LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR MODUL 6 KOEFISIEN KEKENTALAN ZAT CAIR
Nama
: Lukman Santoso
NPM
: 240110090123
Tanggal / Jam
: 24 24 No Nopember 20 2009/ 15 15.00-16.00 WI WIB
Asisten
: Dini Kurniati
TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN 2009
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Di antara salah satu sifat zat cair adalah kental (viscous) di mana zat cair memiliki koefisien kekentalan yang berbeda-beda. Banyak contoh dalam kehidupan sehari-hari misalnya kekentalan minyak goreng berbeda dengan kekentalan olie. Dengan sifat ini zat cair banyak digunakan dalam dunia otomotif yaitu sebagai pelumas mesin. Telah diketahui bahwa pelumas yang dibutuhkan tiap-tiap tipe mesin membutuhkan kekentalan yang berbeda-beda. Sehingga sebelum menggunakan pelumas merek tertentu harus diperhatikan terlebih dahulu koefisien kekentalan pelumas sesuai atau tidak dengan tipe mesin.
1.2. Tujuan
Adapun tujuan utama dari dilaksanakannya praktikum ini adalah memahami gaya gesek yang dialami benda yang bergerak di dalam suatu fluida dan dapat menentukan berapa koefisien kekentalan suatu fluida yang diukur dengan menggunakan hukum Stokes. Fluida yang digunakan dalam praktikum adalah Gliserin.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Hukum Stokes
Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous. Suatu bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitu menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat dianggap sebagai gerakan di bagian dalam (internal) suatu fluida . Jika sebuah benda berbentuk bola dijatuhkan ke dalam fluida kental, misalnya kelereng dijatuhkan ke dalam kolam renang yang airnya cukup dalam, nampak mula-mula kelereng bergerak dipercepat. Tetapi beberapa saat setelah menempuh jarak cukup jauh, nampak kelereng bergerak dengan kecepatan konstan (bergerak lurus beraturan). Ini berarti bahwa di samping gaya berat dan gaya apung zat cair masih ada gaya lain yang bekerja pada kelereng tersebut. Gaya ketiga ini adalah gaya gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida. Khusus untuk benda berbentuk bola, gaya gesekan fluida secara empiris dirumuskan sebagai Persamaan. Fs = 6πηrv
Dengan η menyatakan koefisien kekentalan, r adalah jari jari bola kelereng, dan v kecepatan relatif bola terhadap fluida. Persamaan (1) pertama kali dijabarkan oleh Sir George Stokes tahun 1845, sehingga disebut Hukum Stokes. Dalam pemakaian eksperimen harus diperhitungkan beberapa syarat antara lain : Ruang tempat fluida jauh lebih luas dibanding ukuran bola. Tidak terjadi aliran turbulen dalam fluida. Kecepatan v tidak terlalu besar sehingga aliran fluida masih bersifat laminer. Sebuah bola padat memiliki rapat massa ρb dan berjari-jari r dijatuhkan tanpa kecepatan awal ke dalam fluida kental memiliki rapat massa ρf, di Gambar 1. Gaya yang Bekerja Pada Saat Bola Dengan Kece atan
mana ρb > ρf.
Telah diketahui bahwa bola mula-mula mendapat percepatan gravitasi, namun beberapa saat setelah bergerak cukup jauh bola akan bergerak dengan
kecepatan konstan. Kecepatan yang tetap ini disebut kecepatan akhir vT atau kecepatan terminal yaitu pada saat gaya berat bola sama dengan gaya apung ditambah gaya gesekan fluida. Gambar 1 menunjukkan sistem gaya yang bekerja pada bola kelereng yakni FA = gaya Archimedes, FS = gaya Stokes, dan W=mg = gaya berat kelereng. Jika saat kecepatan terminal telah tercapai, pada Gambar 1 berlaku prinsip Newton tentang GLB (gerak lurus beraturan), yaitu Persamaan (2). FA + FS = W (2) Jika ρb menyatakan rapat massa bola, ρf menyatakan rapat massa fluida, dan
Vb menyatakan volume bola, serta g gravitasi bumi, maka berlaku Persamaan (3) dan (4). W = ρb.Vb.g (3) FA = ρf .Vb.g (4) Rapat massa bola ρb dan rapat massa fluida ρf dapat diukur dengan menggunakan Persamaan (5) dan (6).
