DAFTAR ISI
Rangkuman Fluida Statis Kelas XI/11
Fluida Statis
Ilmu yang mempelajari tentang fluida atau zat alir yang diam atau tidak bergerak
Massa Jenis
Massa jenis zat merupakan ukuran kepadatan (densitas) dirumuskan sebagai perbandingan massa zat dengan volume zat tersebut.
Keterangan :
ρ = massa jenis zat (kg/m3)
m = massa zat (kg)
v = volume zat (m3)
Tekanan Hidrostatis
Tekanan merupakan gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang per satuan luas permukaan. Secara matematis, persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut:
keterangan :
P = tekanan (N/m2 = Pascal)
F = gaya (N)
A = luas permukaan (m2)
Hubungan satuan tekanan
1 N/m2 = 1 Pa
1 bar = 1 x 105 Pa
1 atm = 101.325 Pa
1 atm = 760 mmHg
Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Dapat dirumuskan sebagai berikut.
ph = ρgh
Keterangan:
ph = tekanan hidrostatis (N/m2)
ρ = massa jenis (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m)
Tekanan Total
Pada permukaan fluida yang terkena udara luar, bekerja tekanan udara luar yang dinyatakan dengan p. Jika tekanan udara luar ikut diperhitungkan, besarnya tekanan total atau tekanan mutlak pada satu titik di dalam fluida adalah
ptot = po + ρgh
Keterangan:
po = tekanan udara luar = 1,013 N/m2
Ptot = tekanan total di suatu titik (tekanan mutlak)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman suatu titik dari permukaan fluida (m)
Hukum Pascal
Melalui penelitiannya, Pascal berkesimpulan bahwa apabila tekanan diberikan pada fluida yang memenuhi sebuah ruangan tertutup, tekanan tersebut akan diteruskan oleh fluida tersebut ke segala arah dengan besar yang sama tanpa mengalami pengurangan. Pernyataan ini dikenal sebagai Hukum Pascal.
Tekanan oleh gaya sebesar F1 terhadap pipa 1 yang memiliki luas penampang pipa A1, akan diteruskan oleh fluida menjadi gaya angkat sebesar F2 pada pipa 2 yang memiliki luas penampang pipa A2 dengan besar tekanan yang sama. Hukum Pascal berdasarkan gambar dapat dirumuskan sebagai berikut
p1 = p2
Keterangan:
F1 = gaya pada penampang 1 ( N)
F2 = gaya pada penampang 2 ( N)
A1 = luas penampang 2 (m2)
A2 = luas penampang 2 (m2)
Hukum Archimedes
Menurut Archimedes, benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas. Besar gaya ke atas tersebut besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Secara matematis, Hukum Archimedes dituliskan sebagai berikut.
FA = wu – wf atau FA = ρf .g.Vb
Keterangan:
FA = gaya Archimedes (N)
wu = berat benda ketika di udara (N)
wf = berat benda ketika di dalam fluida (N)
ρ = massa jenis fluida
g = percepatan gravitasi (m/s2)
Vb = volume benda tercelup (m3)
Kondisi benda di dalam fluida
Terapung
Terjadi jika:
ρbenda < ρfluida
Fa = W
Vbt < Vb
Dituliskan dalam persamaan:
ρb. Vb = ρf. Vbt
atau
ρb. hb = ρf. hbt
Keterangan:
ρb = massa jenis benda (kg/m3)
Vb = volume benda (m3)
hb = tinggi benda (m)
ρf = massa jenis fluida (kg/m3)
Vbt = volume benda tercelup (m3)
hbt = tinggi benda tercelup (m)
Melayang
Terjadi jika:
ρbenda = ρfluida
Fa = W
Vbt = Vb
Dituliskan dalam persamaan:
ρb. Vb = ρf. Vbt
Keterangan:
ρb = massa jenis benda (kg/m3)
Vb = volume benda (m3)
ρf = massa jenis fluida (kg/m3)
Vbt = volume benda tercelup (m3)
Tenggelam
Terjadi jika:
ρbenda > ρfluida
Berat benda saat berada di dalam fluida:
wbt = w – FA
atau
wbt = (ρb – ρf) Vb. g
Keterangan:
wbt = berat benda di dalam fluida (N)
w = berat benda di udara (N)
ρb = massa jenis benda (kg/m3)
Vb = volume benda (m3)
ρf = massa jenis fluida (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
FA = gaya Archimides (N)
Tegangan permukaan
Tegangan permukaan merupakan kemampuan zat cair untuk meregang sehingga permukaan cairan terlihat, seperti terdapat lapisan. Tegangan permukaan (ϒ) di dalam selaput didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya permukaan dan panjang permukaan yang tegak lurus gaya dan dipengaruhi oleh gaya tersebut.dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan :
ϒ = tegangan permukaan zat cair (N/m)
F = gaya tegangan permukaan (N)
l = panjang permukaan (m)
Harga Tegangan Permukaan Berdasarkan Eksperimen
Kapilaritas
kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair didalam pipa kapiler. Kapilaritas contoh-contoh gejala kapiler yaitu pada Minyak tanah naik melalui sumbu lampu minyak tanah atau sumbu kompor, dinding rumah basah pada musim hujan, air tanah naik melalui pembuluh kayu.
