BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Tujuan Percobaan
1. Menghitung
gerak benda dalam fluida
2. Menghitung
kekentalan zat cair
I.2 Dasar Teori
Setiap benda yang
bergerak dalam fluida mendapat gaya gesekan yang di sebabkan oleh kekentalan
fluida tersebut. Gaya gesekan tersebut sebanding dengan kecepatan relatif benda
terhadap fluida. Khusus untuk benda yang berbentuk bola dan bergerak dalam
fluida yang sifat-sifatnya, gaya gesekan yang di alami benda dapat di rumuskan
sebagai berikut:
F
= -6πηr.v
F = gaya gesekan yang bekerja pada bola
η = koefisien kekentalan fluida
v = kecepatan
bola relatif
Rumus di atas dikenal sebagai hukum
stokes. Tanda minus menunjukan arah gaya F yang berlawanan dengan kecepatan (v). Pemkaian hukum
stokes memerlukan beberapa syarat yaitu:
a) Ruang
tempat fluida tidak terbatas (ukurannya cukup luas dibandingkan ddengan ukuran
benda)
b) Tidak
ada turbulensi di dalam fluida
c) Kecepatan
V tidak besar, sehingga aliran masih laminer
Viskositas suatu zat cairan murni atau
larutan merupakan indeks hambatan aliran cairan. Viskositas dapat diukur dengan
mengukur laju aliran cairan, yang melalui tabung berbentuk silinder. Cara ini
merupakan salah satu cara yang paling mudah dan dapat digunakan baik untuk
cairan maupun gas.
Viskositas adalah indeks hambatan
aliran cairan. Viskositas dapat diukur dengan mengukur laju aliran cairan yang
melalui tabung berbentuk silinder. Viskositas ini juga disebut sebagai
kekentalan suatu zat. Jumlah volume
cairan yang mengalir melalui pipa per satuan waktu:
F = ηAv
L
Keterangan:
F = gaya untuk menggerakan
suatu lapisan fluida (N)
η = koefisien viskositas
(kg/ms)
A = luas keeping (m2)
v = kelajuan (m/s)
L = jarak antara dua keeping
(m)
Makin kental suatu cairan, makin besar
gaya yang dibutuhkan untuk membuatnya mengalir pada kecepatan tertentu.
Viskositas disperse koloid dipengaruhi oleh bentuk partikel dari fase disperse
dengan viskositas rendah, sedang system disperse yang mengandung koloid-koloid
linier viskositasnya lebih tinggi. Hubungan antara bentuk dan viskositas
merupakan refleksi derajat solvasi dari partikel.
Bila viskositas gas meningkat dengan naiknya temperature, maka
viskositas cairan justru akan menurun jika temperature dinaikkan. Fluiditas
dari suatu cairan yang merupakan kelebihan dari viskositas akan meningkat
dengan makin tingginya temperature.
Viskositas dalam aliran fluida kental
sam saja dengan gesekan pada gerak benda padat. Untuk fluida ideal, viskositas
η = 0 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:
F
= η A v = A η v = k η v
Koefisien k tergantung pada bentuk
geometris benda. Untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola dengan
jari-jari (r), maka dari perhitungan laboraturium ditunjukan bahwa
k = 6 п r
maka
F = 6 п η r v
Persamaan itulah yang hingga kini
dikenal dengan Hukum Stokes.
Dengan menggunakan hukum stokes,
maka kecepatan bola pun dapat diketahui melalui persamaan (rumus) :
η =
2 r2
g (ρ – ρo)
9 v
ρ = rapat massa bola
ρo = rapat massa fluida
BAB II
ALAT DAN BAHAN
II.1 Alat
a. Tabung
Reaksi Zat Cair
b. Bola-bola
kecil dari zat padat
c. Mikrometer
skrup.
d. Jangka
sorong
e. Mistar
f. Thermometer
g. Sendok
saringan untuk mengambil bola-bola dari dasar tabung
h. Stopwatch
i.
Timbangan torsi dengan
batu timbangannya
II.2 Bahan
1. Bola
kecil,sedang dan besar
2. Oli
3. Karet
BAB
III
METODE
PERCOBAAN
1. Mengukur diameter tiap-tiap bola memakai mikrometer skrup. Melakukannya beberapa kali
pengukuran untuk tiap bola.
