Instrumen Soal [PDF]

Citation preview

168



KISI-KISI INSTRUMEN TES



No 1



2



Materi Pelajaran



: Fisika



Materi Pokok



: Fluida Statis



Sub.Materi Viskositas



: Hukum Utama Hidrostatis, Hukum Pascal, Hukum Archimedes, Gejala Kapilaritas, Hukum Stokes &



Kelas/Semester



: X/II



Sub Materi Hukum Archimedes



Hukum Archimedes



Indikator Mengingat kembali konsep hukum Archimedes



Mampu menyimpulkan



Ranah Kognitif C1



C2



Soal Sebuah benda dapat melayang di dalam air dikarenakan..... a. massa jenis benda sama dengan massa jenis fluida b. massa jenis benda lebih besar dari pada massa jenis fluida c. massa jenis benda lebih kecil dari pada massa jenis fluida d. massa jenis benda dua kali massa jenis fluida e. massa jenis benda setengah massa jenis fluida



Pembahasan Kunci jawaban : a Penyelesaian : ρf = ρb Sebuah benda dapat melayang di dalam air di karenakan massa jenis benda sama dengan massa jenis fluida.



Seorang anak menimbang sebuah batu Kunci jawaban : c dengan menggunakan neraca pegas.



169



prinsip hukum Archimedes



3



Hukum Archimedes



Menetukan massa jenis benda berdasarkan konsep gaya apung



C4



Ketika ditimbang batu memiliki gaya sebesar 8 N, namum ketika dimasukkan ke dalam tabung berisi air dan ditimbang gaya batu menjadi 7 N, Peristiwa diatas disebabkan oleh..... a. massa batu berkurang b. massa jenis batu berkurang c. ada gaya ke atas pada batu oleh air d. gaya gravitasi terhadap batu berkurang e. massa jenis batu bertambah tetapi massa batu berkurang Berat sebuah benda di udara 100 N, sedangkan bila ditimbang dalam air beratnya 90 N. Massa jenis benda tersebut adalah.... a. 10000 Kg/m3 b. 10100 Kg/m3 c. 10010 Kg/m3 d. 1100 Kg/m3 e. 1000 Kg/m3



Penyelesaian : Berdasarkan prinsip hukum Archimedes bahwa” sebuah benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya dalam zat cair akan mendapat gaya tekan keatas sebesar berat zat cair yang dipindahkan”.



Kunci jawaban : a Penyelesaian : Dik: Wu = 100 N Wa = 90 N Dit : ρb = .......? Jawab : Fa = ρa gV = Wu - Wa = 1000.10.V = 100 – 90 10 1 V = 10000 = 1000 m3



170



ρb = 4



Tekanan hidrostatis



Menghitung massa jenis benda berdasarkan konsep tekanan hidrostatis



C4



m V



10 = 1 /1000



= 10000 Kg/m3 Sebuah pipa U mula-mula berisi air ( Kunci jawaban : d ρair =103



kg/m3), kemudian pada salah



Penyelesaian : 3 satu kakinya diisi minyak setinggi 10 cm Dik: ρair =10 kg/m3 hingga selisih permukaan air pada pipa 8 hminyak = 10 cm cm. Tentukanlah massa jenis minyak hair = 8 cm tersebut! Dit : ρminyak = .......? Jawab : Titik A dan B terletak di bidang datar yang sama (segaris) sehinggamenurut hukum utama hidrostatika berlaku: ρminyak hminyak =ρ air hair ρminyak = a. b. c. d.