Gaya tegangan permukaan pada fluida dalam tabung kapiler. Fluida naik jika θ< 90° dan turun jika θ > 90°.
Naik atau turunnya permukaan zat cair dapat ditentukan dengan persamaan berikut.
Keterangan:
h = kenaikan zat cair (m)
ϒ = tegangan permukaan zat cair (N/m)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
r = jari-jari pipa kapiler (m)
Sudut Kontak
sudut kontak terjadi pada kelengkungan air maupun kelengkungan raksa yang di tarik garis lurus membentuk sudut θ terhadap dinding vertikal. Sudut kontak air adalah sudut lincip (θ<90o), sedangkan sudut kontak raksa adalah sudut tumpul (90o<θ<180o). Sudut kontak terjadi pada gaya tarik menarik antar partikel (kohesi) atau pada gaya tarik menarik antar partikel berlainan (adhesi)
beberapa nilai sudut kontak antara zat cair dan dinding pipa kapilernya.
Contoh Soal & Pembahasan Fluida Statis Kelas XI/11
PEMBAHASAN :
Secara matematis besar tekanan hidrostatis pada kedalaman tertentu adalah:
Ph = ρc g h
Dengan
Ph = tekanan hidrostatis (Pa)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman (m)
Jika pada kedalaman h adalah Ph = ρc g h
Jika pada kedalaman ½ h adalah Ph = ρc g ½ h
Jawaban B
- 0
- ρgΔh
- ρ(g+a)Δh
- ρ(g-a)Δh
- ρaΔh
PEMBAHASAN :
Perhatikan gambar berikut.
Beradasarkan hukum newton ΣF = m a
Dari gambar
FA – w = m a
FA – mg = m a
FA = mg + m a
FA = mg + m (–a)
FA = m (g–a)
Tekanan di salah satu titik pada kedalaman tertentu adalah sebagai berikut
Jika ρ = m/V maka m = ρ. V dengan demikian:
Jika V = A. h maka V/A = h dengan demikian
P = ρ (g – a) h
Untuk ΔP = ρ (g – a) Δh
Jawaban D
- es terapung
- 1/9 bagian es tenggelam
- 1/2 bagian es tenggelam
- 8/9 bagian es tenggelam
- es tenggelam seluruhnya
PEMBAHASAN :
Diketahui:
ρB = 0,90 gr/cm3
ρf = 0,80 gr/cm3
Karena ρB lebih besar dibanding ρf maka benda akan tenggelam
Jawaban : E
- 5 cm
- 6 cm
- 7 cm
- 8 cm
- 10 cm
PEMBAHASAN :
Diketahui:
ρI = 0,8 g/cm3
ρII = 1 g/cm3
h1 = 10 cm
Menentukan h2
p1 = p2
ρIgh1 = ρII gh2
(0,8 g/cm3)(10 cm) = (1 g/cm3) h2
h2 = 8 cm
Jawaban : D
- 0,83 gram/cm3
- 1,20 gram/cm3
- 2,5 gram/cm3
- 2,67 gram/cm3
- tak ada jawaban yang benar
PEMBAHASAN :
Diketahui:
Massa sebenarnya (mu) = 300 gr
Massa dalam air (mair) = 225 gr
Massa dalam cairan (mf) = 112,5 gr
ρair = 1 gr/cm3
Menentukan Volume benda
FA = wu – wf
ρair g V = (mu – mair)g
ρairV = (mu-mair)
1.V = (300 – 225)gr
V = 75 cm3
Menentukan ρ cairan (ρf)
ρf V = (mu-mf)
ρf (75) = (300 – 112,5)gr
ρf = 2,5 gr/cm3
Jawaban : C
- 0,55 gram/cm3
- 0,95 gram/cm3
- 1,25 gram/cm3
- 1,53 gram/cm3
- 5,52 gram/cm3
- 0 cmHg
- 10 cmHg
- 66 cmHg
- 76 cmHg
- 86 cmHg
PEMBAHASAN :
Diketahui:
tekanan udara luar (po) = 76cmHg
