Sebelumnya, kita telah membahas 10 soal fluida dinamis (bagian 1). Kita akan lanjutkan 10 soal fluida dinamis (bagian 2). Berikut soal dan pembahasannya.
Baca sebelumnya : 10 Soal & Pembahasan Fluida Dinamis (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda
Pilihlah jawaban yang tepat dari pilihan di bawah ini.
Perhatikan diagram venturimeter di bawah ini!
11. Jika kelajuan air di X adalah 2 m/s, maka kelajuan air di Y adalah . . .
A. 23,0 m/s
B. 32,0 m/s
C. 76,0 m/s
D. 10,3 m/s
E. 10,9 m/s
Pembahasan :
*Mencari perbedaan tekanan pada pipa venturi
P1-P2 = (1/2) (ρ)(v22 - v12) + ρgΔy
P1-P2 = (1/2) (1000)(v22 – 22) + 0
P1-P2 = 500 (v22 – 4)
P1-P2 = 500 v22 – 2000
*Mencari tekanan tekanan dari tabung yang memiliki selisih ketinggian h=5,1 m
P1-P2 = (1/2) (ρ)(v22 - v12) + ρgΔy
P1-P2 = (1/2) (ρ)(02 - 02) + ρgh
P1-P2 =0 + (1000)(10)(5,1)
P1-P2 =51000
*subtitusi persamaan 1 dan 2
51000 = 500v22 – 2000
500v22 = 53000
v2 = 10,3 m/s
atau kita dapat menggunakan persamaan cepat
v1 = akar (2gh/((A1/A2)2 - 1) dan
v2 = akar (2gh/((A1/A2)2 - 1)
Jawaban D.
12. Gambar di bawah ini yang menunjukkan air yang mengalir melewati pipa venturi.
Jika luas penampang A1 dan A2 masing-masing adalah 24 cm2 dan 16 cm2, maka kecepatan air pada pipa besar adalah . . .
A. 5 m/s
B. 4 m/s
C. 3 m/s
D. 2 m/s
E. 1 m/s
Pembahasan :
*Mencari nilai v1
v1 = akar (2gh/((A1/A2)2 - 1)
v1 = akar (2.10.(0,25)/((24/16)2 - 1)
v1 = akar (5/(2,25- 1)
v1 = akar (5/(1,25)
v1 = akar (4)
v1 = 2 m/s
*kita tidak perlu merubah satuan luas A1 dan A2 karena saling bagi. Secara tidak langsung satuan akan hilang.
Jawaban D.
13. Tangki diisi air hingga kedalaman 15 m. Sebuah lubang kecil terdapat pada ketinggian 10 m dihitung dari dasar tangki. Besar kelajuan air yang memancar dari lubang adalah . . .
A. 3,0 m/s
B. 10,0 m/s
C. 14,0 m/s
D. 17,1 m/s
E. 31,1 m/s
Pembahasan :
*Persamaan yang kita butuhkan hanya v = akar (2gh)
v = akar (2gh)
v = akar (2.10.5) = 10 m/s
*Penurunan persamaan kelajuan air tangki atau pipa bocor pada hukum Torricelli didapat dari
P1-P2 = (1/2) (ρ)(v22 - v12) + ρgΔy
P0-P0 = (1/2) (ρ)(v22 - 02) + ρgΔy
0 = (1/2) (ρ.v22 ) + ρg(y2- y1)
0 = (1/2) (ρ.v22 ) + ρgy2- ρgy1
ρgy1 - ρgy2 = (1/2) (ρ.v22 )
ρg(y1- y2) = (1/2) (ρ.v22 )
ρg(h0 – h2) = (1/2) (ρ.v22 )
2ρgh1/ρ = v22
2gh1 = v22
v2 = akar (2gh1)
dimana, h0 = panjang tangki mulai dasar – permukaan; h1 = kedalaman kebocoran mulai lubang – permukaan; h2 = kedalaman kebocoran mulai dasar – lubang
Jawaban B.
