20 Contoh Soal Fluida Statis Lengkap dengan Pembahasannya

tirto.id - Memahami konsep fluida statis tidak hanya membutuhkan pemahaman teori, tetapi juga latihan soal fluida statis yang rutin. Dengan mengerjakan berbagai contoh soal, siswa dapat lebih mudah memahami prinsip-prinsip dasar seperti tekanan hidrostatis, hukum Pascal, dan hukum Archimedes.

Soal fluida statis dapat dijadikan bahan belajar sehari-hari, baik untuk persiapan ulangan, ujian semester, juga untuk meningkatkan keterampilan dalam menyelesaikan permasalahan fisika secara lebih mendalam.

Selain membantu menguasai konsep, latihan contoh soal fluida statis beserta jawabannya juga melatih kemampuan berpikir kritis dan analitis. Pasalnya, dalam latihan seperti ini, kita akan menerapkan rumus serta memahami hubungan antara variabel-variabel dalam fluida statis.

Dengan terus berlatih soal tentang fluida statis, siswa tidak hanya lebih siap menghadapi ujian, tetapi juga mampu mengaitkan teori dengan fenomena yang terjadi di sekitar, seperti prinsip kerja alat-alat hidrolik, kapal selam, atau balon udara.

Rumus dan Rangkuman Materi Fluida Statis

Fluida merupakan zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan, seperti zat cair dan gas. Namun, fluida tidak selalu mengalir. Dalam beberapa kondisi, fluida dapat diam, yang disebut sebagai fluida statis.

Sebagai cabang ilmu fisika, fluida statis berkaitan erat dengan tekanan serta keseimbangan air dan zat fluida lainnya. Merujuk pada Modul Fisika Kelas XI yang disusun oleh Kusrini (2020), fluida statis adalah fluida yang berada dalam kondisi tidak bergerak atau bergerak tanpa adanya perbedaan kecepatan di antara partikelnya. Fluida statis juga dikenal dengan istilah hidrostatis.

Berbeda dengan fluida dinamis yang terus bergerak dengan kecepatan tertentu, fluida statis mempelajari keseimbangan zat cair serta tekanan yang dihasilkan dalam keadaan diam.

Konsep fluida statis memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:

• Pompa hidrolik dan dongkrak hidrolik, yang memanfaatkan tekanan dalam fluida untuk mengangkat beban berat.
• Ban sepeda, yang berisi udara sebagai fluida statis yang memberikan tekanan ke dinding ban.
• Kapal selam dan kapal laut, yang mengandalkan prinsip tekanan hidrostatis untuk mengapung atau tenggelam.
• Hidrometer, alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair.
• Air di danau dan kolam renang, yang merupakan contoh nyata dari fluida statis di alam.

Beberapa rumus dasar dalam fluida statis yang penting untuk dipahami meliputi hal-hal berikut.

1. Tekanan Hidrostatis P=ρghP = rho g h Di mana:PP = tekanan hidrostatis (Pa)

ρrho = massa jenis fluida (kg/m³)

gg = percepatan gravitasi (m/s²)

hh = kedalaman fluida (m)

2. Hukum Pascal F1/A1=F2/A2F_1 / A_1 = F_2 / A_2

Tekanan yang diberikan pada fluida dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah secara merata.

3. Hukum Archimedes FA=ρfVgF_A = rho_f V g

Benda yang tercelup dalam fluida mengalami gaya ke atas sebesar berat fluida yang dipindahkan.

Kumpulan Soal Fluida Statis dengan Pembahasannya

Kumpulan soal berikut telah disusun secara sistematis dari tingkat kesulitan yang paling mudah hingga yang paling sulit, lengkap dengan pembahasannya untuk membantu pemahaman konsep fluida statis secara bertahap.

Berikut adalah 20 soal pilihan ganda tentang fluida statis beserta pembahasannya:

1. Sebuah benda dengan volume 0,5 m³ dicelupkan ke dalam air (ρ = 1000 kg/m³). Gaya apung yang dialami benda tersebut adalah ...

A. 500 N

B. 1000 N

C. 2500 N

D. 5000 N

E. 7500 N

Pembahasan:

Gaya apung (Fa) = ρVg = (1000 kg/m³)(0,5 m³)(10 m/s²) = 5000 N.

Jawaban: D

2. Sebuah balok kayu terapung di air dengan 2/3 bagian volumenya tercelup. Jika massa jenis air 1000 kg/m³,massa jenis balok kayu adalah ...

