BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR LATAR BELAKA BELAKANG NG
Dalam Dalam kehidupa kehidupan n sehari sehari-ha -hari ri,, terlih terlihat at pada permukaa permukaan n zat cair,
sepert sepertii
terdapat suatu lapisan yang dapat mempertahankan keadaan benda yang terdapat pada lapisa lapisan n terseb tersebut ut pada suatu suatu kondis kondisii terten tertentu. tu. Misaln Misalnya ya jarum jarum yang yang dileta diletakka kkan n mendat mendatar ar pada permuk permukaan aan zat cair. cair. Perist Peristiwa iwa ini merupa merupakan kan bentuk bentuk dari dari adanya adanya tegangan permukaan zat cair. Perbedaan sifat antara zat cair yang berbeda jenisnya akan mempengaruhi tegangan permukaan yang ada pada zat cair. Kejadian diatas adalah merupakan sebagian contoh dari aplikasi tegangan pada permukaan zat cair dialam. Dari hasil pengamatan dapat disebutkan bahwa pada permukaan zat cair seolah-olah ditekan oleh lapisan elastis yang tak tampak, yang menyebabkan bentuknya melengkung. Dari fenomena-fenomena alam tersebut, untuk memahami lebih jauh tentang tegangan permukaan zat cair maka dilakukanlah percobaan ini. Dalam percobaan ini mencoba untuk menentukan nilai tegangan permukaan yang terjadi peda suatu zat cair.
1.2 TUJUAN TUJUAN PERCOBAA PERCOBAAN N
Percobaan ini bertujuan untuk menentukan nilai tegangan permukaan suatu zat cair dengan mengaplikasikan rumus-rumus tegangan permukaan (terutama (terutama untuk menc mencar arii besar besarny nyaa gaya gaya tega tegang ng pada pada perm permuk ukaan aan suat suatu u zat zat cair cair). ). Zat Zat cair cair yang yang digunakan antara lain aquades, alkohol, minyak tanah, dan oli.
1.3 PERMASALAHAN
Bagaimana cara menghitung besar tegangan permukaan zat cair berdasar datadata hasil percobaan. Definisi dari tegangan permukaan itu sendiri, dan penyebab terjad terjadiny inyaa teganga tegangan n permuk permukaan aan.. Hubunga Hubungan n antara antara sifat sifat zat cair cair teruta terutama ma yang yang berkaitan dengan adhesif-nonadhesif terhadap tegangan permukaan Hubungan antara tegangan permukaan dan rapat massa.
1.4 SISTEMATIKA SISTEMATIKA LAPORA LAPORAN N
Lapo Lapora ran n ini ini terd terdir irii dari dari lima lima bab bab seca secara ra garis garis besa besarr dan dan beris berisii tent tentan ang g pengukuran tegangan permukaan, untuk lebih jelasnya maka susunan laporan adalah 1
sebagai berikut. Bab I Pendahuluan yang di dalamnya berisi tentang latar belakang, tujuan tujuan percobaan, percobaan, permasalaha permasalahan, n, sistemati sistematika ka laporan laporan praktikum. praktikum. Bab II Dasar Teori merupakan penjelasan dan ulasan singkat tentang teori dasar yang mendasari kegiatan per perco coba baan an yang yang dila dilaku kukan kan.. Bab III III Cara Cara Kerja Kerja dan dan Pera Perala lata tan, n, dalam dalam bab bab ini ini menerangkan tentang tata urutan kerja yang dilakukan dalam melaksanakan kegiatan praktikum praktikum serta serta pengenalan pengenalan peralatan peralatan yang diperlukan dalam melakukan melakukan praktikum. praktikum. Bab Bab IV Anali Analisa sa Data Data dan dan Pemb Pembah ahas asan an,, dala dalam m prakt praktik ikum um tent tentuny unyaa kita kita akan akan memperoleh data-data sehingga perlu adanya penganalisaan lebih lanjut karena tidak sempurnanya alat ukur, ketidaktepatan cara mengukur, tidak sempurnanya alat indera dan lain-lain. Dengan memperhitungkan ralat-ralat dari data yang diperoleh dalam melaku melakukan kan prakti praktikum kum agar agar mendapa mendapatka tkan n data data yang yang mempuny mempunyai ai keteli ketelitia tian n yang yang sesuai. Bab V Kesimpulan, memberikan kesimpulan dari kegiatan praktikum yang dilakukan.
