Laporan Fisika Koefisien Kekentalan Zat Cair
-
Upload
mega-mentari -
Category
Documents
-
view
610 -
download
86
description
Transcript of Laporan Fisika Koefisien Kekentalan Zat Cair
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
KOEFFISIEN KEKENTALAN ZAT CAIR
Disusun oleh :
Eka Pajar Dwiantho 15010035
Febby Cahya Andinie 15010044
Iin Siti Fatimah 15010052
Nandani Dwi Octavia 15013156
Siti Julia Nuranggraini 15010118
Widiyana 15010134
PROGRAM STUDI S1 FARMASI
SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI DAN INDUSTRI FARMASI
DESEMBER 2015
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas rahmat-
Nya kami dapat menyelesaikan penyusunan laporan praktikum “Koefisien
Kekentalan Zat Cair”. Penulisan laporan ini adalah salah satu tugas mata kuliah
Praktikum Fisika Dasar.
Dalam penulisan laporan praktikum ini kami merasa masih banyak
kekurangan, baik pada teknis penulisan maupun materi. Untuk itu kritik dan saran
dari semua pihak sangat kami harapkan demi penyempurnaan pembuatan laporan
ini. Dalam penulisan laporan ini kami menyampaikan ucapan terima kasih kepada
pihak yang membantu dalam menyelesaikan laporan ini, khususnya kepada Bapak
Rakhmad Rhamdani Alwie, S.Si. yang telah memberikan pengarahan dan
dorongan dalam pembuatan laporan ini. Semoga laporan ini dapat bermanfaat dan
menjadi sumber literatur bagi pembaca.
Bogor, 12 Desember 2015
Penulis
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ........................................................................................i
DAFTAR ISI .......................................................................................................ii
BAB I PENDAHULUAN ...............................................................................1
1.1 Tujuan Praktikum ..............................................................................1
1.2 Dasar Teori .......................................................................................1
BAB II ALAT DAN BAHAN .........................................................................5
2.1 Alat... .................................................................................................5
2.2 Bahan ................................................................................................5
BAB III METODE KERJA .............................................................................6
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..........................................................7
4.1 Hasil. .................................................................................................7
4.2 Pembahasan .......................................................................................11
BAB V KESIMPULAN ....................................................................................12
DAFTAR RUJUKAN .........................................................................................13
LAMPIRAN ........................................................................................................14
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Tujuan Praktikum
1. Memahami bahwa benda yang bergerak di dalam fluida zat cair akan
mendapatkan gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida tersebut.
2. Mempelajari dan menentukan koefisien kekentalan zat cair.
1.2 Dasar Teori
Viskositas fluida (zat cair) adalah gesekan yang ditimbulkan oleh fluida yang
bergerak atau benda padat yang bergerak di dalam fluida. Besaran gesekan ini
biasanya juga disebut derajat kekentalan zat cair. Jadi semakin besar viskositas zat
air, maka semakin susah benda padat bergerak di dalam zat cair tersebut. Suatu
jenis cairan yang mudah mengalir, dapat dikatakan memiliki viskositas yang
rendah, dan sebaliknya bahanbahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki
viskositas yang tinggi. Viskositas suatu fluida adalah sifat yang menunjukkan
besar dan kecilnya tahanan dalam fluida terhadap gesekan (Rakhmalinda, 2014).
Aliran cairan dapat dikelompokkan ke dalam dua tipe. Yang pertama adalah
aliran ‘laminar’ atau aliran kental, yang secara umum menggambarkan laju aliran
kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah kecil. Aliran yang lain adalah aliran
‘turbulen’ yang menggambarkan laju aliran yang besar melalui pipa dengan
diameter yang lebih besar (Dogra, 2009).
Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous (Soedojo, 1986). 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 (Sears, 1982).
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
2
gaya gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida.