A. 333 kg/m³

B. 500 kg/m³

C. 667 kg/m³

D. 750 kg/m³

E. 800 kg/m³

Pembahasan: Massa jenis balok (ρb) = (V tercelup/V total) x ρ air = (2/3) x 1000 kg/m³ = 667 kg/m³.

Jawaban: C

3. Tekanan hidrostatis pada kedalaman 10 meter di bawah permukaan air adalah ... (g = 10 m/s²)

A. 10.000 Pa

B. 50.000 Pa

C. 100.000 Pa

D. 200.000 Pa

E. 500.000 Pa

Pembahasan:

Tekanan hidrostatis (Ph) = ρgh = (1000 kg/m³)(10 m/s²)(10 m) = 100.000 Pa.

Jawaban: C

4. Sebuah pipa U diisi dengan air dan minyak. Jika tinggi kolom air 20 cm dan tinggi kolom minyak 25 cm, maka massa jenis minyak adalah ...

A. 600 kg/m³

B. 700 kg/m³

C. 800 kg/m³

D. 900 kg/m³

E. 1000 kg/m³

Pembahasan:

ρ minyak x h minyak = ρ air x h air

ρ minyak = (ρ air x h air) / h minyak = (1000 kg/m³ x 20 cm) / 25 cm = 800 kg/m³.

Jawaban: C

5. Sebuah benda terapung di air dengan 40% volumenya tercelup. Jika massa jenis air 1000 kg/m³, maka massa jenis benda adalah ...

A. 200 kg/m³

B. 400 kg/m³

C. 600 kg/m³

D. 800 kg/m³

E. 1000 kg/m³

Pembahasan:

Massa jenis benda (ρb) = (V tercelup/V total) x ρ air = 0,4 x 1000 kg/m³ = 400 kg/m³.

Jawaban: B

6. Sebuah kapal laut dapat mengapung karena...

A. Gaya gravitasi

B. Gaya apung

C. Tekanan hidrostatis

D. Tegangan permukaan

E. Viskositas

Pembahasan:

Kapal laut mengapung karena adanya gaya apung yang sama besar dengan berat kapal.

Jawaban: B

7. Prinsip Archimedes menyatakan bahwa ...

A. Tekanan dalam fluida selalu diteruskan ke segala arah dengan sama besar.

B. Benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya dalam fluida akan mengalami gaya apung yang sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan.

C. Tekanan hidrostatis berbanding lurus dengan kedalaman.

D. Viskositas fluida berbanding terbalik dengan suhu.

E. Tegangan permukaan fluida berbanding lurus dengan massa jenisnya.

Pembahasan: Prinsip Archimedes menjelaskan tentang gaya apung yang dialami benda dalam fluida.

Jawaban: B

8. Sebuah dongkrak hidrolik memiliki luas penampang kecil 10 cm² dan luas penampang besar 100 cm². Jika gaya yang diberikan pada penampang kecil 50 N, maka gaya yang dihasilkan pada penampang besar adalah ...

A. 50 N

B. 100 N

C. 250 N

D. 500 N

E. 1000 N

Pembahasan:

F1/A1 = F2/A2

F2 = (F1 x A2) / A1 = (50 N x 100 cm²) / 10 cm² = 500 N.

Jawaban: D

9. Satuan dari tekanan adalah ...

A. Newton

B. Joule

C. Watt

D. Pascal

E. Meter

Pembahasan:

Satuan tekanan adalah Pascal (Pa).

Jawaban: D

10. Sebuah benda tenggelam dalam air. Pernyataan yang benar adalah ...

A. Gaya apung lebih besar dari berat benda.

B. Gaya apung sama dengan berat benda.

C. Gaya apung lebih kecil dari berat benda.

D. Gaya apung tidak ada.

E. Gaya apung berbanding terbalik dengan berat benda.

Pembahasan:

Benda tenggelam karena berat benda lebih besar dari gaya apung.

Jawaban: C

11. Sebuah benda dengan massa jenis 800 kg/m³ dicelupkan ke dalam air (1000 kg/m³). Benda tersebut akan ...

A. Terapung

B. Melayang

C. Tenggelam

D. Mengapung sebagian

E. Tidak mengalami gaya apung

Pembahasan:

Karena massa jenis benda lebih kecil dari air, benda akan mengapung.