2
BAB II
DASAR TEORI
Banyak Fenomena-fenomena alam yang kurang kita perhatikan akan tetapi fenom fenomena ena-f -feno enome mena na ters tersebu ebutt memp mempun unya yaii hubu hubunga ngan n denga dengan n adan adanya ya tega teganga ngan n permukaan. Sering terlihat peristiwa-peristiwa alam yang tidak diperhatikan dengan teliti teliti misalnya misalnya tetes-tete tetes-tetess zat cair pada pipa kran yang bukan sebagai suatu suatu aliran, laba-l laba-laba aba air yang yang berada berada di atas atas permuk permukaan aan air, air, mainan mainan gelemb gelembung ung-gel -gelemb embung ung sabun, pisau silet yang diletakkan perlahan-lahan diatas permukaan zat cair yang terapung, dan naiknya air pada pipa kapiler. Hal tersebut dapat terjadi karena adanya gaya-gaya yang bekerja pada permukaan zat cair atau pada batas antara zat cair dengan bahan lain. Yang Yang dima dimaks ksud ud tega tegang ngan an perm permuk ukaa aan n adal adalah ah suat suatu u kema kemamp mpua uan n atau atau kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas pemukaannya lebih kecil yaitu permukaan datar, atau bulat seperti bola atau ringkasnya didefinisikan sebagai usaha untuk membentuk luas permukaan baru. Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda benda-benda kecil di permukaannya. permukaannya. Seperti Seperti silet, silet, berat dari silet menyebabkan permukaan zait cair sedikit melengkung kebawah dimana silet itu berad berada. a. Lengkun Lengkungan gan itu memper memperlua luass permuk permukaan aan zat cair cair namun namun zat cair cair dengan dengan tegang tegangan an permuk permukaann aannya ya berusa berusaha ha memper mempertah tahanka ankan n luas luas permuk permukaan aannya nya sekeci sekecill mungkin. Ada beber beberapa apa mode modell pera perala lata tan n yang yang seri sering ng digu digunak nakan an untu untuk k mengu menguku kur r tegangan permukaan suatu zat cair. Yang pertama adalah dengan metode pipa kapiler yaitu mengukur tegangan permukaan zat cair dan sudut kelengkungannya dengan memakai memakai pipa pipa berdia berdiamet meter. er. Salah Salah satu satu ujung ujung pipa pipa terseb tersebut ut dicelu dicelupka pkan n kedalam kedalam permukaan zat cair maka zat cair tersebut permukaannya akan naik sampai ketinggian tertentu. Pada percobaan ini salah satu aspek yang mudah diamati adalah tentang sifat zat cair yaitu apakah zat cair itu adhesive atau non-adhesive. Untuk itu perhatikan gambar berikut ini :
Gambar II.1 Sudut kontak zat cair pada pipa kapiler
3
Pada zat cair yang adhesive berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih kecil daripada gaya adhesinya dan pada zat yang non-adhesive berlaku sebaliknya. Salah satu besaran yang berlaku pada sebuah pipa kapiler adalah sudut kontak (θ ) yaitu sudut sudut yang yang dibent dibentuk uk oleh oleh permuk permukaan aan zat cair cair yang yang dekat dekat dengan dengan dindin dinding g (lihat (lihat gambar 2.1). Sudut kontak ini timbul akibat gaya tarik-menarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik antara molekul zat yang berbeda (adhesi). Harga dari sudut kontak ini berubah-ubah dari 0 sampai 180 derajat dan dibagi menjadi dua bagian yaitu yaitu : pada zat cair yang yang adhesive besarnya sudut sudut kontak ( θ ) : 0 < θ < 90 (derajat) dan pada zat cair non-adhesive besarnya (θ ) : 90 < θ < 180 (derajat). Sedangkan besarnya tegangan permukaan ( γ ) yaitu :
γ = dimana : F = π . R 2 . y . ρ maka :
γ = R . y . g . ρ
zat cair zat cair
F / ( 2 π R cos θ ) .g / ( 2 cos θ )
Peristiwa Peristiwa adanya tegangan tegangan permukaan permukaan bisa pula ditunjukkan ditunjukkan pada percobaan percobaan sebaga sebagaii beriku berikutt jika jika cincin cincin kawat kawat yang yang diberi diberi benang sepert sepertii pada pada gambar gambar II.2a II.2a dicelupkan ke dalam larutan sabun, kemudian dikeluarkan akan terjadi selaput sabun dan benang benang dapat dapat berger bergerak ak bebas. bebas. Jika Jika selaput selaput sabun yang yang ada dianta diantara ra benang benang dipecahkan, maka benang akan terentang membentuk suatu lingkaran. Jelas pada benag sekarang bekerja gaya-gaya ke luar pada arah radial (gambar II.2b).
