50 c. Buatlah sebuah sedotan berbentuk L atau siku siku, seperti gambar berikut; Gambar 26. Sebuah sedotan berbentuk L Sumber : https://www.youtube.com/@IOIOO_NurulFikri d. Sambungkan semua sedotan dan tutup rapat semua lubang sedotan kecuali bagian ujung sedotan L menggunakan korek api, seperti gambar berikut; Gambar 27. Alat Praktikum Tabung Pitot Sumber : https://www.youtube.com/@IOIOO_NurulFikri e. Tutup semua sela – sela lubang sambungan mengunakan lem tembak dan tutup lagi menggunakan solasi hitam untuk mencegah kebocoran air. f. Masukkan air ke dalam sedotan hingga tingginya setengah sedotan bagian kanan. g. Masukkan udara pada selang bagian kanan. h. Catat perbedaan ketinggian pada tabel berikut; Tabel 7. Pengamatan Tabung Pitot Percobaan Perbedaan Ketinggian ( ) cm 1 2 3
51 E. ANALISIS Tabel 8.Analisis Tabung Pitot Percobaan Perbedaan Ketinggian ( ) cm Kecepatan (v) m/s 1 2 3 1. Apakah yang menyebabkan perbedaan ketinggian pada percobaan tersebut? 2. Bagaimana hubungan anatar kecepatan dan perbedaan ketinggian? 3. Jelaskan apa saja yang mempengaruhi kecepatan pada percoban tersebut? F. KESIMPULAN
52 C. Tabung Pitot Tabung pitot merupakan alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran suatu gas atau udara. Tabung pitot banyak digunakan untuk menentukan kecepatan udara dari pesawat terbang, kecepatan air dari perahu, dan untuk mengukur cairan, udara dan gas kecepatan dalam aplikasi industri. Gambar 28. Ilustrasi Tabung Pitot Sumber : Catatan Teori Fisika Dasar Zat cair yang berada pada pipa U mempunyai beda ketinggian h dan massa jenis ρ’. Bila massa jenis udara yang mengalir adalah ρ dengan kelajuan maka √ Keterangan : = kecepatan udara (m/s) g = gravitasi bumi (m/s2 ) h = selisih tinggi permukaan kolom zat cair dalam manometer (m) ′ = massa jenis zat cair dalam manometer (Kg/m3 ) = massa jenis udara/gas (Kg/m3 ) Contoh soal : Sebuah tabung pitot digunakan untuk mengukur kelajuan aliran gas oksigen yang mempunyai massa jenis 1,43 kg/ m 3 dalam sebuah pipa. Jika perbedaan tinggi zat cair pada kedua kaki manometer adalah 10 cm dan massa jenis zat cair 13.600 kg/ m 3 , hitunglah kelajuan aliran gas pada pipa tersebut !
53 Penyelesaian : Diketahui : g = 10 m/s2 h = 10 cm = 0,1 m ′ = 13600 kg/m3 = 1,43 kg/m3 Ditanya : v = …? Jawab : √ √ √ √
54 LATIHAN IV 1. Pipa pitot digunakan untuk mengukur kelajuan aliran udara. Pipa U dihubungkan pada lengan tabung dan diisi dengan cairan yang memiliki massa jenis 750 kg/m3 . Gambar 29a. Soal Tabung Pitot Sumber : Roboguru Jika kelajuan udara yang diukur adalah 80 m/s Tentukan perbedaan tinggi cairan dalam pipa, gunakan g = 10 m/s2 ! 2. Sebuah tabung pitot digunakan untuk mengukur kelajuan aliran udara. Pipa U dihubungkan pada lengan tabung dan diisi dengan cairan yang memiliki massa jenis 800 kg/m3 . Gambar 29b. Soal Tabung Pitot Sumber : Fisika Study Center Jika massa jenis udara yang diukur adalah 1 kg/m3 dan perbedaan level cairan pada tabung U adalah h = 25 cm. Tentukan kelajuan aliran udara yang terukur! 3. Jika massa jenis udara adalah 1,29 kg/m3 dialirkan ke dalam tabung pitot dan perbedaan tinggi air raksa yang memiliki massa jenis 13600 Kg/m3 pada manometer adalah 3 cm, maka kecepatan aliran udara tersebut adalah….? (g = 10 m/s2 ) 4. Gas dengan massa jenis 6,8 Kg/m3 mengalir dalam sebuah pipa yang mempunyai luas penampang 0,02 m2 . Kelajuan aliran gas di hitung menggunakan tabung pitot. Hasil pengukuran diperoleh perbedaan tinggi air raksa dalam manometer sebesar 4 cm. Bila massa jenis air raksa adalah 13600 Kg/m3 . Tentukan debit gas di dalam pipa.
