Halaman
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN2FLUIDA DINAMISFISIKA KELAS XIPENYUSUNKusrini,S.Pd,M.PdSMA NEGERI 9 BEKASI
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN3DAFTAR ISIPENYUSUN.............................................................................................................................................2DAFTAR ISI............................................................................................................................................3GLOSARIUM...........................................................................................................................................4PETA KONSEP.......................................................................................................................................5PENDAHULUAN...................................................................................................................................6A. Identitas Modul...........................................................................................................6B. Kompetensi Dasar.......................................................................................................6C. Deskripsi Singkat Materi............................................................................................6D. Petunjuk Penggunaan Modul......................................................................................6E. Materi Pembelajaran...................................................................................................7KEGIATAN PEMBELAJARAN 1.......................................................................................................8DEBIT ALIRAN DAN AZAS KONTINUITAS.................................................................................8A.Tujuan Pembelajaran..................................................................................................8B.Uraian Materi..............................................................................................................8C.Rangkuman...............................................................................................................14D.Latihan Soal..............................................................................................................15E.Penilaian Diri............................................................................................................17KEGIATAN PEMBELAJARAN 2.....................................................................................................18PENERAPAN AZAS BERNOULLI..................................................................................................18A.Tujuan Pembelajaran................................................................................................18B.Uraian Materi............................................................................................................18C.Rangkuman...............................................................................................................23D.Penugasan Mandiri...................................................................................................24E.Latihan Soal..............................................................................................................25F.Penilaian Diri............................................................................................................28EVALUASI.............................................................................................................................................29DAFTAR PUSTAKA............................................................................................................................33
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN4GLOSARIUMFluida:Suatu zat yang bisa mengalami perubahan perubahan bentuknya secara continu/terus menerus bila terkena tekanan/ gaya geser walaupun relatif kecil atau biasa disebut zar mengalirFluida ideal:Fluida yang memiliki ciri ciri seperti tidak termampatkan (tidak kompresibel), tidak mengalami perubahan vulume/ massa jenis ketika memperoleh tekananAliran laminer:Aliran fluida yang kecepatan aliran pada setiap titik pada fluida berubah terhadap waktuAliran turbulen:Aliran berputar atau aliran yang partikel partikelnya berbeda bahkan berlawanan dengan arah secara keseluruhanFluida Dinamis:fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak.Debit fluida:Besaran yang menunjukkan volume fluida yang melalui suatu penampang setiap waktu.Azas Kontinuitas:Ketentuan yang menyatakan bahwa untuk fluida yang tak termampatkan dan mengalir dalam keadaan tunak, maka laju aliran volume di setiap waktu sama besarAzas Bernaulli:Jumlah tekanan, energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama di setiap titik sepanjang aliran fluida ideal