(a)
(b)
Gambar II.2 Tegangan Permukaan Permukaan
4
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 ALAT ALAT DAN BAHA BAHAN N
a. Stand base dengan dengan panjang sisi 28 cm 1 buah b. Batang besi panjang 25 cm dan 50 cm 2 buah c. Spring balance dengan skala skala newton 1 set d. Laboratory stand (dongkrak) 1 buah e. Cincin aluminium dan jangka sorong 1 buah f.
4 gelas berisi cairan (aquades, oli, oli, minyak tanah, alkohol) alkohol)
3.2 CARA KERJA
a. Ukurlah diameter diameter bagian dalam cincin setelah itu itu susun semua peralatan hingga menjadi seperti gambar 3.1
Gb 3.1 Susunan Susunan Alat Uji Tegangan Permukaan Permukaan
b. Letakkan gelas keatas dongkrak kemudian aturlah posisi dongkrak sehingga seluruh cincin tercelup kedalam zat cair lalu catat besar tegangan yang tertera pada neraca pegas skala newton c. Turunkan dongkrak hingga cincin naik ke permukaan hingga tercapai keadaan maximum (sesaat akan lepas) dan baca tegangannya pada neraca pegas d. Ulangi point c-d sebanyak lima kali e. Lakukan point c-e untuk tiap gelas
5
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 ANALISA DATA
Dari data - data yang diperoleh dari percobaan maka akan dibuat analisa data sebagai berikut : A. Tabel Tabel IV.1 IV.1 Aquad Aquades es ∆F
∆ F - ∆ F’
(∆ F - ∆ F’)2
0,027
0,0014
196 x 10-8
0,03
0,0016
256 x 10-8
0,029
0,0006
36 x 10-8
0,028
0,0004
16 x 10-8
0,028
0,0004
16 x 10-8 ∑ (∆ F - ∆ F’)2 = 5,2 x 10 -6
∆ F’ = 0,0284
∆ =
∑ (∆ F - ∆ F’)2
1/2
5,2 x 10 -6
=
20
I
=
∆
=
5,1 x 10-4
20
x 100 %
=
5,1 x 10 -4
100 % - 1,8 %
x 100 %
= 1,8 %
0,0284
∆ F’
K =
½
=
98,2 %
B. Tabel Tabel IV.2 IV.2 Alkoh Alkohol ol ∆F
∆ F - ∆ F’
(∆ F - ∆ F’)2
0,019
0,0028
784 x 10-8
0,022
0,0002
4 x 10-8
0,022
0,0002
4 x 10-8
0,022
0,0002
4 x 10-8
0,024
0,0026
676 x 10-8 ∑ (∆ F - ∆ F’)2 = 1,47 x 10 -5
∆ F’ = 0,0218
6
∆ =
∑ (∆ F - ∆ F’)2
1/2
=
20
I
=
∆
=
8,6 x 10-4
20
x 100 %
=
8,6 x 10 -4
x 100 %
= 3,9 %
0,0218
∆ F’
K =
½
1,47 x 10-6
100 % - 3,9 %
=
96,1 %
C. Tabel Tabel IV.3 IV.3 Minyak Minyak Tanah Tanah ∆F
∆ F - ∆ F’
(∆ F - ∆ F’)2
0,022
0,0002
4 x 10-8
0,021
0,0008
64 x 10-8
0,022
0,0002
4 x 10-8
0,022
0,0002
4 x 10-8
0,022
0,0002
4 x 10-8 ∑ (∆ F - ∆ F’)2 = 8 x 10-7
∑ ∆ F’ = 0,0218
∆ =
∑ (∆ F - ∆ F’)2
1/2
8 x 10-7
=
20
I
=
∆
=
2 x 10-4
20
x 100 %
2 x 10-4
=
∆ F’
K =
½
100 % - 0,9 %
x 100 %
= 0,9 %
0,0218
=
99,1 %
D. Tabel Tabel IV.4 IV.4 Oli Oli SAE SAE 30 ∆F 0,025
∆ F - ∆ F’ 0,0012
(∆ F - ∆ F’)2
0,026
0,0002
4 x 10-8
0,026
0,0002
4 x 10-8
0,027
0,0008
64 x 10-8
0,027
0,0008
64 x 10-8
144 x 10-8
∑ (∆ F - ∆ F’)2 = 2,8 x 10 -6
7∑ ∆ F’ = 0,0262
7
∆ =
∑ (∆ F - ∆ F’)2
1/2
2,8 x 10 -6
=
20
I
=
∆
=
3,7 x 10-4
20
x 100 %
=
∆ F’
K =
½
3,7 x 10 -4
x 100 %
= 1,4 %
0,0262
100 % - 1,4 %
=
98,6 %
4.2 PEMBAH PEMBAHASAN ASAN
Dari analisa data yang dibuat diatas telah diketahui data besarnya selisih gaya rata-rata (∆ F’) dan diameter cincin. Dengan data tersebut akan dibuat pembahasan mengenai : Tegangan permukaan tiap zat cair
1.
