A. SKILL-SKILL PROBLEM SOLVING UNTUK FLUIDA STATIS - Skil Problem Solving FLUIDA STATIS

A. SKILL-SKILL PROBLEM SOLVING UNTUK FLUIDA STATIS
Soal Sehubungan dengan
Tekanan dalam Fluida

Skill
 Memvisualisasikan
soal
dan
mengidentifikasi besaran fisika yang
diketahui dan ditanya
 Memahami makna tekanan dalam fluida,
bahwa:
- Tekanan adalah gaya persatuan luas,
dimana gaya tegak lurus terhadap luas.

p
-

F
A

Tekanan dalam fluida disebut juga
tekanan hidrostatis, yaitu:

No
1

Soal
Dalam sebuah bejana selinder terdapat cairan yang beratnya 1,5 N. Jika
luas permukaan dasar bejana 50 cm2. Tentukanlah tekanan hidrostatis di
permukaan dasar bejana tersebut

2

Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s2, hitunglah tekanan hidrostatis pada
kedalaman 75 cm di dalam:
(a). Minyak ( ρ = 800 kg/m3)
(b). Raksa (ρ = 13600 kg/m3)

3

Sebuah danau memiliki kedalaman 15 m. Jika massa jenis air 1 g/cm3,
percepatan gravitasi g = 10 m/s2 dan tekanan di atas permukaan air
sebesar 1 atm. Tentukanlah:
(a). Tekanan hidrostatis di dasar danau
(b). Tekanan absolut di dasar danau

ph  gh

 Memahami makna hukum pokok hidrostatik,
yang berbunyi “ semua titik yang terletak
pada suatu bidang datar di dalam zat cair
yang sejenis memiliki tekanan yang sama.
 Memahami tekanan yang sebenarnya
(tekanan absolut) dalam fluida yaitu tekanan
atmosfir ditambah tekanan hidrostatik.

P  po  gh

Hukum Pascal

 Memvisualisasikan soal dan mengidentifikasi
besaran fisika yang diketahui dan ditanya
 Memaknai hukum Pascal bahwa:
- Tekanan yang diberikan kepada fluida diam
dalam ruang tertutup akan diteruskan
dengan besar yang sama ke seluruh bagian
fluida.
- Hukum Pascal dapat diaplikasikan pada lat
pengepres hidrolik, dongkrak hidrolik,
mesin pengangkat mobil, dan rem hidrolik
menggunakan persamaan:

1

Sebuah dongkrak hidrolik digunakan untuk mengangkat mobil yang
massanya 1500 kg. Jari-jari poros dongkrak ini 8 cm dan jari-jari
pengisapnya 1 cm. Berapakah besar gaya yang harus diberikan pada
pengisapnya untuk menaikkan mobil tersebut?

1|Tim Peneliti Penerapan Strategi Physics Problem Solving yang Dipadukan Peta Konsep Fisika

dalam Matakuliah Fisika Umum(Dr. Ramli dkk, 2014)

F1 F2

A1 A2
Hukum Archimedes

 Memvisualisasikan soal dan mengidentifikasi
besaran fisika yang diketahui dan ditanya
 Memahami makna hukum Archimedes bahwa:
- Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau
seluruhnya dalam suatu zat cair, akan
mendapat gaya ke atas yang besarnya sama
dengan berat zat cair yang dipindahkan
oleh benda tersebut.
- Gaya ke atas yang dialami benda dalam zat
cair dinamakan gaya apung, yaitu:

1

Sebuah balok memiliki volume 8 x 10-3m3 tercelup ¾ bagiannya dalam
air. Jika g = 10 m/s2, tentukanlah gaya apung yang yang dikerjakan air
pada balok

2

Berat sebuah benda di udara 50N. Bila ditimbang dalam air, beratnya
menjadi 45N. Hitunglah:
(a). Gaya ke atas yang dialami benda tersebut
(b). Massa jenis benda tersebut

FA   f gV '
dengan:
ρf = massa jenis fluida
V = volume benda yang terbenam atau
volume fluida yang dipindahkan
Atau;
FA = Wu - Wa
Wu = berat benda di udara
Wa = berat benda dalam zat cair

 Memahami bahwa hukum Archimedes dapat
diterapkan pada peristiwa mengapung,
melayang dan tenggelam.