55 KEGIATAN PEMBELAJARAN 5 PENERAPAN HUKUM BERNOULLI PADA PESAWAT TERBANG A. Tujuan Pembelajaran 1. Meggunakan Hukum Bernaulli dalam menyelesikan permasalahan pada pesawat terbang. B. Fenomena Pesawat Terbang Pernahkah kamu bertanya-tanya mengapa pesawat terbang dapat terbang? Mengapa bentuk sayap pesawat selalu seperti itu? Selain karena gaya dorong mesin, sebuah pesawat dapat terbang karena adanya penerapan hukum Bernoulli pada sayap pesawat. Banyak sayap pesawat terbang sedemikian rupa sehingga garis arus aliran udara yang melalui sayap adalah tetap (streamline). Untuk ilustrasi yang lebih jelas, silahkan klik link di bawah ini ! Sayap pesawat terbang pada video tersebut tentu memiliki bentuk bagian belakang yang lebih tajam dan sisi bagian yang atas lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Mengapa demikian? Untuk mencari tahu jawabannya, Mari melakukan eksperimen pada LKPD 5 berikut ! https://youtu.be/XMblsrKHUFc?si=CSUGon9trnUmr7Km
56 LEMBAR KERJA PESERTA DIDIK 5 SAYAP PESAWAT TERBANG A. ORIENTASI Gambar 30. Pesawat Terbang Sumber : Merdeka.com Pesawat terbang meruapakan alat transportasi yang sudah tidak asing bagi kita. Salah satu komponen pesawat terbang adalah sayap pesawat terbang. Apakah kalian dapat mengilustrasikan secara sederhana gambar pesawat terbang? Menurut kalian, mengapa sayap tersebut dapat membuat badan pesawat terbang? Apakah kecepatan pesawat terbang berpengaruh pada gaya angkat pesawat? Untuk menjawab berbagai persoalan di atas, mari kita kerjakan LKPD berikut ! B. RUMUSAN MASALAH Berdasarkan masalah di atas dan tujuan pembelajaran yang sudah dijelaskan, buatlah rumusan masalah di kotak berikut ini ! C. HIPOTESIS SEMENTARA Berdasarkan rumusan masalah yang dibuat, tuliskan hipotesis sementara pada kotak berikut ini ;
57 D. EKSPERIMEN 1. Alat/Bahan a. Gabus bekas b. Lidi c. Double Tape d. Cutter e. Gunting f. Penggaris g. Kipas Angin 2. Langkah - Langkah a. Potong dan bentuk gabus dengan cutter menjadi bentuk sayap pesawat. b. Cari titik seimbang pada bidang dasar model sayap pesawat tersebut. c. Tusuklah titik tersebut menggunakan lidi d. Potong dan bentuk gabus dengan cutter menjadi balok. e. Cari titik seimbang pada bidang dasar model balok. f. Tusuklah titik tersebut menggunakan lidi. g. Letakkan model sayap pesawat terbang di depan kipas angin. h. Nyalakan kipas angin. i. Amati apa yang terjadi pada model sayap pesawat terbang tersebut. j. Letakkan model balok di depan kipas angin. k. Nyalakann kipas angin. l. Amati apa yang terjadi pada model balok tersebut. E. ANALISIS 1. Gabus model yang mana yang dapat cenderung tidak berpindah posisi ketika ada angin? Jelaskan alasanmu! 2. Gabus model yang mana yang dapat berpindah posisi ketika ada angin? Jelaskan alasanmu! 3. Apakah hubungan natara kecepatan dengan gaya angkat pada balok? F. KESIMPULAN
