soal fisika fluida statis

Selamat Datang di Kumpulan Soal Fisika Fluida Statis

Fluida statis adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari perilaku zat cair atau gas saat berada dalam keadaan diam. Konsep ini sangat fundamental dalam kehidupan sehari-hari dan berbagai aplikasi teknologi, mulai dari sistem hidrolik, kapal laut, hingga pengukuran tekanan. Untuk membantu Anda memahami materi ini secara mendalam, kami telah menyiapkan serangkaian contoh soal yang mencakup berbagai aspek fluida statis, seperti tekanan hidrostatis, hukum Archimedes, hukum Pascal, tegangan permukaan, dan viskositas. Latihan soal ini dirancang untuk menguji pemahaman konsep, kemampuan analisis, serta keterampilan perhitungan Anda. Dengan berlatih secara rutin, diharapkan Anda dapat menguasai materi fluida statis dengan lebih baik dan siap menghadapi ujian. Mari kita mulai!

I. Soal Pilihan Ganda

Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!

Sebuah bejana berisi air dengan massa jenis 1000 kg/m³. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s², tekanan hidrostatis pada kedalaman 50 cm adalah…
A. 500 Pa
B. 5000 Pa
C. 50000 Pa
D. 500000 Pa
E. 50 Pa
Prinsip yang menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar adalah…
A. Hukum Archimedes
B. Hukum Newton
C. Hukum Pascal
D. Hukum Boyle
E. Hukum Bernoulli
Sebuah benda memiliki massa 100 gram dan volume 200 cm³. Massa jenis benda tersebut adalah…
A. 0,5 g/cm³
B. 1 g/cm³
C. 2 g/cm³
D. 0,05 g/cm³
E. 5 g/cm³
Sebuah kapal laut dapat terapung di air karena…
A. Massa jenis kapal lebih besar dari massa jenis air
B. Gaya berat kapal lebih besar dari gaya apung
C. Gaya apung lebih besar dari gaya berat kapal
D. Massa kapal sangat kecil
E. Kapal terbuat dari logam
Sebuah benda dicelupkan ke dalam fluida. Jika gaya apung yang dialami benda lebih kecil dari berat benda, maka benda tersebut akan…
A. Terapung
B. Melayang
C. Tenggelam
D. Bergerak naik turun
E. Diam di permukaan
Alat berikut yang bekerja berdasarkan prinsip Hukum Pascal adalah…
A. Kapal selam
B. Balon udara
C. Dongkrak hidrolik
D. Termometer
E. Barometer
Jika sebuah benda memiliki massa jenis 0,8 g/cm³ dicelupkan ke dalam air (massa jenis 1 g/cm³), maka benda tersebut akan…
A. Tenggelam
B. Melayang
C. Terapung
D. Diam di dasar
E. Bergerak bebas
Satuan tekanan dalam Sistem Internasional (SI) adalah…
A. Newton
B. Joule
C. Pascal
D. Watt
E. Meter
Gaya apung yang bekerja pada suatu benda yang dicelupkan ke dalam fluida besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Pernyataan ini dikenal sebagai…
A. Hukum Pascal
B. Hukum Archimedes
C. Hukum Boyle
D. Hukum Hooke
E. Hukum Newton III
Dua buah bejana berhubungan berisi air. Jika salah satu sisi diberi beban, maka permukaan air di sisi lain akan…
A. Turun
B. Naik
C. Tetap sama tinggi
D. Bergelombang
E. Menguap
Faktor-faktor yang mempengaruhi tekanan hidrostatis adalah…
A. Massa jenis fluida, kedalaman, dan luas permukaan
B. Massa jenis fluida, kedalaman, dan percepatan gravitasi
C. Kedalaman, luas permukaan, dan volume fluida
D. Volume fluida, percepatan gravitasi, dan massa benda
E. Luas permukaan, massa benda, dan percepatan gravitasi
Sebuah benda padat memiliki volume 100 cm³. Ketika dicelupkan seluruhnya ke dalam air, volume air yang dipindahkan adalah…
A. 10 cm³
B. 50 cm³
C. 100 cm³
D. 200 cm³
E. Tergantung massa jenis benda
Sebuah pipa U diisi dengan dua jenis cairan yang tidak bercampur. Jika tinggi kolom cairan pertama adalah 10 cm dan massa jenisnya 800 kg/m³, serta tinggi kolom cairan kedua adalah 8 cm, maka massa jenis cairan kedua adalah… (Anggap P₀ sama)
A. 640 kg/m³
B. 800 kg/m³
C. 1000 kg/m³
D. 1250 kg/m³
E. 1600 kg/m³
Perhatikan pernyataan berikut: (1) Adanya lapisan tipis di permukaan zat cair. (2) Kemampuan zat cair untuk membasahi dinding. (3) Kenaikan atau penurunan zat cair dalam pipa kapiler. (4) Bentuk tetesan air yang cenderung bulat. Pernyataan yang berkaitan dengan tegangan permukaan adalah…
A. (1), (2), dan (3)
B. (1), (3), dan (4)
C. (1), (2), dan (4)
D. (2), (3), dan (4)
E. (1) dan (4)
Fenomena naiknya air pada pipa kapiler disebabkan oleh…
A. Gaya kohesi lebih besar dari gaya adhesi
B. Gaya adhesi lebih besar dari gaya kohesi
C. Tekanan atmosfer
D. Tekanan hidrostatis
E. Viskositas fluida
Viskositas adalah ukuran dari…
A. Kekentalan fluida
B. Massa jenis fluida
C. Tekanan fluida
D. Suhu fluida
E. Volume fluida
Sebuah balok es terapung di air. Jika volume balok es yang muncul di atas permukaan air adalah 10% dari volume totalnya, dan massa jenis air adalah 1000 kg/m³, maka massa jenis balok es adalah…
A. 100 kg/m³
B. 900 kg/m³
C. 1000 kg/m³
D. 1100 kg/m³
E. 90 kg/m³
Dongkrak hidrolik memiliki dua penampang dengan luas A₁ = 2 cm² dan A₂ = 200 cm². Jika pada penampang kecil diberikan gaya F₁ = 10 N, maka gaya F₂ yang dihasilkan pada penampang besar adalah…
A. 1 N
B. 10 N
C. 100 N
D. 1000 N
E. 2000 N
Alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis suatu zat cair adalah…
A. Barometer
B. Manometer
C. Hidrometer
D. Termometer
E. Higrometer
Sebuah zat cair dikatakan ideal jika memiliki sifat-sifat berikut, kecuali…
A. Tidak kompresibel
B. Tidak viskos
C. Alirannya laminer
D. Alirannya turbulen
E. Tidak mengalami gesekan internal

