Contoh Soal Fluida Statis dan Pembahasanya

Contoh Soal Fluida Statis dan Pembahasanya


1. Sebuah benda bermassa 400 gram terapung pada permukaan air seperti pada gambar soal di bawah ini. Tentukan :

a. Besar gaya Archimedes
b. Volume benda yang terendam di dalam air

Jawab

a. Menentukan besar gaya Archimedes

Jika kita analisa gaya-gaya yang bekerja pada benda yang berada dalam keadaan terapung dalam air ini, berat benda akan diimbangi oleh gaya Archimedes seperti terlihat pada gambar di bawah ini

Secara matematik persamaannya bisa dituliskan menjadi

Kita hitung dengan menganggap besar gaya gravitasi di permukaan bumi 10dan kita subtitusikan pada persamaan di atas

Besar gaya Archimedes yang bekerja pada benda adalah

b. Menentukan besar volume benda yang terendam dalam air

Untuk menentukan besar volume yang terendam dalam air bisa kita gunakan rumus gaya Archimedes yaitu

Kita gunakan massa jenis air adalah 1000. Besar gaya Archimedes yang telah di hitung ketika menjawab soal bagian a yaitu 4 N bisa kita subtitusikan ke dalam persamaan.

Besar Volume benda yang terendam dalam air adalah

2. Sebuah benda bervolume 800terapung di atas permukaan air dan 1/4 volum benda berada di atas permukaan air. Tentukan :

a. Gaya Archimedes yang bekerja pada benda
b. Massa benda
c. Massa jenis benda

Jawab

a. Menentukan gaya Archimedes yang bekerja pada benda

Volume benda yang dihitung dalam rumus gaya Archimedes adalah volume benda yang terendam dalam cairan atau volume benda yang tercelup yaitu 3/4 volume benda

Besar gaya Archimedes yang bekerja pada benda adalah

b. Menentukan massa benda

Kondisi terapung adalah keadaan berat benda sama dengan besar gaya Archimedes seperti pada soal nomor 1

Besar massa benda adalah

atau jika kita rubah satuannya dalam gram adalah

c. menentukan besar massa jenis benda

Besar massa jenis benda adalah

3. Sebuah benda bervolume 500 melayang dalam air seperti pada gambar soal

Tentukan :

a. Besar gaya Archimedes
b. Massa benda
c. Massa jenis benda

Jawab

a. Menentukan besar gaya Archimedes

Kita bisa gunakan rumus gaya Archimedes

Volume benda yang ada dalam cairan atau volume benda yang tercelup sama dengan volume benda karena kodisinya melayang dalam cairan

Besar gaya Archimedes yang dialami oleh benda adalah

b. Menentukan massa benda

Karena kondisi benda melayang dalam cairan maka berdasarkan analisa  Gaya Archimedes sama dengan gaya berat benda

Kemudian kita subtitusikan besar gaya Archimedes yang telah di hitung pada jawaban soal bagian a

Besar massa benda adalah

c. Menentukan massa jenis benda

Besar massa jenis benda adalah

4. Sebuah benda ketika berada di udara seperti pada gambar 4.1 memiliki berat 20 N

Gambar 4.1

 Kemudian benda dimasukan ke dalam air seperti pada gambar 4.2 dan berat di dalam air terukur 18 N

Gambar 4.2

Tentukan :

a. Gaya Archimedes yang bekerja pada benda
b. Massa jenis benda
c. Volume Benda


Jawab

a. Menentukan besar gaya Archimedes

Kita analisa terlebih dahulu gaya-gaya yang bekerja pada benda seperti tampak pada gambar di bawah ini

Pada soal ini benda berada dalam keadaan tenggelam, maka artinya besar gaya Archimedes tidak bisa menahan benda supaya berada dalam keaadaan terapung atau melayang sampai akhirnya benda akan terdiam di dasar cairan dan akan muncul gaya normal  sebagai konsekuensi karena pada dasar air benda dalam setimbang artinya ada gaya lain yang menahan benda. gaya normal ini sebetulnya sama dengan gaya berat benda ketika berada dalam cairan.

Besar gaya Archimedes adalah

b. Menentukan massa jenis benda

Untuk menjawab soal ini bisa kita gunakan perbandingan antara rumus gaya Archimedes dengan rumus gaya berat benda ketika berada di udara seperti tertulis pada persamaan di bawah ini.

Massa jenis benda adalah

c. Menentukan Volume benda

Untuk menentukan volume benda bisa menggunakan rumus

Volume benda adalah

5. Benda A bermassa 600 gram bervolume 1200 terapung di atas air dengan 2/3 volumenya berada dalam air. Benda B berada di atas benda A seperti pada gambar soal di bawah ini. Besar massa B adalah ?

Jawab

Kita amati dan analisa gaya-gaya yang bekerja. Pada soal ini terdapat dua buah benda sehingga gaya berat ada dua yang disebabkan oleh benda A dan yang disebabkan oleh benda B, sedang kan gaya Archimedes hanya timbul dari benda A yang terendam oleh air. Bentuk gaya-gaya yang bekerja bisa dilihat pada gambar di bawah ini.

Berdasarkan hukum Newton yang pertama jika benda dalam keadaan setimbang maka akan berlaku

Subtitusikan rumus gaya Archimedes dan rumus gaya berat pada persamaan di atas

Besaran gravitasi pada persamaan di atas bisa dihilangkan, kemudian bisa kita subtitusikan besaran-besaran yang sudah diketahui dari soal, jangan lupa volume yang dihitung pada rumus gaya Arcimedes adalah volume benda yang tercelup dalam cairan.

 Massa benda B adalah

6. Sebuah benda dimasukan kedalam wadah yang berisi air dan minyak seperti pada gambar soal di bawah ini. 40% volume benda ada dalam air dan 30% volume benda ada dalam air. Massa jenis benda terebut adalah ?

Jawab

Pada soal ini terdapat dua cairan maka akan terdapat dua gaya Arcimedes yaitu dari air dan dari minyak. Gambar gaya-gaya yang bekerja bisa dilihat pada gambar di bawah ini

Benda berada dalam keadaan setimbang maka bisa kita gunakan hukum Newton yang pertama

Besar massa jenis benda adalah