Pahami konsep-konsep penting dalam fisika fluida melalui koleksi latihan soal ini. Materi fluida adalah salah satu cabang fisika yang mempelajari sifat-sifat zat cair dan gas, baik dalam keadaan diam (fluida statis) maupun bergerak (fluida dinamis). Dalam kumpulan soal ini, Anda akan menemukan berbagai jenis pertanyaan yang mencakup tekanan hidrostatis, Hukum Pascal, Hukum Archimedes, tegangan permukaan, viskositas, debit, persamaan kontinuitas, hingga Hukum Bernoulli. Latihan soal ini dirancang untuk membantu siswa SMA dan mahasiswa dalam memahami teori, menerapkan rumus, dan menganalisis fenomena fluida dalam kehidupan sehari-hari. Dengan berlatih secara rutin, Anda akan semakin siap menghadapi ujian dan menguasai materi fluida dengan lebih baik. Tingkatkan pemahaman Anda tentang fluida, mulai dari prinsip dasar hingga aplikasi kompleks, dengan soal-soal yang bervariasi ini.
Contoh Soal soal fisika materi fluida
A. Pilihan Ganda
1. Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Pernyataan ini dikenal sebagai…
- A. Hukum Archimedes
- B. Hukum Pascal
- C. Hukum Bernoulli
- D. Hukum Newton
- E. Hukum Kontinuitas
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Pernyataan tersebut adalah bunyi dari Hukum Pascal, yang menjadi dasar kerja alat-alat hidrolik seperti dongkrak dan rem mobil.
2. Sebuah benda memiliki massa jenis 0,8 g/cm³. Jika benda tersebut dimasukkan ke dalam air (massa jenis 1 g/cm³), maka benda akan…
- A. Terapung
- B. Melayang
- C. Tenggelam
- D. Tidak bergerak
- E. Menguap
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Karena massa jenis benda (0,8 g/cm³) lebih kecil dari massa jenis air (1 g/cm³), benda akan terapung.
3. Besarnya tekanan hidrostatis pada suatu titik di dalam fluida bergantung pada…
- A. Luas permukaan fluida
- B. Bentuk wadah
- C. Volume fluida
- D. Kedalaman dan massa jenis fluida
- E. Suhu fluida
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Tekanan hidrostatis (P = ρgh) bergantung pada massa jenis fluida (ρ), percepatan gravitasi (g), dan kedalaman (h).
4. Sebuah dongkrak hidrolik memiliki dua pengisap dengan luas penampang masing-masing 10 cm² dan 200 cm². Jika pada pengisap kecil diberikan gaya 100 N, berapa gaya angkat yang dihasilkan pada pengisap besar?
- A. 100 N
- B. 500 N
- C. 1000 N
- D. 2000 N
- E. 4000 N
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Menggunakan Hukum Pascal: F₁/A₁ = F₂/A₂. Maka, 100 N / 10 cm² = F₂ / 200 cm². F₂ = (100 × 200) / 10 = 2000 N.
5. Gaya yang dialami benda ketika dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida disebut…
- A. Gaya gravitasi
- B. Gaya normal
- C. Gaya apung
- D. Gaya gesek
- E. Gaya sentripetal
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Gaya apung adalah gaya ke atas yang dialami benda yang dicelupkan dalam fluida, sesuai dengan Hukum Archimedes.
6. Perhatikan pernyataan berikut: (1) Tidak kompresibel, (2) Tidak mengalami gesekan, (3) Alirannya tunak, (4) Alirannya turbulen. Karakteristik fluida ideal ditunjukkan oleh nomor…
- A. (1) dan (2)
- B. (2) dan (3)
- C. (1), (2), dan (3)
- D. (1), (3), dan (4)
- E. (1), (2), (3), dan (4)
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Fluida ideal memiliki karakteristik tidak kompresibel (massa jenis konstan), tidak viskos (tidak ada gesekan internal), dan alirannya tunak (laminar). Aliran turbulen bukan karakteristik fluida ideal.
