Pertemuan 14 · Bab 5 · Fisika 2 Satuan Kredit Semester

Debit dan Persamaan Kontinuitas

Pertemuan 14 membahas aliran fluida sederhana melalui hubungan antara volume, waktu, luas penampang, dan kecepatan aliran. Fokus utama adalah menghitung debit dan menggunakan persamaan kontinuitas untuk menjelaskan perubahan kecepatan ketika luas penampang berubah.

Debit Aliran Q = V/t Q = Av A₁v₁ = A₂v₂ Luas ↔ Kecepatan m³/s 340 menit Tugas 5%

Target Rencana Pembelajaran Semester: mahasiswa mampu menganalisis debit dan kontinuitas dengan perhitungan, satuan, serta hubungan luas penampang dan kecepatan yang benar dan terinterpretasi.

Tujuan belajar Pertemuan 14

Pertemuan 14 memiliki 6 tujuan utama. Setiap tujuan merupakan satu blok pembelajaran lengkap.

1
Menjelaskan makna debit sebagai volume per satuan waktu. 2
Menggunakan Q = V/t dengan satuan yang benar. 3
Menghubungkan Q = Av. 4
Menggunakan A₁v₁ = A₂v₂. 5
Menganalisis perubahan luas penampang dan kecepatan. 6
Memvalidasi satuan, rasio, dan interpretasi fisik.

Batas Pertemuan 14: fokus pada debit dan kontinuitas aliran sederhana. Persamaan Bernoulli dan analisis kehilangan energi tidak dibahas pada pertemuan ini.

Cara belajar Pertemuan 14

Kenali data aliran. Bedakan volume V, waktu t, luas A, kecepatan v, dan debit Q.

Samakan satuan. Pastikan volume, waktu, luas, dan kecepatan memakai satuan yang konsisten.

Pilih hubungan. Gunakan Q = V/t, Q = Av, atau A₁v₁ = A₂v₂ sesuai data.

Hitung secara bertahap. Jika diketahui diameter, hitung luas penampang terlebih dahulu.

Baca rasio luas–kecepatan. Pada debit tetap, luas mengecil berarti kecepatan membesar.

Audit hasil. Periksa satuan debit, rasio, serta kewajaran perubahan kecepatan.

Siklus belajar: V dan t → Q → A dan v → kontinuitas → rasio luas–kecepatan → validasi.

Peta materi Pertemuan 14

Tujuan Pembelajaran 1 · Makna Debit Tujuan Pembelajaran 2 · Q = V/t Tujuan Pembelajaran 3 · Q = Av Tujuan Pembelajaran 4 · Kontinuitas Tujuan Pembelajaran 5 · Luas & Kecepatan Tujuan Pembelajaran 6 · Validasi

Volume & Waktu → Debit → Luas & Kecepatan → Kontinuitas → Rasio → Interpretasi

TUJUAN PEMBELAJARAN 1

Menjelaskan makna debit sebagai volume per satuan waktu

↑ Kembali ke Tujuan Belajar

Debit menyatakan banyaknya volume fluida yang melewati suatu penampang setiap satuan waktu. Debit tidak sama dengan kecepatan aliran; keduanya merupakan besaran berbeda yang saling berhubungan.

Debit QVolume fluida yang mengalir setiap satuan waktu.

Volume VJumlah ruang yang ditempati fluida yang mengalir.

Waktu tSelang waktu pengukuran volume aliran.

1.1 Tiga gagasan yang harus dibedakan

Istilah	Makna pada Pertemuan 14	Kesalahan umum
Volume V	Jumlah ruang yang ditempati fluida, satuan m³.	Mencampur liter dan m³ tanpa konversi.
Debit Q	Volume fluida yang melewati penampang tiap satuan waktu.	Menyamakan debit dengan kecepatan.
Kecepatan v	Laju gerak rata-rata fluida melalui penampang, satuan m/s.	Menganggap v tetap ketika luas penampang berubah.

1.2 Visual debit aliran

Debit menyatakan berapa volume fluida yang lewat selama suatu interval waktu.