Khusus untuk benda berbentuk bola, gaya gesekan fluida secara empiris
dirumuskan sebagai Persamaan (1) (Sears, 1984).
Fs= 6 𝜋𝜂𝑟𝑣 (1)
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 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.
3
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 = 𝜌𝑟. 𝑉𝑏. 𝑔 (4)
Rapat massa bola ρb dan rapat massa fluida ρf dapat diukur dengan
menggunakan Persamaan (5) dan (6).
𝜌𝑏 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑜𝑙𝑎
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑏𝑜𝑙𝑎 (5)
𝜌𝑓 = (𝑚𝑔𝑢+ 𝑚𝑓)−𝑚𝑔𝑢
𝑉𝑓 (6)
dengan mgu menyatakan massa gelas ukur, mf massa fluida, Vf volume
fluida. Dengan mensubstitusikan Persamaan (3) dan (4) ke dalam Persamaan (2)
maka diperoleh Persamaan (7).
FS = Vbg (𝜌𝑏 − 𝜌𝑟) (7)
Dengan mensubstitusikan Persamaan (1) ke dalam Persamaan (7) diperoleh
Persamaan (8).
VT = 2 𝑟2𝑔 (𝜌𝑏−𝜌𝐹)
9𝜂 (8)
Jarak d yang ditempuh bola setelah bergerak dengan kecepatan terminal
dalam waktu tempuhnya t maka Persamaan (8) menjadi Persamaan (9).
𝑑
𝑡=
2 𝑟2𝑔 (𝜌𝑏−𝜌𝑓)
9𝜂
1
𝑡=
2 𝑟2𝑔 (𝜌𝑏 − 𝜌𝑓)
9𝑑𝜂
𝑡 = 9𝑑𝜂
2 𝑟2𝑔 (𝜌𝑏 − 𝜌𝑓)
Atau t = k d (9)
Dengan nilai k = 9𝑑𝜂
2 𝑟2𝑔 (𝜌𝑏−𝜌𝑓) (10)
4
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).
𝜂 = 𝑘 2 𝑟2𝑔 (𝜌𝑏−𝜌𝑓)
9 (11)
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. Beberapa nilai viskositas bahan ditunjukkan pada
Tabel 1.
Tabel 1. Viskositas Zat Cair
Bahan Suhu T (0C)
Viskositas 𝜂
(poise)
Air
(Sears, 1982)
20 1,005x10-2
Oli Mesin
(Tripler, 1998)
30 2
5
BAB II
ALAT DAN BAHAN
2.1 Alat
1. Fluida oli
2. Tabung tempat zat cair beserta saringan pengambilan bola dari dasar tabung
3. Stopwatch
4. Jangka sorong
5. Mistar
6. Micrometer sekrup
7. Timbangan analitik
2.2 Bahan
1. Bola kaca
2. Bola besi
6
BAB III
METODE KERJA
3.1 Metode Kerja Koefisien Kekentalan Zat Cair
1. Ditimbang gelas ukur kosong, kemudian ditimbang gelas ukur setelah berisi
zat cair / oli
2. Dicatat volume zat cair untuk menghitung massa jenis zat cair 𝜌oli
3. Diukur diameter bola dengan micrometer skrup kemudian ditimbang massa
bola dengan neraca teknis untuk menghitung massa jenis zat cair 𝜌oli
4. Dibuat tanda sebanyak dua garis pada tabung sejauh 5 cm, 15 cm, 20 cm dan
25 cm
5. Dimasukkan sendok saringan ke dalam tabung dan tunggu sampai zat cair
diam untuk mengambil bola dari dasar tabung
6. Dijatuhkan bola ke dalam zat cair dan catat waktu saat bola melalui jarak
diatas.
