HUKUM I TERMODINAMIKA.
KALOR JENIS GAS.
Suhu suatu gas dapat dinaikkan dalam kondisi yang bermacam-macam. Volumenya dikonstankan, tekanannya dikonstankan atau kedua-duanya dapat dirubah-rubah menurut kehendak. Pada tiap-tiap kondisi ini panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar satu satuan suhu untuk tiap satuan massa adalah berlainan. Dengan kata lain suatu gas mempunyai bermacam-macam kapasitas panas. Tetapi hanya dua macam yang mempunyai arti praktis yaitu :
- Kapasitas panas pada volume konstan.
- Kapasitas panas pada tekanan konstan.
Kapasitas panas gas ideal pada tekanan konstan selalu lebih besar dari pada kapasitas panas gas ideal pada volume konstan, dan selisihnya sebesar konstanta gas umum (universil) yaitu : R = 8,317 J/mol 0K.
cp - cv = R
cp = kapasitas panas jenis ( kalor jenis ) gas ideal pada tekanan konstan.
cv = kapasitas panas jenis ( kalor jenis ) gas ideal pada volume konstan.
Berdasarkan teori kinetik gas kita dapat menghitung panas jenis gas ideal,sebagai berikut:
a. Untuk gas beratom tunggal ( monoatomik ) diperoleh bahwa :
b. Untuk gas beratom dua ( diatomik ) diperoleh bahwa :
= konstanta Laplace.
LATIHAN SOAL
1. Hitunglah kalor jenis gas Oksigen pada volume dan tekanan tetap bila massa molekul gas Oksigen 32 gram/mol.
2. Hitunglah kalor jenis gas-gas berikut ini pada volume dan tekanan tetap.
a. Gas Neon monoatomik, bila masa molekulnya 2,018 gram/mol
b. Gas Hidrogen diatomik, bila massa molekulnya 2,016 gram/mol
3. Kapasitas panas jenis Nitrogen pada volume tetap adalah 7,14 x 102 J/kg 0K. Carilah kapasitas panas jenisnya pada tekanan tetap. Diketahui massa molekul Nitrogen 28 gram/mol dan konstanta umum gas R = 8,317 J/mol0K
4. Hitunglah kalor jenis gas Argon beratom satu pada volume tetap bila kalor jenisnya pada tekanan tetap 5,23 x 102 J/kg 0K = 1,67
5. Hitunglah kalor jenis pada tekanan tetap dari gas Oksida zat lemas beratom dua bila kalor jenisnya pada volume tetap adalah 6,95 x 102 J/kg. 0K dan = 1,4
USAHA YANG DILAKUKAN GAS.
Temodinamika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari mengenai pengaliran panas, perubahan-perubahan energi yang diakibatkan dan usaha yang dilakukan oleh panas.
1. Usaha luar ( W ) yaitu : Usaha yang dilakukan oleh sistem terhadap sekelilingnya terhadap sistem. Misalkan gas dalam ruangan yang berpenghisap bebas tanpa gesekan dipanaskan ( pada tekanan tetap ) ; maka volume akan bertambah dengan V.
Usaha yang dilakukan oleh gas terhadap udara luar :
W = p. V
2. Usaha dalam ( U ) adalah : Usaha yang dilakukan oleh bagian dari suatu sistem pada bagian lain dari sitem itu pula. Pada pemanasan gas seperti di atas, usaha dalam adalah berupa gerakan-gerakan antara molekul-molekul gas yang dipanaskan menjadi lebih cepat.
Energi dalam suatu gas Ideal adalah :
HUKUM I TERMODINAMIKA.
Dalam suatu sistem yang mendapat panas sebanyak Q akan terdapat perubahan energi dalam ( U ) dan melakukan usaha luar ( W ).
Q = U + W
Q = kalor yang masuk/keluar sistem
U = perubahan energi dalam
W = Usaha luar.
PROSES - PROSES PADA HUKUM TERMODINAMIKA I.
1. Hukum I termodinamika untuk Proses Isobarik.
Pada proses ini gas dipanaskan dengan tekanan tetap.
( lihat gambar ).
sebelum dipanaskan sesudah dipanaskan
Dengan demikian pada proses ini berlaku persamaan Boyle-GayLussac
Jika grafik ini digambarkan dalam hubungan P dan V maka dapat grafik sebagai berikut :
Pemanasan Pendinginan
Usaha luar yang dilakukan adalah : W = p ( V2 - V1 ). karena itu hukum I termodinamika dapat dinyatakan :
Q = U + p ( V2 - V1 )
Panas yang diperlukan untuk meningkatkan suhu gas pada tekanan tetap dapat dinyatakan dengan persamaan :
Q = m cp ( T2 - T1 )
Pertambahan energi dalam gas dapat pula dinyatakan dengan persamaan :
U = m cv ( T2 - T1 )
Karena itu pula maka usaha yang dilakukan pada proses isobarik dapat pula dinyatakan dengan persamaan :
W = Q - U = m ( cp - cv ) ( T2 - T1 )
m = massa gas
cp = kalor jenis gas pada tekanan tetap
cv = kalor jenis pada volume tetap.
LATIHAN SOAL.
1. Satu gram air ( 1 cc ) berubah menjadi 1,671 cc uap bila dididihkan pada tekanan 1 atm. Panas penguapan pada tekanan ini adalah 539 kal/gram. Hitunglah usaha luar pada penembakan energi dalam.
2. 1 liter air massanya 1 kg mendidih pada suhu 1000 C dengan tekanan 1,013 x 105 N/m2 diubah menjadi uap pada suhu 1000 C dan tekanan 1,013 x 105 N/m2 . Pada keadaan ini volume uap air adalah 1,674 liter. Carilah usaha luar yang dilakukan dan dihitung penambahan energi dalam. Panas penguapan air 2,26 . 106 J/kg.
3. Gas Nitrogen yang massanya 5 kg suhunya dinaikkan dari 100 c menjadi 1300 c pada tekanan tetap. Tentukanlah :
a. Panas yang ditambahkan
b. Penambahan energi dalam
c. Usaha luar yang dilakukan.
4. Satu mol karbon monoksida dipanaskan dari 150 C menjadi 160 C pada tekanan tetap. Bila massa molekul karbon monoksida adalah 28,01 = 1,4gram/mol cp = 1,038 x 103 J/kg 0K dan
Tentukanlah :
a. Penambahan energi dalam.
b. Usah luar yang dilakukan.
2. Hukum I Termodinamika untuk Proses Isokhorik ( Isovolumik )
Pada proses ini volume Sistem konstan. ( lihat gambar )
Sebelum dipanaskan. Sesudah dipanaskan.