II. Soal Isian Singkat

Isilah titik-titik di bawah ini dengan jawaban yang tepat!

Massa jenis raksa adalah 13600 kg/m³. Jika percepatan gravitasi 10 m/s², tekanan hidrostatis pada kedalaman 76 cm di dalam raksa adalah … Pa.
Sebuah benda memiliki volume 2 m³ dan massa 4000 kg. Massa jenis benda tersebut adalah … kg/m³.
Gaya yang menyebabkan permukaan zat cair cenderung menyusut sehingga membentuk luasan sekecil mungkin disebut …
Pipa U dengan luas penampang berbeda, A₁ = 5 cm² dan A₂ = 20 cm². Jika gaya F₁ = 50 N diberikan pada penampang A₁, maka gaya F₂ yang dihasilkan adalah … N.
Sebuah benda dengan massa jenis 0,7 g/cm³ dicelupkan ke dalam alkohol dengan massa jenis 0,8 g/cm³. Benda tersebut akan … (terapung/melayang/tenggelam).

III. Soal Uraian

Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan jelas dan lengkap!

Jelaskan prinsip kerja dongkrak hidrolik dan kaitannya dengan Hukum Pascal. Berikan contoh perhitungan sederhana jika gaya yang diberikan pada penampang kecil 10 N dengan luas 2 cm² dan luas penampang besar 100 cm².
Sebuah balok kayu dengan massa 5 kg dan volume 0,006 m³ dimasukkan ke dalam air (massa jenis 1000 kg/m³). (a) Hitung massa jenis balok kayu! (b) Apakah balok kayu akan terapung, melayang, atau tenggelam? Jelaskan! (c) Hitung volume balok yang tercelup dalam air jika balok tersebut terapung! (g = 10 m/s²)
Jelaskan perbedaan antara gaya kohesi dan gaya adhesi, serta berikan masing-masing satu contoh fenomena yang terjadi akibat dominasi salah satu gaya tersebut.
Sebuah pipa kapiler dengan jari-jari 0,5 mm dicelupkan vertikal ke dalam air. Jika tegangan permukaan air adalah 0,072 N/m, sudut kontak 0°, dan massa jenis air 1000 kg/m³, hitunglah kenaikan air dalam pipa kapiler tersebut! (g = 10 m/s²)
Sebuah tangki air memiliki ketinggian 4 meter. Di dasar tangki terdapat keran. Jika keran dibuka, berapa kecepatan semburan air dari keran tersebut? (Anggap g = 10 m/s² dan keran terbuka ke atmosfer)

IV. Soal Menjodohkan

Jodohkanlah konsep fisika fluida statis di Kolom A dengan penjelasannya yang tepat di Kolom B!