58 C. SAYAP PESAWAT TERBANG Sayap pesawat terbang yang memungkinkan adanya gaya angkat sayap pesawat. Hal itu bisa dilihat pada gambar berikut ; Gambar 31. Ilustrasi Sayap Pesawat Terbang Sumber : Gramedia.com Akibatnya, laju udara di bagian atas sayap pesawat menjadi meningkat. Laju udara yang meningkat akan membuat tekanan udara menjadi kecil. Sedangkan pada bagian bawah sayap pesawat, kelajuan udara lebih rendah karena udara tidak berdesakan dan tekanan udaranya lebih besar. Adanya perbedaan tekanan antara bagian atas dan bawah sayap pesawat membuat sayap pesawat didorong ke atas. Gaya angkat sayap pesawat selanjutnya dapat mengangkat badan pesawat sehingga pesawat dapat terbang pada ketinggian. Secara matematis persamaan untuk gaya angkat pesawat adalah sebagai berikut ;
59 Keterangan : = resultan gaya angkat pesawat terbang (N) = massa jenis udara ( kg/m3 ) = kecepatan udara di bagian atas pesawat (m/s) = kecepatan udara di bagian bawah pesawat (m/s) = luas penampang sayap pesawat (m2 ) Contoh soal : Sebuah pesawat terbang diketahui kecepatan udara di bagian bawah pesawat terbang yang sedang terbang 50 m/s dan tekanan ke atas yang diperoleh pesawat adalah 10 N/m2 . Kecepatan aliran udara di bagian atas pesawat adalah …. ( ) Penyelesaian : Diketahui : = 50 m/s 10 N/m2 Ditanya : Jawab :
60 LATIHAN V 1. Jika kecepatan udara di bagian baawah pesawat yang sedang terbang adalah 60 m/s dan tekanan tekanan ke atas yang diperoleh pesawat adalah 10 N/m2 . Hitunglah kecepatan udara di bagian atas pesawat dengan massa jenis udara adalah 1,29 Kg/m3 . 2. Kecepatan udara di bagian atas pesawat adalah 50 m/s dan kecepatan di bagaian bawah 40 m/s. Jika massa jenis udara 1,2 Kg/ m3 . Tekanan udara di atas pesawat 103000 Pa. Berapakah tekanan udara di bawah pesawat? 3. Sebuah pesawat terbang bergerak dengan kecepatan tertentu sehingga udara yang melalui bagian atas dan bagian bawah sayap yang luas permukaannya 60 m 2 bergerak dengan kelajuan masing-masing 320 m/s dan 290 m/s. Berapa besar gaya angkat pada sayap tersebut? (massa jenis udara 1,3 kg/m3 ) 4. Gambar di bawah menunjukkan gambar penampang lintang sayap pesawat terbang yang luasnya 40 m3 . Gambar 32. Soal Sayap Pesawat Terbang Sumber : https://www.youtube.com/@wienclassroom Gerak pesawat terbang menyebabkan kelajuan aliran udara atas sayap sebesar 250 m/s dan kelajuan udara di bawah sayap sebesar 200 m/s. Jika kerapatan udara 1,2 Kg/m3 , maka gaya besar angkat pesawat adalah?