2. Menimbang tiap-tiap bola
dengan neraca torsi
3. Mencatat suhu zat cair
sebelum dan sesudah tiap percobaan
4. Mengukur rapat massa zat
cair sebelum dan sesudah tiap percobaan dengan menggunakan areometer
5. Menempatkan karet gelang
sehingga yang satu kira-kira 5 cm di bawah permukaan zat cair dan yang lain
kira-kira 5 cm di atas dasar tabung
6. Mengukur jarak jatuh d (
jarak kedua karet gelang )
7. Memasukan sendok saringan
sampai dasar tabung dan menunggu
beberapa saat sampai zat cair diam
8. Mengukur waktu jatuh T untuk
tiap-tiap bola beberapa kali
9. Mengubah letak karet gelang
sehingga didapatkan d yang lain
10.
Mengulangi
langkah no 6,7 dan 8
BAB IV
DATA PENGAMATAN
PERHITUNGAN
IV.1. Data Pengamatan
Nama
Percobaan : Koefisien Kekentalan Zat Cair
Tanggal
Percobaan : 24 Oktober 2013
Nama
Asisten : 1. Rissa Ratimanjari
2. Desi
Nama
Mahasiswa : 1. Novi Widanengsih Nrp : 0661 13 108
2. Fuji Pujawati Nrp : 0661 13 133
3. Hidayatul Baroroh Nrp : 0661 13 111
4. Fithriyah Nazhipah Nrp : 0661 13 105
5. Euis Fitriah Nrp : 0661 13 109
6. Fitri Atikah Suri Nrp : 0661 13 131
Keadaan
Ruangan
|
P
(cm)Hg
|
T (°C)
|
C (%)
|
Sebelum
Percobaan
|
75,5
|
27°C
|
67%
|
Sesudah
Percobaan
|
75,5
|
27°C
|
67%
|
ρfluida= 0,880 gr/cm3 suhu =30◦C
No.
|
Bola
|
m(gr)
|
d(cm)
|
r(cm)
|
Vb(cm3)
|
ρb(gr/cm3)
|
1
|
Kecil
|
0,3 gr
|
0,379
|
0,369
|
0,210
|
1,428
|
2
|
Sedang
|
0,5
|
0,812
|
0,406
|
0,280
|
1,785
|
3
|
Besar
|
0,7
|
1,028
|
0,514
|
0,568
|
1,232
|
·
Bola
kecil
No.
|
S(cm)
|
r
(cm)
|
v (cm/s)
|
η
|
1
|
|
03,64
|
2,747 cm/s
|
5,915
|
|
10
|
04,23
|
2,364 cm/s
|
6,873
|
2
|
20
|
08,01
|
2,496 cm/s
|
6,510
|
|
|
08,50
|
2,352 cm/s
|
6,908
|
X
|
-
|
-
|
-
|
5,074
|
·
Bola
Sedang
No.
|
S (cm)
|
r (cm)
|
v
(cm/s)
|
η
|
1
|
10
|
03,10
|
3,223 cm/s
|
10,079
|
|
|
02,92
|
3,424 cm/s
|
9,488
|
2
|
20
|
05,89
|
3,395 cm/s
|
9,569
|
|
|
05,58
|
3,584 cm/s
|
9,064
|
X
|
-
|
-
|
-
|
9,55
|
·
Bola
Besar
No.
|
S(cm)
|
t(s)
|
v (cm/s)
|
η
|
1
|
|
02,47
|
4,048 cm/s
|
5,003
|
|
10
|
02,38
|
4,201 cm/s
|
4,820
|
|
|
04,63
|
4,319 cm/s
|
4,689
|
2
|
20
|
04,68
|
4,273 cm/s
|
4,739
|
X
|
-
|
-
|
-
|
4,812
|
IV.2. Perhitungan
Bola kecil
1) 10
pertama η = 2.r2.g ( ρbenda - ρfluida)
9.v
= 2.(0,369)2. 980 (1,428 – 0,880)
9
. 2,747
= 266,875.0,548 =
146,247 = 5,915
gr/cm.s
24,723 24,723
Kedua
η = 2. (0,369)2. 980 (1,428
– 0,880)
9 . 2,364
= 266,875 . 0,548 = 146,247
= 6,873
gr/cm.s
21,276 21,276
2) 20 pertama
η = 2.
(0,369)2. 980 (1,785 –
0,880 )
9
. 2,496
=
146,247 = 6,510
gr/cm.s
22,464
Kedua η
= 2.
