Contoh Soal Fluida Dinamis Kelas 11 (Part 2)

ini ialah kelanjutan dari pola soal dan pembahasan fluida dinamis sebelumnya. disini akan dibahas lebih mendalam wacana gaya angkat pesawat dan venturimeter. simak baik-baik ya pembahasannya.

<<HALAMAN SEBELUMNYA

Soal No. 9

Sebuah pesawat dilengkapi dengan dua buah sayap masing-masing seluas 40 m². Jika kelajuan anutan udara di atas sayap ialah 250 m/s dan kelajuan udara di bawah sayap ialah 200 m/s tentukan gaya angkat pada pesawat tersebut, anggap kerapatan udara ialah 1,2 kg/m³!Pembahasan

Gaya angkat pada sayap pesawat:

dimana:

A = luas total penampang sayap

ρ = massa jenis udara

ν_a = kelajuan anutan udara di atas sayap

ν_b = kelajuan anutan udara di bawah sayap

F = gaya angkat pada kedua sayap

Data soal:

Luas total kedua sayap

A = 2 x 40 = 80 m²

Kecepatan udara di atas dan di bawah sayap:

ν_a = 250 m/s

ν_b = 200 m/s

Massa jenis udara

ρ = 1,2 kg/m³

F =.....

Soal No. 10

Gaya angkat yang terjadi pada sebuah pesawat diketahui sebesar 1100 kN.

Pesawat tersebut memiliki luas penampang sayap sebesar 80 m². Jika kecepatan anutan udara di bawah sayap ialah 250 m/s dan massa jenis udara luar ialah 1,0 kg/m³ tentukan kecepatan anutan udara di bab atas sayap pesawat!Pembahasan

Data soal:

A = 80 m²

ν_b = 250 m/s

ρ = 1,0 kg/m³

F = 1100 kN = 1100 000 N

ν_a =......

Kecepatan anutan udara di atas sayap pesawat ialah 300 m/s

Soal No. 11

Sayap pesawat terbang dirancang supaya memiliki gaya ke atas maksimal, menyerupai gambar.

Jika v ialah kecepatan anutan udara dan P ialah tekanan udara, maka sesuai azas Bernoulli rancangan tersebut dibuat agar....(UN Fisika 2012)

A. v_A > v_B sehingga P_A > P_B

B. v_A > v_B sehingga P_A < P_B

C. v_A < v_B sehingga P_A < P_B

D. v_A < v_B sehingga P_A > P_B

E. v_A > v_B sehingga P_A = P_B

Pembahasan

Desain sayap pesawat supaya gaya ke atas maksimal:

Tekanan Bawah > Tekanan Atas, P_B > P_A sama juga P_A <P_B

Kecepatan Bawah < Kecepatan Atas, v_B < v_A sama juga v_A > v_B

Jawab: B. v_A > v_B sehingga P_A < P_B

Catatan:

(Tekanan Besar pasangannya kecepatan Kecil, atau tekanan kecil pasangannya kecepatan besar)

Soal No. 12

Sebuah kolam penampung air diperlihatkan pada gambar berikut. Pada sisi kanan kolam dibuat terusan air pada ketinggian 10 m dari atas tanah dengan sudut kemiringan α°.

Jika kecepatan gravitasi bumi 10 m/s² tentukan:

a) kecepatan keluarnya air

b) waktu yang dibutuhkan untuk hingga ke tanah

c) nilai cos α

d) perkiraan jarak jatuh air pertama kali (d) dikala terusan dibuka

(Gunakan sin α = 5/8 dan √39 = 6,24)Pembahasan

a) kecepatan keluarnya air

Kecepatan keluarnya air dari saluran:

b) waktu yang dibutuhkan untuk hingga ke tanah

Meminjam rumus ketinggian dari gerak parabola, dari situ mampu diperoleh waktu yang dibutuhkan air dikala menyentuh tanah, ketinggian jatuhnya air diukur dari lubang ialah − 10 m.

c) nilai cos α

Nilai sinus α telah diketahui, menentukan nilai cosinus α

d) perkiraan jarak jatuh air pertama kali (d) dikala terusan dibuka

Jarak mendatar jatuhnya air

Soal No. 13

Untuk mengukur kelajuan anutan minyak yang memiliki massa jenis 800 kg/m³ digunakan venturimeter yang dihubungkan dengan manometer ditunjukkan gambar berikut.

Luas penampang pipa besar ialah 5 cm² sedangkan luas penampang pipa yang lebih kecil 3 cm². Jika beda ketinggian Hg pada manometer ialah 20 cm, tentukan kelajuan minyak dikala memasuki pipa, gunakan g = 10 m/s² dan massa jenis Hg ialah 13600 kg/m³.Pembahasan

Rumus untuk venturimeter dengan manometer, di soal cairan pengisi manometer ialah air raksa / Hg:

dengan

v₁ = kecepatan anutan fluida pada pipa besar

A = luas pipa yang besar

a = luas pipa yang kecil

h = beda tinggi Hg atau cairan lain pengisi manometer

ρ' = massa jenis Hg atau cairan lain pengisi manometer

ρ = massa jenis fluida yang hendak diukur kelajuannya

Data:

A = 5 cm²

a = 3 cm²

h = 20 cm = 0,2 m

g = 10 m/s²

diperoleh hasil:

Soal No. 14

Sebuah tabung pitot digunakan untuk mengukur kelajuan anutan udara. Pipa U dihubungkan pada lengan tabung dan diisi dengan cairan yang memiliki massa jenis 800 kg/m³.

Jika massa jenis udara yang diukur ialah 1 kg/m³ dan perbedaan level cairan pada tabung U ialah h = 25 cm, tentukan kelajuan anutan udara yang terukur!

Pembahasan

Misalkan kelajuan udara di A ialah v_A dan kelajuan udara di B ialah v_B.

Udara masuk melalui lubang depan dan dikala di B anutan udara tertahan hingga kecepatannya nol.

Dari hukum Bernoulli:

Dengan kondisi:

Kecepatan di B v_B = 0, dan perbedaan tinggi antara A dan B dianggap tidak signifikan, diambil h_a = h_b sehingga ρgh_a - ρgh_b = 0

dengan ρ ialah massa jenis udara yang diukur, selanjutnya dinamakan ρ_u.

Dari pipa U, perbedaan tinggi yang terjadi pada cairan di pipa U diakibatkan perbedaan tekanan.

gabungkan i dan ii

dengan v_a adalah kelajuan anutan udara yang diukur, selanjutnya dinamakan v,

Data soal:

ρ_u = 1 kg/m³

ρ_zc = 800 kg/m³

h = 25 cm = 0,25 m

g = percepatan gravitasi = 10 m/s²

diperoleh:

Soal No. 15

Pipa pitot digunakan untuk mengukur kelajuan anutan udara. Pipa U dihubungkan pada lengan tabung dan diisi dengan cairan yang memiliki massa jenis 750 kg/m³.