61 RANGKUMAN 1. Fluida dinamis adalah suatu zat yang bisa mengalami perubahan-perubahan bentuk secara kontinyu/terus menerus bila terkena tekanan atau gaya geser walaupun relatif kecil atau biasa disebut zar mengalir. 2. Fluida dinamis mempunyai ciri – ciri sebagai berikut : a. Tidak kompresibel b. Tidak mengalami gesekan c. Alirannya stasioner d. Alirannya tunak (steady) 3. Jenis aliran fluida dinamis dapat dibedakan menjadi 2, yaitu; aliran laminar dan turbulen. 4. Aliran laminar/laminer : aliran fluida yang terbentuk sebagai akibat dari tidak adanya gangguan pada pengaliran fluida di tiap lapisan yang saling sejajar.. Aliran laminer adalah aliran ideal dan terjadi pada aliran fluida dengan kecepatan rendah. 5. Contoh aliran laminar : balon air, pesawat terbang, air mancur, dll. 6. Aliran turbulen/turbulent : salah satu aliran fluida yang memiliki kecepatan yang berubahubah dan mengandung partikel-partikel yang bergerak secara acak dan tidak stabil. 7. Contoh aliran turbulen : aliran lava, gelombang di lautan, asap rokok, dll. 8. Debit merupakan jumlah volume fluida yang mengalir persatuan waktu (biasanya per detik). Persamaan debit adalah sebagai berikut : atau 9. Persamaan azas kontinuitas adalah . 10. Azas bernoulli pada intinya menekankan bahwa suatu tekanan akan menurun apabila kecepatan aliran fluida mengalami kenaikan. 11. Persamaan Bernoulli pada umumnya dapat ditulis sebagai 12. Teori Toricelli berbunyi kecepatan fluida yang keluar melalui lubang dengan suatu ketinggian sama dengan kecepatan fluida yang jatuh dari ketinggian yang sama. 13. Persamaan kecepatan toricelli pada tangki air yang bocor adalah √ √
62 Jarak x dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ; √ 14. Pipa venturimeter digunakan untuk untuk mengukur laju aliran suatu cairan dalam sebuah pipa. 15. Persamaan yang dapat digunakan pada pipa venturimeter tanpa manometer adalah sebagai berikut; √ ( ) dan √ ( ) 16. Persamaan yang dapat digunakan pada pipa venturimeter dengan manometer adalah sebagai berikut ; √ (( ) ) dan √ ( ( ) ) 17. Tabung pitot merupakan alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran suatu gas atau udara. 18. Persamaan tabung pitot adalah √ 19. Penerapan Hukum Bernoulli pada cara kerja pesawat terletak pada bentuk sayap pesawat terbang yang memungkinkan adanya gaya angkat sayap pesawat. Bentuk sayap pesawat pada bagian depan dirancang melengkung ke atas agar udara dari bawah mengalir berdesakan di bagian atas. 20. Persamaan gaya angkat pada sayap pesawat terbang adalah
63 PENILAIAN DIRI NO PERNYATAAN JAWABAN YA TIDAK 1. Saya mampu menjelaskan jenis aliran fluida dinamis. 2. Saya mampu menghitung debit dalam berbagai persoalan dalam kehidupan sehari-hari. 3. Saya mampu menerapkan Azas kontinuitas dalam menyelesaikan masalah aliran air dalam kehidupan sehari-hari 4. Saya mampu menjelaskan konsep azas Bernoulli 5. Saya mampu mengaplikasikan Azas Bernaulli dalam menyelesaikan permasalahan tangki air yang berlubang. 6. Saya mampu menggunakan Azas Bernaulli dalam menyelesaikan permasalahan pada venturimeter. 7. Saya mampu menggunakan Azas Bernaulli dalam menyelesaikan permasalahan pada tabung pitot. 8. Saya mampu mengaplikasikan Azas Bernaulli dalam menyelesaikan permasalahan pada sayap pesawat terbang. Jika kalian sudah menjawab “ya” minimal 7 maka lanjutkan dengan mengerjakan evaluasi, tetapi jika belum coba ulangi lagi mempelajari materi dan mengerjakan soal pada lembar kerja peserta didik lagi.