2 x 102 kg/m3 4 x 102 kg/m3 6 x 102 kg/m3 8 x 102 kg/m3



ρminyak =



hair hminyak



ρair



8 103 10



ρminyak =8 x 10



3



kg/m3



171



5



6



Hukum Archimedes



Mampu menganalisis beban maksimum yang dapat diapungkan oleh suatu zat cair berdasarkan hukum Archi medes



C4



C1



Sebuah ban dalam mobil diisi udara volumenya 0,1 m3 masanya 5 kg. Apabila ban itu digunakan sebagai pengapung di dalam air (massa jenis 103 kg/m3 dan percepatan gravitasi 10 m/s2). Besar beban maksimum yang dapat diapungkan adalah...... a. 100 kg b. 99 kg c. 98 kg d. 97 kg e. 95 kg



Ukuran



kekentalan



fluida



Kunci jawaban : e Penyelesaian : Dik : V = 0,1 m3 Mban = 5 kg ρair = 103 kg/m3 g = 10 m/s2 Dit : mbeban maksimum? Jawab : Fa = Wbeban Ρgh = mg (103)(10)(0,1) = m (10) 1000 m= = 100 kg 10



maka massa maksimum adalah: mbeban maksimum = m - mban mbeban maksimum = 100 – 5 = 95 kg yang Kunci jawaban : d



Hukum stokes



Mengingat



dan viskositas



kembali



menyatakan besar kecilnya gesekan di Penyelesaian :



pengertian dari



dalam fluida. Semakin besar viskositas Viskositas adalah Ukuran kekentalan fluida



viskositas



fluida, maka semakin sulit suatu fuida yang menyatakan besr kecilnya gesekan di untuk mengalir dan juga menunjukkan dalam fluida. Semakin besar viskositas semakin sulit suatu benda untuk bergerak fluida, maka semakin sulit suatu fuida untuk



172



dalam fluida tersebut. Peristiwa ini mengalir dan juga menunjukkan semakin



7



Hukum Archimedes



Mendesain prosedur kegiatan digunakan dalam percobaan tegangan permukaan



C6



disebut



sulit suatu benda untuk bergerak dalam



a. kapilaritas b. adhesi c. kohesi d. viskositas e. tegangan permukaan Berikut alat dan bahan dalam percobaan tegangan permukaan: 1. Botol 2. Batu 3. Tissue 4. Klip 5. Air Prosedur kegiatan yang digunakan untuk melakukan percobaan: 1. Isilah botol dengan air hampir penuh 2. Isilah botol dengan air sampai penuh dan tutup rapat 3. Masukkan batu kedalam air perhatikan apa yang terjadi 4. Perlahan-lahan tenggelamkan kertas/tissue kedalam air dan jangan sampai klip ikut tenggelam, usahakan klip



fluida tersebut



Kunci jawaban : a Penyelesaian : Prosedur kegiatan yang digunakan dalam percobaan tegangan permukaan zat cair adalah pada nomor 1,5,4 dan 6



173



8



Hukum Pascal



Menghitung besar gaya tekan pada pengisap besar menggunakan prinsip Pascal



C3



terapung diatas air 5. Letakkan klip kertas/tissue kemudian perlahan-lahan masukkan klip yang dilapisi kertas/tissue dalam gelas dan amati apa yang terjadi 6. Dalam keadaan klip mengapung tambahkan sedikit detergen dan amati apa yang terjadi Prosedur percobaan yang tepat ditunjukkan oleh nomor..... a. 1,5,4,dan 6 b. 1,3,4,5, dan 6 c. 1,2,5, dan 6 d. 1,2,4,5,dan 6 e. 1,2,5, dan 6 Bejana berhubungan ditutup oleh pengisap yang masing-masing 4 cm2 dan 24 cm2. Apaila pada pengisap kecil ditekan oleh gaya sebesar 12 N, besar gaya yang menekan pada pengisap besar supaya seimbang .... a. 22 N b. 32 N c. 52 N d. 62 N



Kunci jawaban : e Penyelesaian : Dik : A1 = 4 cm2 A1 = 24 cm2 F1 = 12 N Dit : F2 ......? Jawab :



174



e. 72 N F2 = F2 =



9



10



Gejala Kapilaritas



Hukum Pascal



Mampu mencontohkan gejala kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari



C2



Menganalisis gaya suatu benda menggunakan prinsip hukum Pascal



C4



A2 A1 24 4



F1 12



F2 = 6 x 12 F2 = 72 N kehidupan Kunci jawaban : e



Contoh kapilaritas dalam sehari-hari, Kecuali...... a. naiknya minyak pada sumbu kompor dan obor minyak tanah b. naiknya air tanah menuju daun pada tumbuhan c. meresapnya air pada kain yang direndam d. naiknya air pada dinding rumah sehingga dinding rumah basah e. naiknya air pada pipet saat disedot Sebuah penekan hidrolik dengan jari-jari penghisap kecil dan besar masing-masing 5 cm dan 40 cm. Jika pada penghisap kecil dikerjakan gaya 200 N, berapa gaya yang dihasilkan pada penghisap yang besar?