Massa Bola ρb=
(5) Volume Bola
( mgu + mf )- mgu
ρf =
(6)
Vf
Dengan mgu menyatakan massa gelas ukur, m f massa fluida, Vf volume fluida. Dengan mensubstitusikan Persamaan (3) dan (4) ke dalam Persamaan (2) maka diperoleh Persamaan (7). FS = Vbg (ρb - ρf) (7)
Dengan mensubstitusikan Persamaan (1) ke dalam Persamaan (7) diperoleh Persamaan (8). 2r 2g(ρb - ρf) VT =
(8)
9η
Jarak d yang ditempuh bola setelah bergerak dengan kecepatan terminal dalam waktu tempuhnya t maka Persamaan (8) menjadi Persamaan (9). d
2r 2g(ρb - ρf)
=
(8)
9η
t
2r 2g(ρb - ρf)
1 =
9dη
t
9η
t = 2r 2g(ρb - ρf) Atau t = k d Dengan nilai 9η
k = 2r 2g(ρb - ρf) Atau dalam grafik hubungan ( d-t ), nilai k merupakan kemiringan grafik ( slope). Dengan mengukur kecepatan akhir bola yang radius dan rapat massa telah diketahui, maka viskositas fluida dapat ditentukan. Untuk memperoleh nilai viskositas fluida, Persamaan (10) diubah dalam bentuk Persamaan (11). k 2r 2g(ρb - ρf) η =
(8)
9
Satuan viskositas fluida dalam sistem cgs adalah dyne det cm-2, yang biasa disebut dengan istilah poise di mana 1 poise sama dengan 1 dyne det cm -2. Viskositas dipengaruhi oleh perubahan suhu. Apabila suhu naik maka viskositas menjadi turun atau sebaliknya.
BAB III
METODA PRAKTIKUM
2.1.Alat dan Bahan ➢
Tabung gelas tempat zat cair yang dilengkapi dua karet gelang.
➢
3 bola kecil dari palstik dengan ukuran dan berat jenis yang berbeda-beda.
➢
Mistar dan mikrometer sekrup
➢
Thermometer
➢
Saringan bertangkai untuk mengambil bola.
➢
Stopwatch
➢
Piknometer
➢
Neraca torsi?neraca analitis
➢
Kertas grafik (Milimeter).
➢
Zat cair (Gliserin).
2.2.Prosedur Praktikum
1. Gunakan 3 buah bola dengan ukuran berbeda-beda (besar,sedang dan kecil). Ukurlah diameter masing-masing bola 5 kali pada tempat yang berbeda-beda dengan menggunakan mikrometer sekrup. 2. Timbang masing-masing bola dengan neraca massa. 3. Siapkan tabung gelas berisi fluida. Tempatkan 2 karet gelang pada tabung dengan cara melingkarkannya. Yang satu 5 cm dibawah permukaan fluida dan yang lain 5 cm diatas dasar tabung. Ukur jarak diantara 2 karet gelang. 4. Ukurlah rapat massa fluida dengan menggunakan piknometer.
5. Lepaskan ketiga bola satu demi satu dari permukaan fluida. Ukur dengan stopwatch waktu tempuh masing-masing bola dalam melintasi jarak antara kedua karet gelang. Lakukan percobaan ini dua kali (cara pertama). 6. Ubahlah jarak antara kedua karet gelang menjadi d2. Untuk mengubahnya, geserkan karet gelang yang ada dibawah (jangan mengubah kedudukan karet yang ada diatasnya). Ukurlah jarak d2. 7. Ulangi percobaan seperti pada no.5 dengan menggunakan salah satu bola saja. 8. Ulangi percobaan pada no.6 dan 7 untuk jarak d3 dan d4 dengan menggunakan bola yang sama seperti pada no.7.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil
Perhitungan massa jenis benda: V1 = (43 π) r3
ρ1 = m1v1
= 4,19 . 9,1125 . 10 -8
= 0,6 .10-33.818 .10-7
= 3.818 .10 -7 m3
= 1571,50 kg/m 3
V2 = (43 π) r3
ρ2 = m2v2
= 4,19 .2,16. 10 -7
= 1.2 .10-39.05.10-7
=9.05.10-7 m3
= 1325.966 kg/m 3
V3 = (43 π) r3
ρ3 = m3v3
= 4,19 . 3.89. 10 -7
= 2.8 .10-31.629.10-7
=9.05.10-7 m3
= 1718.84 kg/m 3
Tabel hasil percobaan : Benda
Diameter (m)
Massa (kg)
Massa
jenis
(kg/m3) Bola 1
0.9 .10 -2
0.6 . 10-3
1571.50
Bola 2
1.2 . 10 -2
1.2 . 10-3
1325.966
Bola 3
1.46 . 10 -2
2.8 . 10-3
1718.84
Massa jenis fluida = 1084.375 . 10 -3 kg/m3 Massa jenis air = 1000 . 10 -3 kg/m3
