LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR I ´VISKOSITASµ
OLEH :
JURUSAN FISIKA
UNIVERSITAS NEGERI MANADO 2009
I.
TUJUAN PERCOB AAN 1. 2. Memahami adanya gaya gesekan yang dialami benda yang bergerak dalam fluida 3. Memahami perilaku kental fluida 4. Menentukan koefisien kekentalan (viskositas)
II.
ALAT-ALAT Y ANG DIGUNAKAN 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
III.
T abung panjang (gelas ukur 1000ml)
Fluida kental (oli) Bola-bola kecil Mikrometer sekrup / jangka sorong Sendok saringan untuk mengambil bola Stopwatch Aerometer (densimeter)
T EORI SINGKAT Viskositas ada pada zat cair maupun gas dan pada intinya merupakan gaya gesekan antara lapisan-lapisan yang bersisian pada fluida pada waktu lapisan-lapisan tersebut bergerak satu melewati lainnya. Dengan adanya viskositas, kecepatan lapisan-lapisan fluida tidak seluruhnya sama. Lapisan fluida yang terdekat dengan dinding pipa bahkan sama sekali tidak bergerak ( ), sedangkan lapisan fluida pada pusat aliran memiliki kecepatan terbesar. Pada zat cair, viskositas disebabkan akibat adanya gaya - gaya kohesi antar molekul. T ingkat kekentalan suatu fluida dinyatakan oleh koefisien viskositas fluida. Secara matematis, koefisien viskositas bisa dinyatakan dengan persamaan. Fluida juga sangat dipengaruhi oleh gaya adhesi dan kohesi. Kohesi adalah gaya tarik menarik antara molekul sejenis, sedangkan adhesi adalah gaya tarik menarik antara molekul yang tak sejenis. Gaya adhesi bekerja antara dinding dan lapisan fluida (molekul fluida dan molekul dinding saling tarik menarik). Sedangkan gaya kohesi bekerja di antara selaput fluida (molekul fluida saling tarik menarik). Karena bagian fluida yang berada di sebelah atas menarik temannya yang berada di sebelah untuk bergeser, sebaliknya bagian fluida yang ada di sebelah bawah menahan temannya yang ada di sebelah atas, maka laju fluida tersebut bervariasi. Perubahan kecepatan lapisan fluida ( ) dibagi jarak terjadinya perubahan dikenal dengan julukan gradien kecepatan. Pelat yang berada di sebelah atas bisa bergerak karena ada gaya tarik (F). Untuk fluida tertentu, besarnya Gaya tarik yang dibutuhkan berbanding lurus dengan luas fluida yang nempel dengan pelat ( A), laju fluida ( ) dan berbanding terbalik dengan jarak T ingkat kekentalan suatu fluida dinyatakan oleh koefisien viskositas fluida. Secara matematis, koefisien viskositas bisa dinyatakan dengan persamaan. Fluida juga sangat dipengeruhi oleh gaya adhesi dan kohesi. Kohesi adalah gaya tarik menarik antara molekul sejenis, sedangkan adhesi adalah gaya tarik menarik antara molekul yang tak sejenis. Gaya adhesi bekerja antara dinding dan lapisan fluida (molekul fluida dan molekul dinding saling tarik menarik). Karena bagian fluida yang berada di sebelah atas menarik temannya yang berada di sebelah untuk bergeser, sebaliknya bagian fluida yang ada di sebelah bawah menahan temannya yang ada di sebelah atas, maka laju fluida tersebut bervariasi. Bagian fluida yang berada di sebelah atas bergerak dengan laju ( ) yang lebih besar, sedangkan yang lain yang berada di sebelah bawah bergerak dengan yang lebih kecil, demikian seterusnya.