Penyelesaian : Kapilaritas adalah suatu fenomena dimana cairan spontan naik melalui bahan porous seperti kertas atau non porous material seperti fiber.



Kunci jawaban : d Penyelesaian : r Dik : 1 = 5 cm r2



= 40 cm



175



a. b. c. d. e.



120 N 1200 N 12000 N 12800 N 13000 N



F1 Dit:



F2



= 200 N =....?



Jawab : r 1 = 5 cm A1



2 = π r1 2



= π ×5



2 = 25 π cm



r 2 = 40 cm A2



2 = π r2



2 = π × 40 2 = 1600 π cm



F1 F 2 = A 1 A2 F2 =



A1 × F1 A2



176



¿



11



Gejala Kapilaritas



Menghitung tinggi air dalam pipa pada konsep kapilaritas



C3



¿ 12800 N Tinggi air yang naik dalam pipa yang Kunci jawaban : b memiliki jari-jari 0,15 mm. Diketahui sudut kontaknya adalah nol (diketahui Penyelesaian : Dik : r = 0,15 mm = 1,5 x 10-4m γ air = 0,073)..... ρ = 1000 kg/m3 a. 10,3 cm b. 9,73 cm Dit: h =....? c. 9,93 cm Jawab : d. 9,56 cm 2 γ cos θ e. 9,70 cm h= ρgr =



12



Tekanan Hidrostatis



Mengurutkan besar gaya tekan pada pengisap besar menggunakan prinsip Pascal



C5



1600 π × 200 25 π



Bejana berhubungan ditutup oleh pengisap yang masing-masing 6 cm2 dan 24 cm2. Apaila pada pengisap kecil ditekan oleh gaya yang divariasikan sebesar 12 N, 8 N dan 4 N maka besar gaya yang menekan pada pengisap besar secara berturut-turut dari yang terbesar



2 ( 0,073 ) (cos 0) 1.10.0,0015



= 9,73 x 10-2 m = 9,73 cm Penyelesaian : e Dik : A1 = 4 cm2 A1 = 24 cm2 F1 = 12 N, 8 N dan 4 N Dit : F2 ......? Jawab : Gaya pada penghisap kecil 12 N



177



sampai yang terkecil adalah .... a. 22 N, 12 N dan 10 N b. 32 N, 24 N dan 12 N c. 52 N, 48 N dan 24 N d. 62 N, 54 N dan 12 N e. 72 N, 48 N dan 24 N



F2 =



A2 A1



F1



F2 =



24 4



12



F2 = 6 x 12 Gaya pada penghisap kecil 8 N F2 = 72 N A2 F2 = A 1 F1 F2 =



24 4



8



F2 = 6 x 8 Gaya pada penghisap kecil 4 N F2 = 48 N A2 F2 = A 1 F1 F2 =



24 4



4



F2 = 6 x 4 F2 = 24 N Maka gaya yang menekan pada penghisap



178



besar adalah 72 N, 48 N dan 24 N 13



Hukum Stokes dan Viskositas



Menyimpulkan faktor-faktor yang mempengaruhi gaya gesek suatu benda dalam fluida



C2



Gaya gesek yang dialami oleh bola yang jatuh ke dalam fluida dipengaruhi oleh : 1. koefisien viskositas 2. kelajuan bola 3. jari-jari bola 4. suhu Pernyataan yang benar adalah...... a. 1, 2, dan 3 b. 1 dan 3 c. 2 dan 4 d. 4 e. 1, 2, 3, dan 4