7. Sebuah pipa horizontal memiliki diameter 20 cm dan kecepatan aliran air 2 m/s. Jika diameter pipa mengecil menjadi 10 cm, berapakah kecepatan aliran air di bagian yang lebih kecil?
- A. 2 m/s
- B. 4 m/s
- C. 6 m/s
- D. 8 m/s
- E. 10 m/s
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Menggunakan Persamaan Kontinuitas: A₁v₁ = A₂v₂. Karena A = πr² = π(D/2)², maka (D₁)²v₁ = (D₂)²v₂. (20)² × 2 = (10)² × v₂. 400 × 2 = 100 × v₂. 800 = 100 v₂. v₂ = 8 m/s.
8. Fenomena di mana permukaan zat cair di dalam pipa kapiler naik atau turun disebut…
- A. Tegangan permukaan
- B. Kapilaritas
- C. Viskositas
- D. Kohesi
- E. Adhesi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Kapilaritas adalah fenomena naik atau turunnya permukaan zat cair dalam pipa sempit (kapiler) karena kombinasi gaya kohesi dan adhesi.
9. Salah satu penerapan Hukum Bernoulli adalah…
- A. Dongkrak hidrolik
- B. Gaya angkat pesawat terbang
- C. Kapal selam
- D. Rem hidrolik
- E. Balon udara
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Gaya angkat pesawat terbang merupakan salah satu aplikasi langsung dari Hukum Bernoulli, di mana perbedaan kecepatan aliran udara di atas dan di bawah sayap menghasilkan perbedaan tekanan yang menciptakan gaya angkat.
10. Viskositas adalah ukuran…
- A. Kekentalan fluida
- B. Tekanan fluida
- C. Kecepatan aliran fluida
- D. Massa jenis fluida
- E. Volume fluida
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Viskositas adalah ukuran kekentalan fluida atau resistansi fluida terhadap aliran (geseran).
11. Air mengalir melalui pipa dengan debit 0,02 m³/s. Jika luas penampang pipa adalah 0,04 m², berapakah kecepatan aliran air?
- A. 0,25 m/s
- B. 0,5 m/s
- C. 1,0 m/s
- D. 2,0 m/s
- E. 2,5 m/s
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Menggunakan rumus debit Q = Av. Maka v = Q/A = 0,02 m³/s / 0,04 m² = 0,5 m/s.
12. Sebuah benda terapung di atas permukaan air. Volume benda yang tercelup adalah 60% dari volume total benda. Jika massa jenis air adalah 1000 kg/m³, berapakah massa jenis benda tersebut?
- A. 400 kg/m³
- B. 500 kg/m³
- C. 600 kg/m³
- D. 800 kg/m³
- E. 1000 kg/m³
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Untuk benda terapung, gaya apung sama dengan berat benda. ρ_f g V_c = ρ_b g V_b. ρ_b = ρ_f (V_c / V_b). Diketahui V_c / V_b = 60% = 0,6. Jadi, ρ_b = 1000 kg/m³ × 0,6 = 600 kg/m³.
13. Manakah dari pernyataan berikut yang BENAR mengenai tegangan permukaan?
- A. Meningkat seiring kenaikan suhu
- B. Disebabkan oleh gaya adhesi
- C. Menyebabkan cairan cenderung membentuk bola
- D. Tidak dipengaruhi oleh zat terlarut
- E. Hanya terjadi pada gas
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Tegangan permukaan menyebabkan cairan cenderung membentuk luas permukaan sekecil mungkin, seperti tetesan air yang berbentuk bola.
14. Sebuah bejana berisi air setinggi 10 m. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s² dan massa jenis air 1000 kg/m³, berapakah tekanan hidrostatis di dasar bejana?
- A. 1000 Pa
- B. 10.000 Pa
- C. 50.000 Pa
- D. 100.000 Pa
- E. 1.000.000 Pa
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Tekanan hidrostatis P = ρgh = 1000 kg/m³ × 10 m/s² × 10 m = 100.000 Pa = 10⁵ Pa.
15. Aliran fluida yang ditandai dengan garis-garis alir yang sejajar dan tidak saling memotong disebut aliran…
- A. Laminar
- B. Turbulen
- C. Statis
- D. Dinamis
- E. Kontinu
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Aliran laminar adalah aliran yang teratur, di mana partikel fluida bergerak mengikuti lintasan mulus (garis alir) yang tidak saling memotong. Kebalikannya adalah aliran turbulen.
16. Sebuah benda memiliki berat di udara 50 N. Ketika dicelupkan seluruhnya ke dalam air, beratnya menjadi 30 N. Berapakah gaya apung yang dialami benda tersebut?
- A. 10 N
- B. 20 N
- C. 30 N
- D. 50 N
- E. 80 N
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Gaya apung (F_A) = Berat di udara (W_u) – Berat di air (W_a) = 50 N – 30 N = 20 N.
17. Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara atmosfer adalah…
- A. Barometer
- B. Manometer
- C. Hidrometer
- D. Termometer
- E. Anemometer
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Barometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer. Manometer mengukur tekanan gas dalam ruang tertutup, sedangkan hidrometer mengukur massa jenis cairan.
18. Hukum Bernoulli menyatakan bahwa pada aliran fluida ideal, jumlah dari tekanan, energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume adalah…
- A. Nol
- B. Berbanding lurus dengan kecepatan
- C. Berbanding terbalik dengan tinggi
- D. Berkurang
- E. Konstan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: E
Pembahasan: Hukum Bernoulli menyatakan bahwa P + ½ρv² + ρgh = konstan. Ini berarti jumlah ketiga komponen energi tersebut adalah tetap sepanjang garis alir.
19. Mengapa tetesan air hujan cenderung berbentuk bulat?
- A. Karena tegangan permukaan
- B. Karena gaya gravitasi
- C. Karena viskositas udara
- D. Karena efek kapilaritas
- E. Karena tekanan atmosfer
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Tegangan permukaan adalah gaya kohesif yang menarik molekul-molekul cairan ke dalam, sehingga cairan cenderung meminimalkan luas permukaannya dan membentuk bentuk bola.
20. Sebuah pipa air memiliki luas penampang 0,1 m² di titik A dan 0,05 m² di titik B. Jika kecepatan air di titik A adalah 1 m/s, berapakah kecepatan air di titik B?
- A. 0,5 m/s
- B. 1 m/s
- C. 2 m/s
- D. 4 m/s
- E. 5 m/s
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Menggunakan Persamaan Kontinuitas: A_A v_A = A_B v_B. 0,1 m² × 1 m/s = 0,05 m² × v_B. v_B = (0,1 × 1) / 0,05 = 2 m/s.
21. Pernyataan yang benar tentang Hukum Archimedes adalah…
- A. Gaya apung sama dengan berat fluida yang dipindahkan
- B. Tekanan berbanding lurus dengan luas penampang
- C. Kecepatan fluida berbanding terbalik dengan luas penampang
- D. Tekanan fluida berkurang seiring peningkatan kecepatan
- E. Fluida dalam ruang tertutup meneruskan tekanan ke segala arah
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Hukum Archimedes menyatakan bahwa gaya apung yang bekerja pada benda yang dicelupkan ke dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.
22. Jika sebuah kapal laut bergerak dari air tawar ke air laut, maka kapal tersebut akan…
- A. Terapung lebih rendah
- B. Terapung lebih tinggi
- C. Tenggelam
- D. Melayang
- E. Tidak ada perubahan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Massa jenis air laut lebih besar dari air tawar. Dengan volume yang sama tercelup, gaya apung di air laut akan lebih besar, sehingga kapal akan sedikit terangkat (terapung lebih tinggi).
23. Satuan internasional (SI) untuk tekanan adalah…
- A. Joule
- B. Watt
- C. Pascal
- D. Newton
- E. Hertz
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Satuan SI untuk tekanan adalah Pascal (Pa), yang setara dengan Newton per meter persegi (N/m²).
24. Faktor-faktor yang memengaruhi kecepatan terminal suatu benda yang jatuh dalam fluida adalah, kecuali…
- A. Massa jenis benda
- B. Viskositas fluida
- C. Volume fluida
- D. Ukuran benda
- E. Massa jenis fluida
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Kecepatan terminal dipengaruhi oleh massa jenis benda dan fluida, ukuran/bentuk benda, dan viskositas fluida. Percepatan gravitasi adalah konstan, bukan faktor yang membedakan kecepatan terminal pada kondisi tertentu.
25. Prinsip kerja karburator pada mesin kendaraan bermotor memanfaatkan…
- A. Hukum Pascal
- B. Hukum Archimedes
- C. Tegangan permukaan
- D. Kapilaritas
- E. Hukum Bernoulli (Efek Venturi)
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: E
Pembahasan: Karburator menggunakan prinsip Venturi, yang merupakan aplikasi dari Hukum Bernoulli, untuk mencampur udara dan bahan bakar. Udara yang melewati bagian sempit (Venturi) akan memiliki kecepatan yang lebih tinggi dan tekanan yang lebih rendah, sehingga bahan bakar dapat terhisap dan bercampur dengan udara.
B. Isian Singkat
1. Bunyi Hukum Pascal adalah tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan ______.
Jawaban: sama besar
2. Rumus untuk menghitung tekanan hidrostatis adalah P = ______.
Jawaban: ρgh
3. Faktor utama yang menyebabkan terjadinya fenomena kapilaritas adalah gaya ______ dan gaya ______.
Jawaban: kohesi dan adhesi
4. Alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis suatu zat cair secara langsung adalah ______.
Jawaban: hidrometer
5. Fluida yang alirannya tidak mengalami gesekan internal (viskositas nol) disebut fluida ______.
Jawaban: ideal
C. Menjodohkan
1. Jodohkan konsep fisika fluida berikut dengan penjelasannya yang tepat.
| Premis | Respon |
|---|---|
| Hukum Pascal | Tekanan diteruskan sama besar dalam fluida tertutup. |
| Hukum Archimedes | Gaya apung sama dengan berat fluida yang dipindahkan. |
| Persamaan Kontinuitas | Debit aliran fluida konstan sepanjang pipa. |
| Hukum Bernoulli | Jumlah tekanan, energi kinetik, dan potensial per volume konstan. |
2. Jodohkan fenomena sehari-hari berikut dengan konsep fisika fluida yang melandasinya.
| Premis | Respon |
|---|---|
| Kapal laut terapung | Hukum Archimedes |
| Dongkrak mobil | Hukum Pascal |
| Gaya angkat pesawat | Hukum Bernoulli |
| Tetesan air berbentuk bulat | Tegangan permukaan |
D. Uraian
1. Jelaskan prinsip kerja dongkrak hidrolik dan berikan contoh perhitungannya.
Prinsip kerja dongkrak hidrolik didasarkan pada Hukum Pascal, yang menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Dongkrak hidrolik terdiri dari dua pengisap dengan luas penampang yang berbeda, terhubung oleh zat cair (biasanya oli). Ketika gaya kecil (F₁) diberikan pada pengisap kecil (A₁), tekanan (P = F₁/A₁) ini akan diteruskan ke zat cair dan menghasilkan gaya yang lebih besar (F₂) pada pengisap besar (A₂). Karena P₁ = P₂, maka F₁/A₁ = F₂/A₂. Contoh perhitungan: Jika F₁ = 100 N, A₁ = 5 cm², dan A₂ = 100 cm², maka F₂ = F₁ × (A₂/A₁) = 100 N × (100 cm²/5 cm²) = 100 N × 20 = 2000 N.