Tabel hasil percobaan kedua Waktu
Bola1
Bola 2
Bola 3
1 / t1
r 2
t1
0.63
0.54
0.37
1.515
2.025
t2
0.72
0.67
0.40
1.715
3.6
t3
0.63
0.54
0.54
2.403
5.329
trata-rata ± ∆t
0.66 ± 0.03
0.583
r 2 rata-rata
3.651
±
0.043
0.416
±
0.067
Perhitungan : Bola 1 :
Bola 2 :
Bola 2 :
∑t =1.98 s
∑t = 1.75 s
∑t = 1.25 s
(∑t)2 = 3.9204 s 2
(∑t)2 = 3.0625 s2
(∑t)2 = 1.5625 s 2
∑t2= 1.3122 s2
∑t2= 1.0321 s2
∑t2= 0.5447 s2
∆t = 1n n ∑t2-(∑t)2n-1
∆t = 1n n ∑t2-(∑t)2n-1
∆t
1n n ∑t2-(∑t)2n-1
= 13 3 .966-3.92043-1
= 13 3,095-3.06253-1
= 13 1.6431- 156253-1 = 0.003 s
= 0.043 s
= 0.067 s
Menghitung besar koefisien viskositas : Y = bx + a b = 2,708 sub ke persamaan : b = 9 η2gr2(ρ - ρo) → η =-b 2 g r2(ρ - ρo )9 η =2.708 .2 . 9.78 .3.651.10-7(1538.769 –1000)9 = 1.933 .10-59 η =0.000155 N . s / m
2
Tabel hasil percobaan kedua : Jarak (m)
t2 (s)
t3 (s)
t ± ∆t
t1 (s) d2 = 0.205
0.49
0.67
0.72
0.58 ± 0.052
d3 = 0.215
0.58
0.72
0.54
0.64 ± 0.053
=
d4 = 0.225
0.67
0.54
0.63
0.215
0.58
0.64
0.63
0.63 ± 0.051
Perhitungan : d2
d3 :
d4:
∑t =1.74 s
∑t = 1.93 s
∑t = 1.89 s
(∑t)2 = 3.0267 s 2
(∑t)2 = 3.2742 s2
(∑t)2 = 3.5271 s 2
∑t2= 1.0254 s2
∑t2= 1.2589 s2
∑t2= 1.2069 s2
∆t = 1n n ∑t2-(∑t)2n-1
∆t = 1n n ∑t2-(∑t)2n-1
∆t
=
1n n ∑t2-(∑t)2n-1
= 13 0.02475
= 13 0.0259
= 0.052 s
= 0.053 s
= 13 0.0243 = 0.051 s
Perhitungan koefisien viskositas : b = 2.5 sub persamaan : b = 2 .g(ρ - ρo)9 η d → η = 2 .g(ρ - ρo)9 b d η = 2 . 9.78 .(1084,375.10-3 –1000.10-3)9 . 2,5 . 0,215
= 1.68754.875 η = 0.345 N . s / m 2
4.2. Pembahasan
Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous. Suatu bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitu menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Dalam percobaan ini kita mengamati pergerakan turunnya 3 buah bola yang berbeda ukuran (diameter) dan massanya dalam suatu fluida (gliserin). Dari pengamatan yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa semakin besar massa yang dimiliki oleh benda itu maka
semakin cepatlah kecepatan benda itu didalam suatu fluida, sehingga waktu yang dibutuhkan tentu menjadi semakin sedikit. Dari pernyataan diatas menunjukan bahwa massa benda berbanding lurus dengan kelajuan benda. Selain itu kekentalan suatu fluida juga sangat berpengaruh terhadap laju bola. Semakin kbesar koefisien kekentalan suatu fluida maka semakin besar pula gaya gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida. Karena itu bola akan lebih lambat melaju dalam fluida yang memiliki koefisien kekentalan yang besar.
BAB V PENUTUP
5.1.Kesimpulan
Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous. Suatu bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitu menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat dianggap sebagai gerakan di bagian dalam (internal) suatu fluida . semakin besar koefisien kekentalan suatu fluida maka semakin besar gaya gesek yang ditimbulkan oleh fluida.
5.2.Saran
Untuk mendapatkan hasil pengamatan yang akurat, sebaiknya mahasiswa lebih teliti melihat dan mengamati laju bola dalam fluida. Selian itu juga mahasiswa sebaiknya menggunakan alat penunjang praktikum yang kondisinya masih baik.
DAFTAR PUSTAKA
Zaida, Drs., M.Si. Petunjuk Praktikum Fisika . Bandung:Dosen Unpad Budianto, anwar. Metode Penentuan Koefisien Kekentalan Zat Cair dengan
Menggunakan Regresi Linear Hukum Stokes. Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir. Batan