Volume dipindahkan  benda

Volume benda
 fluida

Atau,

Wu
 benda

 fluida Wu  Wa

dimana:
ρfluida > ρbenda : mengapung

2|Tim Peneliti Penerapan Strategi Physics Problem Solving yang Dipadukan Peta Konsep Fisika

dalam Matakuliah Fisika Umum(Dr. Ramli dkk, 2014)

Tegangan Permukaan

ρfluida = ρbenda : melayang
ρfluida < ρbenda : tenggelam
 Memvisualisasikan soal dan mengidentifikasi
besaran fisika yang diketahui dan ditanya
 Mampu menghitung tegangan permukaan suatu
cairan, dimana tegangan permukaan adalah
gaya tegang permukaan persatuan panjang
yang bekerja pada permukaan yang tegak lurus
terhadap kawat:

 

1

Sebuah kawat berbentuk huruf U dilengkapi dengan kawat lurus xy
yang mudah digeser. Panjang xy adalah 3cm dan beratnya 0,05 N (g =

10 m/s2). Apabila sistem tersebut dicelupkan vertikal di dalam larutan
air sabun, berapakah besarnya tegangan permukaan selaput air sabun
pada bidang kawat U setelah diangkat keluar dari larutan air sabun?

1

Berapakah penurunan raksa dalam sebuah pipa yang jari-jarinya 2 mm
jika sudut kontak raksa dengan kaca sama dengan 1400, dan tegangan
permukaannya 0,545N/m ? Massa jenis raksa 13600 kg/m3.

F
L

Tegangan permukaan untuk cairan yang
mempunyai dua permukaan, seperti selaput air
sabun dalam suatu kawat berbentuk huruf U,
dinyatakan dengan:

 
Gejala Kapilaritas

F
2L

 Memvisualisasikan soal dan mengidentifikasi
besaran fisika yang diketahui dan yang ditanya
 Mampu memahami gejala kapilaritas, dimana:
- Kapilaritas naik terjadi pada peristiwa
meniskus cekung
- Kapilaritas naik terjadi pada peristiwa
meniskus cembung
 Mampu menghitung tinggi naik atau turunnya
suatu cairan dalam pipa kapiler menggunakan
rumus:

h

2 cos 
gr

3|Tim Peneliti Penerapan Strategi Physics Problem Solving yang Dipadukan Peta Konsep Fisika
dalam Matakuliah Fisika Umum(Dr. Ramli dkk, 2014)

B. PENYELESAIAN SOAL-SOAL FLUIDA STATIS
Tekanan dalam Fluida
1.

Dalam sebuah bejana selinder terdapat cairan yang beratnya 1,5 N. Jika
luas permukaan dasar bejana 50 cm2. Tentukanlah tekanan hidrostatis di
permukaan dasar bejana tersebut

Penyelesaian:
Inti Permasalahan
Sebuah bejana selinder terdapat cairan yang beratnya 1,5 N. Luas
permukaan dasar bejana 50 cm2.
Tentukan:
Tekanan hidrostatis di permukaan dasar bejana
Pendekatan
Menggunakan tekanan dalam fluida



p

F
A

Rencana Solusi


F=W



p

W
A

Satuan:

p

N
 Pa
m2

p

W
1,5 N

 300 Pa
A 50 x10 4 m 2

Solusi

Situasi Fisika

Evaluasi Jawaban
Jawaban tepat sesuai dengan satuan dan persamaan yang digunakan.
Jawaban lengkap karena semua pertanyaan sudah dijawab.

A = 50 cm2
W = 1,5 N
Target kuantitas
p = ....?

Hubungan kuantitatif

2.

Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s2, hitunglah tekanan hidrostatis pada
kedalaman 75 cm di dalam:
(a). Minyak ( ρ = 800 kg/m3)
(b). Raksa (ρ = 13600 kg/m3)

Penyelesaian:
Inti Permasalahan
Diketahui massa jenis beberapa fluida
Tentukan:
Tekanan hidrostatis di pada kedalaman 75 cm.

4|Tim Peneliti Penerapan Strategi Physics Problem Solving yang Dipadukan Peta Konsep Fisika
dalam Matakuliah Fisika Umum(Dr. Ramli dkk, 2014)

Pendekatan
Menggunakan tekanan dalam fluida

Evaluasi Jawaban
Jawaban tepat sesuai dengan satuan dan persamaan yang digunakan.
Jawaban lengkap karena semua pertanyaan sudah dijawab.

Situasi Fisika

3.

ρ

h = 75cm

Target kuantitas
(a). ph = ....? untuk minyak ( ρ = 800 kg/m3)
(b). ph = ....? untuk raksa (ρ = 13600 kg/m3)
Hubungan kuantitatif

ph  gh
Rencana Solusi


ph  gh

Penyelesaian:
Inti Permasalahan
Sebuah danau memiliki kedalaman 15 m.
Tentukan:
(a). Tekanan hidrostatis di dasar danau
(b). Tekanan absolut di dasar danau
Pendekatan
Menggunakan tekanan dalam fluida
Situasi Fisika

Satuan:

p(
Solusi
(a).

