SOAL FLUIDA DINAMIS FISIKA KELAS XI SMA KURIKULUM MERDEKA

Soal 1

Sebuah pipa mengalirkan air dengan kecepatan 3 m/s di titik A yang memiliki luas penampang 0,02 m². Jika luas penampang titik B adalah 0,01 m², berapa kecepatan aliran air di titik B?

• Jawaban: Berdasarkan persamaan kontinuitas (A₁v₁ = A₂v₂), kecepatan di titik B adalah: $$v₂ = \frac{A₁v₁}{A₂} = \frac{(0,02 \, m²)(3 \, m/s)}{0,01 \, m²} = 6 \, m/s$$
  

Soal 2

Air mengalir melalui pipa horizontal dengan luas penampang berubah dari 0,03 m² menjadi 0,015 m². Jika tekanan di daerah dengan penampang lebih besar adalah 2000 Pa, dan tekanan di penampang kecil adalah 1500 Pa, hitung kecepatan air di kedua penampang. (Anggap air tak kompresibel dan densitas air adalah 1000 kg/m³).

• Jawaban: Gunakan persamaan Bernoulli dan kontinuitas untuk menyelesaikannya: $$v_1 = \sqrt{\frac{2(p_1 - p_2)}{\rho(1 - \frac{A_2^2}{A_1^2})}}$$ Substitusi nilai yang diketahui untuk mendapatkan $v_1$ dan $v_2$.

Soal 3

Air mengalir dari tangki yang tinggi airnya adalah 10 meter melalui lubang kecil di dasar tangki. Berapa kecepatan aliran air yang keluar dari lubang tersebut? (Abaikan gesekan dan anggap $g = 9,8 \, m/s²$).

• Jawaban: Gunakan persamaan Torricelli: $$v = \sqrt{2gh} = \sqrt{2 \times 9,8 \, m/s² \times 10 \, m} = 14 \, m/s$$
  

Soal 4

Sebuah fluida dengan densitas 1000 kg/m³ mengalir melalui pipa horizontal dengan kecepatan 4 m/s. Jika tekanan fluida di titik awal pipa adalah 3000 Pa, dan pipa menyempit hingga tekanan turun menjadi 2000 Pa, hitung kecepatan fluida di bagian pipa yang menyempit.

• Jawaban: Gunakan persamaan Bernoulli untuk menyelesaikan: $$v_2 = \sqrt{v_1^2 + \frac{2(p_1 - p_2)}{\rho}}$$ Substitusi nilai yang diketahui untuk mendapatkan $v_{2.}$

Soal 5

Jika debit air yang keluar dari sebuah pipa adalah 0,05 m³/s dan kecepatan aliran air adalah 2 m/s, berapa luas penampang pipa tersebut?

• Jawaban: Gunakan persamaan debit: $$Q = A \times v$$$$A = \frac{Q}{v} = \frac{0,05 \, m³/s}{2 \, m/s} = 0,025 \, m²$$
  

Soal 6

Sebuah fluida mengalir melalui sebuah pipa dengan kecepatan 1,5 m/s di sebuah titik yang memiliki diameter 10 cm. Berapakah kecepatan fluida di titik lain yang memiliki diameter 5 cm?

• Jawaban: Gunakan persamaan kontinuitas: $$v_2 = v_1 \times \left(\frac{d_1}{d_2}\right)^2 = 1,5 \times \left(\frac{10}{5}\right)^2 = 6 \, m/s$$
  

Soal 7

Sebuah tangki berisi air yang terhubung ke pipa. Jika tekanan air di dasar tangki adalah 5000 Pa dan densitas air adalah 1000 kg/m³, berapa kedalaman air di dalam tangki?

• Jawaban: Gunakan persamaan tekanan hidrostatik: $$p = \rho gh$$
  $$h = \frac{p}{\rho g} = \frac{5000}{1000 \times 9,8} \approx 0,51 \, m$$
  

Soal 8

Sebuah fluida mengalir dengan tekanan 1500 Pa dan kecepatan 2 m/s di sebuah pipa dengan penampang luas 0,02 m². Hitung gaya yang diberikan fluida pada dinding pipa!

• Jawaban: Gunakan persamaan tekanan: $$F = p \times A = 1500 \, Pa \times 0,02 \, m² = 30 \, N$$
  

Soal 9

Pipa air dengan luas penampang 0,03 m² mengalirkan air dengan debit 0,06 m³/s. Jika tekanan di pipa tersebut adalah 2500 Pa, berapa gaya yang diberikan fluida pada dinding pipa?

• Jawaban: $$F = p \times A = 2500 \times 0,03 = 75 \, N$$
  

Soal 10

Sebuah pipa vertikal mengalirkan fluida dengan kecepatan 5 m/s di bagian bawah pipa dan 2 m/s di bagian atas. Jika tekanan di bagian atas pipa adalah 3000 Pa, berapakah tekanan di bagian bawah pipa tersebut?

• Jawaban: Gunakan persamaan Bernoulli untuk menghitung perbedaan tekanan: $$p_1 + \frac{1}{2}\rho v_1^2 = p_2 + \frac{1}{2}\rho v_2^2$$​.

