LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR Hukum Stokes dan Viskositas
Asisten Dosen : Bapak Robby
Nama : Jennica Fidelia Nim
: 1401010031
Rekan Kerja
: Jeremiah Irwan Jessica Afianto
Waktu Praktikum : Selasa, 07 Oktober 2014
Nutrition and Food Technology Study Program Faculty of Life Science Surya University 2014
1
I.
Tujuan Praktikum Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mencari besarnya kekentalan suatu fluida atau nilai viskositas (ΞΌ).
II.
Pendahuluan A. Prinsip Praktikum Viskositas atau biasa dituliskan dengan lambang ΞΌ adalah suatu ukuran yang menggambarkan besarnya resistensi atau tahanan dari suatu cairan. Viskositas dapat juga didefinisikan sebagai suatu aliran fluida yang menggambarkan besarnya gesekan antara molekul-molekul fluida. Gabriel George Stokes adalah seorang fisikawan yang mendedikasikan seluruh hidupnya untuk meneliti fluida. Penelitiannya yang terkenal adalah Hukum Stokes, yang berbunyi demikian : β Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan tertentu dalam fluida kental, maka gerakan benda akan dihambat oleh gaya gesek antara perukaan benda dengan fluida. β Biasanya hukum Stokes dapat dituliskan sebagai berikut : πΉπ = 6ππππ Dimana : Fd = besarnya gaya drag yang diberikan fluida pada bola ΞΌ = besarnya viskositas fluida V = kecepatan benda bergerak dalam fluiad r = besarnya jari-jari benda ( biasanya bola )
Makin tinggi nilai viksositas benda, maka semakin besar pula besarnya gaya yang diberikan fluida kepada benda, sehingga gerak benda akan semakin lambat. Jika sebuah benda dijatuhkan kedalam fluida, maka gaya-gaya yang bekerja pada benda adalah sebagai berikut :
2
Dimana W-Fa-Fs = 0, sedangkan untuk mencari W, Fa dan Fs, digunakan rumusn :
π = π. π
πΉπ = π. π. β
πΉπ = πΉπ = 6ππππ
Benda yang bergerak pasti memiliki kecepatan, karena itu, kita dapat mencari besarnya kecepatan benda , dengan menggunakan rumus hukum Stokes yang diturunkan, sehingga didapat persamaan sebagia berikut :
π=
2ππ 2 (ππ β ππ )π 9π
Hukum Stokes sendiri dibagi menjadi 2 janis, yaitu untuk fluida laminar dan fluida turbulence. Suatu fluida dikatan laminar apabila kondisi partikelpartikel fluida yang bergerak disepanjang jalur-jalur halus dalam lamina atau lapisan fluida yang β meluncur β diantara sesamanya. Sedangkan flluida turbulence adalah fluida yang konsidi partikel-partikel fluida bergerak secara acak. Pada ilmuan sendiri membuat sebuah parameter khusus yang dapat digunakan untuk membedakan, apakah suatu fluida laminar atau turbulence. Parameter tersebut disebut bilangan Reynolds, yang dapat dicari menggunakan rumus sebagai berikut : ππ
=
ππ . π. π π
3
Dimana Οf adalah besarnya massa jenis fluida, V adaah kecepatan benda, d adalah diameter bola, dan ΞΌ adalah besarnya viskositas larutan. Bilangan Reynolds tidak mempunyai satuan. Untuk menentukan sebuah fluida laminar atau tidak, kita dapat menggunakan bilangna Reynolds sebagai pedoman. Apabila besar bilangan Reynolds kurang dari 1 , maka fluida bersifat laminar, dan begitu pula sebaliknya.