↑ Kembali ke Tujuan Belajar

TUJUAN PEMBELAJARAN 2

Menggunakan Q = V/t dengan satuan yang benar

↑ Kembali ke Tujuan Belajar

Jika volume fluida yang melewati penampang dan waktu alir diketahui, debit dihitung dari volume dibagi waktu. Konversi volume dan waktu harus dilakukan sebelum hasil diinterpretasikan.

2.1 Debit dari volume dan waktu

Q = V / t

Jika V dalam m³ dan t dalam s, maka Q dalam m³/s.

2.2 Contoh Terbimbing — volume dan waktu

Dasar

Sebanyak 0,60 m³ air mengalir melalui pipa selama 30 s. Tentukan debitnya.

Q = V/t = 0,60 / 30

Q = 0,020 m³/s.

Interpretasi: setiap detik, rata-rata 0,020 m³ fluida melewati penampang.

2.3 Kalkulator debit Q = V/t

A. Debit dari volume dan waktu — Q = V/t

Volume V Satuan volume Waktu t Satuan waktu

↑ Kembali ke Tujuan Belajar

TUJUAN PEMBELAJARAN 3

Menghubungkan debit dengan luas penampang dan kecepatan

↑ Kembali ke Tujuan Belajar

Debit juga dapat dihitung dari hasil kali luas penampang aliran dan kecepatan rata-rata fluida. Hubungan ini menghubungkan geometri penampang dengan gerak aliran.

3.1 Hubungan Q = Av

Q = A v

A dalam m² dan v dalam m/s, sehingga Q tetap dalam m³/s.

3.2 Contoh Terbimbing — luas dan kecepatan

Menengah

Pipa mempunyai luas penampang A = 0,015 m² dan kecepatan rata-rata aliran v = 2,4 m/s.

Q = Av = 0,015 × 2,4

Q = 0,036 m³/s.

Jika luas tetap dan v naik dua kali, debit juga naik dua kali.

3.3 Kalkulator Q = Av

B. Kecepatan aliran dari Q = Av

Debit Q Satuan debit Luas penampang A Satuan luas

↑ Kembali ke Tujuan Belajar

TUJUAN PEMBELAJARAN 4

Menggunakan persamaan kontinuitas A₁v₁ = A₂v₂

↑ Kembali ke Tujuan Belajar

Untuk aliran sederhana dengan debit tetap, debit pada penampang 1 sama dengan debit pada penampang 2. Hubungan ini menghasilkan persamaan kontinuitas.

4.1 Visual perubahan penampang

Inti hubungan: pada aliran ideal sederhana dengan debit tetap, penampang yang lebih kecil menghasilkan kecepatan aliran yang lebih besar.

4.2 Persamaan kontinuitas

A₁v₁ = A₂v₂

Untuk aliran sederhana tak termampatkan, debit pada dua penampang yang dilalui aliran yang sama tetap.

4.3 Contoh Terbimbing — pipa menyempit

Aplikasi aliran sederhana

A₁ = 0,020 m², v₁ = 1,5 m/s, dan A₂ = 0,008 m². Tentukan v₂.

A₁v₁ = A₂v₂

v₂ = (0,020 × 1,5) / 0,008 = 3,75 m/s

Interpretasi: luas penampang turun, sehingga kecepatan meningkat agar debit tetap sama pada model aliran sederhana ini.

4.4 Kalkulator kontinuitas

C. Kontinuitas — A₁v₁ = A₂v₂

Luas A₁ Luas A₂ Satuan luas Kecepatan v₁ (m/s)

↑ Kembali ke Tujuan Belajar

TUJUAN PEMBELAJARAN 5

Menganalisis perubahan luas penampang dan kecepatan

↑ Kembali ke Tujuan Belajar

Pada debit tetap, luas penampang dan kecepatan berubah berlawanan arah. Jika penampang berbentuk lingkaran, luas berbanding dengan kuadrat diameter, sehingga perubahan diameter harus dianalisis melalui perubahan luas.

