TUGAS TELAAH II

RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN

“FLUIDA DINAMIS”

Oleh :

Nama : Mario Fahruji

NIM : ACB 112 011

Dosen Pengajar : Dr. Andi Bustan , M.Si

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MIPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS PALANGKARAYA

2015

RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN

(RPP)

Sekolah : SMA NEGERI

Mata Pelajaran : Fisika

Kelas/ semester : XI/2

Materi Pokok : Fluida Statik dan Fluida Dinamik

Submateri Pokok : Fluida Dinamik

Alokasi waktu : 2 x 45 ( 90 Menit)

I. STANDAR KOMPETENSI

2. Menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik system kontinu dalam

menyelesaikan masalah.

II. KOMPETENSI DASAR

2.2. Menganalisis hukum-hukum yang berhubungan dengan fluida static dan

dinamik serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

III. INDIKATOR

Memformulasikan hukum dasar fluida dinamik.

Menerapkan hukum dasar fluida dinamik pada masalah fisika sehari-hari.

IV. TUJUAN PEMBELAJARAN

Setelah mempelajarai materi fluida dinamis ini, siswa diharapkan mampu:

1. Menguraikan persamaan kontinuitas

2. Menguraikan persamaan bernouli

3. Menerapkan persamaan fluida dinamis dalam masalah fisika sehari-hari.

V. MATERI PEMBELAJARAN

Fluida Dinamis

Dinamika fluida adalah cabang ilmu yang mempelajari fluida dalam keadaan

bergerak. Ini merupakan salah satu cabang yang penting dalam mekanika fluida.

Dalam dinamika fluida dibedakan dua macam aliran yaitu aliran fluida yang relatif

sederhana yang disebut aliran laminer dan aliran yang komplek yang disebut sebagai

aliran turbulen. Gambar 1. melukiskan suatu bagian pipa yang mana fluida mengalir

dari kiri ke kanan. Jika aliran dari type laminer maka setiap partikel yang lewat titik A

selalu melewati titik B dan titik C. Garis yang menghubungkan ketiga titik tersebut

disebut garis arus atau streamline. Bila luas penampang pipa berlainan maka besarnya

kecepatan partikel pada setiap titik juga berlainan. Tetapi kecepatan partikel-partikel

pada saat melewati titik A akan sama besarnya. Demikian juga saat melewati titik B

dan C.

Gambar 1. Aliran fluida sederhana

Bila fluida mempunyai viskositas (kekentalan) maka akan mempunyai aliran fluida yang

kecepatannya besar pada bagian tengah pipa dari pada di dekat dinding pipa. Untuk

pembahasan disini, pertama dianggap bahwa fluida tidak kental sehingga kecepatan

pada smeua titik pipa penampang melintang yang juga sama besar.

1. Persamaan Kontinuitas

Pada Gambar 2. dilukiskan suatu aliran fluida dalam pipa yang mempunyai

penampang berbeda. Jika A1 adalah luas penampang pada titik 1, dan v1

kecepatannya, maka dalam t detik, partikel yang berada pada titik 1 akan

berpindah sejauh (v1.t) dan volume fluida yang lewat penampang A1 adalah

(A1v1t). Volume fluida yang lewat penampang A1 persatuan waktu adalah A1v1

demikian pula volume fluida yang lewat penampang A2 per satuan waktu adalah

A2 v2. Jika fluida bersifat tak kompresibel, maka besarnya volume fluida yang

lewat penampang A1 dan A2 persatuan waktu adalah sama besar sehingga

diperoleh:

Atau

Dengan dengan D1 dan D2 adalah diameter pipa 1 dan 2.

Atau

Besaran Av dinamakan debit (Q) yang mempunyai satuan m3/s (MKS) atau cm3/s

(CGS).

Gambar 2. Aliran fluida pada pipa dengan penampang yang berbeda

2. Persamaan Bernouli

Persamaan Bernoulli merupakan persamaan dasar dari dinamika fluida di

mana berhubungan dengan tekanan (p), kecepatan aliran (v) dan ketinggian (h),

dari suatu pipa yang fluidanya bersifat tak kompresibel dan tak kental, yang

mengalir dengan aliran yang tak turbulen. Tinjau aliran fluida pada pipa dengan

ketinggian yang berbeda seperti Gambar 3.

Bagian sebelah kiri pipa mempunyai luas penampang A1 dan sebelah

kanan pipa mempunyai luas penampang A2. Fluida mengalir disebabkan oleh

perbedaan tekanan yang terjadi padanya. Pada bagian kiri fluida terdorong

sepanjang dl1 akibat adanya gaya F1 = A1p1 sedangkan pada bagian kanan dalam

selang waktu yang sama akan berpindah sepanjang dl2.

Gambar 3. Aliran fluida pada pipa dengan ketinggian yang berbeda

Usaha yang dilakukan oleh gaya F1 adalah dW1 = A1 p1 dl1 sedang pada bagian kanan

usahanya dW2 = - A2 p2 dl2

dW1 + dW2 = A1 p1 dl1 – A2 p2 dl2

Sehingga usaha totalnya

W1 + W2 = A1 p1 l1 – A2 p2 l2

Bila massa fluida yang berpindah adalah m dan rapat massa fluida adalah ρ maka

diperoleh persamaan :

Persamaan diatas merupakan usaha total yang dilakukan oleh fluida. Bila fluida bersifat

tak kental, maka tak ada gaya gesek sehingga kerja total tersebut merupakan perubahan

energi mekanik total pada fluida yang bermasa m. Besarnya tambahan energi mekanik

total adalah :

Maka

Sehingga dapat disimpulkan :

3. Penerapan Persamaan Bernouli

1) Hidrostatika

Persamaan dalam statika fluida adalah hal yang khusus dari

persamaan Bernoulli, di mana kecepatannya sama dengan nol.

Gambar 4. Fluida statis dalam wadah

Karena fluida diam, v1 = v2 = 0 Sehingga dari persamaan Bernoulli

diperoleh hasil

p1 + ρg y1 = p2 +ρ g y2

Titik (2) diambil pada permukaan fluida oleh sebab itu besarnya

tekanan sama dengan besarnya tekanan udara luar yaitu Po, sehingga :

Dengan p1 adalah tekanan hidrostatis titik 1.

2) Teorema Torricelli

Teorema ini membahas tentang besarnya kecepatan aliran pada

lubang kecil yang berada pada bagian bawah suatu silinder yang berisi fluida.

Titik (1) dan (2) terletak pada permukaan atas dan bawah zat cair

sehingga besarnya tekanan adalah sama dan ketinggian titik (2) adalah nol.

Gambar 5. Air dalam wadah yang dasarnya ada lubang.

Sehingga persamaan Bernoulli menjadi :

Jika perbandingan luas penampang pada titik (1) jauh lebih besar dengan titik

(2), maka kecepatan v1 mempunyai harga yang relatif jauh lebih kecil dari v2

sehingga dari persamaan di atas v1 bisa diabaikan dan diperoleh :

Dengan v2 : kecepatan air saat keluar dari lubang.

3) Alat Ukur Venturi

Alat ini dipergunakan untuk mengukur besarnya kecepatan aliran fluida

dalam suatu pipa.

Gambar 6. Alat ukur Venturi.

Ambil titik (1) dan (2) yang mempunyai ketingian yang sama, sehingga dari

persamaan Bernoulli diperoleh hasil :

Hubungan antara v1 dan v2 dapat diperoleh dari persamaan Kontinuitas. Bila

luas penampang pada titik (1) adalah A1 dan pada titik (2) adalah A2 maka :

A1v1 = A2v2

Dan

Bila dimasukkan dalam persamaan Bernoulli diperoleh :

Dengan persamaan kontinuitas diperoleh :

4) Tabung Pitot

Alat ini dipergunakan untuk mengukur kecepatan angin atau aliran gas.

Gambar 7. Tabung Pitot

Misalkan gas mengalir dengan kecepatan v dan rapat massa gas adalah ρ,

maka pada titik (1) dan (2) persamaan Bernoulli dapat dituliskan:

Pada titik (1) kecepatan alirannya sama dengan kecepatan aliran gas

sedangkan titik (2) kecepatannya nol. Padahal bila dilihat dari hubungan

statika fluida p2 = p1 +ρo g h, dimana ρo adalah rapat massa zat cair, dan h

adalah beda ketinggian permukaan, maka diperoleh :

VI. METODE PEMBELAJARAN

Metode : Ceramah dan Diskusi

VII. ALAT

- Perlengkapan Mengajar

VIII. KEGIATAN PEMBELAJARAN

a. Kegiatan Pendahuluan

1. Guru mengucapkan salam kepada siswa dan mengajak siswa berdoa sebelum

memulai pembelajaran.

2. Guru mengecek kehadiran siswa.

3. Guru memotivasi siswa dengan menceritakan kenapa mobil pemadam

kebakaran ketika menyemprotkan air, mampu menghasilkan kekuatan air yang

sangat besar.

4. Guru menuliskan topik materi “ fluida dinamis”.

5. Guru menyampaikan tujuan pembelajaran

b. Kegiatan Inti

Eksplorasi

1. Guru menyajikan materi fluida dinamis dengan menurunkan persamaan-

persamaan yang ada pada fluida dinamis

2. Guru memberikan contoh bagaimana cara menerapkan persamaan

fluida dinamis dalam berbagai soal.

Elaborasi

1. Guru memberikan soal latihan kepada siswa.

2. Guru mempersilakan siswa mengerjakan soal yang sudah dibagikan di

papan tulis.

Konfirmasi

1. Guru memberikan apresiasi bagi siswa yang mampu menyelesaikan soal

dengan baik dan benar.

2. Guru menanyakan hal-hal yang tidak dimengerti oleh siswa.

c. Kegiatan Penutup

1. Guru membimbing siswa membuat rangkuman pembelajaran

2. Guru membagikan soal evaluasi.

3. Guru menginformasikan materi pembelajaran untuk pertemuan berikutnya.

4. Guru menutup pembelajaran dengan mengucapkan salam.

IX. Penilaian Hasil Belajar

Teknik : Tertulis

Bentuk : Essay

Soal Evaluasi

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

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!

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

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

Kunci Jawaban

1. Data :A2 = 2 cm2 = 2 x 10−4 m2

v2 = 10 m/sa) Debit airQ = A2v2 = (2 x 10−4)(10) Q = 2 x 10−3 m3/s b) Waktu yang diperlukan untuk mengisi emberData :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

2. Persamaan kontinuitasA1v1 = A2v2 (5)(15) = (2) v2 v2 = 37,5 m/s

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

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

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

4. Rumus kecepatan fluida memasuki pipa venturimetar pada soal di atas

v1 = A2√ [(2gh) : (A12 − A2

2) ]

a) kecepatan air saat mengalir pada pipa besarv1 = A2√ [(2gh) : (A1

2 − A22) ]

v1 = (3) √ [ (2 x 10 x 0,2) : (52 − 32) ]v1 = 3 √ [ (4) : (16) ]v1 = 1,5 m/s

b) kecepatan air saat mengalir pada pipa kecilA1v1 = A2v2 (3 / 2)(5) = (v2)(3)v2 = 2,5 m/s