Rabu, 06 Juni 2012

soal dan pembahasan : fluida dinamis

Contoh Soal dan Pembahasan tentang Fluida Dinamis, Materi Fisika kelas 2 SMA. Mencakup debit, persamaan kontinuitas, Hukum Bernoulli dan Toricelli.

Rumus Minimal

Debit
Q = V/t
Q = Av

Keterangan :
Q = debit (m3/s)
V = volume (m3)
t = waktu (s)
A = luas penampang (m2)
v = kecepatan aliran (m/s)
1 liter = 1 dm3 = 10−3 m3

Persamaan Kontinuitas
Q1 = Q2
A1v1 = A2v2

Persamaan Bernoulli
P + 1/2 ρv2 + ρgh = Konstant
P1 + 1/2 ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2 ρv22 + ρgh2

Keterangan :
P = tekanan (Pascal = Pa = N/m2)
ρ = massa jenis cairan (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)

Tangki Bocor Mendatar
v = √(2gh)
X = 2√(hH)
t = √(2H/g)

Keterangan :
v = kecepatan keluar cairan dari lubang
X = jarak mendatar jatuhnya cairan
h = jarak permukaan cairan ke lubang bocor
H = jarak tempat jatuh cairan (tanah) ke lubang bocor
t = waktu yang diperlukan cairan menyentuh tanah

Soal No. 1
Ahmad mengisi ember yang memiliki kapasitas 20 liter dengan air dari sebuah kran seperti gambar berikut!

Jika luas penampang kran dengan diameter D2 adalah 2 cm2 dan kecepatan aliran air di kran adalah 10 m/s tentukan:
a) Debit air
b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember

Pembahasan
Data :
A2 = 2 cm2 = 2 x 10−4 m2
v2 = 10 m/s

a) Debit air
Q = A2v2 = (2 x 10−4)(10)
Q = 2 x 10−3 m3/s

b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi ember
Data :
V = 20 liter = 20 x 10−3 m3
Q = 2 x 10−3 m3/s
t = V / Q
t = ( 20 x 10−3 m3)/(2 x 10−3 m3/s )
t = 10 sekon

Soal No. 2
Pipa saluran air bawah tanah memiliki bentuk seperti gambar berikut!

Jika luas penampang pipa besar adalah 5 m2 , luas penampang pipa kecil adalah 2 m2 dan kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 15 m/s, tentukan kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil!

Pembahasan
Persamaan kontinuitas
A1v1 = A2v2
(5)(15) = (2)v2
v2 = 37,5 m/s

Soal No. 3
Tangki air dengan lubang kebocoran diperlihatkan gambar berikut!

Jarak lubang ke tanah adalah 10 m dan jarak lubang ke permukaan air adalah 3,2 m. Tentukan :
a) Kecepatan keluarnya air
b) Jarak mendatar terjauh yang dicapai air
c) Waktu yang diperlukan bocoran air untuk menyentuh tanah

Pembahasan
a) Kecepatan keluarnya air
v = √(2gh)
v = √(2 x 10 x 3,2) = 8 m/s

b) Jarak mendatar terjauh yang dicapai air
X = 2√(hH)
X = 2√(3,2 x 10) = 8√2 m

c) Waktu yang diperlukan bocoran air untuk menyentuh tanah
t = √(2H/g)
t = √(2(10)/(10)) = √2 sekon

Soal No. 4
Untuk mengukur kecepatan aliran air pada sebuah pipa horizontal digunakan alat seperti diperlihatkan gambar berikut ini!