Dengan demikian dalam proses ini berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac dalam bentuk :
Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka grafiknya sebagai berikut :
Pemanasan Pendinginan
Karena V = 0 maka W = p . V
W = 0 ( tidak ada usaha luar selama proses )
Q = U2 - U1
Kalor yang diserap oleh sistem hanya dipakai untuk menambah energi dalam ( U )
Q = U
U = m . cv ( T2 - T1 )
LATIHAN SOAL
1. Temperatur 5 kg gas Nitrogen dinaikkan dari 100 C menjadi 1300 C pada volume tetap. Bila cv = 7,41 x 102 J/kg 0K , cp = 1,04 x 103 J/kg 0K, carilah :
a. Usaha luar yang dilakukan.
b. Penambahan energi dalam.
c. Panas Yang ditambahkan.
2. Suatu gas yang massanya 3 kg dinaikkan suhunya dari -200 C menjadi 800 C melalui proses isokhorik. Hitunglah penambahan energi dalam gas tersebut, bila diketahui cp = 248 J/kg 0K, cv = 149 J/kg 0K
3. Satu mol karbon monoksida dipanaskan dari 150 C menjadi 160 C pada volume tetap. Massa molekulnya 28,01 gram/mol. cp = 1,03 x 103 J/kg. 0 = 1,40 . Hitunglah penambahan energi dalam.K dan
4. Gas Ideal sebanyak 2 mol dengan tekanan 4 atsmosfer volumenya sebesar 8,2 liter. Gas ini mengalami proses isokhorik sehingga tekanannya menjadi 8 atsmosfer. Bila diketahui : cv = 3 kal/mol. 0C dan R = 0,08207 liter. atm/mol. 0 C ; tentukanlah :
a. Usaha yang dilakukan.
b. Panas yang ditambahkan.
3. Hukum I termodinamika untuk proses Isothermik.
Selama proses suhunya konstan.
( lihat gambar )
Sebelum dipanaskan. Sesudah dipanaskan.
Oleh karena suhunya tetap, maka berlaku Hukum BOYLE.
P1 V2 = P2 V2
Jika digambarkan grafik hubungan P dan V maka grafiknya berupa :
Pemanasan Pendinginan
Karena suhunya konstan T2 = T1 maka :
U = U2 - U1
= n R T2 - n R T1 = 0 ( Usaha dalamnya nol )
Kalor yang diserap sistem hanya dipakai untuk usaha luar saja.
ln x =2,303 log x
4. Hukum I Termodinamika untuk proses Adiabatik.
Selama proses tak ada panas yang masuk / keluar sistem jadi Q = 0
( lihat gambar )
Sebelum proses Selama/akhir proses
oleh karena tidak ada panas yang masuk / keluar sistem maka berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac
Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka berupa :
Pengembangan Pemampatan
Karena Q = 0 maka O = U + W
U2 -U1 = - W
Bila W negatif ( -W = sistem ditekan ) usaha dalam sistem ( U ) bertambah. Sedangkan hubungan antara suhu mutlak dan volume gas pada proses adibatik, dapat dinyatakan dengan persamaan :
-1 = konstanT.V atau -1-1 = T2.V2T1.V1
Usaha yang dilakukan pada proses adiabatik adalah :
W = m . cv ( T1 - T2 ) atau W = -1 )-1 - V1( V2
= P2.V2Juga berlaku persamaan : P1.V1
LATIHAN SOAL.
1. Perbandingan kompresi sebuah mesin disel kira-kira 156. Jika pada permulaan gerak pemampatan silindernya berisi udara sebanyak 2 mol pada tekanan 15 N/m2 dan suhu 2470 c, hitunglah tekanan dan suhu pada akhir gerak. Andai kata udara sebagai gas ideal dan pemampatanya secara adiabatik. massa molekul udara adalah 32 gram/mol. cv = 650 J/kg0K dan cp = 909 J/kg 0K. Hitunglah usaha luar yang dilakukan.
2. Suatu volume gas Nitrogen sebesar 22,4 liter pada tekanan 105 N/m2 dan suhu 00 C dimampatkan secara adiabatik sehingga volumenya menjadi 1/10 volume mula-mula. Carilah :
a. Tekanan akhirnya.
b. Suhu akhirnya.
c. Usaha luar yang dilakukan.
Diketahui pula bahwa Mr = 28 gram/mol = 1,4 cv = 741 J/kg 0K.
3. Lima molekul gas Neon pada tekanan 2 x 105 Nm-2 dan suhu 270 c dimampatkan secara adiabatik sehingga volumenya menjadi 1/3 dari volume = 1,67 cp = 1,03 x 103 J/kg 0K Mr = 20,2 gram/mol.mula-mula. Bila Tentukan :
a. Tekanan akhir pada proses ini.
b. Temperatur akhir.
c. Usaha luar yang dilakukan.
4. Suatu gas ideal dengan = 1,5 dimampatkan secara adiabatik sehingga volumenya menjadi kali dari volume mula-mula. Bila pada awal proses tekanan gas 1 atm, tentukanlah tekanan gas pada akhir proses.
5. Gas oksigen dengan tekanan 76 cm Hg dimampatkan secara adiabatik sehingga volumenya menjadi volume mula-mula. Bila gas Oksigen adalah gas diatomik dan R = 8,317 J/mol 0K ; Tentukanlah tekanan akhir gas tersebut.
6. Volume gas pada suhu 200 C mengembang secara adiabatik sehingga volumenya menjadi 2 kali volume mula-mula. Tentukanlah temperatur =1,4.akhirnya bila
PENERAPAN HUKUM I TERMODINAMIKA.
PENGERTIAN SIKLUS.
Suatu pesawat yang dapat mengubah seluruh kalor yang diserapnya menjadi usaha secara terus menerus belum pernah kita jumpai. yang ada hanya pengubahan kalor menjadi usaha melalui satu tahap saja. Misalnya : proses isothermis.
Agar sistem ini dapat bekerja terus-menerus dan hasilnya ada kalor yang diubah menjadi usaha, maka harus ditempuh cara-cara tertentu. Perhatikan gambar di bawah ini.
- Mulai dari ( P1 , V1 ) gas mengalami proses isothermis sampai ( P2 , V2 ).
- Kemudian proses isobarik mengubah sistem dari ( P2 , V2 ) sampai ( P2 , V1 ).
- Akhirnya proses isobarik membuat sistem kembali ke ( P1 , V1 ).
Usaha yang dilakukan sama dengan luas bagian gambar yang diarsir proses seperti yang ditunjukkan pada gambar diatas disebut : SIKLUS. Pada akhir proses sistem kembali ke keadaan semula. Ini berarti pada akhir siklus energi dalam sistem sama dengan energi dalam semula. Jadi untuk melakukan usaha secara terus menerus, suatu siklus harus melakukan usaha secara terus menerus, suatu siklus harus bekerja dalam suatu siklus.
LATIHAN SOAL.
1. Gas sebanyak 2mol dengan cv = 12,6 J/mol 0K menjalani garis tertutup (1), (2) dan (3). Proses 2-3 berupa pemampatan isotermik. Hitunglah untuk tiap-tiap bagian garis tertutup itu :
a. Usaha oleh gas.
b. Panas yang ditambahkan pada gas.
c. Perubahan energi dalamnya.