B. Alat Bahan Alat dan bahan yang diperlukan yaitu : -
Tabung plastik beserta penyaring bertngkai
-
3 ( tiga ) buah bola alumuminium berbeda ukuran
-
Neraca Lengan O Hauss
-
Mikrometer Sekrup
-
Stopwatch
-
Beaker Glass
-
Minyak Goreng dan Oli secukunya
C. Prosedur Kerja Dalam percobaan ini, dilakukan 2 kali percobaan dengan menggunakan 2 jenis larutan yang berbeda, yaitu minyak goreng dan oli. Sebelum melakukan percobaan ada, beberapa langkah pendahuluan yang harus kita lakukan, yaitu : 1. Menimbang massa masing-masing bola mengunakan neraca lengan o hauss, lalu mengukur diameter masing-masing bola menggunakan mikrometer sekrup. 2. Menimbang massa beaker glass kosong, lalu mengisinya dengan minyak sampai volume tertentu, lalu menimbang kembali massa beaker glass berisi minyak menggunakan neraca o hauss. 3. Mengulangi langkah ke-2 dengan mengganti minyak goreng dengan oli. 4. Mengisi tabung plastik menggunakan minyak atau oli sampai batas tertentu, misalnya 5 cm dari mulut tabung. 5. Mempersiapkan tabel dan stopwatch sebelum mempersiapkan tahap selanajutnya. 4
Percobaan 1 1. Meletakan saringan bertangkai ke dalam tabung berisi minyak goreng. 2. Mengambil salah satu bola , lalu menjatuhkan bola kedalam minyak, lalu menghitung waktu yang diperlukan oleh bola untuk jatuh sampai pada kedalaman tertentu. 3. Mencatat hasil penghitungan waktu dan memasukan kedalam tabel 4. Mengulangi langkah 2 dan 3 sebanyak 9 kali. 5. Mengulangi langkah 2 sampai 4 menggunakan bola dengan ukuran yang berbeda sebanyak 2 kali.
Percobaan 2 1. Meletakan saringan bertangkai ke dalam tabung berisi oli. 2. Mengambil salah satu bola , lalu menjatuhkan bola kedalam oi, lalu menghitung waktu yang diperlukan oleh bola untuk jatuh sampai pada kedalaman tertentu. 3. Mencatat hasil penghitungan waktu dan memasukan kedalam tabel 4. Mengulangi langkah 2 dan 3 sebanyak 9 kali. 5. Mengulangi langkah 2 sampai 4 menggunakan bola dengan ukuran yang berbeda sebanyak 2 kali.
III.
Data Pengamatan Dari langkah pendahuluan didapatkan data sebagia berikut :
Bola Besar Sedang Kecil
Massa 0,00052 0,00014 0,00001
Diameter Jari-jari 0,00702 0,00351 0,00543 0,002715 0,00336 0,00168
Sedangkan untuk massa jenis, didapatkan data seagai berikut : 5
Massa (kg) Volume ( m3 ) Kosong Isi Minyak 0,1231 0,2853 0,15 Oli 0,1231 0,2053 0,1 Jenis
Untuk mencari massa jenis fluida, dapat digunakan rumus sebagai berikut :
ππππ’πππ =
(πππ π β ππππ πππ ) ππππ’ππ
Sehingga dari perhitungan diatas didapatkan besarnya Οminyak = 1081,3 kg/m3 dan Οoli = 821,9 kg/m3 .
Percobaan 1 ( Minyak ) Waktu ( sekon ) No. Besar Sedang Kecil ( t1 ) ( t2 ) ( t3 ) 1 1,2 1,9 3,5 2 1 1,7 4,6 3 1 1,75 3,2 4 1 1,8 3,4 5 1 1,82 3,3 6 0,8 1,85 3,2 7 1 1,8 3,25 8 1 1,85 3,2 9 0,8 1,89 3,2 10 1,2 1,8 3,6
6
Percobaan 2 ( Oli ) Waktu ( sekon ) No. Besar Sedang Kecil ( t1 ) ( t2 ) ( t3 ) 1 2,6 4,2 10,8 2 2,4 4,4 10,4 3 2,6 4,5 10,8 4 2,6 4,3 11,0 5 2,4 4,3 10,6 6 2,4 4,2 10,7 7 2,5 4,4 10,6 8 2,4 4,4 10,8 9 2,5 4,3 10,6 10 2,6 4,4 10,8
IV.