Jika luas penampang pipa besar adalah 5 cm2 dan luas penampang pipa kecil adalah 3 cm2 serta perbedaan ketinggian air pada dua pipa vertikal adalah 20 cm tentukan :
a) kecepatan air saat mengalir pada pipa besar
b) kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil

Pembahasan
a) kecepatan air saat mengalir pada pipa besar
v1 = A2√ [(2gh) : (A12 − A22) ]
v1 = (3) √ [ (2 x 10 x 0,2) : (52 − 32) ]
v1 = 3 √ [ (4) : (16) ]
v1 = 1,5 m/s

Tips :
Satuan A biarkan dalam cm2 , g dan h harus dalam m/s2 dan m. v akan memiliki satuan m/s.

b) kecepatan air saat mengalir pada pipa kecil
A1v1 = A2v2
(3 / 2)(5) = (v2)(3)
v2 = 2,5 m/s

Soal No. 5
Pipa untuk menyalurkan air menempel pada sebuah dinding rumah seperti terlihat pada gambar berikut! Perbandingan luas penampang pipa besar dan pipa kecil adalah 4 : 1.

Posisi pipa besar adalah 5 m diatas tanah dan pipa kecil 1 m diatas tanah. Kecepatan aliran air pada pipa besar adalah 36 km/jam dengan tekanan 9,1 x 105 Pa. Tentukan :
a) Kecepatan air pada pipa kecil
b) Selisih tekanan pada kedua pipa
c) Tekanan pada pipa kecil
(ρair = 1000 kg/m3)

Pembahasan
Data :
h1 = 5 m
h2 = 1 m
v1 = 36 km/jam = 10 m/s
P1 = 9,1 x 105 Pa
A1 : A2 = 4 : 1

a) Kecepatan air pada pipa kecil
Persamaan Kontinuitas :
A1v1 = A2v2
(4)(10) = (1)(v2)
v2 = 40 m/s

b) Selisih tekanan pada kedua pipa
Dari Persamaan Bernoulli :
P1 + 1/2 ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2 ρv22 + ρgh2
P1 − P2 = 1/2 ρ(v22 − v12) + ρg(h2 − h1)
P1 − P2 = 1/2(1000)(402 − 102) + (1000)(10)(1 − 5)
P1 − P2 = (500)(1500) − 40000 = 750000 − 40000
P1 − P2 = 710000 Pa = 7,1 x 105 Pa

c) Tekanan pada pipa kecil
P1 − P2 = 7,1 x 105
9,1 x 105 − P2 = 7,1 x 105
P2 = 2,0 x 105 Pa

Minggu, 03 Juni 2012

Modul Fisika SMA

Info :

Berikut ini saya postingkan modul fisika SMA/MA/SMK hasil karya Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. Semoga modul ini berguna dan menambah pengetahuan, sehingga dapat menjadi referensi tambahan dalam proses belajar-mengajar di sekolah.

Soal dan Pembahasan UN SMA FISIKA

Sejarah

Ujian Nasional yang disingkat UN kerap menjadi momok yang menakutkan bagi banyak siswa. Banyak sekali upaya-upaya yang dilakukan untuk sukses menghadapi UN. Baik itu upaya jelek atau upaya yang baik. Para siswa itu rela mengikuti les-les seharian penuh bahkan ada yang sampai malam. Mereka rela mengikuti hal tersebut untuk mendapatkan selembar kertas yang berisi angka-angka yang melebihi standar kelulusan. Bahkan untuk mensukseskan Ujian Nasional, tak jarang para siswa maupun guru melakukan kecurangan-kecurangan.

Periode 1950-1960-an

Pada periode ini ujian kelulusan disebut dengan ujian penghabisan dan diadakan secara nasional serta soal-soal dibuat oleh Departemen Pendidikan, Pengajaran dan Kebudayaan. Soal-soal yang diujikan berbentuk essai dan hasil ujian diperiksa di pusat rayon.

Periode 1965-1971

Pada periode ini semua mata pelajaran diujikan dalam hajat yang disebut ujian negara. Bahan ujian dibuat oleh pemerintah pusat dan berlaku untuk seluruh wilayah di Indonesia. Waktu ujian juga ditentukan oleh pemerintah pusat.

Periode 1972-1979

Pada periode ini pemerintah memberi kebebasan untuk setiap sekolah atau kelompok sekolah menyelenggarakan ujian sendiri. Pembuatan soal dan penilaian dilakukan masing-masing sekolah atau kelompok sekolah. Pemerintah hanya menyusun pedoman dan panduan yang bersifat umum.