2. Pada suatu prose tertentu diberikan panas sebanyak 500 kalori ke sistem yang bersangkutan dan pada waktu yang bersamaan dilakukan pula usaha mekanik sebesar 100 joule terhadap sistem tersebut. Berapakah tambahan energi dalamnya ?
3. Diagram di bawah ini menunjukkan tiga proses untuk suatu gas ideal, di titik 1 suhunya 600 0K dan tekanannya 16 x 105 Nm-2 sedangkan volumenya 10-3m3 . Dititik 2 volumenya 4 x 10-3m3 dari proses 1-2 dan = 1,51-3 salah satu berupa proses isotermik dan yang lain adiabatik.
a. Diantara proses 1-2 dan 1-3 yang manakah proses isotermik dan mana adiabatik ?
Bagaimana kita dapat mengetahui ?
b. Hitung tekanan di titik 2 dan 3
c. Hitung suhu dititik 2 dan 3
d. Hitung volumenya di titik 3 pada proses itu.
4. Pada permulaan 2 mol zat asam ( gas diatomik ) suhunya 270 c dan volumenya 0,02 m3. Gas disuruh mengembang secara isobaris sehingga volumenya menjadi dua kali lipat kemudian secara adiabatik hingga suhunya mencapai harga yang seperti permulaan lagi. R = 8,317 J/mol 0K. Tentukanlah :
a. Berapakah banyaknya energi dalam totalnya ?
b. Berapakah banyaknya panas yang ditambahkan ?
c. Berapakah usaha yang dilakukan ?
d. Berapakah volume pada akhir proses ?
5. Sebuah mesin pemanas menggerakkan gas ideal monoatomik sebenyak 0,1 mol menurut garis tertutup dalam diagram P-V pada gambar di bawah ini. Proses 2-3 adalah proses adiabatik.
a. Tentukanlah suhu dan tekanan pada titik 1,2 dan 3.
b. Tentukanlah usaha total yang dilakukan gas.
EFISIENSI MESIN.
Mengubah tenaga panas menjadi tenaga mekanik pertama-tama selalu memerlukan sebuah mesin, misalnya : mesin uap, mesin bakar atau mesin diesel. Pengalaman-pengalaman dengan mesin-mesin yang terdapat dalam praktek membawa kita kepada hukum Termodinamika II yang ringkasnya sebagai berikut :
“ Adalah Tidak Mungkin Dapat Suatu Mesin Yang Bekerja Dalam Lingkaran Yang Tidak Menimbulkan Efek Lain Selain Daripada Mengambil Panas Dari Suatu Sumber Dan Merubah Panas Ini Seluruhnya Menjadi Usaha “.
Siklus Carnot Dan Efesiensinya.
Siklus Carnot.
Siklus carnot yang disebut siklus ideal ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Siklus Carnot dibatasi oleh garis lengkung isotherm dan dua garis lengkung adiabatik. Hal ini memungkinkan seluruh panas yang diserap ( input panas ) diberikan pada satu suhu panas yang tinggi dan seluruh panas yang dibuang ( panas output ) dikeluarkan pada satu suhu rendah.
Kurva ab dan cd masing-masing adalah kurva pengembangan dan pemampatan isoteremis.
Kurva bc dan da masing-masing adalah kurva pengembangan dan pemampatan adiabatik.
Untuk bahan perbandingan, ditunjukkan beberapa siklus untuk berbagai jenis mesin.
SIKLUS MESIN BAKAR.
Siklus mesin bakar atau lebih umum disebut siklus Otto di tunjukkan pada gambar di bawah ini.
Siklus Otto dibatasi oleh dua garis lengkung adiabatik dan dua garis lurus isokhorik. Dimulai dari titik a, maka :
Kurva ab dan cd masing-masing adalah kurva pemampatan dan pengembangan adiabatik.
Garis lurus bc dan da masing-masing adalah garis lurus untuk pemanasan dan pendinginan isokhorik.
SIKLUS MESIN DIESEL.
Siklus untuk mesin diesel ditunjukkan pada gambar di atas ini. Siklus pada mesin diesel dibatasi oleh dua garis lengkung adiabatik dan satu garis lurus isobarik serta satu garis lurus isokhorik.
Dimulai dari titik a, maka :
Kurva ab dan cd masing-masing adalah kurva pemampatan dan pengembangan adiabatik.
Garis lurus bc adalah garis lurus pemanasan isobarik.
Garis lurus cd adalah garis lurus pendinginan isokhorik..
SIKLUS MESIN UAP.
Siklus mesin uap yang juga disebut siklus Rankine ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Siklus ini dibatasi oleh dua garis lengkung adiabatik dan dua garis lurus isokhorik. hanya saja pada mesin uap ini terdapat proses penguapan dan pengembunan.
Mula-mula air dalam keadaan cair dengan suhu dan tekanan rendah di titik a.
- kurva ab adalah kurva pemampatan secara adiabatik dengan tekanan yang sama dengan tekanan di dalam periuk pendingin.
- garis cd adalah proses pengubahan air menjadi uap.
- Garis de adalah prosers pemanasan sehingga suhu uap sangat tinggi.
- Kurva ef adalah proses pengembangan secara adiabatik.
- garis fa adalah proses pengembunan sehingga kembali ke keadaan awalnya.
HUKUM II TERMODINAMIKA.
Effisiensi (daya guna mesin)
Dalam hukum II Termodinamika akan dibahas perubahan kalor menjadi energi mekanik melalui sebuah mesin, dan ternyata belum ada sebuah mesinpun yang dapat mengubah sejumlah kalor menjadi energi mekanik seluruhnya.
Sebuah mesin diberi energi berupa kalor Q1 pada suhu tinggi T1, sehingga mesin melakukan usaha mekanik W. Energi yang dibuang berupa kalor Q2 pada suhu T2, maka effisiensi mesin adalah :
Menurut Carnot untuk effisiensi mesin carnot berlaku pula :
Sebenarnya tidak ada mesin yang mempunyai effisiensi 100 % dan dalam praktek effisiensi mesin kurang dari 50 %.
LATIHAN SOAL
1. Sebuah mesin Carnot yang reservoir suhu tingginya pada 127 oC menyerap 100 kalori dalam tiap-tiap siklus pada suhu ini dan mengeluarkan 80 kalori ke reservoir suhu rendah. Tentukanlah suhu reservoir terakhir ini.
2. Berapakah effisiensi suatu mesin yang menerima 200 kalori dari sebuah reservoir bersuhu 400 oK dan melepaskan 175 kalori ke sebuah reservoir lain yang bersuhu 320 oK. Jika mesin tersebut merupakan mesin carnot berapakah effisiensinya.
3. Hitunglah effisiensi ideal dari suatu mesin Carnot yang bekerja antara 100 oC dan 400 oC.
4. Sebuah mesin carnot yang menggunakan reservoir suhu rendah pada 7 oC, daya gunanya 40 %. Kemudian daya gunanya diperbesar 50 %. Berapakah reservoir suhu tingginya harus dinaikkan.