5.1 Hubungan luas penampang dan kecepatan

A₂ = 1/2 A₁maka v₂ = 2v₁

A₂ = 1/4 A₁maka v₂ = 4v₁

A₂ = 2A₁maka v₂ = 1/2 v₁

5.2 Kalkulator rasio diameter dan kecepatan

D. Rasio diameter–kecepatan

Untuk pipa bundar, A ∝ d² sehingga v₂/v₁ = (d₁/d₂)² pada debit yang sama.

Diameter d₁ Diameter d₂ Satuan diameter Kecepatan v₁ (m/s)

↑ Kembali ke Tujuan Belajar

TUJUAN PEMBELAJARAN 6

Memvalidasi satuan, rasio, dan interpretasi fisik

↑ Kembali ke Tujuan Belajar

Jawaban harus diperiksa dari sisi satuan, pilihan hubungan, konversi diameter–luas, serta arah perubahan kecepatan terhadap perubahan luas penampang.

6.1 Prosedur analisis debit dan kontinuitas

Identifikasi data. Tentukan volume, waktu, luas penampang, diameter, dan/atau kecepatan.

Konversi ke satuan Sistem Internasional. Liter → m³, menit → s, cm² → m², cm → m bila diperlukan.

Pilih persamaan debit. Gunakan Q = V/t atau Q = Av sesuai data.

Jika ada dua penampang, gunakan kontinuitas. Tulis A₁v₁ = A₂v₂.

Jika diameter diketahui, hitung luas. Gunakan A = πd²/4.

Selesaikan variabel. Jaga operasi aljabar dan satuan.

Validasi tren. Pastikan penampang lebih sempit memberi kecepatan lebih besar jika debit tetap.

6.2 Rumus inti untuk audit

E. Rumus inti

Q = V/t

Q = Av → v = Q/A

A₁v₁ = A₂v₂

v₂/v₁ = A₁/A₂ = (d₁/d₂)²

6.3 Kesalahan umum

menggunakan liter sebagai m³ tanpa konversi;
menggunakan menit sebagai detik tanpa konversi;
menganggap Q dan v adalah besaran yang sama;
menggunakan diameter langsung sebagai luas penampang;
membalik rasio luas pada persamaan kontinuitas;
tidak memeriksa tren A turun → v naik untuk debit yang sama.

Audit cepat: m² × m/s = m³/s. Jika satuan tidak menjadi m³/s, periksa kembali konversi atau persamaan.

Kalkulator diproses hanya di browser dan bukan progres atau nilai resmi sistem perkuliahan.

6.4 Latihan terbimbing

Latihan 1 — debit dasar

V = 1,2 m³ dan t = 60 s. Tentukan Q.

Jawaban: Q = 0,020 m³/s.

Latihan 2 — Q = Av

A = 0,025 m² dan v = 3 m/s.

Jawaban: Q = 0,075 m³/s.

Latihan 3 — kontinuitas

A₁ = 0,04 m², v₁ = 2 m/s, A₂ = 0,01 m².

Jawaban: v₂ = 8 m/s.

Latihan 4 — dari diameter

d₁ = 10 cm dan d₂ = 5 cm. Jika v₁ = 1 m/s, tentukan v₂.

Jawaban: rasio luas = (10/5)² = 4, sehingga v₂ = 4 m/s.

Latihan 5 — interpretasi

Jika luas penampang bertambah 3 kali dan debit tetap, bagaimana kecepatan berubah?

Jawaban: kecepatan menjadi 1/3 kali nilai semula.

6.5 Cek konsep cepat

Pernyataan	Keputusan	Alasan
Debit adalah volume fluida per satuan waktu.	Benar	Q = V/t.
Jika luas penampang mengecil dan debit tetap, kecepatan juga mengecil.	Salah	A₁v₁ = A₂v₂, sehingga penampang lebih kecil memberi v lebih besar.
Satuan Q dalam Sistem Internasional adalah m³/s.	Benar	Q = Av = m² × m/s.
Jika diameter pipa turun menjadi setengah, luas juga turun menjadi setengah.	Salah	Luas sebanding dengan d², sehingga luas menjadi seperempat.