14. Gambar dibawah ini menunjukkan peristiwa kebocoran pada tangki air.
Besar kecepatan (v) air yang keluar dari lubang adalah . . .
A. akar 5 m/s
B. 2 akar 5 m/s
C. akar 10 m/s
D. 2 akar 10 m/s
E. 5 akar 2 m/s
Pembahasan :
*Persamaan yang kita butuhkan hanya x = 2 akar(h1. h2) dan v = akar (2gh1)
x = 2 akar(h1. h2)
1 = 2 akar (h1.0,5)
12 = 22 (h1.0,5)
1 = 4 (h1.0,5)
h1 = 0,5 m
*Kelajuan air
v = akar (2gh1)
v = akar (2.10.(0,5)) = akar 10 m/s
*Penurunan persamaan x = 2 akar(h1. h2) didapat dari
yf = yi + vi.t + ½ gt2
yf = 0 + 0.t + ½ gt2
yf = ½ gt2
h2 = ½ gt2
t = akar (2h2/g)
x = v.t
x2 = v2.t2
x2 = (2gh1). (2h2/g)
x2 = (4h1.h2)
x = 2 akar (h1.h2)
Jawaban C.
15. Tangki yang terbuka diisi dengan air sehingga tinggi air mencapai 6 m. Pada kedalaman 3 m dibawah permukaan air, terdapat kebocoran kecil di sisi tangki sehingga air menyemprot keluar dari lubang tersebut dan jatuh ke tanah sejauh R dari kaki tangki. Besar jarak R adalah . . .
A. 2 m
B. 4 m
C. 6 m
D. 8 m
E. 10 m
Pembahasan :
x = 2 akar (h1.h2)
x = 2 akar (3.3)
x = 6 m
Jawaban C.
16. Perhatikan peristiwa kebocoran tangki air pada lubang P dari ketinggian tertentu pada gambar dibawah ini. Jika besar percepatan gravitasi sebesar 10 m/s2, maka air yang keluar dari lubang P akan jatuh ke tanah setelah . . .
A. akar (5)/5 sekon
B. akar(5)/4 sekon
C. akar(5)/2 sekon
D. akar(5) sekon
E. 2 akar(5) sekon
Pembahasan :
*Kelajuan air
v = akar (2gh1)
v = akar (2.10.(1)) = 2 akar(5) m/s
*Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai tanah. Kita dapat menggunakan persamaan t = x/v atau t = vi sinθ/g, untuk gerak parabola di titik tertinggi.
t = x/v
t = 2/2 akar(5)
t = 1/ akar(5) atau akar(5)/5, dengan mengalikan pembilang dan penyebut dengan akar(5)
atau
t = vi sinθ/g
t = 2 akar(5) sin90/10
t = akar(5)/5
Jawaban A.
17. Tandon air yang terbuka memiliki kedalaman 2 m. Sebuah lubang dengan luas penampang 10 cm2 dibuat di dasar tendon. Massa air per menit yang mula-mula akan keluar dari lubang itu adalah. . .
A. (40) akar 10 kg
B. (60) akar 10 kg
C. (80) akar 10 kg
D. (100) akar 10 kg
E. (120) akar 10 kg
Pembahasan :
Pertama, kita mencari kelajuan air yang keluar. Kedua, kita mencari debit air yang keluar. Terakhir, kita mencari massa air yang keluar.
*Kelajuan air
v = akar (2gh1)
v = akar (2.10.(2)) = 2 akar(10) m/s
*Debit air
Q = A.v
Q = (10 x 10-4)( 2 akar(10))
Q = 2 akar(10) x 10-3 m3/s
makna debit di atas adalah terdapat 2 akar(10) x 10-3 volum air per detik yang keluar, maka besar volumeya adalah 2 akar(10) x 10-3
*Massa air yang keluar per detik
ρ = m/V
1000 = m/(2 akar(10) x 10-3)
m = 2 akar(10) kg
jika massa yang keluar per menit maka tinggal dikali 60 s = 120 akar(10) kg
Jawaban E.