5. Mesin Carnot bekerja di antara dua reservoir panas yang bersuhu 400 oK dan 300oK. Jika dalam tiap siklus, mesin menyerap panas sebanyak 1.200 kalori dari reservoir yang bersuhu 400 oK, maka berapakah panas yang dikeluarkan ke reservoir yang bersuhu 300 oK.
6. Sebuah mesin carnot bekerja diantara 450 oC dan 50oC. Berapakah effisiensinya ?
----o0o-----
PERUMUSAN KELVIN-PLANK
TENTANG HUKUM II TERMODINAMIKA
Pada dasarnya perumusan antara Kelvin dan Plank mengenai suatu hal yang sama, sehingga perumusan keduanya dapat digabungkan dan sering disebut : Perumusan Kelvin-Plank Tentang Hukum Ii Termodinamika.
Perumusan Kelvin-Plank secara sederhana dapat dinyatakan sebagai berikut :
“Tidak Mungkin Membuat Pesawat Yang Kerjanya
Semata-Mata Menyerap Kalor Dari Sebuah Reservoir
Dan Mengubahnya Menjadi Usaha”
Sebagai contoh marilah kita perhatikan proses yang sebenarnya terjadi pada motor bakar dan motor bensin.
Mula-mula campuran uap bensin dan udara dimasukkan ke dalam silinder dengan cara menarik penghisap.
Kemudian penghisap ditekan, dengan demikian campuran tadi dimampatkan sehingga temperatur dan tekanannya naik.
Campuran tadi kemudian dibakar dengan loncatan bunga api listrik. Proses pembakaran ini menghasilkan campuran dengan temperatur dan tekanan yang sangat tingi, sehinga volume campuran tetap (proses isokhorik)
Hasil pembakaran tadi mengembang, mendorong penghisap, sedangkan tekanan dan temperaturnya turun, tetapi masih lebih tinggi dari tekanan dan temperatur di luar.
Katub terbuka, sehingga sebagian campuran itu ada yang keluar sedangkan penghisap masih tetap ditempatnya.
Akhirnya penghisap mendorong hampir seluruhnya campuran hasil pembakaran itu keluar.
PERUMUSAN CLAUSIUS
TENTANG HUKUM II TERMODINAMIKA.
Perumusan Clausius tentang hukum II Termodinamika secara sederhana dapat diungkapkan sebagai berikut :
“Tidak Mungkin Membuat Pesawat Yang Kerjanya Hanya Menyerap Dari Reservoir Bertemperatur Rendah Dan Memindahkan Kalor Itu Ke Reservoir Yang Bersuhu Tinggi, Tanpa Disertai Perubahan Lain.
Sebagai contoh marilah kita lihat proses pada lemari pendingin (lemari es) yang bagannya pada gambar di bawah ini.
Zat cair di dalam wadahnya pada tekanan tinggi harus melalui saluran yang sempit, menuju ke ruang yang lapang (Avoporator). Proses ini disebut : Proses Joule-Kelvin.
Tiba di ruang yang lapang, temperatur dan tekanan zat cair tadi berkurang, dan zat cair juga menguap. Untuk menguap maka zat cair ini memerlukan kalor yang diserap dari reservoir T2 (suhu reservoir dingin = suhu benda yang akan didinginkan).
Kemudian uap pada tekanan rendah ini masuk ke dalam kompresor, dimampatkan, sehingga tekanannya dan temperaturnya naik. Temperatur uap ini lebih tingi dari temperatur reservoir T1 (temperatur suhu tingi) dan T1 > T2
Di dalam kondensor uap ini memberikan kalor pada reservoir T1. Sebagai reservoir T1 dapat digunakan udara dalam kamar atau air. Zat yang sering dipakai pada pesawat pendingin adalah : Amoniak. Pada proses ini selain pemindahan kalor dari reservoir dingin T2 ke reservoir T1, terjadi pula perubahan usaha menjadi kalor yang ikut dibuang di T1.
KUNCI JAWABAN.
Kalor Jenis Gas.
1. 6,5 x 102 joule/kg 0K
9,1 x102 J/kg 0K
2. a) 6,2 x 102 J/kg 0K
1,03 x 102 J/kg 0K
b) 1,03 x 104 J/kg 0K
1,44 x 104 J/kg 0K
3. 1,04 x 103 J/kg 0K
4. 3,13 x 102 J/kg 0K
5. 9,73 x 102 J/kg 0K
Hukum I Termodinamika
Untuk Proses Isobarik.
1. W = 0,0671 J; U = 2389,7329 J
2. W = 68,3 J; U =2,259932 x 106 J
3. a) Q = 6,23775 x105 J
U = 4,45554 x105 Jb)
c) W = 1,78221 x105 J
U = 20,767 J4. a)
b) W = 9,0668 J
Hukum I Termodinamika
Untuk Proses Isokhorik ( Isovolumik )
1. a) W = 0
b)
c)
2.
3.
4. a) W=0
b)
Hukum I Termodinamika
Untuk Proses Adiabatik.
1. 663 N/m2 ; 1.2620 C; -4,2 x 104 Joule
2. 2,5 x 106 N/m2 ; 6860 K;
8,57 x 103 Joule
3. 1,25 x 106 N/m2; 6260 K;
2,02 x 104 Joule
4. 3 atm
5. 134,07 cmHg
6. 510 C
Penerapan Hukum I Termodinamika.
Siklus.
1. a) W1-2 = 3,28 x 106 joule
W2-3 = -1,97 x 106 joule
W3-1 = 0
b) Q1-2 = 8,23 x 106 joule
Q2-3 = 0
Q3-1 = 4,96 x 106 joule
c) U1-2 = 4,96 x 106 joule
U2-3 = 0
U3-1 = 4,96 x 106 joule
2. 2 x 103 joule
3. a) 1-2 Proses adiabatik dan 1-3 proses
isotermik. Kurva adiabatik lebih
curam dari pada kurva isotermik.
b) P2 = P3 = 2 x 10-5 Nm-2
c) T2 = T1 = 6000 K
d) V3 = 8 x 10-3 m3
4. a) 0 b) 1,7 x 104 joule
c) 1,7 x 104 joule
d) 0,23 m3
5. a) T1 = 3000 K; P1 = 105 Nm-2
T2 = 6000 K; P2 = 2 x 105 Nm-2
T3 = 4550 K; P3 = 105 Nm-2
b) 52,34 Joule.
Hukum II Termodinamika
Efisiensi Mesin.
1. 470 c
2. 12,5 %; 20 %
3. 44,6 %
4. 93,1 %
5. 900 kalori 6. 59,4 %
Diposkan oleh ichaa arizaah di 03:17 0 komentar
Kirimkan Ini lewat Email BlogThis! Berbagi ke Twitter Berbagi ke Facebook Berbagi ke Google Buzz
Label: fisika
fisika
F L U I D A
Pengertian Fluida.