7. Dilakukan pengamatan sebanyak 3 kali untuk memperoleh ketelitian yang
baik
7
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil
4.1.1 Bola Kaca
Tabel 4.1 Data Pengamatan Massa Jenis Bola Kaca
Percobaan Diameter
(d)
Jari-jari
(r)
Massa
(m)
Volume
(V)
Massa Jenis
(𝜌)
1 0,327 cm 0,1635 cm 0,18 g 0,0183 cm3 9,8360
𝑔𝑐𝑚3⁄
2 0,321 cm 0,1605 cm 0,18 g 0,0173 cm3 10,4046
𝑔𝑐𝑚3⁄
x 0,324 cm 0,1620 cm 0,18 g 0.0178 cm3 10,1203
𝑔𝑐𝑚3⁄
1. Perhitungan Volume
a. V bola ke-1 = 4
3 𝑥 𝜋 𝑥 𝑟3
= 4
3 𝑥 3,14 𝑥 0,16353
= 0,0183 cm3
b. V bola ke-2 = 4
3 𝑥 𝜋 𝑥 𝑟3
= 4
3 𝑥 3,14 𝑥 0,00413
= 0,0173 cm3
2. Perhitungan Massa Jenis
a. 𝜌 bola ke-1 = 𝑚
𝑣
= 0,18 𝑔
0,0183 𝑐𝑚3
= 9,8360 𝑔
𝑐𝑚3⁄
b. 𝜌 bola ke-2 = 𝑚
𝑣
= 0,18 𝑔
0,0173 𝑐𝑚3
= 10,4046 𝑔
𝑐𝑚3⁄
8
Tabel 4.2 Data Pengamatan Koefisien Kekentalan
Percobaan Jarak
(s)
Waktu
(t)
Kecepatan
(V)
Kekentalan
(𝜂)
1 15 cm 1,49 detik 10,0671 𝑐𝑚𝑠⁄ 5,2459 dyne det cm
-2
2 20 cm 1,99 detik 10,0503𝑐𝑚𝑠⁄ 5,2547 dyne det cm
-2
3 25 cm 2,63 detik 9,5057𝑐𝑚𝑠⁄ 5,5558 dyne det cm
-2
3. Perhitungan Kecepatan
a. V bola ke-1 = 𝑠
𝑡
= 15 𝑐𝑚
1,49 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
= 10,0671 𝑐𝑚𝑠⁄
b. V bola ke-2 = 𝑠
𝑡
= 20 𝑐𝑚
1,99 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
= 10,0671 𝑐𝑚𝑠⁄
c. V bola ke-3 = 𝑠
𝑡
= 15 𝑐𝑚
2,63 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
= 9,5057𝑐𝑚𝑠⁄
4. Perhitungan Kekentalan
a. 𝜂 bola ke-1 = 2 𝑥 𝑟2𝑥 𝑔
9 𝑥 𝑉 𝑥 (𝜌𝑏𝑜𝑙𝑎 − 𝜌𝑜𝑙𝑖)
= 2 𝑥 0,1622𝑥 980
9 𝑥 10,0671 𝑥 (10,1203 − 0,88)
= 0,5677 x 9,2403
= 5,2459 dyne det cm-2
b. 𝜂 bola ke-2 = 2 𝑥 𝑟2𝑥 𝑔
9 𝑥 𝑉 𝑥 (𝜌𝑏𝑜𝑙𝑎 − 𝜌𝑜𝑙𝑖)
= 2 𝑥 0,1622𝑥 980
9 𝑥 10,0503 𝑥 (10,1203 − 0,88)
= 0,5688 x 9,2403
= 5,2547 dyne det cm-2
c. 𝜂 bola ke-3 = 2 𝑥 𝑟2𝑥 𝑔
9 𝑥 𝑉 𝑥 (𝜌𝑏𝑜𝑙𝑎 − 𝜌𝑜𝑙𝑖)
= 2 𝑥 0,1622𝑥 980
9 𝑥 9,5057 𝑥 (10,1203 − 0,88)
= 0,60126 x 9,2403
= 5,5558 dyne det cm-2
9
4.1.2 Bola Besi
Tabel 4.3 Data Pengamatan Massa Jenis Bola Besi
Percobaan Diameter
(d)
Jari-jari