Menentukan tekanan udara dalam pipa
Dalam keadaan setimbang
p + pHg = po
p + 10 cmHg = 76cm Hg
p = 66 cmHg
Jawaban : C
- 800 kg/m3
- 1.030 kg/m3
- 1.088 kg/m3
- 1.300 kg/m3
- 1.360 kg/m3
- 0,4
- 0,5
- 0,6
- 0,7
- 1
- 8 x 102 kg/m3
- 8 x 103 kg/m3
- 8 x 104 kg/m3
- 8 x 105 kg/m3
- 8 x 108 kg/m3
- 15 gram
- 30 gram
- 66,7 gram
- 100 gram
- 133,33 gram
- 600 kg/m3
- 900 kg/m3
- 1.000 kg/m3
- 1.200 kg/m3
- 1.400 kg/m3
PEMBAHASAN :
Diketahui:
ρf = 1.200 kg/m3
V benda yang tidak tercelup = 1/5
Volume benda yang tercelup = 1 – 1/5 = 4/5 bagian
VBT = 4/5 VB
Menentukan ρB
ρB VB = ρf VBT
ρB VB = (1.200 kg/m3) 4/5 VB
ρB = 960 kg/m3
Jawaban : B
- 8/14
- 4/7
- 7/6
- 7/8
- 8/7
- K
- L
- M
- N
- O
- Nol
- 1,3 kg
- 170 kg
- 510 kg
- 680 kg
- 1 cm
- 2 cm
- 3 cm
- 4 cm
- 5 cm
PEMBAHASAN :
Diketahui:
ρair = 1 gr/cm3
ρminyak =0,8 gr/cm3
h1 = 8 cm
Menentukan h1
ρair = ρminyak
ρair gh1 = ρminyak gh2
ρair h1 = ρminyak h2
1.8 = 0,8 h2
Maka Selisih tinggi permukaan air dan minyak adalah
∆h = h2-h1 = (10 – 8)cm = 2cm
Jawaban : C
- 400
- 500
- 750
- 800
- 1.000
- 20 N
- 50 N
- 100 N
- 200 N
- 500 N
- 0,62
- 0,68
- 0,74
- 0,78
- 0,82
PEMBAHASAN :
Diketahui:
Vbt air = 50% Vb
Vbt minyak = 30% Vb
ρminyak = 0,8 gr/cm3
ρair = 1 gr/cm3
Menentukan massa jenis benda (ρbenda)
Pada benda terapung berlaku:
FA = w
ρf gVbt = ρb gVB
ρf Vbt = ρb VB
ρair VbT air + ρminyak Vminyak = ρb VB
(1 )(50% VB) + (0,8)(30% VB) = ρb VB
ρB = 0,5 + 0,24 = 0,74
Jawaban : C
- 2 kali
- 3 kali
- 4 kali
- 5 kali
- 6 kali
- 90%
- 75%
- 65%
- 25%
- 10%
PEMBAHASAN :
Diketahui:
ρB =0,90 gr/cm³
ρf =1 gr/cm³
Menentukan volume benda yang terendam (Vbt)
ρB VB = ρf Vbt
(0,9) VB = (1 ) VbT
Vbt = 0,9VB
Vbt = 0,9 × 100% VB
Vbt = 90%VB
Jawaban : A
- 0,5 gram/cm3
- 0,6 gram/cm3
- 0,7 gram/cm3
- 0,8 gram/cm3
- 1,0 gram/cm3
- Massa jenis jarum lebih kecil dari pada air
- Massa jenis jarum lebih besar dari pada air
- Gaya apung Archimedhes
- Berat jenis jarum sama dengan berat jenis air
- tegangan permukaan air
PEMBAHASAN :
Jarum dapat terapung karena adanya tegangan permukaan air yang menyebabkan jarum tidak tenggelam
Jawaban : E
- 0 cm Hg
- 15 cm Hg
- 76 cm Hg
- 81 cm Hg
- 91 cmHg
PEMBAHASAN :
Diketahui:
po = 76cm Hg
pair = 5 cm Hg
Menentukan tekanan udara di dalam kaca (p)
p = po + pair
p = 76 cm Hg + 5 cm Hg
p = 81 cm Hg
Jawaban : D
(2) jari-jari pipa kapiler
(3) massa jenis fluida
(4) tegangan permukaan fluida
PEMBAHASAN :
Persamaan kenaikan permukaan fluida dalam pipa kapiler yaitu:
Dari rumus di atas kenaikan permukaan fluida (h) berbanding lurus dengan tegangan permukaan (γ). dan berbanding terbalik dengan jari-jari kapiler dan massa jenis fluida. Jadi jawabannya hanya (4).