Jawaban: A

12. Sebuah pipa kapiler dimasukkan ke dalam air. Kenaikan air dalam pipa kapiler disebabkan oleh ...

A. Gaya gravitasi

B. Gaya apung

C. Tegangan permukaan

D. Tekanan hidrostatis

E. Viskositas

Pembahasan:

Kenaikan air dalam pipa kapiler disebabkan oleh tegangan permukaan dan gaya kohesi-adhesi.

Jawaban: C

13. Manometer digunakan untuk mengukur ...

A. Massa jenis fluida

B. Tekanan fluida

C. Viskositas fluida

D. Tegangan permukaan fluida

E. Gaya apung

Pembahasan:

Manometer adalah alat untuk mengukur tekanan fluida.

Jawaban: B

14. Sebuah benda melayang dalam fluida. Pernyataan yang benar adalah ...

A. Gaya apung lebih besar dari berat benda.

B. Gaya apung sama dengan berat benda.

C. Gaya apung lebih kecil dari berat benda.

D. Gaya apung tidak ada.

E. Gaya apung berbanding terbalik dengan berat benda.

Pembahasan:

Benda melayang karena gaya apung sama dengan berat benda.

Jawaban: B

15. Tekanan total pada kedalaman 20 meter di bawah permukaan air adalah... (tekanan atmosfer = 10⁵ Pa, g = 10 m/s²)

A. 10⁵ Pa

B. 2 x 10⁵ Pa

C. 3 x 10⁵ Pa

D. 4 x 10⁵ Pa

E. 5 x 10⁵ Pa

Pembahasan:

Tekanan total = tekanan atmosfer + tekanan hidrostatis = 10⁵ Pa + (1000 kg/m³)(10 m/s²)(20 m) = 3 x 10⁵ Pa.

Jawaban: C

Baik, berikut lanjutan 5 soal pilihan ganda tentang fluida statis beserta pembahasannya, sehingga total menjadi 20 soal:

16. Alat yang digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer adalah ...

A. Manometer

B. Barometer

C. Hidrometer

D. Piknometer

E. Termometer

Pembahasan:

Barometer adalah alat yang digunakan khusus untuk mengukur tekanan atmosfer.

Jawaban: B

17. Sebuah benda dengan volume 0,2 m³ tercelup seluruhnya dalam cairan dengan massa jenis 1200 kg/m³. Gaya apung yang dialami benda tersebut adalah ... (g = 10 m/s²)

A. 240 N

B. 1200 N

C. 2400 N

D. 12000 N

E. 24000 N

Pembahasan:

Gaya apung (Fa) = ρVg = (1200 kg/m³)(0,2 m³)(10 m/s²) = 2400 N.

Jawaban: C

18. Sebuah balok es mengapung di air. Jika 90% volume es tercelup, maka massa jenis es adalah ...

A. 800 kg/m³

B. 900 kg/m³

C. 1000 kg/m³

D. 1100 kg/m³

E. 1200 kg/m³

Pembahasan: Massa jenis es (ρes) = (V tercelup/V total) x ρ air = 0,9 x 1000 kg/m³ = 900 kg/m³.

Jawaban: B

19. Prinsip Pascal menyatakan bahwa ...

A. Tekanan dalam fluida selalu diteruskan ke segala arah dengan sama besar.

B. Benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya dalam fluida akan mengalami gaya apung yang sama besar dengan berat fluida yang dipindahkan.

C. Tekanan hidrostatis berbanding lurus dengan kedalaman.

D. Viskositas fluida berbanding terbalik dengan suhu.

E. Tegangan permukaan fluida berbanding lurus dengan massa jenisnya.

Pembahasan:

Prinsip Pascal menjelaskan tentang penerusan tekanan dalam fluida.

Jawaban: A

20. Sebuah pipa U diisi dengan air dan cairan X. Tinggi kolom air 15 cm dan tinggi kolom cairan X 20 cm. Jika massa jenis air 1000 kg/m³, maka massa jenis cairan X adalah ...

A. 500 kg/m³

B. 750 kg/m³

C. 1000 kg/m³

D. 1250 kg/m³

E. 1500 kg/m³

Pembahasan:

ρX x hX = ρair x hair

ρX = (ρair x hair) / hX = (1000 kg/m³ x 15 cm) / 20 cm = 750 kg/m³.

Jawaban: B.

Dengan memahami konsep fluida statis beserta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari, kita dapat lebih memahami bagaimana tekanan dalam fluida bekerja dan bagaimana hukum-hukum fisika diterapkan dalam berbagai teknologi modern.