Venturi Meter

Soal 11 (Venturimeter Terbuka)

Sebuah venturimeter terbuka digunakan untuk mengukur aliran air di dalam pipa horizontal. Luas penampang besar adalah 0,05 m² dan luas penampang kecil adalah 0,02 m². Selisih tinggi kolom air pada manometer yang dipasang pada kedua titik tersebut adalah 0,3 meter. Jika densitas air adalah 1000 kg/m³ dan percepatan gravitasi $g = 9,8 \, m/s²$, berapakah kecepatan aliran air di penampang besar?

• Jawaban: Gunakan persamaan Bernoulli dan persamaan kontinuitas untuk mencari kecepatan. Pertama, hitung selisih tekanan dari manometer: $$\Delta p = \rho g h = 1000 \times 9,8 \times 0,3 = 2940 \, Pa$$Kemudian gunakan persamaan Bernoulli dan kontinuitas untuk mendapatkan kecepatan di penampang besar $v_1$
  $$v_1 = \sqrt{\frac{2\Delta p}{\rho \left( 1 - \left(\frac{A_2}{A_1}\right)^2 \right)}}$$ Substitusi nilai yang diketahui untuk mendapatkan $v_1$.

Soal 12 (Venturimeter Tertutup)

Sebuah venturimeter tertutup dipasang di pipa horizontal untuk mengukur laju aliran minyak dengan densitas 850 kg/m³. Luas penampang besar adalah 0,04 m² dan luas penampang kecil adalah 0,015 m². Selisih tekanan antara kedua titik adalah 1200 Pa. Berapakah kecepatan minyak di penampang besar?

• Jawaban: Gunakan persamaan Bernoulli dan kontinuitas untuk menghitung kecepatan. Selisih tekanan diketahui, maka: $$\Delta p = p_1 - p_2 = 1200 \, Pa$$Gunakan persamaan Bernoulli: $$v_1 = \sqrt{\frac{2 \Delta p}{\rho \left(1 - \frac{A_2^2}{A_1^2}\right)}}$$ Substitusi nilai yang diketahui untuk mendapatkan $v_1$.

Soal 13

Sebuah bejana berisi air dengan kedalaman 5 meter dari permukaan air hingga dasar bejana. Di dinding bejana, terdapat kebocoran kecil pada ketinggian 2 meter dari dasar bejana. Berapa kecepatan air yang keluar melalui kebocoran tersebut? (Anggap kebocoran berukuran kecil, gesekan diabaikan, dan 

$g = 9,8 \, m/s²$).

• Jawaban: Gunakan persamaan Torricelli untuk menghitung kecepatan aliran air yang keluar melalui kebocoran: $$v = \sqrt{2g(h_1 - h_2)} = \sqrt{2 \times 9,8 \times (5 - 2)} = \sqrt{58,8} \approx 7,67 \, m/s$$ Jadi, kecepatan air yang keluar melalui kebocoran adalah sekitar 7,67 m/s.

Soal 14 (Gaya Angkat Pesawat - Bernoulli)

Sayap sebuah pesawat memiliki luas total 25 m². Kecepatan aliran udara di atas sayap adalah 250 m/s, sedangkan di bawah sayap adalah 200 m/s. Jika densitas udara adalah 1,2 kg/m³, hitung gaya angkat yang dihasilkan oleh sayap pesawat tersebut.

• Jawaban: Gunakan persamaan Bernoulli untuk menghitung selisih tekanan: $$\Delta p = \frac{1}{2} \rho (v_{\text{atas}}^2 - v_{\text{bawah}}^2)$$
  $$\Delta p = \frac{1}{2} \times 1,2 \times (250^2 - 200^2) = 0,6 \times (62500 - 40000) = 0,6 \times 22500 = 13500 \, \text{Pa}$$Gaya angkat $\mathrm{F\; dihitung\; dengan\; mengalikan\; selisih\; tekanan\; dengan\; luas\; sayap:}$$$F = \Delta p \times A = 13500 \times 25 = 337500 \, N$$Jadi, gaya angkat yang dihasilkan adalah 337.500 N.

Soal 15 (Gaya Angkat Pesawat - Hubungan Kecepatan dan Gaya Angkat)

Sebuah pesawat memiliki luas sayap 40 m². Kecepatan udara di atas sayap adalah 280 m/s, sementara kecepatan udara di bawah sayap adalah 240 m/s. Jika densitas udara adalah 1,2 kg/m³, berapakah gaya angkat total yang dihasilkan oleh pesawat?

• Jawaban: Pertama, hitung selisih tekanan menggunakan persamaan Bernoulli: $$\Delta p = \frac{1}{2} \rho (v_{\text{atas}}^2 - v_{\text{bawah}}^2)$$
  $$\Delta p = \frac{1}{2} \times 1,2 \times (280^2 - 240^2) = 0,6 \times (78400 - 57600) = 0,6 \times 20800 = 12480 \, \text{Pa}$$ Kemudian, hitung gaya angkat: $$F = \Delta p \times A = 12480 \times 40 = 499200 \, N$$ Jadi, gaya angkat total yang dihasilkan adalah 499.200 N.

Soal-soal ini melibatkan prinsip Bernoulli yang digunakan untuk menghitung gaya angkat pesawat berdasarkan perbedaan kecepatan aliran udara di atas dan di bawah sayap.