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN5PETA KONSEP
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN6PENDAHULUANA. Identitas ModulMata Pelajaran: FISIKAKelas:XIAlokasi Waktu:8 JP (2 x kegiatan pembelajaran@4JP))Judul Modul:FLUIDA DINAMISB. Kompetensi Dasar3.4Menerapkanprinsipfluidadinamik dalamteknologi4.4Membuat dan mengujiproyek sederhana yang menerapkan prinsip dinamika fluidaC. Deskripsi Singkat MateriSalam semangat belajar...!!!!Semoga kita semua dalam keadaan sehat agar dapat terus belajar dan belajar.Dalam modul ini,kalian akan mempelajari tentang Fluida Dinamis yang meliputi Pengertian dan jenis fluida, Debit aliran, Azas Kontinuitas, Azas Bernaulli dan aplikasinya (Tangki air berlubang, pipa venturimeter, tabung pitot dan sayap pesawat terbang)Setelah mempelajari materi dalam modul ini diharapkan kalian dapatmengaplkasikan konsep konsep dan hukum dalam fluida dinamis dalam memecahkan permasalahan dalam kehidupan sehari hari khususnya yang ada hubungannya dengan teknologi.Sebagai prasyarat pengetahuan sebelum mempelajari materi ini, kalian diharapkan sudah mempelajari materi tentang tekanan, energi potensial, energi kinetik dan energi mekanikD. Petunjuk Penggunaan ModulMulailah sebelum mempelajari isi modul ini dengan berdoa, agar ilmu yang kita dapat membawa manfaat dan keberkahan dalam hidup kita.Berikut petunjuk penggunaan modul ini :1.Pahami setiap konsep yang disajikan pada uraian materi yang disajikan dan contoh soal pada tiap kegiatan belajar dengan baik dan cermat2.Jawablah soal tes formatif yang disediakan pada tiap kegiatan belajarterlebihdahulu3.Jika terdapat tugas untuk melakukan kegiatan praktek, maka bacalah terlebih dahulu petunjuknya, dan bila terdapat kesulitan tanyakan pada guru
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN7E.Materi PembelajaranModul ini terbagi menjadi 2kegiatan pembelajarandandi dalamnya terdapat uraian materi, contoh soal, soal latihan dan soal evaluasi.Pertama :Pengertian Fluida Dinamis, Debit fluida, Azas kontinuitas, Azas BernoulliKedua : Penerapan Azas Kontinuitas dan Bernouli dalam Kehidupansehari hari (Tangki air berlubang, pipa venturimeter, tabung pitot dan sayap pesawat terbang)
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN8KEGIATAN PEMBELAJARAN 1DEBIT ALIRAN DAN AZAS KONTINUITASA.Tujuan PembelajaranSetelah kegiatan pembelajaran 1 ini diharapkanpeserta didik dapat1.Mengaplikasikan konsep debit aliran fluida dalam memecahkan masalah dalam kehidupan sehari hari2.Mengaplikasikan Azas kontinuitas dalam menyelesaikan masalah aliran air dalam pipa 3.Memahami prinsip prinsip dasar dari Azasbernaulli B.Uraian Materi1.Pengertian dan jenis FluidaFluida sangat dekat dan ada dalam kehidupan kita sehari-hari, Fluida didefinisan sebagai Suatu zat yang bisa mengalami perubahan perubahan bentuk secara kontinyu/terus menerus bila terkena tekanan atau gaya geser walaupun relatif kecil atau biasa disebut zar mengalirFluida dibedakan menjadi 2 jenis:a.Fluida Statis: Fluida yang tidak bergerakb.Fluida Dinamis: Fluida yang bergerakFluida Dinamis adalah fluida yang bergerak, dengan ciri ciri sebagai berikut :1.Fluida dianggap tidak kompresibel2.Fluida dianggap bergerak tanpa gesekan walaupun ada gerakan materi (tidak mempunyai kekentalan )3.Alira fluida adalah aliran stasioner, yaitu kecepatan dan arah gerak partikel fluida melalui suatu titik tertentu selalu tetap4.Tak tergantung waktu (tunak) artinya kecepatannya konstan pada titik tertentu dan membentuk aliran laminer Jenis Aliran FluidaJenis aliran fluida dibedakan menjadi 2 jenisa. Aliran lamineryaitu aliran fluida dalam pipa sejajar dengan dinding pipa tanpa adanya komponen radial.