64 EVALUASI 1. Berikut Perhatikan gambar berikut! Gambar 33. Menuangkan Sirup Saat ini Indonesia sedang mengalami musim kemarau. Pada musim kemarau suhu di Indonesia sangat panas, sehingga banyak pedagang yang berjualan es di sepanjang tepi jalan.Salah satu es yang dijual adalah es sirup. Biasanya pedangang harus menuangkan sirup tersebut ke gelas. Fenomena ini menunjukkan bahwa terjadi jenis aliran fluida dinamis pada botol sirup. Jenis aliran sirup apakah gambar disamping? Mengapa? 2. Perhatikan pengertian dari aliran laminar dan sumbernya pada tabel berikut ! No. Pengertian Sumber 1. Menurut Giancoli, aliran laminar adalah aliran dari beberapa partikel fluida yang mengalir dalam suatu garis edar dengan tenang. Salah satu fenomenanya adalah aliran yang terjadi ketika menuang sirup dari botol. Giancoli, Douglas C. 2005. Physics Sixth Edition. New Jersey: Pearson Education. 2. Aliran lurus atau laminer yaitu aliran fluida mulus. Lapisan-lapisan yang bersebelahan meluncur satu sama lain dengan mulus. https://katadata.co.id/safrezi/be rita/614abc548dd37/rangkuman -dan-contoh-soal-fluidadinamis-hingga-hukumbernoulli Dari tabel tersbut nomor berapakah pengertian aliran laminar yang paling benar? Kemukakan alasanmu memilih nomor tersebut !
65 3. Perhatikan tabel berikut! Nama Volume bak mandi (liter) Waktu untuk terisi penuh (detik) Anggun 250 500 Eca 260 500 Ida 300 500 Berdasarkan tabel diatas, Anggun, Eca, dan Ida mempunyai ukuran bak mandi yang berbeda – beda . Jika dibandingkan, apakah ketiganya memiliki debit yang sama? Jika berbeda, apa alasannya? 4. Resti menyiram tanaman di pekarangan rumah dengan menggunakan selang. Beberapa tanaman tidak dapat dijangkau oleh selang. Bagaimana cara agar Resti dapat menyiram tanaman yang tidak terjangkau oleh selang? 5. Perhatikan prosedur kerja berikut! a. Lubangilah masing – masing botol menggunakan jarum dengan ukuran lubang 1 = 20 cm dari dasar botol ; lubang 2 = 19 cm dari dasar botol ; lubang 3 = 18 cm dari dasar botol. b. Sumbatlah botol menggunakan pemyumbat sebelum di isi air. c. Isilah botol dengan air . d. Pastikan masing – masing lubang sesuai dengan ketentuan pada nomor 1. e. Lepaskan penyumbat pada lubang 1 dan segera ukur berapa jarak pancaran air menggunakan penggaris. f. Lakukan hal yang sama untuk lubang 2 dan lubang 3. g. Catat hasil pengamatamu Berdasarkan prosedur kerja tersebut, maka bagaimana rumusan masalah yang tepat untuk praktikum tersebut? 6. Bayu dan Dony melakukan percobaan tentang hukum Torricelli di labolatorium sekolah. Keduanya mempunyai dua ukuran tabung sama yaitu 100 cm. Bayu melubangi tabung dengan jarak 80 cm dari dasar tabung. Dony melubangi tabung dengan jarak 50 cm dari dasar tabung. Benarkah air yang dipancarkan dari tabung Bayu lebih pendek daripada tabung Dony? Kemukakan alasanmu!
