Soal dan Pembahasan Fluida Statis (Part 2)

ini yaitu halaman kelanjutan dari pembahasan fluida statis dari episode sebelumnya. silakan anda cermati lagi soal-soal berikut ini. atau bila belum membaca halaman sebelumnya aku sarankan baca dulu biar lebih paham.

<<HALAMAN SEBELUMNYA

Soal No. 9

Sebuah pipa U diisi dengan 4 buah zat cair berbeda sampai ibarat gambar. Tentukan persamaan untuk menentukan besarnya massa jenis zat cair 1

Pembahasan

P_A = P_B

P₁ + P₄ = P₂ + P₃

ρ₁ g h₁ + ρ₄ g h₄ = ρ₂ g h₂ + ρ₃ g h₃

g mampu dicoret sehingga didapatkan

ρ₁ h₁ + ρ₄ h₄ = ρ₂ h₂ + ρ₃ h₃

ρ₁ h₁ = ρ₂ h₂ + ρ₃ h₃ - ρ₄ h₄

Sehingga

ρ₁ = ( ρ₂ h₂ + ρ₃ h₃ - ρ₄ h₄) : h₁

Soal No. 10

Sebuah benda berbentuk balok berada pada baskom yang berisikan air dan minyak. 50% dari volum balok berada di dalam air, 30% berada dalam minyak ibarat terlihat pada gambar berikut.

Tentukan massa jenis balok tersebut

Diketahui massa jenis air yaitu 1 g/cm³ dan massa jenis minyak 0,8 g/cm³

Pembahasan

a) Gaya-gaya yang bekerja pada balok yaitu sebagai berikut:

Berat benda

w = mg

Karena massa benda belum diketahui, masukkan m = ρ v_B sehingga w = ρ v g dengan v_B adalah volum balok.

Gaya ke atas yang bekerja pada balok oleh air

Fair = ρ_a v_a g

dengan v_a adalah volume air yang dipindahkan atau didesak oleh balok (50%v = 0,5 v_B).

Gaya ke atas yang bekerja pada balok oleh minyak

F_m = ρ_m v_m g

dengan v_m adalah volume minyak yang dipindahkan atau didesak oleh balok (30% v_B = 0,3 v_B).

Gaya yang arahnya ke atas sama dengan gaya yang arahnya ke bawah:

Soal No. 11

Perhatikan gambar berikut, air berada dalam sebuah pipa kapiler dengan sudut kontak sebesar θ.

Jika jari-jari pipa kapiler yaitu 0,8 mm, tegangan permukaan air 0,072 N/m dan cos θ = 0,55 tentukan tentukan ketinggian air dalam pipa kapiler! (g = 10 m/s², ρ_air= 1000 kg/m³)

Pembahasan

Data soal:

r = 0,8 mm = 0,8 × 10⁻³ m

cos θ = 0,55

γ = 0,072 N/m

g = 10 m/s²

ρ_air = 1000 kg/m³

h = ....

Rumus kenaikan zat cair pada suatu pipa kapiler

Masuk datanya

Soal No. 12

Sebuah pipa vertikal terpasang di dalamnya sebuah pegas dan sebuah penampang bulat dari karet berjari-jari 10 cm ibarat terlihat pada gambar berikut.

Suatu zat cair dengan massa jenis 800 kg/m³ kemudian dimasukkan ke dalam pipa sampai setinggi 35 cm. Pegas tertekan ke bawah sampai posisinya setinggi h. Jika konstanta pegas yaitu 200 N/m dan percepatan gravitasi 10 m/s² tentukan nilai h!

Pembahasan

Tentukan dulu perubahan panjang pegas tanggapan diisinya pipa dengan cairan:

Gaya dari pegas = Gaya dari zat cair

Dengan demikian h = 50 cm − 44 cm = 6 cm

Soal No. 13

Sebuah kelereng dengan jari-jari 0,5 cm jatuh ke dalam kolam berisi oli yang memiliki koefisien viskositas 110 × 10⁻³ N.s/m². Tentukan besar goresan yang dialami kelereng bila bergerak dengan kelajuan 5 m/s!

Pembahasan

Data:

r = 0,5 cm = 5 × 10⁻³ m

η = 110 × 10⁻³ N.s/m²

ν = 5 m/s

F_f =.....

Benda yang bergerak dalam fluida akan mengalami gesekan. Besar goresan yang terjadi bila benda bentuknya BOLA dirumuskan:

dimana

F_f = gaya goresan di dalam fluida

η = koefisien viskositas fluida

r = jari-jari benda

ν = kecepatan gerak benda

sehingga besarnya gesekan

Soal No. 14

Sebuah gotri yang berjari-jari 5,5 × 10⁻³ m terjatuh ke dalam oli yang memiliki massa jenis 800 kg/m³ dan koefisien viskositasnya 110 × 10⁻³ N.s/m². Jika massa jenis gotri 2700 kg/m³, tentukan kecepatan terbesar yang dapat dicapai gotri dalam fluida!

Pembahasan

Data:

Bendanya gotri, berbentuk bola.

r = 5,5 × 10⁻³

ρ_b = 2700 kg/m³

Fluidanya oli.

ρ_f = 800 kg/m³

η = 110 × 10⁻³ N.s/m²

ν_T =.....?

Kecepatan terbesar yang dicapai gotri dalam fluida dinamakan kecepatan terminal atau ν_T. Rumus kecepatan terminal untuk benda berbentuk bola:

sehingga:

Soal No. 15

Sebuah balok yang memiliki massa 4 kg dan volume 5 × 10⁻⁴ m³ berada di dalam air digantung menggunakan sebuah pegas ibarat gambar berikut.

Jika massa jenis air 1000 kg/m³ dan konstanta pegasnya 140 N/m maka pertambahan panjang pegas ditinjau dari ketika pegas tanpa beban adalah....

A. 15 cm

B. 20 cm

C. 25 cm

D. 30 cm

E. 35 cm

Pembahasan

Gaya-gaya yang bekerja pada balok yaitu gaya berat balok w = m_bg arahnya ke bawah, gaya angkat yang berasal dari air F_a = ρ_agV_a arahnya ke atas, dan gaya pegas F_p = kΔx arahnya ke atas. Ketiganya dalam kondisi seimbang.

Karena seluruh balok berada di dalam air, maka volume air yang dipindahkan sama dengan volume balok. Dengan massa jenis air ρ_a=1000 kg/m³ dan g = 10 m/s²diperoleh hasil: