Fluida Dinamis – Pengertian, Rumus, dan Contoh Soal – Materi Fisika Kelas 11

Pada fluida dinamis, kita akan mempelajari tentang hukum kontinuitas dan hukum Bernoulli. Cari tahu selengkapnya di sini, yuk!

Selain pagi hari, sore hari menjadi waktu yang pas untuk menyiram tanaman. Kenapa? Karena, sinar matahari sudah nggak begitu panas. Kalau elo menyiram tanaman saat siang hari, di mana panas matahari lagi terik-teriknya, maka air akan cepat menguap dan tanaman akan kehilangan air saat malam hari.

Nah, ngomongin tentang menyiram tanaman nih, kalau gue lebih suka menyiram tanaman pakai selang. Jadi, gue nggak perlu lagi tuh jalan jauh-jauh cuma buat nyiram tanaman yang ada di ujung. Iya kalau tanamannya nggak padat, kalau padat kan susah, gimana cara melewatinya? Bukan makin subur, kalau tanaman terinjak malah bisa membuatnya mati.

menyiram tanaman menggunakan selang gif zenius
Penggunaan selang merupakan salah satu contoh fluida dinamis dalam kehidupan sehari hari. (dok. Tenor)

Ternyata, aktivitas kita menyiram tanaman menggunakan selang itu termasuk salah satu contoh pengaplikasian fluida dinamis dalam kehidupan sehari-hari, guys.

Apa Itu Fluida Dinamis?

Berdasarkan ilustrasi di atas, kira-kira elo kebayang nggak pengertian fluida dinamis itu apa?

Fluida dinamis adalah fluida (cair dan gas) yang alirannya bergerak secara ideal atau memiliki kecepatan konstan.

Dengan kata lain, alirannya nggak mengalami perubahan terhadap waktu. Selain itu, alirannya juga nggak mengalami turbulen. Supaya makin jelas, elo langsung pahami ciri-ciri alirannya aja deh.

Gimana ciri-ciri atau sifat-sifat fluida dinamis? Ini dia ciri-ciri fluida dinamis:

  1. Nggak mengalami gesekan. Jadi, saat mengalir, gesekan antara fluida dan dinding bisa diabaikan atau nggak dihitung.
  2. Garis arus atau streamline. Artinya, alirannya mengikuti lintasan yang ada, jadi nggak mengalami turbulensi (arusnya acak, biasanya di pusaran).
  3. Tunak atau steady. Artinya, kecepatan fluida pada setiap titik tuh konstan (nggak berubah-ubah tergantung waktu).
  4. Nggak termampatkan (inkompresibel). Artinya, fluida ideal memiliki massa jenis yang selalu konstan sepanjang alirannya pada setiap waktu.

Dari ciri-ciri yang udah disebutkan di atas, kebayang nggak sih kira-kira fluida dinamis ini contohnya di mana? Apakah pada ombak laut? Bukan ya, karena ombak laut memungkinkan terjadinya turbulensi.

Contoh fluida dinamis dalam kehidupan sehari-hari yaitu aliran air pada selang atau pipa. Makanya tadi di awal gue kasih gambaran ketika elo asik main selang di taman belakang rumah. Kebayang ya sampai sini?

Lalu, apa perbedaan fluida statis dan fluida dinamis? Kalau yang dinamis tadi jelas ya, kondisinya bergerak, tapi alirannya konstan. Contohnya aliran pada pipa dan selang. Sedangkan, fluida statis itu alirannya nggak bergerak, ya statis aja gitu atau diam. Misalnya saat kita minum menggunakan sedotan.

Baca Juga: Fluida Statis

Supaya makin kebayang, nih gue kasih kumpulan rumus fluida dinamis beserta contoh kasusnya.

Rumus Fluida Dinamis

Untuk menghitung fluida dinamis, ada beberapa rumus yang bisa elo gunakan tergantung dari kebutuhan atau apa yang sedang elo cari. Ada dua hukum fluida dinamis, yaitu hukum kontinuitas dan hukum Bernoulli.

Rumus Debit Fluida

Sebelum membahas tentang hukum kontinuitas, elo perlu mengetahui dulu pengertian dan rumus dari debit. Apa itu debit? Debit (Q) merupakan volume fluida tiap satuan waktu.

Q = V/t

Dengan, V: volume fluida (m3) dan t: selang waktu (s). Tapi, kita kesulitan dalam menghitung volume fluida. Coba deh elo perhatikan ilustrasi aliran fluida pada pipa berbentuk tabung berikut ini.

ilustrasi pipa fluida dinamis zenius education
Pipa berbentuk silinder. (Arsip Zenius)

Karena bentuknya silinder, maka kita gunakan rumus luas penampang (A) silinder dan kecepatan aliran fluida yang melaluinya. Sehingga, rumus debit menjadi seperti ini.

Q = A.v

Keterangan:

Q: debit (m3/s)

A: luas penampang (m2)

v: kecepatan aliran fluida (m/s)

Baca Juga: Rumus Debit Air dan Apa sih Fungsinya di Kehidupan Sehari-hari?

Rumus Persamaan Kontinuitas

Apa hubungan antara debit dan persamaan kontinuitas? Jadi, debit fluida di titik mana saja selalu sama. Walaupun pipa dari ujung ke ujungnya berbeda ukuran, katakanlah semakin menyempit, namun debit fluidanya tetap sama. Contohnya seperti ini.

ilustrasi debit fluida pada setiap titiknya zenius education
Debit fluida selalu sama pada setiap titiknya. (Arsip Zenius)

Kita ambil contoh soal dari gambar di atas deh. Diketahui A1 = 0,5 m2, A2 = 0,1 m2, v1 = 2 m/s. Berapakah besar v2?

Elo gunakan cara di atas, yaitu Q1 = Q2.

Q1 = Q2

A1v1 = A2v2

0,5 (2) = 0,1.v2

1 = 0,1.v2

v2 = 10 m/s.

Jadi, nilai v2 dari gambar di atas adalah 10 m/s. Artinya, volume pada v2 lebih besar daripada v1.

Elo ingat aturan kontinuitas:

Jika ada dua penampang dengan ukuran yang berbeda (besar dan kecil), maka pada penampang yang besar memiliki volume kecil. Sedangkan, pada penampang yang kecil, maka volumenya besar.

(V1 < V2)

Elo bayangkan aja deh saat sedang bermain selang air. Ketika air dari selang elo biarkan aja tanpa perlakuan apapun, maka aliran air yang keluar dari selang biasa aja, normal, kecil. Tapi, ketika elo menutup sebagian lubang selang, maka air akan memancar lebih jauh dan lebih cepat, iya nggak?

bermain selang air gif
Main selang air. (dok. Tenor)

Rumus Persamaan Bernoulli

Masih nyambung sama gambar dari persamaan kontinuitas. Pada gambar tersebut, ada v1 dan v2. Setelah mencoba contoh soal di atas, elo udah kebayang dong, ternyata volume di penampang 1 dan penampang 2 berbeda. Volume pada penampang 2 lebih cepat (v1 < v2).

Nah, rumus persamaan atau hukum Bernoulli ini ada hubungannya sama usaha dan energi, yaitu energi kinetik dan potensial. Rumus energi kinetik masih ingat nggak? Yap, rumus Ek= ½ mv2. Sehingga, Ek1 < Ek2.

Lalu, gimana dengan energi potensial? Rumus Ep = m.g.h. Tinggi Ep1 < Ep2. Sehingga, hal ini berpengaruh juga pada energi mekanik → Em1 < Em2.

rumus fluida dinamis persamaan bernoulli zenius education
Rumus persamaan Bernoulli. (Arsip Zenius)

Keterangan:

P: tekanan (Pascal, Pa, N/m2)

ρ: rho atau massa jenis fluida (kg/m3)

v: kecepatan (m/s)

g: kecepatan gravitasi (m/s2)

h: ketinggian (m)

Baca Juga: Hukum Bernoulli: Bunyi, Rumus, Penerapan, dan Contoh Soal

Elo juga bisa lho mempelajari materi di atas dengan nonton video belajar Zenius dengan klik banner di bawah ini.

CTA materi belajar zenius fisika

Contoh Soal HOTS Fluida Dinamis

Untuk menguji sejauh mana pemahaman elo mengenai materi di atas, gue ada beberapa contoh soal fluida dinamis dan pembahasannya yang bisa dijadikan sebagai referensi. Cekidot!

Contoh Soal 1

Salah satu sifat fluida ideal adalah tidak termampatkan. Maksudnya tidak termampatkan itu bagaimana ya?

A. Massa jenis fluida selalu konstan di semua titik.

B. Tidak ada benda yang mengganggu aliran fluida.

C. Volume total dari fluida bisa membesar dan mengecil.

D. Tidak boleh ada gaya dari luar yang menekan pipa atau selang berisi aliran.

E. Pipa yang mengalirkan fluida harus berukuran seragam.

Jawab: A. Massa jenis fluida selalu konstan di semua titik.

Pembahasan: Tidak termampatkan atau inkompresibel artinya fluida ideal memiliki massa jenis yang selalu konstan di semua titik di sepanjang alirannya.

Contoh Soal 2

Nala sedang bermain selang air di belakang rumahnya. Selang tersebut memiliki diameter 4 cm dan mengalirkan air dengan debit 5π liter per detik. Berapakah kelajuan air pada selang tersebut?

A. 1,25 m/s.

B. 25 m/s.

C. 12,5 m/s.

D. 0,5 m/s.

E. 1 m/s.

Jawab: C. 12,5 m/s.

Pembahasan: Diketahui Q = 5π liter/s = 5π x 10-3 m3/s, ukuran penampang d = 4 cm —> r = 2 cm.

Rumus debit: Q = A.v.

Dicari v. Sehingga, kita bisa hitung nilai v sebagai berikut:

Fluida Dinamis - Pengertian, Rumus, dan Contoh Soal - Materi Fisika Kelas 11 9

Jadi, kelajuan air pada selang tersebut adalah 12,5 m/s.

Contoh Soal 3

Suatu pipa lurus (artinya nggak ada perbedaan ketinggian) dialiri air (ρ=1000 kg/m3) dengan kelajuan 2 m/s pada titik A. Jika di titik B pipa mengalami penyempitan yang mengakibatkan kelajuannya menjadi lebih cepat 3 kalinya. Maka, berapakah perbedaan tekanan pada titik A dan B?

Coba elo kerjakan soal di atas ya! Kalau sudah ketemu jawabannya, boleh elo share di kolom komentar beserta langkah-langkahnya supaya teman-teman yang lain bisa belajar dari elo.

*****

Gimana nih, sampai sini udah paham kan tentang fluida dinamis? Buat yang lebih menyukai belajar dengan nonton video, elo bisa mengakses materi UTBK lainnya di video Zenius. Elo juga bisa mencoba melatih kemampuan dengan level soal yang mirip UTBK beneran di Try Out bareng Zenius.

Baca Juga: 5 Tips Membuat Jadwal Belajar UTBK SBMPTN yang Efektif Plus Contohnya

Bagikan Artikel Ini!