Analisis Data Dari data waktu yang didapatkan, dapat dicari besarnya viskositas larutan dan bilangan Reynolds ( NR ). Sebelumnya kita harus mencari besarnya kecepatan bola pada saar jatuh, dengan menggunakan rumus : 2ππ 2 (ππ β ππ )π π= 9π
Namun karena pada percobaan ini kita belum memngetahui besarnya viskositas larutan ( ΞΌ ) , maka untuk mencari besarnya kecepatan daat digunakan rumus :
π=
π π‘
Dimana besarnya jarak yang digunakan adalah 30 cm atau 0,3 meter. Setelah didapatkan besarnya kecepatan, kita dapat mencari besarnya kekntalan larutan atau viskositas ( ΞΌ ) dengan menurunkan dari rumus mencari kecepatan, yaitu dengan rumus : π=
2ππ 2 (ππ β ππ )π 9π
7
Setelah didapatkan besarnya viskositas, kita dapat mencaari besarnya bilangan Reynolds dengan menggunakan rumus :
ππ
=
ππ . π. π π
Dari perhitungan diatas didapatkan data sebagai berikut : 1) Percobaan 1 ( Minyak ) a. Tabel 1 ( Bola Besar ) No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata-rata : Std Deviasi :
Waktu Viskositas NR Kecepatan (t) (ΞΌ) 1,2 0,1737 10,92 0,250 1 0,1448 15,73 0,300 1 0,1448 15,73 0,300 1 0,1448 15,73 0,300 1 0,1448 15,73 0,300 0,8 0,1158 24,58 0,375 1 0,1448 15,73 0,300 1 0,1448 15,73 0,300 0,8 0,1158 24,58 0,375 1,2 0,1737 10,92 0,250 1 0,1448 16,54 0,305 0,1333 0,0193 4,67 0,042
8
b. Tabel 2 ( Bola Sedang ) No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata-rata : Std Deviasi :
Waktu Viskositas (t) (ΞΌ) 1,9 0,1646 1,7 0,1472 1,75 0,1516 1,8 0,1559 1,82 0,1576 1,85 0,1602 1,8 0,1559 1,85 0,1602 1,89 0,1637 1,8 0,1559 1,816 0,1573 0,06095 0,0053
NR
Kecepatan
5,63 7,04 6,64 6,28 6,14 5,94 6,28 5,94 5,69 6,28 6,19 0,42
0,1579 0,1765 0,1714 0,1667 0,1648 0,1622 0,1667 0,1622 0,1587 0,1667 0,165 0,006
c. Tabel 3 (Bola Kecil ) No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata-rata : Std Deviasi :
Waktu Viskositas NR Kecepatan (t) (ΞΌ) 3,5 0,1161 2,68 0,08571 3,6 0,1194 2,54 0,08333 3,2 0,1061 3,21 0,09375 3,4 0,1128 2,84 0,08824 3,3 0,1094 3,02 0,09091 3,2 0,1061 3,21 0,09375 3,25 0,1078 3,11 0,09231 3,2 0,1061 3,21 0,09375 3,2 0,1061 3,21 0,09375 3,6 0,1194 2,54 0,08333 3,345 0,1109 2,96 0,090 0,1674 0,0056 0,28 0,004
9
2) Percobaan 2 ( Oli ) a. Tabel 1 ( Bola Besar) No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata-rata : Std Deviasi :
Waktu Viskositas (t) (ΞΌ) 2,6 0,4367 2,4 0,4031 2,6 0,4367 2,6 0,4367 2,4 0,4031 2,4 0,4031 2,5 0,4199 2,4 0,4031 2,5 0,4199 2,6 0,4367 2,5 0,4199 0,09428 0,0158
NR
Kecepatan
1,524 1,789 1,524 1,524 1,789 1,789 1,649 1,789 1,649 1,524 1,66 0,12
0,1154 0,1250 0,1154 0,1154 0,1250 0,1250 0,1200 0,1250 0,1200 0,1154 0,120 0,005
b. Tabel 2 ( Bola Sedang) No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata-rata : Std Deviasi :
Waktu Viskositas NR Kecepatan (t) (ΞΌ) 4,2 0,4221 0,755 0,0714 4,4 0,4422 0,688 0,0682 4,5 0,4522 0,658 0,0667 4,3 0,4321 0,721 0,0698 4,3 0,4321 0,721 0,0698 4,2 0,4221 0,755 0,0714 4,4 0,4422 0,688 0,0682 4,4 0,4422 0,688 0,0682 4,3 0,4321 0,721 0,0698 4,4 0,4422 0,688 0,0682 4,34 0,4362 0,71 0,069 0,09660 0,0097 0,03 0,002
10
c. Tabel 3 ( Bola Kecil ) No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata-rata : Std Deviasi :
Waktu Viskositas (t) (ΞΌ) 10,8 0,4156 10,4 0,4002 10,8 0,4156 11 0,4233 10,6 0,4079 10,7 0,4117 10,6 0,4079 10,8 0,4156 10,6 0,4079 10,8 0,4156 10,71 0,4121 0,1663 0,0064
NR
Kecepatan
0,185 0,199 0,185 0,178 0,192 0,188 0,192 0,185 0,192 0,185 0,19 0,01
0,0278 0,0288 0,0278 0,0273 0,0283 0,0280 0,0283 0,0278 0,0283 0,0278 0,028 0,000