(0,369)2. 980 (1,785 –
0,880)
9. 2,352
= 146,247 =
146 . 247 = 6,908 gr/cm.s
9 . 2,352 21,168
Bola sedang
1)
10 pertama η
= 2 . (0,406)2 . 980 (1,785 – 0,880)
9
. 3,223
= 323,078 . 0,905
29,007
= 292,385
= 10,079 gr/cm.s
29,007
kedua η = 2 . (0,406)2 . 980 (1,785 – 0,880)
9. 3,424
= 323,078
. 0,905
30,816
=
292,385 = 9,488 gr/cm.s
30,816
2)
20 pertama η = 2 . (0,406)2 . 980 (1,785 – 0,880)
9. 3,395
= 292,385
= 9,569 gr/cm.s
30,555
kedua = 2. (0,406)2. 980 (1,785 – 0,880)
9. 3,584
= 292,385 = 9,064
gr/cm.s
32,256
Bola
Besar
1)
10 pertama η = 2. (0,514)2.
980 (1,232-0,880)
9. 4,048
= 182,274 = 5,003
gr/cm.s
36,432
Kedua η
= 2. (0,514)2. 980 (1,232-0,880)
9. 4,201
= 182,274 = 4,820
gr/cm.s
37,809
2) 20 pertama η = 2. (0,514)2. 980 (1,232-0,880)
9. 4,319
= 182,274
= 4,689 gr/cm.s
38,871
kedua η = 2. (0,514)2. 980 (1,232-0,880)
9. 4,319
= 182,274 = 4,739 gr/cm.s
38,457
BAB V
PEMBAHASAN
Viskositas diartikan sebagai
resistensi atau ketidakmauan suatu bahan untuk mengalir yang disebabkan karena
adanya gesekan atau perlawanan suatu bahan terhadap deformasi atau perubahan
bentuk apabila bahan tersebut dikenai gaya tertentu.
Viskositas
secara umum dapat juga diartikan sebagai suhu tendensi untuk melawan aliran
cairan karena internal friction untuk resistensi suatu bahan untuk
mengalami deformasi bila bahan tersebut dikenai suatu gaya. Semakin besar
resistensi zat cair untuk mengalir, maka semakin besar pula viskositasnya.
Viskositas pertama kali diselidiki oleh Newton, yaitu dengan mensimulasikan zat
cair dalam bentuk tumpukan kartu. Zat cair diasumsikan terdiri dari
lapisan-lapisan molekul yang sejajar satu sama lain. Lapisan terbawah tetap
diam, sedangkan lapisan atasnya bergerak, dengan cepatan konstan sehingga
setiap lapisan memiliki kecepatan gerak yang berbanding langsung dengan
jaraknya terhadap lapisan terbawah. Perbedaan kecepatan dv antara dua lapisan
yang dipisahkan dengan jarak sebesar dx adalah dv/dx atau kecepatan gesek. Gaya
per satuan luas yang diperlukan untuk mengalirkan zat cair tersebut F/A atau
tekanan geser.
Viskositas suatu bahan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu suhu, viskositas
berbanding terbalik dengan suhu. Jika suhu naik maka viskositas akan turun dan
begitu pula sebaliknya. Hal ini disebabkan karena adanya gerakan
partikel-partikel cairan yang semakin cepat apabila suhu ditingkatkan dan menurunkan
kekentalannya. Konsentrasi larutan, viskositas berbanding lurus dengan
konsentrasi larutan. Suatu larutan dengan konsentrasi tinggi akan memiliki
viskositas yang tinggi pula, karena konsentrasi larutan menyatakan banyaknya
partikel zat yang terlarut tiap satuan volume. Semakin banyak partikel yang
terlarut, gesekan antar partikel semakin tinggi dan viskositasnya semakin
tinggi pula. Berat molekul solute, viskositas berbanding lurus dengan berat
molukel solute, karena dengan adanya solute yang berat akan menghambat atau
memberi beban yang berat pada cairan sehingga menaikkan viskositasnya. Tekanan,
akan bertambah jika nilai dari viskositas itu bertambah. Semakin tinggi tekanan
maka semakin besar viskositas suatu zat cair.
