Pembahasan Fisika UN: Mekanika Fluida






Pembahasan Fisika UN: Mekanika Fluida, laboratorium mekanika fluida
Laboratorium Mekanika Fluida



Pembahasan soal-soal Ujian Nasional SMA-IPA bidang studi Matematika dengan materi pembahasan Mekanika Fluida yang meliputi:

  • fluida statis, 

  • fluida dinamis.




Soal tentang Mekanika Fluida UN 2015



Balok bermassa 20 kg dimasukkan ke dalam air, ternyata 4/5 bagian dari balok tercelup ke dalam air. Bila berat balok dalam air 75 N dan massa jenis air 1000 kg/m3 maka massa jenis balok adalah ….

A.   125 kg/m3
B.   200 kg/m3
C.   250 kg/m3
D.   800 kg/m3
E.   2500 kg/m3









Pembahasan


4/5 bagian balok tercelup ke dalam air, berarti balok terapung. Dalam keadaan setimbang berlaku hubungan:

         w = FA
ρb g Vb = ρa g V       
(V: volume benda yang tercelup = 4/5 Vb)

   ρb Vb = ρa 4/5 Vb
        ρb = 4/5 ρa
             = 4/5 × 1000
             = 800

Jadi, massa jenis balok tersebut adalah 800 kg/m3 (D).


Catatan:


Sebenarnya soal di atas tidak valid atau bisa dikatakan rancu. Pertama disebutkan bahwa 4/5 bagian balok tercelup, berarti balok terapung. Keadaan ini akan menghasilkan massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis air, sebagaimana pembahasan di atas.

Kedua, disebutkan bahwa berat balok di dalam air wa = 75 N. Ini berarti balok tersebut mendapat gaya ke atas sebesar: 

FA = wwa
      = mgwa
      = (20×10 − 75) N
      = 125 N

Dengan gaya ke atas tersebut maka w > FA, berarti balok tenggelam. Keadaan ini akan menghasilkan nilai massa jenis balok lebih besar daripada massa jenis air.

  FA = ρa g V                  
(karena tenggelam, V = Vb)
125 = 1000 × 10 × Vb
  Vb = 1/80
ρb = m/Vb
     = 20 / (1/80)
     = 20 × 80
     = 1600

Nilai ini tidak ada dalam opsi jawaban. Oleh karena itu, abaikan saja kalimat 'berat balok dalam air 75 N' tersebut.


Soal tentang Mekanika Fluida UN 2014



Sebuah pipa U diisi minyak dan air dan dalam keadaan stabil tampak seperti gambar.

Pipa U yang diisi minyak dan air, UN 2014


Bila perbedaan ketinggian (Δh) 4,8 cm, tinggi air 7,2 cm, dan massa jenis air 1.000 kg/m3 maka massa jenis minyak adalah ….

A.   833 kg/m3
B.   758 kg/m3
C.   666 kg/m3
D.   600 kg/m3
E.   580 kg/m3




Pembahasan


Data yang dapat diperoleh dari soal:

beda ketinggian : Δh = 4,8 cm
tinggi air            : ha = 7,2 cm
massa jenis air  : ρa = 1.000 kg/m3
tinggi minyak    : hm = ha + Δh
                                   = 7,2 cm + 4,8 cm
                                   = 12 cm

Tekanan hidrostatis di titik A dan B besarnya sama karena terletak dalam satu garis mendatar.

            PA = PB
      ρa g ha = ρm g hm
         ρa ha = ρm hm
1000 × 7,2 = ρm × 12
(satuan tidak perlu dikonversi)
             ρm = 7200/12
                  = 600

Jadi, massa jenis minyak adalah 600 kg/m3 (D).


Soal tentang Mekanika Fluida UN 2014



Sebuah pipa berbentuk seperti gambar, dialiri air.

Pipa S yang mempunyai penampang besar dan kecil


Luas penampang besar 10 cm2 dan penampang kecil 5 cm2. Apabila kecepatan aliran air pada pipa besar 2 m/s2 dengan tekanan 40 kilopascal maka tekanan pada pipa kecil adalah …. (ρair = 103 kg/m2)

A.   36 kPa
B.   34 kPa
C.   28 kPa
D.   12 kPa
E.   8 kPa









Pembahasan


Pertama, kita tentukan kecepatan aliran air yang melalui penampang kecil dengan menggunakan rumus debit aliran.

   A1v1 = A2v2
10 × 2 = 5 × v2
       v2 = 4 m/s

Selanjutnya kita gunakan hukum Bernoulli untuk menyelesaikan soal di atas.

P1 + ρgh1 + ½ρv12 = P2 + ρgh2 + ½ρv22
4×104 + 103×10×0 + ½×103×22 = P2 + 103×10×0,6 + ½×103×42
40.000 + 2.000 = P2 + 6.000 + 8.000
42.000 = P2 + 14.000
P2 = 28.000

Jadi, tekanan pada pipa yang berpenampang kecil adalah 28 kPa (C).


Soal tentang Mekanika Fluida UN 2013



Sebuah bak yang berisi air dan terdapat sebuah kran seperti pada gambar.

Bak berisi air yang mempunyai kran


Jika g = 10 m/s2 maka kecepatan semburan air dari kran adalah ….

A.   3 m/s
B.   8 m/s
C.   9 m/s
D.   30 m/s
E.   900 m/s




Pembahasan


Kecepatan aliran air yang keluar dari lubang sama dengan kecepatan gerak jatuh bebas.

Rumus kecepatan kebocoran bak/pipa, gerak jatuh bebas

dengan h adalah kedalaman lubang yang diukur dari permukaan air. 

h = 85 cm − 40 cm
   = 45 cm
   = 0,45 m

Dengan demikian diperoleh:


   = √9
   = 3

Jadi, kecepatan semburan air dari kran adalah 3 m/s (A).


Soal tentang Mekanika Fluida UN 2012



Sayap pesawat terbang dirancang agar memiliki gaya angkat ke atas maksimal seperti gambar.

Rancangan sayap pesawat terbang


Jika v adalah kecepatan aliran udara dan P adalah tekanan udara maka sesuai asas Bernoulli rancangan tersebut dibuat agar ….

A.   vA > vB sehingga PA > PB
B.   vA > vB sehingga PA < PB
C.   vA < vB sehingga PA < PB
D.   vA < vB sehingga PA > PB
E.   vA > vB sehingga PA = PB






Pembahasan


Agar sayap pesawat terbang mempunyai daya angkat maksimal maka tekanan di bawah sayap (PB) harus lebih besar. 

PA < PB

Sedangkan menurut hukum Bernoulli, pada tekanan yang besar kecepatan aliran fluida (dalam hal ini udara) akan mengecil. Dengan demikian, kecepatan aliran udara di bawah sayap (vB) lebih kecil daripada kecepatan aliran udara di atas sayap (vA). 

vA > vB

Jadi, agar sayap pesawat mempunyai daya angkat maksimal maka harus memenuhi opsi (B).

Pembahasan soal Mekanika Fluida yang lain bisa disimak di:
Pembahasan Fisika UN 2014 No. 14 dan 15
Pembahasan Fisika UN 2015 No. 11
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 11 - 13
Pembahasan Fisika UN 2017 No. 11 - 12
Pembahasan Fisika UN 2018 No. 13
Pembahasan Fisika UN 2019 No. 11

Simak juga, Pembahasan Fisika UN: Usaha dan Energi.

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.


Next Post Previous Post
No Comment
Add Comment
comment url