Fluida adalah zat yang dapat mengalir atau sering disebut Zat Alir.
Jadi perkataan fluida dapat mencakup zat cair atau gas.
Antara zat cair dan gas dapat dibedakan :
Zat cair adalah Fluida yang non kompresibel (tidak dapat ditekan) artinya tidak berubah volumenya jika mendapat tekanan.
Gas adalah fluida yang kompresibel, artinya dapat ditekan.
Pembahasan dalam bab ini hanya dibatasi sampai fluida yang non kompresibel saja.
Bagian dalam fisika yang mempelajari tekanan-tekanan dan gaya-gaya dalam zat cair disebut : HIDROLIKA atau MEKANIKA FLUIDA yang dapat dibedakan dalam :
Hidrostatika : Mempelajari tentang gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang diam.
Hidrodinamika : Mempelajari gaya-gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang bergerak.
(Juga disebut mekanika fluida bergerak)
Pembahasan dalam bab ini hanya dibatasi sampai Hidrostatika saja.
Rapat Massa dan Berat Jenis.
Rapat massa benda-benda homogen biasa didefinisikan sebagai : massa persatuan volume yang disimbolkan dengan r.
Satuan.
r =
Besaran MKS CGS
m kg g
V m3 cm3
r kg/m3 g/cm3
Berat jenis didefinisikan sebagai Berat persatuan Volume.
Yang biasa disimbolkan dengan : D
Satuan.
D =
atau
D = r . g
Besaran MKS CGS
W Newton Dyne
V m3 cm3
D n/m3 dyne/cm3
g m/det2 cm/det2
Rapat Massa Relatif.
Rapat massa relatif suatu zat adalah perbandingan dari rapat massa zat tersebut terhadap rapat massa dari zat tertentu sebagai zat pembanding.(I,2)
Zat pembanding biasa diambil air, pada suhu 40 C.
Rapat massa relatif biasa disimbolkan dengan : rr.
rr =
rr =
Juga berlaku :
Rapat massa relatif tidak mempunyai SATUAN.
Tekanan Hidrostatika.
Adalah : Tekanan yang disebabkan oleh berat zat cair.
Tekanan adalah : Gaya per satuan luas yang bekerja dalam arah tegak lurus suatu permukaan.
Tekanan disimbolkan dengan : P
P =
Satuan
Besaran MKS CGS
F N dyne
A m2 cm2
P N/m2 dyne/cm2
Tiap titik di dalam fluida tidak memiliki tekanan yang sama besar, tetapi berbeda-beda sesuai dengan ketinggian titik tersebut dari suatu titik acuan.
h
PBar Dasar bejana akan mendapat tekanan sebesar :
P = tekanan udara + tekanan oleh gaya berat zat cair (Tekanan Hidrostatika).
P = BAR +
P = BAR + = BAR +
P = BAR + r . g . h
Jadi Tekanan Hidrostatika (Ph) didefinisikan :
Ph = r . g . h
Satuan
Keterangan. MKS CGS
r = rapat massa zat cair kg/m3 g/cm3
g = percepatan gravitasi m/det2 cm/det2
h = tinggi zat cair diukur dari permukaan zat cair sampai ke titik/bidang yang diminta. m cm
Ph = Tekanan Hidrostatika N/m2 Dyne/cm2
1 atm = 76 cm Hg
1 atm = 105 N/m2 = 106 dyne/cm2
Untuk bidang miring dalam mencari h maka dicari lebih dahulu titik tengahnya (Disebut : titik massa).
Gaya Hidrostatika. (= Fh)
Besarnya gaya hidrostatika (Fh) yang bekerja pada bidang seluas A adalah :
Fh = Ph . A = r . g . h . A
Fh = r . g . h . A
Fh = gaya hidrostatika dalam SI (MKS) adalah Newton
dalam CGS adalah Dyne.
Hukum Pascal.
Bunyinya : Tekanan yang bekerja pada fluida di dalam ruang tertutup akan diteruskan oleh fluida tersebut ke segala arah dengan sama besar.
Contoh alat yang berdasarkan hukum Pascal adalah : Pompa Hidrolik.
Perhatikan gambar bejana berhubungan di bawah ini.
F1 F 2
A1 A2 Permukaan fluida pada kedua kaki bejana berhubungan sama tinggi.
Bila kaki I yang luas penampangnya A1 mendapat gaya F1 dan kaki II yang luas penampangnya A2 mendapat gaya F2 maka menurut Hukum Pascal harus berlaku :
P1 = P2
F1 : F2 = A1 : A2
Hukum Utama Hidrostatis.
Bunyinya : Tekanan hidrostatis pada sembarang titik yang terletak pada bidang mendatar di dalam sejenis zat cair yang dalam keadaan setimbang adalah sama.
(Ph) di A = (Ph) di B = (Ph) di C
Hukum utama hidrostatika berlaku pula pada pipa U (Bejana berhubungan) yang diisi lebih dari satu macam zat cair yang tidak bercampur.
(Ph)A = (Ph)B
r1h1 + r2h2 = r3h3
Percobaan pipa U ini biasanya digunakan untuk menentukan massa jenis zat cair.
Paradoks Hidrostatis.
Segala bejana yang mempunyai luas dasar (A) yang sama dan berisi zat cair dengan ketinggian yang sama pula (h).
Menurut Hukum Utama Hidrostatis : Tekanan hidrostatis pada dasar masing-masing bejana adalah sama yaitu : Ph = r . g . h
Paradoks Hidrostatis : Gaya hidrostatis pada dasar bejana tidak tergantung pada banyaknya zat cair maupun bentuk bejana, melainkan tergantung pada :
Massa jenis zat cair.
Tinggi zat cair diatas dasar bejana.
Luas dasar bejana.
Jadi gaya hidrostatis pada dasar bejana-bejana tersebut sama yaitu :
Fh = r . g . h . A
Hukum Archimedes.
Bunyinya : Bila sebuah benda diletakkan di dalam fluida, maka fluida tersebut akan memberikan gaya ke atas (FA) pada benda tersebut yang besarnya = berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.
Benda di dalam zat cair ada 3 macam keadaan :
Benda tenggelam di dalam zat cair.
Berat zat cair yang dipindahkan = mc . g
= rc . Vc . g
Karena Volume zat cair yang dipindahkan = Volume benda, maka :
= rc . Vb . g
Gaya keatas yang dialami benda tersebut besarnya :
FA = rc . Vb . g
FA
rb = Rapat massa benda FA = Gaya ke atas
rc = Rapat massa zat cair Vb = Volume benda
W = Berat benda Vc = Volume zat cair yang
Ws = Berat semu dipindahkan
(berat benda di dalam zat cair).
Benda tenggelam maka : FA ¢ W
w rc . Vb . g ¢ rb . Vb . g
rc ¢rb
Selisih antara W dan FA disebut Berat Semu (Ws)
Ws = W - FA
Benda melayang di dalam zat cair.
Benda melayang di dalam zat cair berarti benda tersebut dalam keadaan setimbang.
