Contoh Soal HOTS Fluida Statis tentang Penerapan Hukum Archimedes|| Fisika SMA

Haloo sahabat lakonfisika.net…Kembali di seri soal HOTS Fisika. Beberapa fenomena fisika berkaitan dengan topik fluida statis khususnya Hukum Archimedes. Ada peristiwa terjadinya gaya angkat fluida atau bisa disebut sebagai gaya apung yang bekerja pada sebuah benda yang berada dalam fluida. Berikut ini beberapa contoh soal HOTS berkaitan dengan Fluida Statis yang menerapkan Hukum Archimedes.

Soal HOTS Fluida Statis / Hukum Archimedes :

1. Soal HOTS Hukum Archimedes pada Pelampung

Sebuah pelampung navigasi berbentuk bola ditambatkan ke dasar danau dengan sebuah kawat kabel. Diameter luar pelampung adalah $1,00\ m$. Bagian dalam dari pelampung terdiri dari bahan aluminium setebal $1\ cm$ dan sisanya berupa plastik. Rapat jenis aluminium adalah $2700\,\,{kg}/{{{m}^{3}}}\;$ dan rapat jenis plastik adalah $200{\,kg}/{{{m}^{3}}}\;$. Pelampung tersebut diatur mengapung dengan setengah bagiannya berada di atas permukaan air. Tentukan tegangan kawat kabel tersebut.

 

Petunjuk Pembahasan Soal HOTS Fluida Statis 1: 

• Bisa dimulai dengan menggambarkan ilustrasi gaya-gaya yang bekerja pada pelampung. Gaya yang bekerja adalah gaya berat, gaya apung, dan tegangan pada kawat kabel. Arah gaya tersebut sangat berpengaruh, sehingga perlu diperhatikan. 
• Gaya apung arahnya ke atas, gaya berat ke bawah, dan gaya tegangan kawat arahnya ke bawah jika ditinjau dari pelampung. 
• Kemudian diterapkan prinsip kesetimbangan gaya dengan Hukum Newton 1, yaitu $\sum{F}=0$. 
• Tantangannya adalah menentukan gaya berat, yang harus dihitung dengan memperhatikan bahan penyusun pelampung. Perhatikan volume dan massa jenis masing-masing bahan penyusunnya, ingat $m=\frac{\rho }{V}$. 
• Ingat pula bahwa besarnya gaya apung adalah ${{F}_{A}}={{\rho }_{fluida}}\cdot g\cdot {{V}_{benda\,yang\,tercelup}}$

2. Soal HOTS Fluida Statis pada Balok Terapung 

Sebuah balok tembaga diletakkan di atas balok kayu yang bermassa $0,40\ kg$ (rapat massa $0,60\times {{10}^{3}}{kg}/{{{m}^{3}}}\;$ mengapung di air, seperti yang ditunjukkan pada Gambar di bawah. Berapakah massa tembaga yang berada di atas balok kayu dan posisinya tepat di permukaan air? 

Petunjuk Pembahasan Soal HOTS Fluida Statis 2: 

• Kondisi ini menggambarkan kesetimbangan yang terjadi, sehingga bisa digunakan Hukum Newton 1 sebagai dasar analisis. $\sum{F}=0$ 
• Gaya yang terjadi pada sistem adalah gaya berat pada kayu dan tembaga. Kedua balok tersebut juga terpengaruh oleh gaya apung. 
• Besar total gaya apung ditentukan harus dilihat dari bagian kayu atau tembaga yang tercelup dalam fluida.

3. Soal HOTS Kesetimbangan Fluida Statis 

Sebuah balok bermassa $5,0\,kg$ dan sejumlah $4,0\,kg$ air dalam wadah bermassa $0,5\,kg$ ditempatkan simetris pada sebuah papan yang dapat diseimbangkan tepat di tengah seperti gambar di bawah. Sebuah aluminium padat berbentuk kubus dengan sisi $10,0\,cm$ dicelupkan dalam air. Berapa panjang sisi yang harus ditenggelamkan dalam air agar sistem dalam keadaan setimbang? 

Petunjuk Pembahasan Soal HOTS Fluida Statis 3: 

• Gambar gaya yang bekerja pada balok dan penampung air. Perlu dicermati gaya-gaya pada penampung air terdiri dari gaya berat dan gaya apung berdasarkan prinsip Archimedes. 
• Lakukan analisis kesetimbangan torsi / momen gaya pada sistem tersebut dengan memperhatikan jarak / lengan gaya terhadap pusat kesetimbangan / poros. 
• Ingat $\sum{\tau }=0$

4. Soal HOTS Fluida Statis Sistem Timbangan 

Sebuah penampung air diam setimbang di atas sebuah timbangan seperti gambar di bawah. Berat penampung dan air adalah $100\,N$. Sebuah balok beton dengan berat $50\,N$dicelupkan ke dalam air tetapi tidak sampai menyentuh dasar penampung air. Berapakah hasil pembacaan timbangan sekarang? 

Petunjuk Pembahasan Soal HOTS Fluida Statis 4: 

• Gambar gaya-gaya yang bekerja pada sistem, ada gaya berat penampung dan airnya, gaya berat beton, gaya apung yang terjadi pada balok, serta gaya normal pada timbangan. 
• Gaya normal tersebut merupakan hasil pembacaan total pada skala timbangan. 
• Gunakan prinsip kesetimbangan Newton 1 $\sum{F}=0$ untuk menentukan besar gaya normalnya.

Pembahasan Soal HOTS Fluida Statis bisa ditemukan di channel “Mas Gaguk MG”

Share this post