Dari tabel pertama (Aquades)
:
α = ∆ F’ / (2 π d) = 0,0284 / 0,36 = 0,079 N/m Dari tabel pertama (Alkohol)
:
α = ∆ F’ / (2 π d) = 0,0218 / 0,36 = 0,06 N/m Dari tabel pertama (Minyak Tanah)
:
α = ∆ F’ / (2 π d) = 0,0218 / 0,36 = 0,06 N/m Dari tabel pertama (Olie SAE 30) :
α = ∆ F’ / (2 π d) = 0,0262 / 0,36 = 0,072 N/m
Graf Grafik ik gaya gaya rata rata-r -rat ataa (x) (x) dan dan tega tegang ngan an
2.
permukaan (y )
Tabel IV.5 Tegangan Permukaan Cairan Percobaan
∆ F’
α (∆ F’/ 2π d)
0,0284
0,079 (Aquades)
0,0218
0,06 (Alkohol)
0,0218
0,06 (Minyak T.)
0,0262
0,072 (SAE 30)
8
Tabel IV.6 Regresi Data X
X2
Y
XY
0,0284
8 x 10-4
0,079
2,2 x 10-3
0,0218
4,8 x 10-4
0,06
1,3 x 10-3
0,0218
4,8 x 10-4
0,06
1,3 x 10-3
0,0262 Σ X = 0,0982
6,9 x 10-4 Σ X2 = 2,45 x 10-3
0,072 Σ Y = 0,271
1,9 x 10-3 Σ XY = 6,7 x 10-3
Persamaan garis : Y = aX + b n Σ XY - Σ X . Σ Y a = = 2 2 n Σ X – (Σ X)
4 . 6,7 x 10-3 – 0,098 . 0,27 = -3 -3 4 . 2,45 x 10 – 9,6 x 10
b = (Σ Y . n Σ X) / n = (0.271 – 4 . 0,0982) / 4 = - 0,03 Jadi
Y
= 1,7 X - 0,03
3. Perhitungan tegangan permukaan dan ralatnya 9
1,7
a. Untuk Aqu Aquaades
∆ α
[ α . (R. mutlak)] / ∆ F’
=
= ( 0,079 . 5,1 x 10-4 ) / 0,0284 = 1,4 x 10-3
α = α ± ∆ α α = ( 0,079 ± 1,4 x 10-3 ) N/m b. b. Untu Untuk k Alko Alkohol hol
∆ α
[ α . (R. mutlak)] / ∆ F’
=
= ( 0,06 . 8,6 x 10-4 ) / 0,0218 = 2,4 x 10-3
α = α ± ∆ α α
( 0,06 ± 2,4 x 10-3 ) N/m
=
c. Untu Untuk k Minya Minyak k Tanah Tanah
∆ α
[ α . (R. mutlak)] / ∆ F’
=
= ( 0,06 . 2 x 10-4 ) / 0,0218 = 5,5 x 10-4
α = α ± ∆ α α
( 0,06 ± 5,5 x 10-4 ) N/m
=
d. Untuk ntuk Oli Oli SAE SAE 30
∆ α
=
[ α . (R. mutlak)] / ∆ F’
= ( 0,072 . 3,7 x 10-4 ) / 0,0262 = 1 x 10-3
α = α ± ∆ α α
=
( 0,072 ± 1 x 10-3 ) N/m
Dari Dari perh perhit itun unga gann-pe perh rhit itun unga gan n
yang yang ada ada
dala dalam m
anal analis isaa
data data maup maupun un
pemba pembahas hasan an dapat dapat dijela dijelaska skan n bahwa bahwa tingka tingkatt keseks keseksama amaan an data data baik baik itu rata-r rata-rata ata selisi selisih h gaya, gaya, teganga tegangan n permuk permukaan aan relati relatiff cukup cukup tinggi tinggi.. Hal ini disebab disebabkan kan oleh oleh beberapa faktor yaitu : 1.