Kunci jawaban : e Penyelesaian : Sesuai dengan hukum stokes bahwa gaya gesek : F s=6 π η r v Jadi gaya gesek oleh bola tersebut dalam fluida dipengaruhi oleh koefisien viskosites (η), jari-jari bola (r), kelajuan bola (v) dan suhu karena suhu mempengaruhi besar nilai koefisien viskositas



179



14



15



Hukum Pascal



Hukum Archimedes



Menganalisis massa suatu benda menggunakan prinsip hukum Pascal



C4



Menetukan massa jenis benda berdasarkan hukum



C4



Kunci jawaban : e Penyelesaian : Dik: A1 : A2 = 1 : 4 m2 = 103 kg Dit : m1 ......? Jawab : P1 = P2 F1 F 2 = Perbandingan luas penampang kecil dan A 1 A2 penampang besar adalah 1 : 4 seperti yang terlihat pada gambar. Bila diketahui m1 g m2 g = massa mobil 1000 kg dan gravitasi 10 A1 A2 2 m/s , maka massa beban adalah .... a. 50 kg 10 m1 ( 103 ) (10) b. 55 kg = 1 4 c. 155 kg 4 d. 150 kg 10 e. 250 kg m1 = 40 = 250 kg Gambar berikut menunjukkan sebuah Kunci jawaban : b benda yang terapung pada zat cair dengan massa jenis zat cair 1200 kg/m3. Jika Penyelesaian : diketahui bagian 1/5 bagian benda maka Dik: ρf =1200 kg/m3 massa jenis benda tersebut adalah ...



180



Archimedes



V benda yang tidak tercelup = 1/5 ρb Dit: ?



a. b. c. d. e.



600 kg/m3 960 kg/m3 1000 kg/m3 1200 kg/m3 1400 kg/m3



Jawab : V benda yang tidak tercelup = 1/5 Volume benda yang tercelup = 1 – 1/5 = 4/5 bagian V BT =4 /5 V B



Menentukan



ρb



ρb V B =ρf V BT ρb V B =¿



(1200 kg/m3) 4/5



ρb = 960 kg/m3 16



Hukum Pascal



Menghitung besar gaya suatu benda pada prinsip hukum Pascal



C3



Kunci jawaban : b Sebuah alat pengangkat mobil menggunakan luas penampang pengisap Penyelesaian : kecil 10 cm2 dan pengisap besar 50 cm2. Berapakah gaya yang harus diberikan Dik: A1 = 10 cm2 agar dapat mengangkat sebuah mobil A2 = 50 cm2 20.000 N?



VB



181



a. b. c. d. e.



400 N 4000 N 200 N 2000 N 4200 N



F2 = 20.000 N Dit: F1? Jawab: F1 F 2 = A 1 A2



F1=F 2



A1 A2



= 20.000 N



(



10 cm2 50 cm2



= 4000 N 17



Hukum Stokes dan Viskositas



Menghitung besar koefisien viskositas suatu fluida



C3



Sebuah kelereng massa jenisnya 7,0 Kunci jawaban : c 3 gram/ cm



dan berdiameter 1,8 cm



Penyelesaian : 3 bergerak vertikal ke bawah dengan ρb Dik: = 7,0 gram/ cm kelajuan tetap 0,5 cm/s dalam suatu fluida yang massa jenisnya 2,0 gram/



)



182



cm



3



ρc



. Koefisien viskositas fluida jika



percepatan gravitasi 10 m/ s



2



adalah...



2 a. 1,4 x 10 kg/ms 2 b. 1,6 x 10 kg/ms



c.



1,8 x 102 kg/ms



2 d. 2,0 x 10 kg/ms 2 e. 2,2 x 10 kg/ms



3 = 2,0 gram/ cm



d



= 1,8 cm



v



= 0,5 cm/s



Dit: η ? Jawab : 2( ρ b−ρc )gr 2 η= 9v 2 ( 7000−2000 ) 10. ( 9 x 10−3 ) ¿ 9. 5 x 10−3 2 ( 5000 ) 10. ( 81 x 10−6 ) ¿ 45 x 10−3 ¿