Periode 1980-2001

Pada Periode ini mulai diselenggarakan ujian akhir nasional yang disebut Ebtanas (Evaluasi Belajar Tahap Akhir Nasional). Model ujian akhir ini menggunakan dua bentuk yaitu Ebtanas untuk mata pelajaran umum dan Ebta untuk mata pelajaran non-ebtanas. Ebtanas dikoordinasikan oleh pemerintah pusat dan Ebta dikoordinasi oleh pemerintah provinsi. Kelulusan ditentukan oleh kombinasi dua evaluasi tadi ditambah nilai ujian harian yang tertera di buku rapor. Dalam Ebtanas siswa dinyatakan lulus jika nilai rata-rata seluruh mata pelajaran yang diujikan adalah enam. Meskipun terdapat nilai di bawah tiga.

Periode 2002-2004

Pada periode ini Ebtanas diganti dengan nama Ujian Akhir Nasional (UAN) dan standar kelulusan tiap tahun berbeda-beda. Pada UAN 2002 kelulusan ditentukan oleh nilai mata pelajaran secara individual. Pada UAN 2003 standar kelulusan adalah 3.01 pada setiap mata pelajaran dan nilai rata-rata minimal 6.00. Soal ujian dibuat oleh Depdiknas dan pihak sekolah tidak dapat mengatrol nilai UAN. Para siswa yang tidak/belum lulus masih diberi kesempatan mengulang selang satu minggu sesudahnya. Pada UAN 2004, kelulusan siswa didapat berdasarkan nilai minimal pada setiap mata pelajaran 4.01 dan tidak ada nilai rata-rata minimal. Pada mulanya UAN 2004 ini tidak ada ujian ulan bagi yang tidak/belum lulus. Namun setelah mendapat masukan dari berbagai lapisan masayarakat, akhirnya diadakan ujian ulang.

Periode 2005-sekarang (2010)

Pada periode ini UAN diganti namanya menjadi Ujian Nasional (UN) dan standar kelulusan setiap tahun pun juga berbeda-beda. Pada UN 2005 minimal nilai untuk setiap mata pelajaran adalah 4.25. Pada UN 2005 ini para siswa yang belum lulus pada tahap I boleh mengikuti UN tahap II hanya untuk mata pelajaran yang belum lulus. Pada UN 2006 standar kelulusan minimal adalah 4.25 untuk tiap mata pelajaran yang diujikan dan rata-rata nilai harus lebih dari 4.50 dan tidak ada ujian ulang. Pada UN 2007 terdapat dua kriteria kelulusan yaitu; Nilai rata-rata minimal 5.00 untuk seluruh mata pelajaran dengan tidak ada nilai di bawah 4.25. Jika nilai minimal 4.00 pada salah satu mata pelajaran yang diujikan maka nilai pada dua mata pelajaran linnya adalah 6.00.

Pada UN 2007 ini tidak ada ujian ulang. Dan bagi yang tidak lulus disarankan untuk mengambil paket c untuk meneruskan pendidikan atau mengulang UN tahun depan. Pada UN 2008 mata pelajaran yang diujikan lebih banyak dari yang semula tiga, pada tahun ini menjadi enam. Standar kelulusan pada tahun ini terdapat dua kriteria yang hampir sama dengan tahun 2007 hanya saja terdapat penambahan nilai rata-rata minimal menjadi 5.25. Penambahan mata pelajaran pada UN 2008 ini karena BSNP mendapat masukan, bahwa ada ketidakseimbangan tingkat keseriusan antara mata pelajaran yang di-UN-kan dan yang tidak. Pada UN 2009 standar untuk mencpai kelulusan, nilai rata-rata minimal 5.50 untuk seluruh mata pelajaran yang di-UN-kan, dengan nilai minimal 4.00 untuk paling banyak dua mata pelajaran dan minimal 4.25 untuk mata pelajaran lainnya. Pada UN 2010 tahun ini, standar kelulusannya adalah; Memiliki nilai rata-rata minimal 5.50 untuk seluruh mata pelajaran yang diujikan, dengan nilai minimal 4.0 untuk paling banyak dua mata pelajaran dan minimal 4.25 untuk mata pelajaran lainnya. Khusus untuk SMK, nilai mata pelajaran praktek kejuruan minimal 7.00 dan digunakan untuk menghitung rata-rata UN.