18. Pada gambar berikut, air dalam tangki memancar keluar melalui lubang A dan membentuk sudut 30o terhadap lantai. Jika pancaran air nya sampai di B, maka tinggi air dalam tangki adalah . . .
A. (2/3) akar 3 m
B. (4/3) akar 3 m
C. (6/3) akar 3 m
D. (8/3) akar 3 m
E. (10/3) akar 3 m
Pembahasan :
Pertaman, kita mencari kelajuan air keluar. Lalu, mencari kedalaman lubang pada tangki dari permukaan dengan persamaan xmaks = vi2 sin 2θ/g; v = akar (2gh) atau v2 = 2gh
Pada gerak parabola, xmaks = vi2 sin 2θ/g
xmaks = vi2 sin 2θ/g
2 = vi2 sin 2(30)/10
2 = vi2 sin 60/10
2 = vi2 (akar(3)/2)/10
vi2 = 40/akar(3)
v2 = 2gh
40/akar(3) = 2(10)h
h = 2 akar(3)/3 atau
h = (2/3) akar3
Jawaban A
19. Pada tabung pitot dialirkan gas dengan kelajuan v, sehingga perbedaan ketinggian raksa pada kedua kaki manometer adalah 2 cm. Jika massa jenis gas sebesar 3, 4 kg/m3 dan massa jenis raksa 13600 kg/m3, maka besar nilai v adalah . . .
A. 30 m/s
B. 40 m/s
C. 50 m/s
D. 60 m/s
E. 90 m/s
Pembahasan :
v = akar ((2.ρ’gh)/ρ)
v = akar ((2.ρ’gh)/ρ)
v = akar ((2.(13600)(10)(0,02))/3,4)
v = akar (1600)
v = 40 m/s
ρ’ adalah massa jenis pada manometer dan ρ adalah massa jeis gas
Jawaban B.
20. Sebuah pesawat terbang perlu dipercepat untuk mencapai kelajuan tertentu sebelum lepas landas. Pada kondisi ini, perubahan momentum dari udara tegak lurus ke bawah terhadap sayap dan sama besar dengan berat pesawat. Kelajuan udara mengecil seiring dengan bertambahnya kelembapan udara. Pernyataan berikut ini yang benar adalah . . .
A. di hari yang lembab, kelajuan minimal lepas landas harus lebih besar karena kelembaban udara lebih kecil
B. pada hari yang lembab, kelajuan minimal lepas landas harus lebih kecil karena udara mengembun dan mempunyai gaya hambat
C. kelajuan minimum lepas landas harus konstan untuk hari lembab maupun kering
D. di hari yang kering, kelajuan minimum lepas landas harus lebih besar karena kelajuan udara sekitar lebih besar
E. di hari yang kering, kelajuan minimum lepas landas harus lebih kecil karena tidak ada pendingin sehingga massa pesawat menurun.
Pembahasan :
Saat pesawat terbang stabil, gaya angkat ke atas (Fa) = gaya berat pesawat (Fb)
Fa = Fg
Fa = ΔP.A
Fa = (1/2) (ρ)(v22 – v12).A
Fa = (1/2) (ρ)( Δv).A
Saat kelembapan udara meningkat atau menurun, massa jenis akan berubah. Akibatnya gaya angkat ke atas akan berubah membesar atau mengecil. Sedangkan, gaya berat Fg tidak berubah. Gaya angkat Fa akan tetap nilainya walau kelembapan udara mengecil, jika kelajuan diperbesar, dimana udara lembab = kelembapannya kecil.
Jadi, saat hari lembab ρ=kecil dan kelajuan harus diperbesar.
Jawaban A
Baca selanjutnya : 10 Soal & Pembahasan Suhu, Kalor, & Perpindahannya (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda
Itulah 10 soal dan pembahasan fluida dinamis seperti seperti debit fluida, pipa U, pipa venturi, tabung pitot, dan kebocoran pipa. Klik selanjutnya untuk soal dan pembahasan lainnya.
 ǀ Pilihan Ganda){kind=link}
Post a Comment
Post a Comment