81 x 10−1 45 x 10−3



¿ 1,8 x 102 kg/ms 18



Tekanan Hidrostatis



Menghitung ketinggian zat cair berdasarkan konsep tekanan



C4



Air dan minyak dimasukkan ke dalam Kunci jawaban : a bejana berhubungan dari lubang berbeda. Setelah mencapai kesetimbangan, didapat Penyelesaian : gambar disamping. Bila massa jenis air 1



2



183



gr/cm3 dan massa jenis minyak 0,8 Dik: ρair =1 gr/cm3 gr/cm3, selisih tinggi permukaan air dan ρminyak =0,8 minyak pada bejana adalah ... gr/cm3



hidrostatis



h1=8 Dit:



h2



cm



?



Jawab : Pembahasan Menentukan



h2



ρair =ρ minyak a. b. c. d. e.



1 cm 2 cm 3 cm 4 cm 5 cm



ρair h1=ρminyak h 2 h 1 gr/cm3 8 cm = 0,8 gr/cm3 2 h2



19



Hukum Stokes dan Viskositas



Menentukan besar gaya gesek yang dialami benda yang bergerak



C3



=



1.8 cm 0,8



Sebuah kelereng yang berjari-jari 5 cm Kunci jawaban : d bergerak dengan kecepatan 10 m/s didalam fluida dengan koefisien Penyelesaian : −3 r = 5 cm kekentalan 1,3 x 10 . Besar gaya Dik: gesek yang dialami kelereng tersebut



= 10 cm



184



dalam suatu fluida



adalah... a. 12 N b. 1,2N c. 0,12 N d. 0,012 N e. 0,0012N



v



= 10 m/s



η = 1,3 x 10−3



Dit:



π



= 3,14



Fs



?



Jawab : F s=6 π η r v F s=6 . 3,14 . 1,3 x 10−3 .0,05 .10 F s=0,012 N 20



Hukum Stokes dan Viskositas



mendesain praktikum untuk menentuan besar kekentalan suatu fluida



C6



Berikut alat dan bahan dalam percobaan tegangan permukaan: 1. Air secukupnya 2. Selang plastik 1 meter 3. Suntikan besar 1 buah 4. Suntikan kecil 1 buah 5. Plester/perekat secukupnya 6. Gunting 1 buah 7. Stoples / botol 1 buah 8. beban 1 buah 9. tali secukupnya



Kunci jawaban : b Penyelesaian : Langkah kerja dalam merancang percobaan tentang hukum pascal adalah : 1. Melobangi sisi atap stoples dengan menggunakan paku sampai tabung suntikan kecil masuk ke dalam lubang dari toples tersebut. 2. Mengisi tabung suntikan besar dengan air 3. Menghubungkan ujung tabung suntikan suntikan besar yang berisi air dengan



185



Prosedur kegiatan yang digunakan untuk tabung suntikan kecil dengan melakukan percobaan: menggunakan selang 4. Meletakkan benda/beban diatas tabung 1. Meletakkan benda/beban diatas suntikan kecil yang telah dirancang tabung suntikan kecil yang telah 5. Kemudian melakukan pemompaan dirancang terhadap tabung suntikan besar 2. Melobangi sisi atap stoples dengan 6. Mengamati apa yang terjadi, kemudian menggunakan paku sampai tabung mencatat hasil pengamatan. suntikan kecil masuk ke dalam lubang dari toples tersebut. 3. Mengamati apa yang terjadi, kemudian mencatat hasil pengamatan. 4. Menghubungkan ujung tabung suntikan suntikan besar yang berisi air dengan tabung suntikan kecil dengan menggunakan selang 5. Kemudian melakukan pemompaan terhadap tabung suntikan besar 6. Mengisi tabung suntikan besar dengan air 7. Memberi lubang pada botol dengan menggunakan paku secara melingkar dengan ketinggian yang sama dan dengan diameter yang berbeda (besar dan kecil). 8. Menutup seluruh lubang dengan plester



186



Urutan percobaan yang sesuai adalah.. a. 2-4-3-7-6-1 b. 2-6-4-1-5-3 c. 2-4-3-6-1-7 d. 2-4-6-3-5-1 e. 2-4-8-7-3-1