(r)
Massa
(m)
Volume
(V)
Massa Jenis
(𝜌)
1 0,153 cm 0,0765 cm 0,13 g 0,0019 cm3 68,4211
𝑔𝑐𝑚3⁄
2 0,153 cm 0,0765 cm 0,13 g 0,0019 cm3 68,4211
𝑔𝑐𝑚3⁄
x 0,153 cm 0,0765 cm 0,13 g 0,0019 cm3 68,4211
𝑔𝑐𝑚3⁄
1. Perhitungan Volume
a. V bola ke-1 = 4
3 𝑥 𝜋 𝑥 𝑟3
= 4
3 𝑥 3,14 𝑥 0,07653
= 0,0019 cm3
b. V bola ke-2 = 4
3 𝑥 𝜋 𝑥 𝑟3
= 4
3 𝑥 3,14 𝑥 0,07653
= 0,0019 cm3
2. Perhitungan Massa Jenis
a. 𝜌 bola ke-1 = 𝑚
𝑣
= 0,13 𝑔
0,0019 𝑐𝑚3
= 68,4211 𝑔
𝑐𝑚3⁄
b. 𝜌 bola ke-2 = 𝑚
𝑣
= 0,13 𝑔
0,0019 𝑐𝑚3
= 68,4211 𝑔
𝑐𝑚3⁄
10
Tabel 4.2 Data Pengamatan Koefisien Kekentalan
Percobaan Jarak
(s)
Waktu
(t)
Kecepatan
(V)
Kekentalan
(𝜂)
1 15 cm 0,68 detik 22,0588 𝑐𝑚𝑠⁄ 3,8515 dyne det cm
-2
2 20 cm 0,87 detik 22,9885 𝑐𝑚𝑠⁄ 3,6957 dyne det cm
-2
3 25 cm 1,15 detik 21,7391 𝑐𝑚𝑠⁄ 3,9081 dyne det cm
-2
3. Perhitungan Kecepatan
a. V bola ke-1 = 𝑠
𝑡
= 15 𝑐𝑚
0,68 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
= 22,0588 𝑐𝑚𝑠⁄
b. V bola ke-2 = 𝑠
𝑡
= 20 𝑐𝑚
0,87 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
= 22,9885 𝑐𝑚𝑠⁄
c. V bola ke-1 = 𝑠
𝑡
= 25 𝑐𝑚
1,15 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
= 21,7391 𝑐𝑚𝑠⁄
4. Perhitungan Kekentalan
a. 𝜂 bola ke-1 = 2 𝑥 𝑟2𝑥 𝑔
9 𝑥 𝑉 𝑥 (𝜌𝑏𝑜𝑙𝑎 − 𝜌𝑜𝑙𝑖)
= 2 𝑥 0,0765 2𝑥 980
9 𝑥 22,0588 𝑥 (68,4211 − 0,88)
= 3,8515 dyne det cm-2
b. 𝜂 bola ke-2 = 2 𝑥 𝑟2𝑥 𝑔
9 𝑥 𝑉 𝑥 (𝜌𝑏𝑜𝑙𝑎 − 𝜌𝑜𝑙𝑖)
= 2 𝑥 0,0765 2𝑥 980
9 𝑥 22,9885 𝑥 (68,4211 − 0,88)
= 3,6957 dyne det cm-2
c. 𝜂 bola ke-3 = 2 𝑥 𝑟2𝑥 𝑔
9 𝑥 𝑉 𝑥 (𝜌𝑏𝑜𝑙𝑎 − 𝜌𝑜𝑙𝑖)
= 2 𝑥 0,0765 2𝑥 980
9 𝑥 21,7391 𝑥 (68,4211 − 0,88)
= 3,9081 dyne det cm-2
11
4.2 Pembahasan
Viskositas fluida (zat cair) adalah gesekan yang ditimbulkan oleh fluida yang
bergerak atau benda padat yang bergerak di dalam fluida. Besaran gesekan ini
biasanya juga disebut koefisien kekentalan zat cair. Dengan melakukan kegiatan
sesuai dengan langkah kerja pada jalannya praktikum, maka didapatkan hasil
massa jenis oli sebesar 0,88 𝑔
𝑐𝑚3⁄ .