Jawaban : D
- 1,8 cm
- 2,4 cm
- 3,6 cm
- 4,8 cm
- 5,4 cm
PEMBAHASAN :
Diketahui:
ρ1 = 1 gr/cm3 (air)
ρ2 = 13,6 gr/cm3 (raksa)
ρ3 = 0,8 gr/cm3 (alkohol)
Menentukan h1
ρ1gh1 + ρ2gh2 = ρ3gh3
ρ1h1 + ρ2h2 = ρ3h3
(1)h1 + (13,6)(1) = (0,8)(20)
h1 = (16 -13,6) cm = 2,4 cm
Jawaban : B
- 5 × 10-5 N
- 5 × 10-4 N
- 5 × 10-3 N
- 5 × 10-2 N
- 5 × 10-1 N
PEMBAHASAN :
Diketahui:
V = 0,5 mL = 5 × 10 L = 5 × 10 m³
ρair = 103 kg / m3
g = 10 m/s2
Menentukan gaya gravitasi air hujan
w = mg
w = (ρV)g
w = (10³)(5×10-7)(10)
w = 5 × 10-3 N
Jawaban : C
- 11,7gram/cm3
- 9,4 gram/cm3
- 2,6 gram/cm3
- 1,9 gram/cm3
- 1,6 gram/cm3
PEMBAHASAN :
Diketahui
ρraksa = 13,6 gr/cm3
h1 = 12 cm
h2 = 14 cm
Menentukan ρ2
ρ1gh1 = ρ2gh2
ρ1 h1 = ρ2 h2
(13,6)(12) = ρ2 (14)
ρ2 = 11,7 gr/cm3
Jawaban : A
- 3,75
- 5,15
- 6,25
- 7,75
- 9,50
- 1.800 kg/m3
- 1.500 kg/m3
- 1.200 kg/m3
- 900 kg/m3
- 600 kg/m3
PEMBAHASAN :
Diketahui:
Vbt = 2/3 Vb
ρB = 0,6 gr/cm3
Menentukan ρf
ρBVB = ρf Vbt
(0,6)VB = ρf
ρf = 0,9 gr/cm3 = 900 kg/m3
Jawaban : D
- 124 N
- 120 N
- 116 N
- 100 N
- 40 N
PEMBAHASAN :
Diketahui:
fs = 20 N
A = 75 cm2 = 75 x 10-4 m2
h = 8 m
g = 10 m/s2
ρair = 1000 kg/m3
Menentukan gaya untuk memompa
Fy = fs + Fh
Fy = 20 + ρgV
Fy = 20 + (1.000)(10)Ah
Fy = 20 + (1.000)(10)(75 x 10-4)(8)
Fy = 20 + 600 = 620 N
Pada titik tengah pompa menggunakan konsep momen gaya di titik tengah nol maka:
Fy (0,2) = F(1)
F = (620)(0,2)
F = 124 N
Jawaban : A
- 2 x 102 kg/m3
- 4 x 102 kg/m3
- 6 x 102 kg/m3
- 8 x 102 kg/m3
- 10 x 102 kg/m3
- 4 : 1
- 3 : 1
- 3 : 2
- 4 : 3
- 3 : 4
PEMBAHASAN :
Diketahui:
ρ balok = 1.04 g/cc
ρ cairan = 1.3 g/cc
Pada balok yang terapung berlaku
ρb. Vbenda = ρc. Vbenda tenggelam
Maka volume benda yang muncul = Volume benda – Volume benda yang tenggelam = 5 – 4 = 1
Sehingga perbandingan Vtenggelam : Vmuncul
Jawaban : A
- 6,6 x 10-4 kg
- 7,6 x 10-4 kg
- 5,5 x 10-4 kg
- 4,3 x 10-4 kg
- 6,8 x 10-4 kg
PEMBAHASAN :
Diketahui:
ρ = 45,8 kg/m3
d = 14 cm
π = 3,14
Menghitung volume bola sebagai berikut:
Maka massa bola dapat dihitung sebagai berikut:
m = ρ . V
= 45,8 kg/m3 . 143,6 x 10-7 m3
= 6,6 x 10-4 kg
Jawaban : A
- 544,6 N
- 627,2 N
- 388,8 N
- 521,1 N
- 532, 6 N
PEMBAHASAN :
Diketahui:
D1 = 8 cm = 8 x 10-2 m
D2 = 50 cm = 50 x 10-2 m
F2 (gaya pada pipa besar) = 24.500 N