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN9b. Aliran turbulen yaitu aliran fluida dalam pipa tidak beraturan/tidak sejajar dengan pipa.2. Debit FluidaPada fluida yang bergerak memiliki besaran yang dinamakan debit. Debit adalah laju aliran air. Besarnya debit menyatakan banyaknnya volume air yang mengalir setiap detik. keteranganQ= Debit (m3/s)V= volume (m3)t = waktu (s)Contoh SoalSebuah bak mandi akan diisi dengan sebuah air mulai pukul 07.20 Wib.s/d pukul 07.50 Wib. Jika debit air 10 liter/ menit, makaberapa literkah volume air yang ada dalam bak mandi tersebut ?PembahasanDiketahui :t = 30 menit diperoleh dari 07.50 WIB –07.20 WIBQ = 10 liter/menitDitanyakan , V = ..?JawabRumus DebitQ= 𝑉𝑡pindah ruas kiri untuk V karena DitanyakanV = Q . t = 10 liter/menit . 30 menit = 300 liter
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN103. Azas KontinuitasAmati gambar berikut !Pada saat kita menyiram tanaman dengan menggunakan selangdan jarak tanaman jauh dari ujung selang maka yang kita lakukan adalah memencet ujung selang supaya luas permukaan ujung selang menjadi semakin kecil. Akibatnya kecepatan air yang memancar semakin besar. disebabkan debit air yang masuk harus sama dengan debit air yang keluar.Azas Kontinuitasfluida yang tak termampatkan dan mengalir dalam keadaan tunak, maka laju aliran volume di setiap waktu sama besarBila aliran fluida melewati pipa yang berbeda penampangnya maka fluida akan mengalami desakan perubahan luas penampangnya yang dilewatinya. Asumsikan bahwa fluida tidak kompresibel, maka delam selang waktu yang sama jumlah fluida yang mengalir melalui penampang harussama dengan jumlah fluida yang mengalir melalui penampang. Volume fluida pada penampang A1sama dengan volume fluida penampang A2, maka debit fluida di penampang A1sama dengan debit fluida di penampang A2.Q1= Q2𝑉1𝑡1=𝑉2𝑡2𝐴1𝑙1𝑡1= 𝐴2𝑙2𝑡2A1.v1= A2.vJika l1= panjang pipa yang dilewati fluida saat penampangnya A1
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN11l2= panjang pipa yang dilewati fluida saat penampangnya A2v1= kecepatan aliran fluida di penampang 1 (m/s) v2= kecepatan aliran fluida di penampang 2 (m/s ). A1 = luas penampang 1A2= luas penampang 2Persamaan diatas dikenal dengan Persamaan Kontinuitas.A1.v1= A2.v2Contoh SoalSebuah pipa dengan luas penampang 616 cm2di pasang keran pada ujungnya dengan jari jari keran 3,5 cm Jika besar kecepatan aliran air dalam pipa 0,5 m/s, maka dalam waktu 5 menit , berapakah voume air yang keluar dari keran ?Pembahasan DiketahuiA1= 616 cm2= 616.10-4 mv1 = 0,5 m/sR2= 3,5 cm = 0,035 mt = 5 menit = 300 detikDitanyaV2 = ...?Q1= Q2A1.v1 = 𝑉2𝑡2V2= A1.v1.t2= 616.10-4. 0,5 . 300= 924.10-2= 9,24 m3
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN124. Azas BernaulliPerhatikan Gambar berikut!Terlihat dalam gambar, seorang petugas pemedam kebakarn hutan sedang berusaha memadamkan api yang membakar lahan dengan menggunakan selang yang sangat panjang serta berusaha menempatkan posisi selang sedemikian rupa sehingga dapat menjangkau titik api yang ingin dia padamkanKita ketahui bahwa kelajuan fluida paling besar terjadi pada pipa yang sempit, sesuai dengan azas kontinuitas yang telah kita pelajari sebelumnya. bagaimanakah dengan tekanannya?W total = Δ EkW1-W2+ W3= Ek2–Ek1dimana W3adalah kerja yang dilakukan oleh gravitasi.nilai W2negatif, disebabkan gaya yang dialami fluida oleh P2berlawanan arah terhadap laju fluida.
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN13dengan asumsi bahwa volume fluida yang dipindahkan oleh W1dan W2adalah sama, maka Persamaan di atas selanjutnya dibagi oleh sehingga didapatkan persamaanPersamaan di atas dikenal dengan persamaan Bernoulli. Persamaan Bernoulli dapat dinyatakan juga denganP + ρgh +12ρv2 = konstanP adalah tekanan (Pascal)ρadalah massa jenis fluida (kg/m3)v adalah kecepatan fluida (m/s)g adalah percepatan gravitasi (g = 9,8 m/s2)h adalah ketinggian (m)Penerapan Azas Bernoulli diantaranya terjadi pada, tangki air yang berlubang, gaya angkat pada sayap pesawat terbang, pipa venturi, tabung pitot dan lain sebagainya. Hal ini akan dibahas pada pertemuan selanjutnyaContoh SoalAir dialirkan melalui pipa seperti pada gambar di atas. Besar kecepatan air pada titik 1, 3 m/s dan tekanannyaP1= 12300 Pa. Pada titik 2, pipa memiliki ketinggian 1,2 meter lebih tinggi dari titik 1 dan besar kecepatan air 0,75 m/s. Dengan menggunakan hukum bernoulli tentukan besar tekanan pada titik 2 !Pembahasan Diketahui :V1 = 3 m/sρair =1000 kg/m3V2 = 0,75 m/sg = 10 m/s2h2 = 1,2 mP1 = 12.300 PaDitanyakan, P2 =... ?
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN14Jawabh1 = 0, sehingga ρgh1= 0P2= P1+ ½ ρv12–½ ρv22–ρgh2= 12.300 +½ 1000.32–½ 1000. 0,752–1000.9,8.1,2= 4.080 PaC.Rangkuman1. Fluida Dinamis adalah fluida yang bergerak, dengan ciri ciri sebagai berikut :a.Fluida dianggap tidak kompresibelb.Fluida dianggap bergerak tanpa gesekan walaupun ada gerakan materi (tidak mempunyai kekentalan )c.Alira fluida adalah liran stasioner, yaitu kecepatan dan arah gerak partikel fluida melalui suatu titik tertentu selalu tetapd.Tak tergantung waktu (tunak) artinya kecepatannya konstan pada titik tertentu dan membentuk aliran laminer 2. Debit adalah laju aliran air. Besarnya debit menyatakan banyaknnya volume airyang mengalir setiap detik.Secara matematis Q = 𝑉𝑡Dengan, Q = debit fluida (m3/s)V = Volume (m3)t = waktu (s)3. Azas Kontinuitasfluida yang tak termampatkan dan mengalir dalam keadaan tunak, maka laju aliran volume di setiap waktu sama besarA1.v1= A2.v2Dengan A1 : Luas penampang di titik 1 (m2)A2 : Luas penampang di titik 2 (m2)V1 : kecepatan pada titik 1 (m/s)V2 : kecepatan pada titik 2 (m/s)4. Azas BernaulliJumlah tekanan, energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama di setiap titik sepanjang aliran fluida idealSecara matematis dapat dinyatakan denganP + ρgh +12ρv2 = konstanP adalah tekanan (Pascal)ρadalah massa jenis fluida (kg/m3)v adalah kecepatan fluida (m/s)g adalah percepatan gravitasi (g = 9,8 m/s2)h adalah ketinggian (m)
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN15D.Latihan SoalSoal1.Air terjun setinggi 8 m dengan debit 10 m3/s dimanfaatkan untuk memutar generator listrik mikro. Jika 10% air berubah menjadi energi listrik. Jika g = 10 m/s2,dan massa jenis air 1000 kg/m3, berapakah daya keluaran generator ?Pada sebuah penampung air yang berbentuk tabung dengan jari-jari 4 dm, dan tinggi 21 dm diisi air sampai penuh selama 10 menit dengan menggunakan selang . Berapakah debit air dari selang tersebut?Perhatikan gambar berikut!Fluida mengalir pada pipa seperti gambar di atas. Jika kecepatan aliran fluida pada penampang besar 5 m/s. Berapakah kecepatan aliran fluida pada penampang kecil jika diameter penampang besar dua kali diameter penampang kecil2.Perhatikan gambar berikut!Air mengalir dari pipa yang berjari jari 3 cm dan keluar melalui sebuah keran yang berjari jari 1 cm. Jika kecepatan air keluar keran 3 m/s. berapakah kecepatan air dalam pipa?Pembahasan Pembahasansoal nomor 1Diketahui :η = 10 %g = 10 m/s2h = 8 mQ = 10 m3/sDitanyakanP=..?JawabP = η W/t= η mgh/t= η ρ V gh/t karena Q = 𝑉𝑡, maka = η ρ Qg h= 10%.1000.10.10. 8= 0,1.800.000= 80.000 Watt= 80 KW
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN16Pembahasan soal no 2Diket :r = 4 dm = 0,4m h = 21 dm = 21.10-1mt = 10 menit = 600 detikRumus Volume sebuah tabungV = π r2x hVolume air= Volume tabung Debit x waktu = 22/7 . (0,4)2. 21Q . t = 22.0,16.3Q . 600 = 10,56Q = 10,56/600= 0,0176 m3/s= 17,6 dm3/s= 17,6 liter/ sPembahasan soal no 3Diketahui :V1= 5 m/sD1= 2D2Ditanyakan V2 =.. ?JawabA1.V1= A2. V2V2= 𝐴1𝐴2V1 , karena A = ¼ π D2, maka= 𝐷1𝐷2V1= 2𝐷2𝐷25= 10 m/sPembahasan nomor 4DiketahuiR1= 3 cm = 0,03 mR2 = 1 cm = 0,01 mV2= 3 m/sDitanyakanV1= .. ?JawabA1.v1= A2.v2V1= 𝐴2𝐴1v2 karena A = π r2, makaV1=(𝑅2𝑅1)2v2=(0,010,03)2. 3= 0,33 m/s
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN17E.Penilaian DiriNOPERNYATAANJAWABANYATIDAK1Saya sudah mampu mengaplikasikan konsep Debit dalam menyelesaikan masalah pengisian air dalam bak2Saya sudah mampu menentukan energi listrik yang dihasilkan pada generator dengan konsep debit fluida3Saya sudah mampu menggunakan azas kontinuitas dalam menentukan keceptan aliran air dalam pipa4Saya sudah dapat mengaplikasikan Hukum Bernaulli dalam menentukan tekanan dalam pipaJika jawaban kalian sudah “ya” minimal 3 maka lanjutkan pada pembelajaran berikutnya,ika jawaban “ya “ kalian kurang dari 3, pelajari lagi materi yang masih dijawab ’tidak’dankerjakan latihan soalnya kembali.
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN18KEGIATAN PEMBELAJARAN 2PENERAPAN AZAS BERNOULLIA.Tujuan PembelajaranSetelah kegiatan pembelajaran 2ini diharapkan peserta didik mampu :1.Mengaplikasikan Azas Bernaulli dalam menyelesaikan permasalahan tangki air yang berlubang2.Menggunakan Azas Bernaulli dalam menyelesaikan permasalahan pada Venturimeter3.Menerapkan Azas Bernaulli dalam menyelesikan permasalahan pada tabung pitot4.Mengaplikasikan Azas Bernaulli dalam menyelesaikan permasalahan pada gaya angkat pesawat terbangB.Uraian MateriAplikasi Azas Bernaulli banyak ditemui dalam kehidupan sehari hari diantarnya tangki air berlubang, Venturimeter, tabung pitot dan aliran udara pada sayap pesawat terbang.1. Tangki airberlubangSebuah tabung berisikan fluida dengan ketinggian permukaan fluida dari dasar adalah h. Memiliki lubang kebocoran pada ketinggian h2dari dasar tabung. Jika permukaan fluida dianggap sebagai permukaan1 dan lubang kebocoran sebagai permukaan 2, maka berdasarkan Azas Bernaulli:P1+ ½ ρv12+ ρgh1= P2+ ½ ρv22+ ρgh2Karen P1= P2 dan v1 = 0, maka(v1<<<<<<v2)ρgh1 = ½ ρv22+ ρgh2gh1 = ½ v22+ gh2½ v22= gh1–gh2v22= 2g(h1–h2)v2 =√2g(ℎ1–ℎ2)dimanav2= besar kecepatan aliran fluida keluar dari tabung (m/s)g = percepatan gravitasi (m/s2)h1= ketinggian fluida dari dasar tabung (m)h2= ketinggian lubang kebocoran dari dasar tabung (m)
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN19Contoh SoalSebuah tabung berisi zat cair sampai penuh. Pada dinding tabung terdapat dua lubang kecil pada ketinggian seperti terlihat pada gambar sehingga zat cair memancar keluar dari lubang dengan jarak horisontal X1dan X2. Berapakah perbandingan X1dan X2 ?PembahasanDiketahui :h = 100 cmLubang 1, h1 = 20 mLubang 2, h1= 50 cmDitanyakanX1 : X2=...?Jawab X1: X2= 2√ℎ1(ℎ−ℎ1): 2√ℎ1(ℎ−ℎ1)= √20(100−20): √50(100−50)= √1600: √2500= 40: 50= 4 : 52.Pipa VenturimeterAlat ini digunakan untuk mengukur laju aliran suatu cairan dalam sebuah pipa. Pada dasarnya, alat ini menggunakan pipa yang mempunyai bagian yang menyempit. Ada 2 macam venturimeter yaitu1. Venturimeter tanpa manometer 2. Venturimeter dengan manometera. Venturimeter tanpa manometerMenggunakan Azas Bernaulli ,makaP1+ ½ ρv12+ ρgh1= P2+ ½ ρv22+ ρgh2Karena h1= h2, makaP1+ ½ ρv12= P2+ ½ ρv22P1-P2 = ½ ρ(v22–v12)Karena P1-P2 = ρgh dan v2= 𝐴1𝐴2v1 maka
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN20v1 =√2𝑔ℎ(𝐴1(𝐴2)2−1v2 =√2𝑔ℎ(𝐴2(𝐴1)2−1dengan :v1= besar kecepatan fluida melalui pipa dengan luas penampang A1(m/s)v2= besar kecepatan fluida malalui pipa dengan luas penampang A2(m/s)h = selisih ketinggian fluida (m)A1= luas penampang 1 (m2)A2= luas penampang 2 (m2)b. Venturimeter dengan manometerBila venturimeter dilengkapi dengan manometer (pipa U yang berisi zat cair lain, maka kecepatan fluida ditentukan dengan persamaan:v1= A2√2(𝜌′−𝜌)𝑔ℎ𝜌(𝐴12−𝐴22)denganρ’ = massa jenis fluida pada manometer (kg/m3)ρ = massa jenis fluida yang diukur kecepatannya (kg/m3)h = perbedaan tinggi fluida pada manometer (m)Contoh SoalPerhatikan gambar berikut!
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN21Sebuah venturimeter memiliki luas penampang besar 10 cm2dan luas penampang kecil 5 cm2. Hitunglah besar kecepatan aliran air pada penampang besar dan penampang kecil !(g = 10 m/s2)PembahasanDiketahuiA1= 10 cm2 = 10.10-4m2 A2= 5 cm2 = 5.10-4m2h = 15 cm = 15.10-2mg = 10 m/s2Ditanyakan V1dan V2..?v1 =√2𝑔ℎ(𝐴1(𝐴2)2−1v1 =√2.10.15.10−2(10.10−45.10−4)2−1= 1 m/sUntuk menentukan v2gunakan persamaan kontinuitasA1. v1= A2. v210.10-4. 1 = 5.10-4. v2V2 = 2 m/s3. Tabung pitotTabung pitot merupakan alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran suatu gas atau udara. Berikut ditunjukkan gambar tabung pitot yang dilengkapi dengan manometer yang berisi zar cair.Zat cair yang berada pada pipa U mempunyai beda ketinggian h dan massa jenis ρ’. Bila massa jenis udara yang mengalir adalah ρ dengan kelajuan v maka V = √2𝑔ℎ𝜌′𝜌Dengan V = besar kecepatan aliran udara/gas (m/s)ρ’ = massa jenis zat cair dalam manometer (kg/m3)ρ = massa jenis udara/gas (kg/m3)h = selisih tinggi permukaan kolom zat cair dalam manometer(m)
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN22Contoh SoalSebuah tabung pitot digunakan untuk mengukur kelajuan aliran gas oksigen yang mempunyai massa jenis 1,43 kg/m3dalam sebuah pipa. Jika perbedaan tinggi zat cair pada kedua kaki manometer adalah 5 cm dan massa jenis zat cair 13.600 kg/m3, hitunglah kelajuan aliran gas pada pipa tersebut !Pembahasan Diketahui :ρ = 1,43 kg/m3ρ’= 13.600 kg/m3h = 5cm= 0,05 mg = 10m/s2Ditanyakan v ?JawabV = √2𝜌′𝑔ℎ𝜌= √2.(13.600).(10)(0,05)1,43= 97,52 m/s4. Sayap pesawat terbangGaya angkat pesawat diperoleh karena tekanan di bawah sayap lebih besar dari pada tekanan di atas sayap, hal itu disebabkan karena perbedaan bentuk sayap pesawat yang lebih melengkung di bagian bawah pesawat sehingga kecepatan dibagian bawah sayap lebih kecil dari pada dibagian atas sayap. Desain sayap pesawat yang berbentuk aerodinamik menyebabkan kelajuan udara di atas sayap v1lebih besar daripada di bawah sayap v2, sehingga Dengan menggunakan Azas Bernoulli untuk sayap pesawat dibagian atas dan sayap pesawat di bagian bawah dimana tidak terdapat perbedaan ketinggian sehingga energi potensialnya sama-sama nol, didapat:P1+ ½ ρv12= P2+ ½ ρv22P2–P1= ½ ρ(v12–v22)Fangkat= F2-F1= ½ ρ(v12–v22) ADimana:Fangkat= F2-F1 = gaya angkat pesawat (N) ρ = massa jenis udara (kg/m3)A= luasan sayap pesawat (m2)v1= kecepatan aliran udara di atas sayap (m/s)v2= kecepatan aliran udara di bawah sayap (m/s)
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN23Contoh soalJika kecepatan aliran udara di bagian bawah sayap pesawat terbang 60 m/s, dan selisih tekanan atas dan bawah sayap 10 N/m, berapakah kecepatan aliran udara di bagian atas sayap pesawat ? (ρudara = 1,29 kg/m3)PembahasanDiketahui :V2 = 60 m/sP2–P1= 10 N/mDitanyakanV1...?JawabP2–P1= ½ ρ(v12–v22)10 = ½ . 1,29 (v12–602)201,29= v12–602V1= 60,13 m/sC.Rangkuman1. Tangki air berlubangSebuah tabung berisikan fluida dengan ketinggian permukaan fluida dari dasar adalah h. Memiliki lubang kebocoran pada ketinggian h2dari dasar tabung.Kecepatan aliran fluida keluar dari tabungv=√2g(ℎ1–ℎ2)3. Venturimetertanpa manometerv1 =√2𝑔ℎ(𝐴1(𝐴2)2−1v2 =√2𝑔ℎ(𝐴2(𝐴1)2−1