N
kg m
)( 2 )(m)  2  Pa
3
m
m s

ph  gh
= ( 800 Kg/m3) (10 m/s) (0,75 m)
= 6000 Pa

(b).

Sebuah danau memiliki kedalaman 15 m. Jika massa jenis air 1 g/cm 3,
percepatan gravitasi g = 10 m/s2 dan tekanan di atas permukaan air
sebesar 1 atm. Tentukanlah:
(a). Tekanan hidrostatis di dasar danau
(b). Tekanan absolut di dasar danau

ph  gh

= ( 13600 Kg/m3) (10 m/s) (0,75 m)
= 1,02 x 105 Pa

ρair 1 g/cm3, p0 = 1 atm = 1,01 x 105 Pa
Kedalaman danau, h = 15 m.

Target kuantitas
(a). ph = ....? untuk air ( ρ = 1000 kg/m3)
(b). P = ...?
Hubungan kuantitatif
ph  gh



P  po  gh

5|Tim Peneliti Penerapan Strategi Physics Problem Solving yang Dipadukan Peta Konsep Fisika
dalam Matakuliah Fisika Umum(Dr. Ramli dkk, 2014)

Rencana Solusi



ph  gh

P  po  gh

F2

Situasi Fisika
R1= 8 cm
A1

R2= 1 cm
A2

Satuan:

p(
Solusi
(a).

N
kg m
)( 2 )(m)  2  Pa
3
m
m s

F1

ph  gh
= ( 1000 Kg/m3) (10 m/s) (15 m)
= 1,5 x 105 Pa

(b).

Target kuantitas
F2 = ....?
Hubungan kuantitatif

P  po  gh

= (1,01 x 105 Pa) + 1,5 x 105 Pa
= 2,51 x 105 Pa
Evaluasi Jawaban
Jawaban tepat sesuai dengan satuan dan persamaan yang digunakan.
Jawaban lengkap karena semua pertanyaan sudah dijawab.
Hukum Pascal
1.





F1 F2

A1 A2
A  R 2
F1 = W = mg

Rencana Solusi

Sebuah dongkrak hidrolik digunakan untuk mengangkat mobil yang
massanya 1500 kg. Jari-jari poros dongkrak ini 8 cm dan jari-jari
pengisapnya 1 cm. Berapakah besar gaya yang harus diberikan pada
pengisapnya untuk menaikkan mobil tersebut?

Penyelesaian:
Inti Permasalahan
Dongkrak hidrolik
Tentukan:
Gaya pada pengisap.
Pendekatan
Menggunakan hukum Pascal



F1 F2
A

 F2  2 F1
A1 A2
A1

F2 

R22
mg
R12
2

R 
F2   2  mg
 R1 
Satuan:

6|Tim Peneliti Penerapan Strategi Physics Problem Solving yang Dipadukan Peta Konsep Fisika
dalam Matakuliah Fisika Umum(Dr. Ramli dkk, 2014)

2

m
m
F2    Kg 2  N
s
m

Target kuantitas
(a). FA = ...?

Solusi

Hubungan kuantitatif
2



2

 R2 
 10 2 m 
 m
 1500 Kg 10 2   234,4 N
F2    mg  
2
 s 
 8 10 m 
 R1 

FA   f gV '

Rencana Solusi

Evaluasi Jawaban
Jawaban tepat sesuai dengan satuan dan persamaan yang digunakan. Jawaban
lengkap karena semua pertanyaan sudah dijawab.

3
FA   f gV '   f g ( V )
4

Hukum Archimedes

Satuan:
-3

1. Sebuah balok memiliki volume 8 x 10 m tercelup ¾ bagiannya dalam air.
Jika g = 10 m/s2, tentukanlah gaya apung yang yang dikerjakan air pada
balok

Penyelesaian:
Inti Permasalahan
Sebuah balok memiliki volume 8 x 10-3m3 tercelup ¾ bagiannya dalam air
Tentukan gaya apung
Pendekatan
Menggunakan hukum archimedes.
Situasi Fisika
V = 8 x 10-3m3
V’ =

3
V
4

ρf = 1000 kg/m3
g = 10 m/s2

FA  (kg / m3 )(m / s 2 )(m3 )  N

3

Solusi

1
3
FA   f g V  (1000kg / m3 )(10m / s 2 ) (8 x10 3 m3 )
2
4
= 60 N
Evaluasi Jawaban
Jawaban tepat sesuai dengan satuan dan persamaan yang digunakan.
Jawaban lengkap karena semua pertanyaan sudah dijawab.
2. Berat sebuah benda di udara 50N. Bila ditimbang dalam air, beratnya
menjadi 45N. Hitunglah:
(a). Gaya ke atas yang dialami benda tersebut
(b). Massa jenis benda tersebut
Penyelesaian:
Inti Permasalahan
Berat sebuah benda di udara 50N. Bila ditimbang dalam air, beratnya
menjadi 45N.