Pada viscometer Ostwald yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah
tertentu cairn untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan
oleh berat cairan itu sendiri. Berdasarkan hokum Heagen Poiseuille : ŋ = cpr4t/(8VL)
P = pgh = πpr4pgh/(8VL). Dimana p =
tekanan hidrostatis, r = jari-jari kapiler, t= waktu alir zat cair sebanyak
volume V dengan beda tinggi h, L = panjang kapiler. Untuk air : ŋair = πpr4
ta. Pa.g.h / (8VL) secara umum berlaku ŋx = πpr4txpxgh
/ (8VL). Jika air digunakan sebagai pembanding maka ŋx/ ŋair = txpx/tapa
(Tim Kimia Fisik, 2010 )
Berdasarkan hokum stokes dengan mengamati jatuhnya benda melalui medium zat
cair yang mempunyai gaya gesek yang makin besar bila kecepatan benda jatuh
makin besar π = 2r.2d – dm.g.9.s.t (1+2, 4rR). Ketererangan cairan, g = gaya
gravitasi, s = jarak jatuh (a – ob), t = waktu bola jatuh, r = jari-jari tabung
viskosimeter (Anekcheiftein,2010)
Persamaan Navier-stokes (dinamakan dari daude Louis Navier dan Gorge Gabriel
Stokes), adalah serangkaian persamaan yang menjelaskan pergerakan dari suatu
fluida seperti cairan dan gas. Persamaan-persamaan ini menyatakan bahwa
perubahan dalam momentum (percepatan) partikel-partikel fluida yang bergantung
hanya kepada gaya viskos tekanan eksternal yang bekerja pada fluida. Kita dapat
mengembangkan persamaan gerakan untuk fluida, nyata dengan memperhatikan
gaya-gaya yang bekerja pada suatu elemen kecil fluida. Penurunan persamaan ini,
yang disebut persamaan Navier-stokes (Streeter, 1996).
Hukum Poiseville berlaku hanya pada aliran fluida laminar dengan viskositas
konstan yang tidak bergantung pada kecepatan fluida. Bila aliran fluida cukup
besar, aliran laminar rusak dan mengalami turbulensi. Kecepatan kritis yang
diatasnya dari tabung, jika fluida mengalir lewat sebuah pipa panjang
horizontal berpenampang konstan yang sempit tekanan sepanjang akan konstan.
Cara penentuan harga kekuatan dalam percobaan ini menggunakan metode Ostwald
yang mana prinsip kerjanya berdasarkan waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah
tertentu cairan untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan
oleh berat cairan itu sendiri. Alat yang digunakan untuk mengukur viskositas
disebut viscometer.
Piknometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis atau densitas
dari fluida. Piknometer terdiri dari 3 bagian, yaitu : tutup pikno, lubang, dan
gelas atau tabung ukur. Satuan yang digunakan, biasanya massa dalam satuan
gram, volume dalam satuan mL = cm3. Jadii satuan P adalah dalam g /
cm3.
Metode
pengukuran viskositas terdiri dari viknometer kapiler / Ostwald pada metode ini
viskositas ditetntukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan bagi cairan uji
untuk lewat antara dua tanda ketika ia mengalir karena gravitasi, melalui
satuan tabung kapiler vertical. Waktu alir dari cairan yang diuji, dibandingkan
dengan waktu yang dibutuhkan bagi suatu cairan yang viskositasnya sudah
diketahui, biasanya air, untuk lewat antara dua tanda tersebut. Jika ŋ1 dan ŋ2
maing-masing adalah viskositas dari cairan yg tidak diketahui dan cairan
standar, p1 dan p2 adalah kerapatan dari masing-masing cairan, t1
dan t2 masing-masing adalah waktu alir dalam detik. Viskosimeter Hoppler, pada
viskositas ini yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sebuah bola logam
untuk melewati cairan setinggi tertentu. Suatu benda karena adanya gravitasi
akan jatuh melalui medium yang berviskositas dengan kecepatan yang semakin
besar sampai mencapai kecepatan maksimum. Kecepatan maksimum akan tercapai bila
gravitasi sama dengan frictional resistance medium. Viscometer cup dan Bob,
prinsip kerjanya sampel digeser dalam ruangan antara dinding luar dari bob dan
dinding dalam dari cup dimana bob masuk persis ditengah-tengah. Kelemahan
viscometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang disebabkan geseran yang
tinggi disepanjangkeliling bagian tube sehingga menyebabkan penemuan
konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini menyebabkan bagian tengah zat yang
ditekan keluar memadat. Hal ini disebut aliran summbat. Viscometer corner dan plate,
cara pemakaiannya adalah sampel ditempatkan ditengah-tengah papan, kemudian
dinaikkan hingga posisi dibawah kerucut-kerucut digerakkan oleh motor dengan
bermacam kecepatan dan sampelnya digeser didalam ruang sempit antara papan yang
diam dan kemudian kerucut yang berputar
Pada
percobaan yang kami amati pada koefisien kekentalan zat cair, zat cair yang di
gunakan yaitu oli sebagai fluida dan bola berukuran keci, sedang besar sebagai
benda yang mengalami gaya gesekan yang
disebabkan oleh fluida. Dalam bola kecil memiliki massa (m) 0,3 gr, diameter (d) 0,739
cm, jari-jari (r) 0,369
cm,volume benda (Vb) 0,210cm3
Massa jenis
benda (ρb) 1,428 gr/cm3, pada
bola sedang massa (m) 0,5 gr,
diameter (d)0,812 cm,
jari –jari (r) 0,406 cm, volume benda (Vb)0,280 cm3, massa jenis
benda (ρb) 1,785 gr/cm3 bola
besar massa (m) 0,7 gr, diameter(d) 1,028 cm, jari-jari (r) 0,514 cm, volume
benda (Vb) 0,568 cm3, massa jenis benda (ρb) 1,232 gr/cm3,
Perhitungan
bola pada oli 1. Bola kecil pada jarak 10 cm : dalam percobaan pertama waktu (t) 03,64 s, kecepatan (v) 2,747 cm/s, eta (η)
5,915
pada percobaan kedua waktu
(t)
04,23 s, kecepatan (v)
2,364 cm/s, eta (η)
6,873. 2 bola kecil pada jarak 20 cm, dalam percobaan pertama waktu (t) 08,01 s, kecepatan
(v) 2,496 cm/s, eta (η)6,510. Pada
percobaan kedua waktu (t)
08,50 s, kecepatan (v) 2,352 cm/s, eta (η) 6,908.
Perhitungan
pada oli 2. Bola sedang pada jarak 10 cm
:dalam percobaan pertama
waktu
(t) 03,10 s, kecepatan (v)
3,223cm/s, eta (η) 10,079. Dalam percobaan kedua waktu (t) 02,92 s, kecepatan (v) 3,424cm/s, eta (η)
9,488. 2. Bola sedang pada jarak 20 cm, dalam percobaan pertama waktu (t) 05,89 s, kecepatan
(v) 3,395 cm/s, eta (η) 9,569, pada
percobaan kedua waktu (t)
05,58 s, kecepatan (v) 3,584 cm/s, eta (η) 9, 064,
perhitungan pada oli 3. Bola besar pada
jarak 10 cm dalam percobaan pertama . waktu (t) 02,47 s, kecepatan (v) 4,048 cm/s, eta (η) 5,003 pada
percobaan kedua jarak 20 cm . waktu
(t)
04,63 s, kecepatan (v) 4,319 cm/s, eta(η)
4,689. Pada percobaan kedua waktu
(t)
04,68 s, kecepatan (v) 4,273 cm/s, eta (η) 4,739.
BAB
VI
PENUTUP
VI.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat kita ambil
dari percobaan kali ini yaitu kekntalan zat cair (viskositas) mengakibatkan
terjadinya perubahan laju atau keceptan bola, benda yang dapat dari fluida
mendapat gaya gesekan yang di sebabkan oleh kekentalan fluida tersebut, semakin
besar nilai koefisien kekentalan zat cair maka semakin lambat pula benda yang
di masukan ke dalamnya. Luas penampang juga cukup terpengaruh terhadap zat cair.
Waktu yang di perlukan benda untuk mencapai titik tertentu pula tergantung dari
berat massa zat tersebut.
VI.2 Saran
Dalam melakukan praktikum di harapkan
praktikan dapat menguasai materi yang akan di praktikan sehingga data yang akan
di dapat bisa lebih akurat dalam melakuakan percobaan karena ke akuratan dalam
percobaan akan sangat menentukan nilai perhiutngan, nilai koefisien, nilia kekentalan
dan maupun nilai-nilai lainnya.
Daftar Pustaka
Foster,
Bob.2004. Fisika Untuk SMA kelas I
semester 2. Jakarta : Erlangga
Giancoli.1998.Fisika Jilid I Edisi Kelima. Jakarta :
Erlangga.
Kanginan,
Marthen. 2004. Fisika . Jakarta:Erlangga.
Berbuat baik bisa dimulai dari tindakan yang paling sederhana dulu. Spesifikasinya adalah mendoakan orang lain. Dalam suatu hadist yang telah ana kutip dari berbagai sumber yng dapat dipercaya menerangkan tentang keutamaan mendoakan orang lain.