Berikut ini Soal dan Pembahasan UN SMA Fisika dari 1988 hingga 2011

1. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 1988 Download Disini

2. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 1989 Download Disini

3. Ujian Nasiona SMA l Fisika Tahun 1990 Download Disini

4. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 1991 Download Disini

5. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 1992 Download Disini

6. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 1993 Download Disini

7. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 1994 Download Disini

8. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 1995 Download Disini

9. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 1996 Download Disini

10. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 1997 Download Disini

11. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 1998 Download Disini

12. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 1999 Download Disini

13. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 2000 Download Disini

14. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 2001 Download Disini

15. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 2002 Download Disini

16. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 2003 Download Disini

17. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 2004 Download Disini

18. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 2005 Download Disini

19. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 2006 Download Disini

20. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 2007 Download Disini

21. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 2008 Download Disini

22. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 2009 Download Disini

23. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 2010 Download Disini

24. Ujian Nasional SMA Fisika Tahun 2011 Download Disini

Soal dan Pembahasann Buku Fisika SMA (Marthen Kanginan)

Kelas X Fisika SMA Karangan Marthen Kanginan

Download :
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas X Bab Gerak Lurus Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas X Bab Kinematika Gerak Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas X Bab Gerak Melingkar Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas X Bab Dinamika Partikel Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas X Bab Hukum Newton Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas X Bab Gelombang Elektromagnetik Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas X Bab Listrik Dinamis Download Disini

Kelas XI Fisika SMA Karangan Marthen Kanginan

Download :
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas XI Bab Kinematika Vektor Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas XI Bab Elastisitas dan Gerak Harmonis Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas XI Bab Dinamika Rotasi dan Keseimbangan Benda Tegar Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas XI Bab Mekanika Fluida Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas XI Bab Hukum Newton Tentang Gravitas Download Disini

Kelas XII Fisika SMA Karangan Marthen Kanginan

Download :
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas XII Bab Gejala Gelombang Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas XII Bab Cahaya Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas XII Bab Bunyi Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas XII Bab Induksi Elektromagnetik Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas XII Bab Listrik Statis Download Disini
Soal dan Pembahasan Fisika SMA Kelas XII Bab Medan Magnetik Download Disini

Soal Impuls dan Momentum

Hitunglah besar momentum serangga yang massanya 22 gram yang tengah terbang dengan laju 80 m/s.
Sebuah bola tenis bermassa 60 gram dipukul hingga mencapai kecepatan 144 km/jam, hitunglah impuls bola tenis tersebut.
Bola kasti bermassa 145 gram dilempar dengan kecepatan 39 m/s ternyata dapat dipukul balik hingga mencapai kecepatan 52 m/s. Hitunglah impuls yang terjadi pada bola kasti.
Gerbong bermassa 6500 kg bergerak dengan kecepatan 5 m/s menumbuk gerbong yang massanya sama yang sedang diam, setelah tumbukan keduanya bergerak bersama-sama. Hitunglah kecepatan kedua gerbong tersebut setelah tumbukan
Peluru bermassa 20 gram ditembak dengan kecepatan 230 m/s mengenai balok yang diam di atas lantai. Massa balok 2 kilogram. Ternyata peluru melewati bagian dalam balok dan setelah keluar dari balok kecepatan peluru berkurang menjadi 160 m/s. Hitunglah kecepatan balok setelah ditembus peluru demikian.
Sebuah pasak panjangnya 40 cm menancap bagian depannya di atas tanah ditumbuk dengan martil yang dilemparkan jatuh bebas dari ketinggian 5 meter. Massa martil 10 kilogram. Jika gaya tahan tanah terhadap martil 100 KN (1 KN = 1000 N). Perhitungkan bagaimana pasak bisa masuk ke dalam tanah.

