8 Contoh Soal Hukum Bernoulli dan Penyelesaiannya dengan Rumus
Dalam pelajaran Fisika, terdapat beberapa hukum yang akan kamu pelajari saat membahas fluida dinamis, salah satunya adalah Hukum Bernoulli.
Hukum ini menjelaskan hubungan antara tekanan, kecepatan aliran, dan ketinggian fluida yang bergerak di sepanjang suatu garis arus. 💧
Agar kamu lebih mudah menguasai materi Fisika kelas 11 SMA yang satu ini, berikut telah Mamikos siapkan 8 contoh soal Hukum Bernoulli lengkap dengan rumus dan langkah penyelesaiannya yang bisa dipergunakan untuk belajar. ✨
Daftar Isi
Daftar Isi
Bunyi Hukum Bernoulli
Hukum Bernoulli menyatakan bahwa ketika kecepatan aliran fluida meningkat, tekanan fluida tersebut justru menurun, begitu pula energi potensialnya. Prinsip ini menjelaskan bahwa dalam aliran fluida ideal, terdapat hubungan tetap antara tekanan, kecepatan, dan ketinggian.
Menariknya, konsep ini dapat diterapkan pada berbagai kondisi aliran selama fluida dianggap tidak kental, mengalir secara mantap, serta mengikuti garis arus.
Secara praktis, hukum Bernoulli pun banyak digunakan untuk memahami perilaku fluida yang bergerak melalui pipa dengan diameter berbeda. Ketika aliran fluida memasuki bagian pipa yang lebih sempit, kecepatannya bertambah sehingga tekanannya menurun.
Prinsip inilah yang mendasari cara kerja pipa venturi, sprayer parfum, hingga gaya angkat pada sayap pesawat terbang.
Selain itu dalam penerapannya, hukum Bernoulli bekerja berdasarkan beberapa asumsi penting, seperti fluida bersifat ideal, aliran tidak turbulen, serta tidak terjadi pertukaran energi yang merugikan akibat gesekan.
Persamaan Hukum Bernoulli
Selanjutnya, sebelum mengerjakan contoh soal hukum Bernoulli, kita belajar terlebih dahuu tentang rumusnya, yuk.
Persamaan Bernoulli untuk dua titik (penampang) berbeda dinyatakan sebagai:
Keterangan:
- P₁ = tekanan di pipa 1 (N/m²)
- P₂ = tekanan di pipa 2 (N/m²)
- ρ₁ = massa jenis fluida pada pipa 1 (kg/m³)
- ρ₂ = massa jenis fluida pada pipa 2 (kg/m³)
- v₁ = kecepatan fluida di pipa 1 (m/s)
- v₂ = kecepatan fluida di pipa 2 (m/s)
- h₁ = ketinggian penampang pipa 1 dari titik acuan (m)
- h₂ = ketinggian penampang pipa 2 dari titik acuan (m)
- g = percepatan gravitasi (m/s²)
Catatan:
Untuk satu jenis fluida yang sama di kedua titik biasanya . Persamaan lalu disederhanakan menjadi:
Jika ingin mencari satu besaran , pindahkan suku-suku lain ke satu sisi dan selesaikan aljabar secara langsung:
Persamaan ini berlaku untuk aliran ideal (tak kental, steady, sepanjang garis alir). Untuk aliran nyata, perlu diperhitungkan rugi-rugi akibat gesekan dan energi yang masuk/keluar sistem.
Rumus inilah yang kemudian dipakai untuk menghitung selisih tekanan, perubahan kecepatan aliran, maupun perbedaan ketinggian fluida pada dua titik berbeda.
Contoh Soal Hukum Bernoulli dan Penyelesaiannya
Setelah tadi kita belajar tentang bunyi hukum Bernoulli dan rumus-rumusnya, di bagian ini Mamikos akan mengajakmu untuk mengimplementasikan ke dalam contoh soalnya.
Jangan khawatir, ya, karena 8 contoh soal hukum Bernoulli di bawah ini sudah dilengkapi dengan penyelesaiannya yang mudah untuk dipahami.
1. Pipa besar berada pada ketinggian 4 m dari tanah, sedangkan pipa kecil berada pada ketinggian 1 m. Kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 20 m/s dengan tekanan . Tekanan air pada pipa kecil adalah . Berapakah kecepatan aliran air pada pipa kecil tersebut?
(massa jenis air = ( ); percepatan gravitasi = ( )
Pembahasan:
Ketinggian pipa besar:
Ketinggian pipa kecil:
Kecepatan aliran air pada pipa besar:
Tekanan pipa besar:
Tekanan pipa kecil:
Massa jenis air:
Gunakan persamaan Bernoulli:
Substitusi:
Hitung tiap bagian:
Sehingga:
Jawaban: Kecepatan air pada pipa kecil adalah
2. Kecepatan udara di atas sayap pesawat adalah 90 m/s dan di bawah sayap 60 m/s. Jika massa jenis udara 1 kg/m³ dan luas sayap pesawat 6 m², hitung besar gaya angkat pesawat!