2. Bagaimana Hukum Archimedes menjelaskan mengapa kapal laut bisa terapung?
Hukum Archimedes menyatakan bahwa gaya apung yang dialami oleh suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut. Kapal laut yang sangat besar dan berat dapat terapung karena desainnya yang berongga. Meskipun massa total kapal sangat besar, volumenya yang besar menyebabkan kapal memindahkan volume air yang juga sangat besar. Berat air yang dipindahkan oleh bagian kapal yang tercelup inilah yang menghasilkan gaya apung. Selama gaya apung yang dihasilkan oleh volume air yang dipindahkan lebih besar atau sama dengan berat total kapal (termasuk muatan), maka kapal akan terapung.
3. Jelaskan perbedaan antara aliran laminar dan turbulen pada fluida.
Aliran fluida dapat dibedakan menjadi dua jenis utama: aliran laminar dan aliran turbulen. Aliran laminar (tunak) adalah aliran yang teratur, mulus, dan stabil, di mana setiap partikel fluida bergerak mengikuti lintasan (garis alir) yang sejajar dan tidak saling memotong. Dalam aliran laminar, lapisan-lapisan fluida bergerak secara teratur tanpa pencampuran. Contohnya adalah aliran madu yang lambat. Sebaliknya, aliran turbulen adalah aliran yang tidak teratur, tidak stabil, dan kacau, ditandai dengan pusaran atau vorteks acak yang menyebabkan pencampuran fluida secara intensif. Kecepatan partikel fluida dalam aliran turbulen berubah-ubah secara acak. Contohnya adalah aliran air yang deras di sungai atau asap rokok yang mengepul.
4. Sebuah pipa horizontal memiliki diameter 20 cm di satu ujung dan 10 cm di ujung lain. Air mengalir melalui pipa tersebut. Jika kecepatan air di bagian diameter besar adalah 2 m/s, berapa kecepatan air di bagian diameter kecil? Jelaskan mengapa terjadi perubahan kecepatan.
Untuk menghitung kecepatan air di bagian diameter kecil, kita gunakan Persamaan Kontinuitas: A₁v₁ = A₂v₂. Luas penampang A = πr² = π(D/2)². Jadi, π(D₁/2)²v₁ = π(D₂/2)²v₂ atau (D₁)²v₁ = (D₂)²v₂. Diketahui D₁ = 20 cm, v₁ = 2 m/s, D₂ = 10 cm. Maka: (20)² × 2 = (10)² × v₂. 400 × 2 = 100 × v₂. 800 = 100 v₂. v₂ = 8 m/s. Terjadi perubahan kecepatan karena Persamaan Kontinuitas menyatakan bahwa debit aliran fluida (volume per waktu) harus konstan di setiap titik dalam pipa tertutup yang tidak bercabang. Jika luas penampang mengecil, maka kecepatan aliran harus meningkat agar volume fluida yang melewati setiap bagian per satuan waktu tetap sama.
5. Sebutkan dan jelaskan 3 karakteristik fluida ideal.
Tiga karakteristik fluida ideal adalah: 1. Tidak Kompresibel: Artinya massa jenis fluida tidak berubah meskipun ada perubahan tekanan. Volumenya dianggap konstan. 2. Tidak Viskos: Fluida ideal dianggap tidak memiliki kekentalan, sehingga tidak ada gesekan internal antar lapisan fluida atau antara fluida dengan dinding wadah. 3. Aliran Tunak (Laminar): Aliran fluida ideal adalah aliran yang teratur, di mana setiap partikel fluida mengikuti lintasan yang mulus dan tidak saling memotong. Kecepatan fluida di setiap titik adalah konstan terhadap waktu.