Tingkat ke ketelitian al alat uk ukur, sk skala ya yang di dipaka akai ad adalah 0,1 N ya yang
mana mana skal skalaa ini ini hany hanyaa mamp mampu u meng menguk ukur ur kete keteli liti tian an samp sampai ai dua desi desima mall dibelakang koma. 2.
Tingkat
ketelitian
pengukuran
dari
praktikan
(terutama
pengukuran diameter cincin dan pengamatan terhadap neraca pegas). 3.
Fakt aktor pana panass / suhu suhu zat zat cai cairr yang ang tid tidak ak dipe diperrhit hitungk ungkan an..
10
saat
Kemudian untuk menyempurnakan hasil pengukuran maka diperlukan metode ralat (mutlak dan nisbi). Yang bertujuan untuk menunjukkan dan memperbaiki/memperkecil ketidaktelitian alat ukur, panca indera, dan sebagainya dari praktikan. Nilai akhir perhitungan (dengan ralatnya) menunjukkan suatu daerah nilai (toleransi) yang masih diakui sesuai tingkat keseksamaannya.
11
BAB V
KESIMPULAN
Dari Dari percob percobaan aan tentan tentang g tegang tegangan an permuk permukaan aan yang yang telah telah dilaku dilakukan kan dapat dapat disimpulkan beberapa hal yaitu : 1.
Tega Tegang ngan an perm permuk ukaa aan n adal adalah ah suat suatu u usah usahaa oleh oleh zat zat cair cair untu untuk k memb membua uatt permukaan permukaan baru yang sekecil mungkin. mungkin. Dan didefinis didefinisikan ikan sebagai sebagai perubahan perubahan gaya per satuan panjang.
2.
Besarnya Besarnya tegangan tegangan permukaan permukaan dapat dapat diukur mengguna menggunakan kan neraca neraca pegas seperti seperti apa yang dilakukan dalam percobaan ini.
3.
Dari Dari hasil hasil percobaa percobaan n dan pembahas pembahasan an yang telah telah dilakuka dilakukan n dapat dapat diketahu diketahuii bahwa tegangan permukaan dari yang terbesar sampai terkecil adalah : • Aquades (ρ = 1 gr/cm3)
=
0,079
N/m
• Olie SAE 30 (ρ = 0,89 gr/cm3) =
0,072 N/m
• Minyak tanah (ρ = 0,84 gr/cm3) gr/cm3) =
0,06 N/m
• Alkohol (ρ = 0,81 gr/cm3)
0,06 N/m
=
4. Berdas Berdasar ar data data diatas diatas dapat disimp disimpulk ulkan an bahwa bahwa teganga tegangan n permuk permukaan aan zat cair sangat dipengaruhi oleh massa jenis cairan zat cair tersebut. Makin besar massa jenisnya makin besar pula tegangan permukaannya. 5. Bila Bila dua buah zat cair cair yang yang berbed berbedaa (massa (massa jenisny jenisnya) a) dicampur dicampur menjadi menjadi satu satu maka posisi zat yang mempunyai massa jenis lebih kecil berada di atas dan tidak dapat bercampur. Misalnya air dengan minyak, maka posisi minyak akan berada di atas air.
12
DAFTAR PUSTAKA
1. Dosen-dosen FMIPA-ITS, FMIPA-ITS, “Fisika Dasar I”, FMIPA-ITS, Surabaya, 1997 2. Sears and Zemansky, Zemansky, “Univercity “Univercity Phyisics” Phyisics”,, 2nd
editio edition, n, Addiso Addison n - Wesley Wesley
Publishing Company, Inc., New York, 1982. 3. Raymond Raymond C. Binder, Binder, “Fluid “Fluid Mechanics”, Mechanics”, edisi ke-5, penerbit Prentice-Hal Prentice-Halll of India Private,ltd. New Delhi, 1975.
13