↑ Kembali ke Tujuan Belajar

Rangkuman Pertemuan 14

Gunakan bagian ini sebagai lembar ringkas sebelum mengerjakan contoh dan latihan.

Rumus utama

Konsep	Rumus	Satuan hasil
Debit	Q = V/t	m³/s
Debit melalui penampang	Q = Av	m³/s
Kontinuitas	A₁v₁ = A₂v₂	kedua sisi m³/s

Keterangan simbol

Simbol	Keterangan
Q	debit volumetrik, m³/s
V	volume fluida, m³
t	waktu, s
A	luas penampang, m²
v	kecepatan rata-rata aliran, m/s
d	diameter penampang; untuk lingkaran A = πd²/4

Urutan paling aman: identifikasi V, t, A, v → konversi ke Sistem Internasional → hitung Q jika diperlukan → gunakan A₁v₁ = A₂v₂ → cek tren: A turun → v naik untuk Q yang sama.

Beban belajar Pertemuan 14

Tatap muka / terbimbing	100 menit
Penugasan Terstruktur	120 menit
Belajar Mandiri	120 menit
Total Pertemuan 14	340 menit
Metode	Problem solving, studi kasus aliran sederhana, peer-check
Modalitas	Bauran
Penilaian	Tugas 5%

Tugas belajar Pertemuan 14

Penugasan Terstruktur — 120 menit

Kerjakan satu set kasus debit dan kontinuitas yang memuat minimal: Q = V/t, Q = Av, perubahan luas penampang, dan satu kasus diameter pipa. Setiap jawaban harus menunjukkan konversi satuan, persamaan, hasil, dan interpretasi luas-kecepatan.

Belajar Mandiri — 120 menit

Buat satu halaman visual tentang volume → waktu → debit → luas penampang → kecepatan → kontinuitas, lengkap dengan satu contoh numerik dan satu pemeriksaan tren.

Bukti hasil belajar yang harus dihasilkan

volume dan waktu aliran diidentifikasi dengan satuan yang konsisten;
Q = V/t digunakan untuk menentukan debit dari data volume dan waktu;
Q = Av digunakan untuk menghubungkan debit, luas penampang, dan kecepatan;
luas penampang ditentukan dengan benar jika data diberikan dalam bentuk diameter;
A₁v₁ = A₂v₂ diterapkan pada perubahan penampang;
debit ditulis dalam m³/s atau satuan volume per waktu yang setara;
hubungan luas–kecepatan diinterpretasikan dengan benar;
hasil diperiksa kembali melalui satuan, rasio, dan kewajaran fisik.

Daftar periksa penguasaan Pertemuan 14

0 dari 9 indikator tercapai0%

Saya dapat menjelaskan debit sebagai volume per waktu. Saya dapat menggunakan Q = V/t. Saya dapat menggunakan Q = Av. Saya dapat mengubah liter ke m³ dan menit ke s. Saya dapat menggunakan A₁v₁ = A₂v₂. Saya dapat menghitung luas penampang dari diameter. Saya dapat menentukan kecepatan pada penampang yang berubah. Saya dapat menuliskan debit dalam m³/s. Saya dapat menginterpretasikan hubungan luas dan kecepatan dengan benar.

Daftar periksa ini hanya tersimpan pada browser/perangkat dan bukan progres atau nilai resmi sistem perkuliahan.

Jembatan ke Pertemuan 15

Pertemuan 15 merupakan integrasi Kemampuan Akhir yang Diharapkan 7–11 dan tinjauan terstruktur Bab 4–5: momen, kesetimbangan benda tegar, tekanan, Pascal, debit, dan kontinuitas.

Momen + Kesetimbangan + Tekanan + Pascal + Debit + Kontinuitas

Fokus berikutnya adalah memilih konsep yang tepat, membangun model, menjaga satuan, memvalidasi hasil, dan menginterpretasikan kasus secara terpadu.

Ringkasan Pertemuan 14: debit dapat dihitung dari volume per waktu atau luas kali kecepatan. Pada aliran sederhana dengan debit tetap, perubahan luas penampang menghasilkan perubahan kecepatan yang berlawanan arah.