Pada kelereng kaca didapatkan massa jenis sebesar 9,8360 𝑔
𝑐𝑚3⁄ dan
10,4046 𝑔
𝑐𝑚3⁄ dengan rata-rata 10,1203 𝑔
𝑐𝑚3⁄ . Didapatkan nilai koefisien
kekentalan zat cair sebesar 5,2459 poise, 5,2547 poise dan 5,5558 poise. Hasil ini
tidak sesuai literature yang menunjukkan bahwa rentang nilai koefisien kekentalan
zat cair pada oli sebesar 2-4 poise. Hal ini dipengaruhi karena alat sederhana yang
digunakan pada praktikum ini menyebabkan nilai koefisien kekentalan zat cair
yang akan dicari kurang teliti, selain itu waktu yang dihitung selama bola kaca
jatuh akan tidak tepat. Oleh karena itu diperlukan pencatatan waktu otomatis yang
akan mencatat waktu yang diperlukan bola kaca untuk jatuh. Hal ini juga
dipengaruhi karena molekul oli bergerak. Molekul oli bergerak menyebabkan
terjadinya turbulensi atau gelembung udara yang ditimbulkan saat pengambilan
penyaring untuk mengambil bola, sehingga bola tidak hanya bergesekan dengan
molekul oli tapi dengan molekul udara.
Pada bola besi diperoleh masa jenis sebesar 68,421 𝑔
𝑐𝑚3⁄ dan
68,421𝑔
𝑐𝑚3⁄ dengan rata-rata 68,421 𝑔
𝑐𝑚3⁄ . Didapatkan nilai koefisien
kekentalan zat cair sebesar 3,8515 poise, 3,6957 poise dan 3,9081 poise. Hasil ini
sesuai dengan literature yang menunjukkan bahwa rentang nilai koefisien
kekentalan zat cair pada oli sebesar 2-4 poise. Semakin tinggi viskositas, semakin
sulit suatu jenis cairan mengalir, semakin rendah viskositas, semakin mudah suatu
jenis cairan mengalir.
12
BAB V
KESIMPULAN
Kesimpulan dalam praktikum ini yaitu :
1. Perbedaan jarak lintasan tidak mempengaruhi koefisien kekentalan zat cair,
jadi berapapun jarak lintasannya koefisien kekentalan zat cair sama
2. Pengambilan penyaringan saat pengambilan bola menyebabkan adanya
turbulensi atau gelembung udara yang menyebabkan bola tidak hanya
bergesekan dengan molekul zat cair tapi bergesekan dengan molekul udara.
13
DAFTAR PUSTAKA
Dogra, S.K dan S. Dogra. 2009. Kimia Fisik. Jakarta : Universitas Indonesia
Press.
Rakhmalinda, Fika dan Naryanto. 2014. Viskositas Cairan. Jakarta: Universitas
Islam Negeri Syarif Hidayatullah
Sears, F. W..1984. Mekanika Panas Dan Bunyi. Jakarta: Penerbit Bina Cipta.
Sears & Zemansky, 1982, Fisika Universitas, Penerbit Bina Cipta,
Bandung.
Soedojo, P.. 1986. Asas-Asas Ilmu Fisika. Yogyakarta: Gajah Mada University
Press.
Tipler. 1998. Fisika Untuk Sains Dan Teknik. Jakarta: Erlangga.
14
LAMPIRAN
Lampiran 1 Alat dan Bahan Praktikum