Pembahasan:
Diketahui:
Kecepatan bawah:
Kecepatan atas:
Massa jenis udara:
Luas sayap:
Rumus gaya angkat (selisih tekanan):
Hitung:
Selisih = (8100 – 3600 = 4500)
Hitung gaya:
Jawaban: Gaya angkat pesawat adalah .
3. Pada sebuah model terowongan angin, kecepatan aliran udara di atas permukaan sayap adalah 100 m/s, sedangkan kecepatan udara di bagian bawah sayap adalah 70 m/s. Jika massa jenis udara 1,1 kg/m³ dan luas penampang sayap 4 m², hitunglah besar gaya angkat yang terjadi pada sayap tersebut.
Pembahasan
Diketahui:
Kecepatan bawah:
Kecepatan atas:
Massa jenis udara:
Luas sayap:
Rumus selisih tekanan:
Hitung:
Selisih = (10000 – 4900 = 5100)
Gaya angkat:
Jawaban: Gaya angkat yang dihasilkan adalah .
4. Kecepatan udara di atas sayap drone adalah 50 m/s, sedangkan di bawah sayap 30 m/s. Jika massa jenis udara 1 kg/m³ dan luas sayap 2 m², hitung gaya angkat yang dihasilkan!
Pembahasan
Diketahui:
V1 = 30 m/s
V2 = 50 m/s
Gunakan:
Hitung:
Selisih = 2500 – 900 = 1600
Maka:
Jawaban: Gaya angkatnya adalah 1600 N
Contoh Soal Hukum Bernoulli dan Penyelesaiannya
5. Pada model terowongan angin, kecepatan udara di atas sayap miniatur adalah 120 m/s dan kecepatan di bawahnya 80 m/s. Jika massa jenis udara 1,2 kg/m³ dan luas permukaan sayap 3 m², tentukan gaya angkatnya!
Pembahasan:
Diketahui:
Hitung:
Jawaban: Gaya angkatnya adalah 14400 N.
6. Aliran air dalam pipa memiliki ketinggian pipa besar 12 m dan pipa kecil 2 m. Tekanan pada pipa besar adalah dan pada pipa kecil Pa. Kecepatan air pada pipa besar adalah 20 m/s. Tentukan kecepatan aliran air pada pipa kecil!
(massa jenis air = 1000 kg/m³; g = 10 m/s²)
Pembahasan:
Diketahui:
Gunakan persamaan Bernoulli:
Hitung tiap komponen:
= 200000\]
Substitusi:
Jawaban: Jadi kecepatan aliran air pada pipa kecil adalah 40 m/s.
7. Pada suatu pesawat kecil, kecepatan udara di atas sayap adalah 100 m/s, sedangkan di bawah sayap 60 m/s. Jika massa jenis udara 1 kg/m³ dan luas sayap 5 m², tentukan besar gaya angkat yang terjadi!
Pembahasan:
Diketahui:
Rumus:
Hitung:
Jawaban: Maka besar gaya angkat yang terjadi adalah 16000 N.
8. Pada pipa venturi, kecepatan air di bagian besar adalah 10 m/s dan di bagian sempit 30 m/s. Jika massa jenis air 1000 kg/m³ dan ketinggian pipa sama, tekanan di bagian besar adalah . Tentukan tekanan di bagian sempit!
Pembahasan:
Diketahui:
Gunakan Bernoulli:
Hitung:
Substitusi:
Jawaban: Tekanan di bagian sempit tersebut adalah 100000 Pa
Penutup
Nah, sampai di sini dulu, ya, waktu belajar bersama Mamikos menggunakan contoh soal hukum Bernoulli dan penyelesaiannya lengkap.
Selanjutnya, kalau kamu ingin belajar tentang mapel lain, jangan lupa berkunjung ke blog Mamikos dan dapatkan artikel bermanfaat seputar materi hingga contoh soal. 🌺
Referensi:
Belajar Fluida, Ingat Hukum Bernoulli! [Daring]. Tautan: https://www.quipper.com/id/blog/mapel/fisika/belajar-fluida-ingat-hukum-bernoulli/
Hukum Bernoulli: Bunyi, Rumus, Penerapan, dan Contoh Soal [Daring]. Tautan: https://www.zenius.net/blog/rumus-hukum-bernoulli-dan-contoh-soal/
Hukum Bernoulli: Pengertian, Persamaan, dan Contoh Soal [Daring]. Tautan: https://www.gramedia.com/literasi/hukum-bernoulli/
Soal Bernoulli [Daring]. Tautan: https://id.scribd.com/document/606546728/soal-bernoulli
Klik dan dapatkan info kost di dekat kampus idamanmu: