Bismillahirrahmanirrahim
Contoh Soal Fluida Dinamis Dan Pembahasannya
Fluida adalah zat cair atau gas yang dapat mengalir. Fluida dinamis sendiri yaitu mempelajari gerak fluida dengan melihat besarnya tekanan dan kecepatan fluida. Teman-teman pasti sering melihat air mengalir dari keran atau aliran air di sungai. Nah, itulah contoh-contoh fluida dinamis yang kita temukan dalam kehidupan sehari-hari. Selain contoh-contoh tersebut, fluida dinamis juga memiliki soal-soal yang perlu kita pelajari. Berikut ini adalah contoh soal fluida dinamis dan pembahasannya.
Apa Itu Fluida Dinamis?
Fluida dinamis yaitu sebuah cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang gerak fluida. Gerak yang dipelajari ada dua jenis yaitu fluida yang bergerak dalam pipa maupun fluida yang mengalir lewat luar ruangan. Fluida tersebut bisa berwujud cairan atau berwujud gas.
Mengapa Fluida Penting Dipelajari?
Fluida dinamis perlu dipelajari karena kita dapat mengetahui perilaku fluida bergerak. Mengetahui perilaku tersebut bisa membantu kita menyelesaikan masalah atau merancang peralatan untuk mengalirkan fluida. Mengetahui tekanan fluida dalam pipa bisa membantu kita mengetahui diameter dan panjang pipa yang tepat. Hal ini sangat berguna untuk merancang jaringan pipa yang baik dan efisien. Selain itu, kita juga bisa mengetahui berapa laju aliran fluida dalam pipa tersebut.
Cara Memahami Fluida Dinamis?
Untuk memahami fluida dinamis, terlebih dahulu kita harus memahami tekanan fluida. Tekanan adalah gaya yang diberikan per satuan luas. Dalam fluida dinamis, tekanan diukur dalam Newton per meter kuadrat atau pascal. Tekanan bertambah besar apabila laju aliran fluida semakin besar.
Setelah memahami tekanan fluida, kita bisa mengetahui jenis fluida dinamis yang dipelajari. Dalam fluida dinamis terdapat fluida yang mengalir dalam pipa dan fluida yang mengalir ke luar pipa. Berikut ini adalah jenis-jenis fluida dinamis:
- Fluida inkompresibel adalah fluida yang volume tetap pada tekanan yang berbeda. Contohnya yaitu air dan minyak.
- Fluida kompresibel adalah fluida yang volume berubah pada tekanan atau temperatur yang berbeda. Contohnya yaitu gas dan uap.
- Fluida turbulen yaitu fluida yang bergerak dalam aliran yang tidak stabil. Contohnya yaitu air terjun dan gelombang laut.
- Fluida laminar yaitu fluida yang mengalir dalam aliran yang stabil. Contohnya yaitu aliran dalam pipa.
Contoh Soal Fluida Dinamis Dan Pembahasannya
Soal 1
Sebuah pipa berdiameter 2 cm dan memiliki tekanan 2 Pa. Berapa besar laju aliran fluida dalam pipa tersebut?
Pembahasan 1
Kita punya data diameter pipa yaitu 2 cm dan tekanan pipa 2 Pa. Nantinya akan menghitung laju aliran fluida dalam pipa tersebut.
Pertama-tama kita harus mengetahui rumus untuk menghitung laju aliran fluida. Rumus tersebut adalah sebagai berikut:
Q = Av
dimana:
- Q = laju aliran fluida
- A = luas penampang pipa
- v = kecepatan fluida
Setelah mengetahui rumus, kita bisa menghitung luas penampang pipa. Luas penampang pipa yaitu:
A = 3,14 x (d/2)^2
A = 3,14 x (2/2)^2
A = 3,14 x 1 = 3,14 cm^2
Setelah mengetahui luas penampang pipa, kita bisa menghitung kecepatan fluida. Rumus untuk menghitung kecepatan fluida yaitu:
v = P / (ρ x g x h + 1/2 x ρ x v^2)
dimana:
- P = tekanan
- ρ = densitas fluida
- g = percepatan gravitasi bumi
- h = ketinggian fluida
Kita sudah mengetahui tekanan pipa yaitu 2 Pa. Selain itu, untuk menghitung kecepatan fluida kita juga harus mengetahui densitas fluida, percepatan gravitasi bumi, dan ketinggian fluida. Kita asumsikan bahwa densitas fluida yaitu 1000 kg/m^3, percepatan gravitasi bumi yaitu 9,81 m/s^2, dan ketinggian fluida yaitu 0.
v = 2 / (1000 x 9,81 x 0 + 1/2 x 1000 x v^2)
2 / (1000 x 9,81 x 0 + 1/2 x 1000 x v^2) = v
2 / (9800/2 x v^2) = v
2 x v^2 / 9800 = v
19600 / 9800 = v^2
2 = v^2
v = akar 2
v = 1,41 m/s
Selanjutnya kita bisa menghitung laju aliran fluida dalam pipa tersebut. Laju aliran fluida yaitu:
Q = Av
Q = 3,14 cm^2 x 1,41 m/s
Q = 4,43 x 10^-5 m^3/s
Soal 2
Sebuah pipa yang mengalirkan air memiliki diameter 4 cm dan ketinggian fluida 6 m. Berapa besar tekanan pada pipa tersebut?
Pembahasan 2
Kita punya data diameter pipa yaitu 4 cm dan ketinggian fluida 6 m. Nantinya akan menghitung tekanan pada pipa tersebut.
Pertama-tama kita harus mengetahui rumus untuk menghitung tekanan. Rumus tersebut adalah sebagai berikut:
P = ρ x g x h
dimana:
- P = tekanan
- ρ = densitas fluida
- g = percepatan gravitasi bumi
- h = ketinggian fluida
Kita sudah mengetahui densitas fluida yaitu 1000 kg/m^3, percepatan gravitasi bumi yaitu 9,81 m/s^2, dan ketinggian fluida yaitu 6 m.
P = 1000 x 9,81 x 6
P = 58.860 Pa
Jadi tekanan pada pipa tersebut yaitu 58.860 Pa.
Demikianlah contoh soal dan pembahasan fluida dinamis. Semoga bisa bermanfaat untuk teman-teman yang mempelajari fluida dinamis.