Perubahan kecepatan lapisan fluida ( ) dibagi jarak terjadinya perubahan dikenal dengan julukan gradien kecepatan. Pelat yang berada di sebelah atas bisa bergerak karena ada gaya tarik (F). Untuk fluida tertentu, besarnya Gaya tarik yang dibutuhkan berbanding lurus dengan luas fluida yang nempel dengan pelat ( A), laju fluida ( ) dan berbanding terbalik dengan jarak Dalam fluida ternyata gaya yang dibutuhkan (F), sebanding dengan luas fluida yang bersentuhan dengan setiap lempeng ( A), dan dengan laju (v) dan berbanding terbalik dengan jarak antar lempeng (l). Besar gaya F yang diperlukan untuk menggerakan suatu lapisan fluida dengan kelajuan tetap v untuk luas penampang keping A adalah
Dengan viskositas didefinisikan sebagai perbandingan regangan geser ( ) dengan laju perubahan regangan geser ( ). Dengan kata lain dapat dikatakan bahwa : Makin besar luas keping (penampang) yang bersentuhan dengan fluida, makin besar gaya F yang diperlukan sehingga gaya sebanding dengan luas sentuh ( ). Untuk luas sentuh A tertentu, kelajuan v lebih besar memerlukan gaya F yang lebih besar, sehingga gaya sebanding dengan kelajuan ( ). Viskositas dalam aliran fluida kental sama saja dengan gesekan pada gerak benda padat. Untuk fluida ideal, viskositas sehingga kita selalu menganggap bahwa benda yang bergerak dalam fluida ideal tidak mengalami gesekan yang disebabkan fluida. Akan tetapi, bila benda tersebut bergerak dengan kelajuan tertentu dalam fluida kental, maka benda tersebut akan dihambat geraknya oleh gaya gesekan fluida benda tersebut. Besar gaya gesekan fluida telah dirumuskan:
Koefisien k tergantung pada bentuk geometris benda. Untuk benda yang bentuk
geometrisnya berupa bola dengan jari - jari ( ), maka dari perhitungan laboraturium ditunjukan bahwa
maka
Persamaan itulah yang hingga kini dikenal dengan Hukum Stokes. Dengan menggunakan hukum stokes, maka kecepatan bola pun dapat diketahui melalui persamaan (rumus) :
Persamaan di atas dapat diubah, menjadi:
Penurunan persamaan di atas, akan menjadi:
; s = d = jarak
; r = jari -jari tabung, d = jarak Satuan Sistem Internasional (SI) untuk koefisien viskositas adalah . Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk koefisien
viskositas adalah . Viskositas juga sering dinyatakan dalam sentipoise .
IV.
LANGKAH-LANGKAH PERCOB AAN 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Ukurlah diameter bola dengan jangka sorong / mikrometer sekrup T imbanglah massa bola dengan neraca Ukur diameter dalam tabung beberapa kali Ukur massa jenis fluida dengan aerometer
Dengan gelang karet beri batas jatuh pada tabung Ukur jarak jatuh bola mulai dari batas atas gelang karet bagian atas sampai batas bawah 7. Ulangi langkah 5 dan 6 untuk jarak berbeda.
V.
D ATA H ASI L PENGAM ATAN JA R AK
W AKTU (sec) t1 t2
S1 = 30cm = 0,3m 6,18 S2 = 25cm = 0,25m 5,40 S 3 = 20cm = 0,2m 4,58 Dengan; dbola = 34,5 mm=0,0345 m d tabung =5,6 cm=0,056 m mbola =6,7 gr=0,0067kg Vfiuida =0,87 gr/cm 3
VI.
6,64 5,63 4,36
t 3 6,63 5,64 4,97
PENGO LAH AN D ATA
dbola = 23,10mm = 0,0231m mbola = 6,7gr = 0,067kg d tabung = 5,6 cm=0,056 m R tabung = 0,0028 m R bola = 0,0172 m 1. Hitung L dari grafik tR 2 dan d
a. Pada jarak jatuh 0,3m
b. Pada jarak jatuh 0,25m
15,3 12.9 10,5
c. Pada jarak jatuh 0,2m
2.
a. Pada jarak 0,24m
b. Pada jarak 0,25m
c. Pada jarak 0,2 m
Perbedaan antara nilai koefisien viskositas pada nomor 1 dan 2 adalah pada nilainya. Namun, persamaannya adalah ketika jaraknya semakin bertambah maka nilai koefisien viskositasnya akan semakin kecil.
VII. KESIMPULAN Setelah kami melakukan percobaan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan: Kekentalan zat cair (viskositas) mengakibatkan terjadinya perubahan laju atau kecepatan bola. Semakin besar nilai koefisien kekentalan zat cair semakin lambat kecepatan benda yang dimasukan kedalamnya. Luas penampang mempengaruhi besar koefisien zat cair. Waktu yang diperlukan benda untuk mencapai titik tertentu tergantung dari berat massa zat tersebut.