Susunan-Pegas

Pegas (=spring) pegas - courtesy of Globalspec.inc

Untuk pegas yang tersusun seri sebagaimana gambar di samping
Untuk pegas yang tersusun paralel layaknya gambar aplikasi berikut :

pegas paralel depan mobil

Karena kedua pegas mendapatkan beban yang sama maka berlaku

y₁=y₂= $\Delta {y}$ sementara F₁+F₂ sebab kedua pegas tersebut membagi dua beban yang diterimanya.

Menjadikan W (beban) = F₁ + F₂

sehingga $\Delta y$ = $\frac{W}{k_{paralel}}$

${k} \Delta{y}$ = $k_{1}y_{1} + k_{2}y_{2}$

karena $y_{1} = y_{2} = \Delta {y}$ maka

${k} \Delta{y}$ = $k_{1} \Delta y + k_{2} \Delta {y}$

Secara distributif, ${k} \Delta{y} = ( k_{1} + k_{2} ) \Delta y$

akhirnya ${k} = k_{1} + k_{2}$

Analogi sederhana bisa perhatikan gambar di samping ini : physicsexperimental.org

Suhu dan Kalor

Suhu atau temperatur menyatakan derajat panas atau dingin suatu benda. Suhu menyatakan besaran “energi” yang dipunyai sebuah materi karena panas atau keadaan dinginnya.

Karena panas atau dinginnya ini, dimungkinkan suatu materi atau benda menghantarkan kemampuan inersial-nya yang kemudian dinamakan sebagai kalori (calorie).

http://www.learner.org/courses/essential/physicalsci/

Termometer sebagai salah satu alat ukur derajat tersebut terbagi dalam beberapa skala, antara lain : Reamur, Celcius, Fahrenheit, Kelvin, hingga Rankine.

Cerita penelusuran mengenai termometer Celcius dan Fahrenheit dapat mengunjungi tautan berikut. KLIK INI
Cara membuat termometer sederhana.

Kinematika Gerak Lurus

PERSAMAAN DUA DIMENSI

Persamaan gerak dalam dua dimensi digambarkan menggunakan fungsi dalam vektor, misalnya vektor posisi digambarkan sebagai bagian dari koordinat X dan Y menjadi :

$\vec{r} = xi + yj$

Jika terdapat dua koordinat masing-masing $\vec{r_{1}}= x_{1}i + y_{1}j$ dan $\vec{r_{2}} = x_{2}i + y_{2}j$
maka vektor perpindahannya adalah $\Delta \vec{r} = (x_{2}-x_{1})i + (y_{2}-y_{1})j$ atau dapat pula dinyatakan sebagai $\Delta \vec{r} = {\Delta x}i + {\Delta y}j$
Perlu anda ingat bahwa perpindahan adalah perubahan posisi.

Vektor Kecepatan Rata-Rata
Kecepatan didefinisikan sebagai perubahan posisi setiap satuan waktu, sehingga secara vektor, fungsi kecepatan ini dituliskan sebagai $v = \frac {\Delta r}{\Delta t}$
maka fungsi kecepatan dapat dituliskan sebagai $v = \frac {\Delta x}{\Delta t}i + \frac {\Delta y}{\Delta t}j$
karena ${\Delta r} = {\Delta x}i + {\Delta y}j$

Fungsi di atas hanya digunakan untuk menentukan vektor kecepatan rata-rata
Adapun Fungsi kecepatan sesaat dinyatakan menurut fungsi $v = \frac {\delta r}{\delta t}$ yang dapat pula dituliskan sebagai $v = \frac {\delta x}{\delta t}i + \frac {\delta y}{\delta t}j$
atau
$v = \frac {\delta v_{x}}{\delta t}i + \frac {\delta v_{y}}{\delta t}j$
$v_{x}$ menyatakan komponen kecepatan pada sumbu X dan $v_{y}$ menyatakan komponen kecepatan pada sumbu Y.
fungsi $\frac {\delta}{\delta t}$ menyatakan laju perubahan atau diferensial/ turunan
Simulasi Gerak Orang Berjalan :