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN24Venturimeter dengan manometerv1= A2√2(𝜌′−𝜌)𝑔ℎ𝜌(𝐴12−𝐴22)4. Tabung pitotV = √2𝑔ℎ𝜌′𝜌5. Gaya angkat pesawat terbangFangkat= F2-F1= ½ ρ(v12–v22) AD.Penugasan Mandiri Judul Percobaan: Aplikasi Hukum BernaulliAlat dan Bahan:1. Botol plastik bekas ukuran 1,5 liter atau lebih2. paku untuk melubangi botol3. Mistar/penggaris4. airLangkah kerjaLakukan pengamatan dan buatlah analisa dari hasil pengamatan kalian.1. Lubangi dinding botol dengan paku. Buat 3 lubang secara vertikal
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN252. Jarak antar lubang harus sama3. Beri nomor tiap lubang dengan no 1 paling atas4. Tutup lubang dengan tangan , kemudian isi botol dengan air5. Buka secara bersamaan ketiga lubang dan beri tanda di titk mana saat pertama air jatuh di tanah dari tiap lubang6. Ukur secara horisontal jarak mendatar dari dinding botol ke titik jatuhnya air (X1,X2dan X3)7. Bandingkan antara X1,X2dan X3Pertanyaan dan Tugas1. Ketika ketiga lubang dibuka bagaimana panjang aliran air horisontal dari ketiga lubang tersebut?2. Apa hubungan antara tinggi lubang dari tanah dengan panjang aliran air horisontal?E.Latihan Soal1.Sebuah tangki berisi air setinggi 11 m, pada dinding tangki terdapat lubang kecil berjarak 1 m dari dasar tangki. Jika g = 9,8 m/s2, berapakah kecepatan air yang keluar dari lubang ?2.Sebuah venturimeter memiliki luas penampang besar 18 cm2dan luas penampang kecil 6 cm2digunakan untuk mengukurkecepatan aliran air. Jika perbedaan ketinggian air seperti ditunjukkan pada gambar, hitunglan kecepatan aliran air di penampang besar dan penampang kecil!3.Perbedaan ketinggian raksa pada bagian manometer tabung pitot 2 cm. Jika massa jenis udara/gas yang masuk ke dalam tabung 1,98, berapakah kecepatan aliran udara/gas tersebut?(ρraksa= 13.600 kg/m3)4.Perbedaan tekanan udara antara atas dan bawah pesawat 20 N/m. Jika kecepatan aliran udara dibawah sayap 70 m/s, berapakah kecepatan aliran udara di atas sayap pesawat ? (ρ= 1,29 kg/m3)
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN26PembahasanPembahasan soal no 1Diketahui :h1 = 11 mh2= 1 mDitanyakanV = ..?JawabV= √2𝑔(ℎ1−ℎ))= √2.9,8(11−1)= √196= 14 m/sPembahasan soal no 2DiketahuiA1= 18 cm2= 18.10-4m2A2= 6 cm2= 6 10-4m2h = 40 cm = 0,4 mDitanyakanV1dan v2..?v1 =√2𝑔ℎ(𝐴1(𝐴2)2−1= √2.10.0,4(18.10−46.10−4.)2−1= √8= 1 m/sPembahasan soal no 3Diketahui :h = 2 cm = 0,02 mρ = 1,98 kg/m3ρ’ = 13.600 kg/m3DitanyakanV1= ..?V = √2𝑔ℎ𝜌′𝜌V = √2.10.0,02.13.6001,98= √2.747,47= 52,42 m/sPembahasan soal no 4Diketahui :P2-P1= 20 N/mV2= 70 m/sρ = 1,29 kg/m3Ditanyakan
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN27V1 = ... ?P2 -P1 = ½ ρ. (v12–v22)20 = ½. 1,29.( v12–702)31,008 = v12–4900V1 = 70,22 m/s
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN28F.Penilaian DiriNOPERNYATAANJAWABANYATIDAK1Saya mampu mengaplikasikan Azas Bernaulli dalam menyelesaikan permasalahan tangki air yang berlubang2Saya mampu menggunakan Azas Bernaulli dalam menyelesaikan permasalahan pada Venturimeter3Saya mampu menerapkan Azas Bernaulli dalam menyelesikan permasalahan pada tabung pitot4Saya mampu mengaplikasikan Azas Bernaulli dalam menyelesaikan permasalahan pada gaya angkat pesawat terbangJika kalian sudah menjawab“ya”miniml 3 maka lanjutkan dengan mengerjakan evaluasi, tetapi jika belum coba ulangi lagi mempelajari materi dan mengerjakan soal latihannya lagi.