FA = W
rc . Vb . g = rb . Vb . g
FA
w
rc = rb
Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku :
(FA)tot = Wtot
rc . g (V1+V2+V3+V4+…..) = W1 + W2 + W3 + W4 +…..
Benda terapung di dalam zat cair.
Misalkan sepotong gabus ditahan pada dasar bejana berisi zat cair, setelah dilepas, gabus tersebut akan naik ke permukaan zat cair (terapung) karena :
FA > W
rc . Vb . g > rb . Vb . g
rc $rb
Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn).
Fn = FA - W
Benda terapung tentunya dalam keadaan setimbang, sehingga berlaku :
FA’ = W
rc . Vb2 . g = rb . Vb . g
V1
V2
FA’ = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair.
Vb1 = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.
Vb2 = Volume benda yang tercelup di dalam zat cair.
Vb = Vb1 + Vb2
FA’ = rc . Vb2 . g
Besaran r g V FA dan W
MKS kg/m3 m/det2 m3 Newton
CGS g/cm3 cm/det2 cm3 Dyne
Kohesi dan Adhesi.
Kohesi : adalah gaya tarik menarik antara partikel-partikel suatu zat yang sejenis.
Misalnya : gaya tarik menarik yang terjadi pada air, besi dan sebagainya.
Makin kuat kohesi ini, makin kuat bendanya (tidak mudah berubah bentuknya).
Berarti kohesi molekul-molekul zat padat dari kohesi molekul-molekul zat cair dari kohesi molekul-molekul zat gas.
Adhesi : adalah gaya tarik menarik antara partikel-partikel dari zat yang berbeda/tak sejenis.
Contoh : Kapur tulis yang melekat pada papan.
Air Hg kohesi molekul-molekul air lebih kecil dari adhesi molekul-molekul air dan kaca.
Kohesi molekul-molekul air raksa lebih besar dari adhesi molekul-molekul air raksa dan kaca.
Pengaruh Kohesi & Adhesi Terhadap Permukaan Fluida.
Air : Permukaannya cekung, pada pipa kapiler permukaannya lebih tinggi, karena adhesinya lebih kuat dari kohesinya sendiri.
Air Raksa : Permukaannya cembung, sedangkan pada pipa kapiler permukaannya lebih rendah, karena kohesi air raksa lebih besar dari adhesi antara air raksa dengan kaca.
Air Hg
u = Sudut Kontak.
Sudut Kontak. (u)
Sudut kontak yaitu sudut yang dibatasi oleh 2 bidang batas (a) dinding tabung dan (b) permukaan zat cair.
Dinding tabung : sebagai bidang batas antara zat cair dan tabung.
Permukaan zat cair : Sebagai bidang batas antara zat cair dan uapnya (u = 1800)
Bila zat cair tersebut air dan dindingnya gelas maka :
0 u 900
Karena adhesinya lebih besar dari kohesi.
Bila zat cair tersebut air raksa, maka :
900 u 1800
Karena kohesinya lebih besar dari adhesi.
Tegangan Permukaan.
Sebagai akibat dari adanya kohesi zat cair dan adhesi antara zat cair-udara diluar permukaannya, maka pada permukaan zat cair selalu terjadi tegangan yang disebut tegangan permukaan.
Karena adanya tegangan permukaan inilah nyamuk, jarum, pisau silet dapat terapung di permukaan zat cair meskipun massa jenisnya lebih besar dari zat cair.
Tegangan permukaan dapat dirumuskan sebagai berikut :
g =
F = Gaya yang bekerja.
L = Panjangnya batas antara benda dengan permukaan zat cair.
g = Tegangan permukaan.
Satuan :
Besaran Gaya (F) L g
MKS N m N/m
CGS dyne cm Dyne/cm
Untuk benda berbentuk lempeng : panjang batasnya = kelilingnya.
Untuk benda berbentuk bidang kawat : panjang batasnya = 2 x kelilingnya.
Untuk benda berbentuk kawat lurus, juga pada lapisan tipis (Selaput mempunyai 2 permukaan zat cair) panjang batasnya = 2 x Panjang (L).
Miniskus dan Kapilaritas.
Miniskus : Yaitu bentuk permukaan zat cair dalam suatu pipa yaitu cekung atau cembung.
Makin sempit pipa (Pembuluh) makin jelas kelengkungannya.
Kapilaritas : Yaitu suatu gejala turun atau naiknya zat cair dalam pembuluh yang sempit, jika pembuluh yang kedua ujungnya terbuka ini dimasukkan tegak lurus ke dalam bak yang berisi zat cair.
Sedang pembuluh sempit tersebut tersebut disebut pipa kapiler.
Kenaikan/penurunan permukaan zat cair dalam kapiler dapat dirumuskan sebagai berikut :
y =
y
y = Kenaikan/penurunan zat cair dalam kapiler
g = Tegangan permukaan zat cair
u = Sudut kontak
r = Massa jenis zat cair
g = Percepatan gravitasi
r = Jari-jari kapiler.
Hukum Archimedes Untuk Gas.
Balon Udara.
Sebuah balon udara dapat naik disebabkan adanya gaya ke atas yang dilakukan oleh udara.
Balon udara diisi dengan gas yang lebih ringan dari udara mis : H2, He sehingga terjadi peristiwa seolah-olah terapung.
Balon akan naik jika gaya ke atas FA$Wtot (berat total) sehingga :
Fn = FA - Wtot
FA = rud . g . Vbalon
Wtot = Wbalon + Wgas + Wbeban
Wgas = rgas . g . Vbalon
Keterangan :
FA = Gaya ke atas (N)
Fn = Gaya naik (N)
rgas = Massa jenis gas pengisi balon (kg/m3)
rud = Massa jenis udara = 1,3 kg/m3
W = Berat (N)
V = Volume (m3)
Soal Latihan.
1. Hitung rapat massa dan rapat massa relatif dari gasolin bila 51 gram = 75 cm3
2. Berapa Volume dari 300 gram air raksa jika rapat massa air raksa 13,6 g/cm3
3. Dua macam cairan A dan B dimasukkan dalam satu bejana dan menghasilkan rapat massa yang baru 1,4 g/cm3. Sedangkan rapat massa cairan A = 0,8 g/cm3. Rapat massa cairan B = 1,8 g/cm3. Hitunglah volume masing-masing cairan dalam 1000 cm3 volume campuran.
4. Sebongkah emas dan jam tangan = 100 gram. Rapat massa emas = 19,3 g/cm3 dan rapat massa jam tangan = 2,6 g/cm3, sedangkan rapat massa bongkah emas + jam tangan = 6,4 g/cm3. Hitunglah massa emas dalam jam tangan tersebut.
5. Berapa galon minyak biji kapas seberat 400 dyne dengan rapat massa relatif 0,926 g/cm3. (1 galon air = 8,34 dyne).
6. 1 liter susu = 1032 gram. 4 % dari volume tersebut berupa lemak keju yang rapat massanya 0,865 g/cm3. Berapa rapat massa dari susu yang telah diambil lemaknya tersebut.