7|Tim Peneliti Penerapan Strategi Physics Problem Solving yang Dipadukan Peta Konsep Fisika
dalam Matakuliah Fisika Umum(Dr. Ramli dkk, 2014)

Tentukan:
(a). Gaya ke atas yang dialami benda
(b). Massa jenis benda tersebut
Pendekatan
Menggunakan hukum archimedes.

Solusi
(a). FA = Wu - Wa
= 50 N – 45 N
=5N

Situasi Fisika
Berat di udara, Wu = 50 N
Berat di dalam air, Wa = 45 N
ρair = 1000 kg/m3

(b)

b 

50N
(1000kg / m 3 )
50N - 45N
 10000 kg/m 3


Target kuantitas
(a). FA = ...?
(b).  b  ...?

Evaluasi Jawaban
Jawaban tepat sesuai dengan satuan dan persamaan yang digunakan.
Jawaban lengkap karena semua pertanyaan sudah dijawab.

Hubungan kuantitatif

FA = berat benda di udara – berat benda dalam zat cair


Wu
 benda

 fluida Wu  Wa

Tegangan Permukaan
1.

Rencana Solusi
(a). FA = Wu - Wa
(b).

Wu
 benda

 fluida Wu  Wa

b 
Satuan:
FA = N
W=N
ρ = kg/m3.

Wu
(  air )
Wu  Wa

Wu
(  air )
Wu  Wa

Sebuah kawat berbentuk huruf U dilengkapi dengan kawat lurus xy yang
mudah digeser. Panjang xy adalah 3cm dan beratnya 0,05 N (g = 10
m/s2). Apabila sistem tersebut dicelupkan vertikal di dalam larutan air
sabun, berapakah besarnya tegangan permukaan selaput air sabun pada
bidang kawat U setelah diangkat keluar dari larutan air sabun?

Penyelesaian:
Inti Permasalahan
kawat berbentuk huruf U dilengkapi dengan kawat lurus xy yang mudah
digeser, dicelupkan vertikal di dalam larutan air sabun.
Tentukan:
tegangan permukaan
Pendekatan
Menggunakan prinsip tegangan permukaan.

8|Tim Peneliti Penerapan Strategi Physics Problem Solving yang Dipadukan Peta Konsep Fisika
dalam Matakuliah Fisika Umum(Dr. Ramli dkk, 2014)

Situasi Fisika
l = 3 cm
F = W = 0,05 N
g = 10 m/s2
Target kuantitas
γ = ...?
Hubungan kuantitatif

 

F
2L

Rencana Solusi

 

F
2L

Penurunan air raksa.
Pendekatan
Menggunakan prinsip kapilaritas.
Situasi Fisika
r = 2 mm = 2 x 10-3 m
θ = 1400
γ = 0,545 N/m
g = 10 m/s2
ρ = 13600 kg/m3
Target kuantitas
h = ...?
Hubungan kuantitatif

Satuan:

 

N
m

Solusi



h

Rencana Solusi

0,05 N
F

 0,83N / m
2 L 2(3x10 2 m)

h

Evaluasi Jawaban
Jawaban tepat sesuai dengan satuan dan persamaan yang digunakan.
Jawaban lengkap karena semua pertanyaan sudah dijawab.

Satuan:

Gejala Kapilaritas

Solusi

Berapakah penurunan raksa dalam sebuah pipa yang jari-jarinya 2 mm
jika sudut kontak raksa dengan kaca samadengan 140 0, dan tegangan
permukaannya 0,545N/m ? Massa jenis raksa 13600 kg/m 3.
Penyelesaian:
Inti Permasalahan
Sebuah pipa yang jari-jarinya 2 mm berisi raksa, dengan sudut kontak
dengan kaca sama dengan 1400, serta tegangan permukaannya 0,545N/m.
Tentukan:

2 cos 
gr

1.

2 cos 
gr

h

N /m
m
(kg / m )(m / s 2 )(m)

h

2 cos 
2(0,545 N / m) cos140 0

gr
(13600kg / m 3 )(10m / s 2 )(2 x10 3 m)

3

 - 3,1x10 -3 m
Tanda - menyatakan penurunan air raksa.
Evaluasi Jawaban
Jawaban tepat sesuai dengan satuan dan persamaan yang digunakan.
Jawaban lengkap karena semua pertanyaan sudah dijawab.

9|Tim Peneliti Penerapan Strategi Physics Problem Solving yang Dipadukan Peta Konsep Fisika
dalam Matakuliah Fisika Umum(Dr. Ramli dkk, 2014)