Maka gaya yang harus diberikan pada pipa kecil dapat dihitung sebagai berikut:
Jawaban : B
- 1,9 m
- 2,5 m
- 1,7 m
- 4,1 m
- 1,3 m
PEMBAHASAN :
Diketahui:
F1 = 10 N
F2 = 10.000 N
D1 = 4 cm
Maka diameter penghisap besar dapat dihitung sebagai berikut:
Jawaban : E
- 710 kg/m3
- 770 kg/m3
- 870 kg/m3
- 570 kg/m3
- 670 kg/m3
PEMBAHASAN :
Berdasarkan soal di atas benda dalam kondisi mengapung, dan berlaku W = Fa
Diketahui:
Volume benda di dalam air = 50% dari total benda
Vf1 = 0,50 Vb
Volume benda di dalam minyak = 30 % dari total benda
Vf2 = 0,30 Vb
Massa jenis air = ρair = ρf1 = 1000 kg/m3
Massa jenis minyak = ρminyak = ρf2 = 900 kg/m3
g = 10 m/s2
Maka massa jenis benda yang mengapung dapat dihitung sebagai berikut:
W = Fa
ρb Vb g = Fa1 + Fa2
ρb Vb g = ρf1 Vf1 g + ρf2 Vf2 g
ρb Vb = ρf1 Vf1 + ρf2 Vf2
ρb Vb = ρf1 (0,50 Vb) + ρf2 (0,30 Vb)
ρb = 0,50 ρf1 + 0,30 ρf2
= 0,50 (1000 kg/m3) + 0,30 (900 kg/m3)
= 500 kg/m3 + 270 kg/m3
= 770 kg/m3
ρb < ρf maka benda tersebut terapung
Jawaban : B
- 3,48 x 10-2 N
- 2,98 x 10-2 N
- 4,5 x 10-2 N
- 3,08 x 10-2 N
- 1,48 x 10-2 N
PEMBAHASAN :
Diketahui:
l = 30 cm = 30 x 10-2 m
γ = 0,058 N/m
Maka gaya tambahan untuk menarik kawat dapat dihitung sebagai berikut:
F = γ . d
= γ . 2l
= 0,058 N/m x 2 x 30 x 10-2 m
= 3,48 x 10-2 N
Jawaban : A
- 15,8 x 10-9 N/m
- 28,3 x 10-9 N/m
- 25,8 x 10-9 N/m
- 31,2 x 10-9 N/m
- 35,3 x 10-9 N/m
PEMBAHASAN :
Diketahui:
d = 0,8 mm → r = 0,4 mm = 0,4 x 10-3 m
h = 20 mm = 20 x 10-3 m
Sudut kontak = α = 00
ρmethanol = 780 kg/m3
g = 10 m/s2
Maka tegangan permukaan methanol dapat dihitung sebagai berikut:
Jawaban : D
- 0,8 x 10-2 N/m
- 0,9 x 10-2 N/m
- 0,5 x 10-2 N/m
- 0,7 x 10-2 N/m
- 0,1 x 10-2 N/m
PEMBAHASAN :
Diketahui:
mk = 0,4 gram = 0,4 x 10-3 kg
mb = 0,3 gram = 0,3 x 10-3 kg
l = 50 cm = 0,5 m
g = 10 m/s2
Maka tegangan permukaan lapisan sabun dapat dihitung sebagai berikut:
Jawaban : D
- 1,92 m/s
- 2,56 m/s
- 2,67 m/s
- 0,89 m/s
- 3,24 m/s
PEMBAHASAN :
Diketahui:
Fs = 5,2 x 10-5 N
r = 6 cm = 6 x 10-2 m
η = 1,8 x 10-5 kg/ms
π = 3,14
Maka kelajuan benda saat tenggelam dapat dihitung sebagai berikut:
Jawaban : B
Amanda b XI MIPA 1, terimakasih ilmunya sangat bermanfaat sekali dan sangat membantu
Amanda b, XI MIPA 1. Terimakasih ka ilmunya sangat membantu sekali. Dan sangat memudahkan saya dalam belajar fisika ◉‿◉
bagus buanget