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN29EVALUASI1.Sebuah bak yang volumenya 1 m3dialiri air melalui sebuah keran yang mempunyai luas penampang 2 cm2dengan kecepatan aliran 10 m/s. Bak tersebut akanterisi air penuh dalam waktu ... .A. 250 sekonB. 500 sekonC. 600 sekonD. 750 sekonE. 750 sekon2.Air terjun setinggi 10 m dengan debit 50 m3/sdimanfaatkan untuk memutar turbin yang menggerakkan generator listrik. Jika 25% energi air dapat berubah A. 0,50 MWB. 1.00 MWC. 1,25 MWD. 1,30 MWE. 1,50 MW3.Perhatikan gambar berikut!Sebuah zat cair dialirkan melalui pipa berbentuk seperti gambar. Jika luas penampang A1= 8 cm2dan A2= 2 cm2serta laju zat cair v2 = 2 m/s, berapakah besar laju aliran kalor v1?A. 0,5 m/sB. 1,0 m/sC. 1,5 m/sD. 2,0 m/sE. 2,5 m/s4.Perhatikan gambar penampang pipa berikut!Air mengalir dari pipa A ke B kemudian ke C. Perbandingan luas penampang A dengan penampang C adalah 8 : 3. Jika kecepatan aliran di penampang A adalah v, maka kecepatan aliran pada pipa C adalah ... .A. 1/8 VB. 3/8 VC. VD. 8/3 VE. 8V5.Pada gambar dibawah ini, air dipompa dengan kompresor bertekanan 120 kPa memasuki pipa bagian bawah (1) dan mengalir ke atas dengan kecepatan 1 m.s-
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN301(g = 10 m.s-2dan massa jenis air 1000 kg.m-3). Tekanan air pada pipa bagian atas (II) adalah....A. 52,5 kPaB. 67,5 kPaC. 80,0 kPaD. 92,5 kPaE. 107,5 kPa6.Pada dinding sebuah tangki yang berisi air terdapat lubang pada ketinggian 1 m dari dasar tangki. Jika kecepatan air yang keluar dari lubang 14 m/s dan g = 9,8 m/s, maka tinggi tangki tersebut adalah ... .A. 30 mB. 25 mC. 20 mD. 11mE. 5 m7.Saat kecepatan aliran sungai 20 m/s, perbedaan tinggi raksa dalam manometer pada venturimeter adalah 3 cm. Tiba tiba perbedaan tinggi raksa 6 cm, maka kecepatan aliran sungai sekarang adalah ... .A. 40 m/sB. 20√2m/sC. 20 m/sD. 10 m/sE. 10. √2m/s8.Perhatikan gambar berikut!Sebuah venturimeter tanpa manometer menunjukkan selisih ketinggian permukaan fluida seperti gambar. Jika luas penampang pipa besar 5 cm2dan luas penampang pipa kecil 3cm2, maka kecepatan aliran fluida pada penampang pipa besar adalah ...A. 1,0 m/sB. 1,5 m/s
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN31C. 2,0 m/sD. 2,5 m/sE. 3,0 m/s9.Air mengalir dalam sebuah venturimeter dengan manometer seperti gambar.Jika luas penampang besar (titik 1) 100 cm2dan luas penampang kecil (titik 2) 60 cm2dan perbedaan tinggi raksa pada manometer 3 cm, maka kecepatan air yang masuk pada penampang 1 adalah ... (ρraksa = 13.600 kg/m3, g = 9,8 m/s2dan ρair = 1000 kg/m3)A. 0,08m/sB. 0,12 m/sC. 0,16m/sD. 0,32m/sE. 0,42m/s10.Sebuahsayappesawatterbangmemerlukangayaangkatpersatuanluas1.300N/m2.Kelajuanaliranudara(ρ=1,3kg/m3)sepanjangpermukaanbawahsayapadalah200m/s.Berapakahlajualiranudarasepanjangpermukaanatassayapagardapatmenghasilkangayaangkattersebut?A.244,9m/sB.102,5m/sC.51,25m/sD.26,20m/sE.16,20m/s
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN32KUNCI JAWABAN EVALUASI1. B2. C3. A4. D5. D6. D7. B8. B9. C10. A
Modul FisikaKelas_XI KD 3.4@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN33DAFTAR PUSTAKAM Farchani Rasyid dkk,2008,Kajian Konsep Fisika2, Bandung,PlatinumSunardi, Lilis Juani,2014,Buku Siswa Fisika SMA/MA Kelas XI, Bandung, Yrama Widyahttps://tanya-tanya.com/rangkuman-fluida-dinamis-contoh-soal-pembahasan/https://www.zenius.net/prologmateri/fisika/a/305/venturimeter-dengan-manometerhttps://www.coursehero.com/file/p2ea2qrt/