Dari percobaan pertama, didapatkan data sebagai berikut untuk percobaan 1a atau percobaan bola besar: 1. Besarnya rata-rata waktu yang dibutuhkan bola untuk jatuh sejauh 30 cm adalah 1 detik, dengan standart deviasi sebesar 0,1334. 2. Besarnya rata-rata viskositas minyak goreng untuk bola besar adalah 0,1228 dengan standart deviasi sebesar 0,01930. 3. Besarnya rata-rata bilangan Reynolds adalah 16,54 dengan standatr deviasi sebesar 4,67. 4. Besarnya rata-rata kecepatan bola besar adalah 0,305 meter per sekon, dengan standart deviasi sebesar 0,042. Kemudian dari percobaan 1b atau percobaan menggunakan bola sedang didapatkan data sebaga berikut : 1. Besarnya rata-rata waktu yang dibutuhkan untuk menempuh jarak 30 cm adalah 1,861 sekon dengan standart deviasi 0,06095. 2. Besarnya rata-rata viskositas minyak adalah sebesar 0,1573 dengan standart deviasi 0,0053. 3. Besarnya rata-rata bilangan Reynolds adalah 6,19 dengan standart deviasi sebesar 0,42. 4. Besarya kecepatan bola saat jatuh adaah sebesar 0,165 m per sekon dengann standart deviasi sebesar 0,006. 11
Dari data diatas, dapat dicari besarnya tprediksi , viskositas rata-rata (πΜ
), trelatif , viskositas prediksi (ππππππππ π ) dan viskositas relatif. Untuk mencari besarnya tprediksi , dapat dicari menggunakan rumus :
π‘πππππππ π =
9. πΜ
π πππππ . π 2ππ 2 (ππ β ππ )π
Setelah didapatkan besarnya tprediksi, dapat dicari besarnya trelatif menggunakan rumus sebagia berikut : π‘πππ =
|π‘πππππππ π β π‘πππ‘πβπππ‘π | π₯ 100% π‘πππ‘πβπππ‘π
Kemudian dicari besarnya viskositas prediksi menggunakan rumus : ππππππππ π =
2 ππ 2 (ππ β ππ )π π‘πππππππ π 9π
Sehingga besarnya viskositas relatifnya ( ΞΌrelatif ) dapat dicari. Untuk mencarinya, digunakan rumus : ππππ =
|ππππππππ π β ππππ‘ππππ‘π’π | π₯ 100% π‘πππ‘ππππ‘π’π
Untuk minyak goreng, besarnya ΞΌ literatur adalah sebesar 0,089 . Dari perhitungan diatas, didapatkan data sebagai berikut : -
tprediksi = 1,671 sekon
-
ΞΌprediksi = 0,1447
-
trelatif = 7,964%
-
ΞΌrelatif = 62,66%
12
Pada percobaan 1c, didapatkan data sebagai berikut : 1. Besarnya waktu rata-rata yang diperlukan untuk bola sampai ke dasar adalah 3,345 detik dengan standart deviasi 0,164. 2. Besarnya rata-rata viskositas larutan adalah 0,1109 dengan standart deviasi 0,0056. 3. Besarnya rata-rata bilangan Reynolds adalah 2,96 dengan stantart deviasi sebesar 0,28. 4. Besarnya rata-rata kecepatan bola adalah 0,090 meter per sekon dengan standart deviasi sebesar 0,004. Setelah itu, sama seperti pada percobaan sebelumnya, dihitunglah tprediksi , viskositas rata-rata (πΜ
), trelatif , viskositas prediksi (ππππππππ π ) dan viskositas relatif. Hasil yang didapatkan adalah sebagai berikut : -
tprediksi = 4,742 sekon
-
ΞΌprediksi = 0,1572
-
trelatif = 41,79%
-
ΞΌrelatif = 7,674
Pada percobaan 2a, yaitu dengan menggunakan oli dan bola besar, didapatkan data sebagai berikut : 1. Besarnya rata-rata waktu yang dibutuhkan bola untuk jatuh sejauh 30 cm adalah 2,5 detik, dengan standart deviasi sebesar 0,09428. 2. Besarnya rata-rata viskositas minyak goreng untuk bola besar adalah 0,4199 dengan standart deviasi sebesar 0,0158.. 3. Besarnya rata-rata bilangan Reynolds adalah 1,66 dengan standatr deviasi sebesar 0,12. 4. Besarnya rata-rata kecepatan bola besar adalah 0,120 meter per sekon, dengan standart deviasi sebesar 0,005. Sedangkan pada percobaan 2b, didapatkan data sebagai berikut : 1. Besarnya rata-rata waktu yang dibutuhkan bola untuk jatuh sejauh 30 cm adalah 4,34 detik, dengan standart deviasi sebesar 0,0966.