66 7. Salah satu penggunaan venturimeter adalah untuk mengukur kecepatan aliran minyak di pertambangan. Venturimeter yang digunakan adalah venturimeter dengan manometer. Jika massa jenis minyak adalah 800 Kg/m3 dan luas penampang pipa besar adalah 5cm2 serta luas penampang pipa kecilnya adalah 3 cm 2 . Ketinggian Hg pada manometer adalah 20 cm dan massa jenis Hg adalah 13600 Kg/m3 . Maka berapa kecepatan saat memasuki pipa? 8. Pesawat terbang merupakan salah satu transportasi yang dapat kita temui di bandara. Pesawat terbang membawa penumpang dari bandara satu ke bandara lainnya sesuai dengan kota tujuan penumpang. Pesawat tersebut dapat terbang karena ada komponen – komponen alat, bahan, dan mesin yang sudah diperhitungkan. Salah satu komponen pentingnya adalah sayap pesawat terbang. Bagaimana prinsip kerja sayap pesawat yang dapat membuatnya terbang?
67 GLOSARIUM Aliran laminar : Aliran fluida yang terbentuk sebagai akibat dari tidak adanya gangguan pada pengaliran fluida di tiap lapisan yang saling sejajar. Aliran Stasioner : Terbentuk ketika garis aliran berimpit dengan arah aliran setiap saat. Aliran Tunak : Aliran dalam saluran terbuka yang memiliki kedalaman aliran tidak berubah atau bisa dikatakan konstan dalam suatu selang waktu tertentu. Aliran Turbulen : Salah satu aliran fluida yang memiliki kecepatan yang berubahubah dan mengandung partikel-partikel yang bergerak secara acak dan tidak stabil. Azas Kontinuitas : Ketentuan yang menyatakan bahwa untuk fluida yang tak termampatkan dan mengalir dalam keadaan tunak, maka laju aliran volume di setiap waktu sama besar. Azas Bernaulli : Jumlah tekanan, energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama di setiap titik sepanjang aliran fluida ideal. Debit fluida : Besaran yang menunjukkan volume fluida yang melalui suatu penampang setiap waktu. Fluida : Suatu zat yang bisa mengalami perubahan perubahan bentuknya secara continu/terus menerus bila terkena tekanan/ gaya geser walaupun relatif kecil atau biasa disebut zar mengalir. Fluida Dinamis : Fluida (bisa berupa zat cair atau gas) yang bergerak. Fluida ideal : Fluida yang memiliki ciri ciri seperti tidak termampatkan (tidak kompresibel), tidak mengalami perubahan vulume/ massa jenis ketika memperoleh tekanan.
68 Inkompresibel : Fluida yang tidak dapat dimampatkan, sehingga saat mengalir massa jenisnya akan tetap, dan kecepatannya akan berubah sesuai dengan luas penampang. Kompresibel : Zat yang bisa dimampatkan karena bisa mengalami perubahan volume saat ditekan. Viskositas : Pengukuran dari ketahanan fluida yang diubah baik dengan tekanan maupun tegangan
69 DAFTAR PUSTAKA Achmad, F.A. Modul Ajar Fisika Fluida Dinamisi. Gresik : SMA NU 1 Gresik Fitri, M.J. (2020). Modul Pembelajaran Fisika Berbasis Sciense, Environmet, Technology, and Society Fluida Dinamis. Kudus. Ghani, M.I. (2022). Fluida Dinamis – Pengertian, Rumus, dan Contoh Soal – Materi Fisika Kelas 1. Diakses pada 30 Maret 2023, dari https://www.gramedia.com/bestseller/cara-menulis-daftarpustaka/#Cara_menulis_dan_contoh_penulisan_daftar_pustaka_dari_website_deng an_nama_penulis Haryadi, B. (2008). Fisika Untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: CV Teguh Karya. Indrajit, D. (2009). Mudah dan Aktif Belajar Fisika . Jakarta: PT Setia Purna Inves. Kusrini. (2020). Modul Pembelajaran SMA FISIKA Fluida Dinamis. Jakarta : Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan Direkotrat Jenderal Pendidikan Anak Usia Dini, Pendidikan Dasar dan Pendidikan Menengah Direktorat Sekolah Menenagah Atas.