Soal 1

Kolom A

Hukum Archimedes
Tekanan Hidrostatis
Hukum Pascal
Massa Jenis
Gaya Apung

Kolom B

Perbandingan massa suatu benda terhadap volumenya.
Tekanan yang dihasilkan oleh fluida karena beratnya sendiri pada kedalaman tertentu.
Gaya ke atas yang dialami benda yang dicelupkan dalam fluida, besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan.
Tekanan yang diberikan pada fluida tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.
Prinsip yang menjelaskan mengapa benda bisa terapung, melayang, atau tenggelam.

Soal 2

Kolom A

Kapilaritas
Viskositas
Tegangan Permukaan
Meniskus Cekung
Meniskus Cembung

Kolom B

Fenomena naiknya atau turunnya permukaan zat cair dalam pipa sempit.
Ukuran kekentalan suatu fluida.
Gaya yang cenderung membuat permukaan zat cair menyusut.
Terjadi jika gaya adhesi lebih besar dari gaya kohesi (misal: air dalam gelas).
Terjadi jika gaya kohesi lebih besar dari gaya adhesi (misal: raksa dalam gelas).

Kunci Jawaban

I. Pilihan Ganda

B. 5000 Pa
Penjelasan: Tekanan hidrostatis (Ph) = ρ × g × h. ρ = 1000 kg/m³, g = 10 m/s², h = 50 cm = 0,5 m. Ph = 1000 × 10 × 0,5 = 5000 Pa.
C. Hukum Pascal
Penjelasan: Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada fluida tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar.
A. 0,5 g/cm³
Penjelasan: Massa jenis (ρ) = massa (m) / volume (V). ρ = 100 g / 200 cm³ = 0,5 g/cm³.
C. Gaya apung lebih besar dari gaya berat kapal
Penjelasan: Kapal laut dapat terapung karena gaya apung yang dialami oleh kapal (sesuai Hukum Archimedes) lebih besar atau sama dengan gaya berat kapal.
C. Tenggelam
Penjelasan: Jika gaya apung lebih kecil dari berat benda, maka benda akan tenggelam.
C. Dongkrak hidrolik
Penjelasan: Dongkrak hidrolik menggunakan prinsip Hukum Pascal untuk melipatgandakan gaya.
C. Terapung
Penjelasan: Benda akan terapung jika massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis fluida. (0,8 g/cm³ < 1 g/cm³).
C. Pascal
Penjelasan: Satuan SI untuk tekanan adalah Pascal (Pa).
B. Hukum Archimedes
Penjelasan: Pernyataan tersebut adalah bunyi dari Hukum Archimedes.
B. Naik
Penjelasan: Sesuai Hukum Pascal dan prinsip bejana berhubungan, tekanan akan diteruskan sehingga permukaan air di sisi lain akan naik untuk menyeimbangkan tekanan.
B. Massa jenis fluida, kedalaman, dan percepatan gravitasi
Penjelasan: Rumus tekanan hidrostatis adalah Ph = ρ × g × h, di mana ρ adalah massa jenis fluida, g adalah percepatan gravitasi, dan h adalah kedalaman.
C. 100 cm³
Penjelasan: Volume fluida yang dipindahkan sama dengan volume benda yang tercelup. Jika dicelupkan seluruhnya, maka volume yang dipindahkan sama dengan volume benda.
D. 1250 kg/m³
Penjelasan: ρ₁h₁ = ρ₂h₂. 800 kg/m³ × 10 cm = ρ₂ × 8 cm. ρ₂ = (800 × 10) / 8 = 1000 / 8 = 1250 kg/m³.
E. (1) dan (4)
Penjelasan: Tegangan permukaan berkaitan dengan lapisan tipis di permukaan zat cair dan cenderung membuat tetesan air berbentuk bulat. Membasahi dinding dan kapilaritas lebih terkait dengan adhesi/kohesi.
B. Gaya adhesi lebih besar dari gaya kohesi
Penjelasan: Kapilaritas terjadi akibat interaksi gaya adhesi (antara zat cair dan dinding pipa) dan gaya kohesi (antar molekul zat cair). Jika adhesi lebih besar, zat cair akan naik.
A. Kekentalan fluida
Penjelasan: Viskositas adalah ukuran hambatan aliran fluida atau kekentalannya.
B. 900 kg/m³
Penjelasan: Volume tercelup = 100% – 10% = 90% = 0,9 Vtotal. ρ_benda = (V_tercelup / V_total) × ρ_fluida = 0,9 × 1000 kg/m³ = 900 kg/m³.
D. 1000 N
Penjelasan: F₁/A₁ = F₂/A₂. 10 N / 2 cm² = F₂ / 200 cm². F₂ = (10 × 200) / 2 = 1000 N.
C. Hidrometer
Penjelasan: Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair.
D. Alirannya turbulen
Penjelasan: Fluida ideal diasumsikan tidak viskos, tidak kompresibel, dan alirannya laminer (tidak turbulen).