13
2. Besarnya rata-rata viskositas minyak goreng untuk bola sedang adalah 0,4362 dengan standart deviasi sebesar 0,0097. 3. Besarnya rata-rata bilangan Reynolds adalah 0,71 dengan standatr deviasi sebesar 0,03. 4. Besarnya rata-rata kecepatan bola besar adalah 0,069 meter per sekon, dengan standart deviasi sebesar 0,002. Setelah itu, dapat dihitung tprediksi , viskositas rata-rata (πΜ
), trelatif , viskositas prediksi (ππππππππ π ) dan viskositas relatif, dengan hasil sebagai berikut : -
tprediksi = 4,178 sekon
-
ΞΌprediksi = 0,4199
-
trelatif = 3,87%
-
ΞΌrelatif = 8,51%
Pada percobaan 2c, didapatkan hasil sebagai berikut : 1. Besarnya rata-rata waktu yang dibutuhkan bola untuk jatuh sejauh 30 cm adalah 10,71 detik, dengan standart deviasi sebesar 0,1663. 2. Besarnya rata-rata viskositas minyak goreng untuk bola kecil adalah 0,4121 dengan standart deviasi sebesar 0,0064. 3. Besarnya rata-rata bilangan Reynolds adalah 0,19 dengan standatr deviasi sebesar 0,01. 4. Besarnya rata-rata kecepatan bola besar adalah 0,028 meter per sekon, dengan standart deviasi sebesar 0,000. Lalu dapat dihitung besarnya tprediksi , viskositas rata-rata (πΜ
), trelatif , viskositas prediksi (ππππππππ π ) dan viskositas relatif. Nilai ynag didapatkan adalah sebagai berikut : -
tprediksi = 11,33 sekon
-
ΞΌprediksi = 0,4361
-
trelatif = 5,512%
-
ΞΌrelatif = 4,977%
Dari semua data percobaan diatas, dapat disimpulkan beberapa hal, diantaranya : 1. Pada percobaan 1, dari ketiga percobaan , didapatkan bahwa fluida bersifat turbulence, karena dari ke-3 percobaan, didapatkan besarnya bilangan 14
Reynolds bernilai > 1, sehingg dapat disimpulkan bahwa larutan bersifat turbulence. Dan bola yang sesuai untuk melakukan percobaan adalah menggunakan bola yang kecil, karena memiliki nilai bilangna Reynolds yang paling kecil, yaitu sekitar 2,96. 2. Pada percobaan 2, dari ketiga percobaan, didapatkan bahwa fluida bersifat laminar, kaena dari ke-3 percobaan , didapatkan besarnya bilangan Reynolds bernilai <1. Dan bola yang paling sesuai untuk melakukan percobaan adalah bola yang kecil, karena memiliki nilai bilangan Reynolds yang paling kecil yaitu 0,19.
V.
Kesimpulan Dari ke-2 percobaan diatas, ada beberapa kesimpulan yang daat diambil, diantaranya: 1. Minyak adalah fluida yang bersifat turbulence, karena memiliki bilangan Reynolds bernilai >1. 2. Oli adalah fluida yang bersifat laminar, karena memiliki nilai bilangna Reynolds <1. 3. Jika dibandingkan, viskositas oli lebih besar daripada minyak, karena ΞΌ oli > ΞΌ minyak.
VI.
Saran Ada beberapa saran yang ingin saya utarakan mengenai percobaan ini, yaitu : 1. Menurut saya dibutuhkan alat yang dapat menghitung waktu jatuhnya bola dengan lebih teliti,
misalnya
menggunakan sensor, karena
jika
menggunakan stopwatch, daat terjadi kesalahan yang mengurangi keakuratan dan kepresisian data. 2. Dibutuhkan tenaga pengajar tambahan, karena menurut saya 1 orang dosen untuk 2 kelompok besar sangatlah tidak efektif, karena jumpal mahasiswa yang harus diajar terlalu banyak, sehingga materi yang diberikan tidak dapat ditangkap mahasiswa dengan baik.
VII.
Referensi Modul Lab Fisika Dasar Surya University.
15