7. Hitung tekanan pada 76 cm di bawah permukaan :
a. Air dalam sistem MKS dan CGS.
b. Air raksa dalam sistem MKS dan CGS.
8. Apabila sebuah kapal selam menyelam sedalam 60 m, berapa besar tekanan yang dialami kapal selam tersebut. (Rapat massa air laut = 1,03 g/cm3).
9. Seorang pemain sepak bola yang beratnya 75 kgf memakai sepatu yang masing-masing dilengkapi dengan 6 buah paku (Spike). Penampang tiap paku 0,6 cm2. Hitung tekanan di bawah salah satu paku pada tanah.
10. Sebuah pipa besi dipakai untuk menopang sebuah lantai yang melentur yang beratnya 1500 kgf. Garis tengah dalam pipa itu 10 cm, garis tengah luarnya 12 cm. Hitung tekanan yang dilakukan oleh ujung bawah pipa itu pada tanah.
11. Sebuah bejana berbentuk kerucut, luas dasar 1 dm2 penuh berisi air. Berapa besar gaya yang bekerja pada dasar kerucut jika volumenya 1 dm3 ?
12. Balok besi berukuran 20 cm x 10 cm x 5,5 cm terletak pada dasar bejana dengan bagian yang berukuran 10 cm x 5,5 cm sebagai dasar balok besi. Jika tinggi air dalam bejana 1,4 m, hitunglah gaya yang bekerja pada dinding balok yang berbeda. (Gaya Hidrostatis).
13. Sebuah bejana yang berukuran panjang 40 cm, lebar 30 cm dan tinggi 25 cm berisi minyak sebanyak 19,2 kgf.
Rapat massa minyak = 0,8 g/cm3 ; g = 10 m/det2 ; BAR = 76 cmHg.
a. Tentukan tekanan total dan gaya total yang dialami dasar bejana.
b. Tentukan tekanan hidrostatis dan gaya hidrostatis yang dialami oleh dinding bejana.
14. Sebuah corong, lubang atas berdiameter 11 cm dan lubang bawah berpenampang dengan diameter 1,6 cm. Tinggi corong 2 dm, penuh berisi air. Berapa gaya total yang menekan pada ibu jari yang menutup lubang dimana BAR = 75 cmHg.
15. Balok berukuran panjang 21 m, lebar 14 m dan tebal 3,25 m terletak dalam air. Dinding berukuran 21 m x 14 m menjadi dasar balok dan dinding bagian atas terletak 5 m di bawah permukaan air. Berapa besar gaya pada dinding samping yang luas ?
16. Bejana penampung air hujan berbentuk kubus dengan rusuk 1 m. Bejana diberi tutup dan dipasang silinder vertikal penampangnya 120 cm2 dan tingginya di atas tutup adalah 3,5 m. Hitunglah gaya hidrostatis yang dialami oleh dinding-dinding bejana serta pada tutup jika silinder penuh berisi air.
17. Sebuah silinder berisi minyak tanah (rm = 0,8 g/cm3) dilengkapi dengan sebuah penghisap dengan luas penampangnya = 154 cm2, tinggi minyak 50 cm. Di atas penghisap terdapat beban 5 kgf. BAR = 1 atm. Tentukan gaya total yang bekerja pada dasar dan sisi bejana. (g = 10 m/det2).
18. Luas penampang penghisap yang kecil dan yang besar dari suatu pompa hidrolik adalah a cm2 dan b cm2. Jika pada penghisap yang kecil bekerja gaya A N, berapakah besar gaya timbul pada penghisap yang besar ?
19. Pompa hidrolik mempunyai penghisap dengan luas penampang 15 cm2 dan 3 dm2. Jika pada penghisap yang kecil diberi beban 400 N. Berapa besar gaya pada penghisap yang besar agar terjadi keseimbangan ?
20. Gaya besarnya 5 N pada penghisap yang kecil dari suatu pompa hidrolik dapat mengangkat beban beratnya 600 N yang terdapat pada penghisap yang besar. Jika penghisap yang kecil berpenampang 400 cm2, berapakah luas penampang yang besar ?
21. Suatu kempa hidrolik dapat mengangkat 1 ton mobil, jika diameter penghisap besar 50 cm, diameter penghisap kecil 10 cm. Tentukan gaya yang harus dikerjakan pada penghisap kecil.
22. Sebuah kempa hidrolik mempunyai torak yang berdiameter 20 cm dan 2 m untuk mengangkat mobil. Pada torak kecil dilakukan gaya sebesar 100 kgf, sehingga torak besar naik setinggi 1 cm. Tentukan massa mobil dan berapa m turunnya torak kecil tersebut.
23. Suatu bejana berbentuk pipa U mula-mula diisi dengan air raksa yang massa jenisnya 13,6 g/cm3, kemudian kaki kanan dituangkan 14 cm air lalu di atas air ini dituangkan minyak yang massa jenisnya 0,8 g/cm3, ternyata dalam keadaan setimbang selisih tinggi permukaan air raksa dalam kedua kaki 2 cm. Hitung berapa cm tinggi lajur minyak pada kaki kanan.
24. Dalam pipa U terdapat Hg (Rapat massa 13,6 g/cm3). Pada kaki kiri dituangkan air setinggi 20 cm kemudian minyak (Rapat massanya 0,9 g/cm3) tingginya 8 cm. Pada kaki kanan ditambahkan alkohol (Rapat massa 0,8 g/cm3) sehingga permukaan minyak dan permukaan alkohol sebidang. Berapa beda tinggi Hg pada kedua kaki pipa ?
25. Dalam pipa U terdapat Hg (Rapat massanya 13,6 g/cm3). Pada kaki kiri dituangkan air setinggi 30 cm. Berapa tinggi minyak pada kaki di sebelah kanan harus ditambahkan agar permukaan air dan permukaan minyak sebidang ? (Rapat massa minyak 0,9 g/cm3).
26. Kaki kiri dan kanan sebuah pipa U masing-masing berdiameter 3 cm dan 11/2 cm, mula-mula diisi air raksa (rHg = 13,6 g/cm3). Kemudian kaki kiri diisi alkohol (Rapat massa 0,8 g/cm3), kaki kanan diisi bensin (Rapat massa 0,7 g/cm3) setinggi 2 cm, sehingga tinggi air raksa di kaki kanan naik 1 cm. Hitunglah volume alkohol yang dituangkan.
27. Ke dalam pipa U yang berdiameter cm, mula-mula diisi air raksa (Rapat massa 13,6 g/cm3). Kemudian kaki kiri diisi dengan gliserin (Rapat massa 1,25 g/cm3). Tentukan volume gliserin yang diperlukan agar air raksa pada kaki kanan naik ½ cm.
28. Batang besi dalam air berat semunya 372 N. Berapa berat semu besi tersebut dalam cairan yang densitasnya 0,75 g/cm3 jika berat besi 472 N.