II. Isian Singkat

103360 Pa
Penjelasan: Ph = ρgh = 13600 kg/m³ × 10 m/s² × 0,76 m = 103360 Pa.
2000 kg/m³
Penjelasan: ρ = m/V = 4000 kg / 2 m³ = 2000 kg/m³.
Tegangan permukaan
200 N
Penjelasan: F₁/A₁ = F₂/A₂ → 50 N / 5 cm² = F₂ / 20 cm² → F₂ = (50 × 20) / 5 = 200 N.
Terapung
Penjelasan: Massa jenis benda (0,7 g/cm³) lebih kecil dari massa jenis alkohol (0,8 g/cm³), sehingga benda akan terapung.

III. Uraian

Prinsip Kerja Dongkrak Hidrolik: Dongkrak hidrolik bekerja berdasarkan Hukum Pascal, yang menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada fluida tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Pada dongkrak hidrolik, gaya kecil (F₁) diberikan pada penampang kecil (A₁), menghasilkan tekanan (P = F₁/A₁). Tekanan ini diteruskan ke penampang besar (A₂), menghasilkan gaya yang lebih besar (F₂) untuk mengangkat beban. Karena P₁ = P₂, maka F₁/A₁ = F₂/A₂. Dari contoh: F₁ = 10 N, A₁ = 2 cm², A₂ = 100 cm². F₂ = F₁ × (A₂/A₁) = 10 N × (100 cm²/2 cm²) = 10 N × 50 = 500 N.
Balok Kayu dalam Air:
(a) Massa jenis balok kayu (ρ_kayu) = massa / volume = 5 kg / 0,006 m³ ≈ 833,33 kg/m³.
(b) Balok kayu akan terapung. Alasannya, massa jenis balok kayu (833,33 kg/m³) lebih kecil dari massa jenis air (1000 kg/m³).
(c) Volume balok yang tercelup (V_tercelup) = (ρ_kayu / ρ_air) × V_total = (833,33 / 1000) × 0,006 m³ = 0,83333 × 0,006 m³ ≈ 0,005 m³.
Perbedaan Gaya Kohesi dan Adhesi:
– Gaya Kohesi: Gaya tarik-menarik antar molekul sejenis. Contoh: Air membentuk tetesan bulat karena gaya kohesi antar molekul air yang kuat, atau raksa yang cenderung tidak membasahi kaca.
– Gaya Adhesi: Gaya tarik-menarik antar molekul tidak sejenis. Contoh: Air membasahi dinding kaca karena gaya adhesi antara molekul air dan kaca lebih kuat daripada gaya kohesi antar molekul air, atau tinta yang menempel pada kertas.
Kenaikan Air dalam Pipa Kapiler:
Rumus kenaikan kapiler: h = (2γ cosθ) / (ρgr)
Diketahui: γ = 0,072 N/m, θ = 0° (cos 0° = 1), ρ = 1000 kg/m³, g = 10 m/s², r = 0,5 mm = 0,0005 m.
h = (2 × 0,072 × 1) / (1000 × 10 × 0,0005)
h = 0,144 / 5 = 0,0288 meter atau 2,88 cm.
Kecepatan Semburan Air:
Menggunakan Toricelli’s Law (aplikasi Hukum Bernoulli): v = √(2gh)
Diketahui: h = 4 meter, g = 10 m/s².
v = √(2 × 10 × 4) = √80 ≈ 8,94 m/s.

IV. Menjodohkan