29. Suatu gelas beratnya 25 N di udara, 15 N di air, dan 7 N di dalam asam belerang, hitung rapat massa asam belerang.
30. Sebuah benda mempunyai berat 100 N di udara dan 60 N di minyak (Rapat massanya 0,8 g/cm3). Hitung massa jenis benda tersebut.
31. Sepotong besi massanya 450 gram, di dalam air massanya berkurang menjadi 390 gram. Tentukan rapat massa besi.
32. Sebuah patung berongga mempunyai berat 210 N dan jika ditimbang di dalam air beratnya 190 N. Patung tersebut terbuat dari logam (Rapat massa 21 g/cm3). Tentukan volume rongga patung tersebut. (g = 10 m/det2).
33. Sebatang emas (Rapat massa 19,3 g/cm3) dicurigai mempunyai rongga. Beratnya di udara 0,3825 N dan di air 0,3622 N. Berapa besar rongga tersebut ?
34. 50 gram gabus (Rapat massa 0,25 g/cm3) diikatkan pada timbal sehingga gabungan benda melayang di dalam air. Berapa berat timbal (Rapat massanya 11,3 g/cm3).
35. Sebuah kubus dari gabus dibebani dengan sepotong logam sehingga melayang dalam aseton. Jika massa logam 77 gram, rapat massa gabus 0,24 g/cm3, rapat massa logam 8,8 g/cm3, rapat massa aseton 0,8 g/cm3. Tentukan rusuk kubus.
36. Sebongkah es (Rapat massanya 0,9 g/cm3) terapung pada air laut (Rapat massanya 1,03 g/cm3). Jika es yang timbul di permukaan air laut 7,8 dm3. Hitunglah volume es.
37. Massa jenis es 917 kg/m3. Berapa bagian es terletak di permukaan air.
38. Sebatang kayu yang massa jenisnya 0,6 g/cm3 terapung di dalam air. Jika bagian kayu yang ada di atas permukaan air 0,2 m3, tentukan volume kayu seluruhnya.
39. Sebuah kubus dari kayu (Rapat massanya 0,8 g/cm3), Mula-mula dibenamkan ke dalam bejana kemudian dilepas sehingga naik ke permukaan gliserin (Rapat massa 1,25 g/cm3) dan ternyata 200 cm3 dari kayu tersebut berada di permukaan gliserin. Tentukan :
a. Gaya ke atas kayu pada saat masih berada seluruhnya dalam gliserin.
b. Gaya naik.
c. Gaya ke atas setelah benda setimbang.
d. Rusuk kubus.
40. Sebuah kawat berbentuk segitiga sama sisi diletakkan perlahan-lahan di atas permukaan zat cair. Tegangan permukaan zat cair 74 dyne/cm. Gaya oleh tegangan permukaan 1,776 dyne. Tentukan tinggi segitiga tersebut.
41. Sebuah pisau silet uang berukuran 3 cm x 11/2 cm, diletakkan di atas permukaan zat cair. Tegangan permukaan zat cair 72 dyne/cm. Tentukan berat minimum silet tersebut agar tidak tenggelam.
42. Untuk mengangkat sebuah jarum yang panjangnya 5 cm dari permukaan zat cair, kecuali berat jarum itu sendiri, masih diperlukan gaya sebesar F Newton. Tegangan permukaan zat cair 63,1 dyne/cm. Tentukan F.
43. Hitunglah tekanan (turunnya tinggi) pipa kapiler berdiameter 0,4 mm dan diletakkan vertikal yang salah satu ujungnya dicelupkan dalam bak yang berisi air raksa. (Rapat massa 13,6 g/cm3) dengan sudut kontak 1500, tegangan permukaan 450 dyne/cm.
44. Sebuah pipa kapiler dimasukkan tegak lurus ke dalam air raksa. Tegangan permukaan air raksa 0,5 N/m. Selisih tinggi air raksa didalam dan diluar pipa = ½ cm. Diameter kapiler = cm ; Rapat massa Hg = 13,6 g/cm3 ; g = 10 m/det2. Tentukan besarnya sudut kontak antara air raksa dan dinding pipa.
45. Sebuah sungai lebarnya 5 meter, dengan kedalaman yang rata diberi pintu air sehingga terjadi perbedaan tinggi air di kanan dan di kiri. Tinggi air di kanan 4 meter dan tinggi air di sebelah kiri 3 meter. Jika g = 10 m/det2 dan rapat massa air sungai 1,05 g/cm3. Tentukan perbedaan gaya hidrostatis yang dialami oleh pintu air tersebut.
Soal Balon Udara.
46. Sebuah balon udara volumenya 400 m3, mengalami gaya naik 2200 N. Tentukan gaya ke atas dan berat total balon (g = 10 m/det2).
47. Sebuah balon udara bervolume 20 m3. Berisi H2 (Rapat massa 0,09 g/l) berat perlengkapannya 10 kgf. Tentukan berat beban yang dapat diangkut.
48. Sebuah balon udara mengalami gaya naik 2450 N. Berat total balon 4050 N. Tentukan gaya ke atas dan diameter balon udara tersebut.
=========o0o=========
Kunci Jawaban Fluida
01. 0,68 g/cm3 ; 0.68
02. 22,0588 cm3
03. 400 cm3 dan 600 cm3
04. 68,6182 gram
05. 51,7944 galon
06. 1,039 g/cm3
07. 7.600 N/m2 ; 76.000 dyne/cm2
103.360 N/m2 ; 1.033.600 dyne/cm2
08. 618.000 N/m2
09. 104,17 . 104 N/m2
10. 4,3428 . 106 N/m2
11. 30 N
12. 66 N ; 260 N ; 143 N
13. a. 16.000 dyne/cm2 ; 192 N
b. 8.000 dyne/cm2 ; 64 N ; 8000 dyne/cm2 ; 48 N
14. 20,89984 N
15. 4.521.562,5 N
16. 45.000 N ; 40.000 N ; 34.580 N
17. 1667 N ; 23374,2857 N
18. N
19. 8.000 N
20. 48.000 cm2
21. 400 N
22. 10 ton ; 1 meter
23. 16,5 cm
24. 27,625 cm ; 0,375 cm
25. 29,7638 cm ; 0,2362 cm
26. 51,75 p cm3
27. cm3
28. 397 N
29. 1,8 g/cm3
30. 2 g/cm3
31. 7,5 g/cm3
32. 1.000 cm3
33. 0,0481 cm3
34. 1,646 N
35. 5 cm
36. 61,80 dm3 atau 61,800 cm3
37. 0,083 bagian
38. 0,5 m3
39. a. 6,9444 N ;b. 2,5 N ;c. 4,4444 N ;d. 8,22 cm
40. 2 cm
41. 648 dyne
42. 631 dyne
43. 2,8655 cm (turun)
44. 135
45. 183.750 N
46. 5.200 N ; 3.000 N
47. maksimum 142 N
48. 6.500 N ; 9,8491
Tidak ada komentar:
Posting Komentar