Laporan Praktikum Densitas dan Porositas Batuan - 01111540000007 PDF

Preview

Summary

FISIKA LABORATORIUM 1 Densitas Dan Porositas Batuan Sulistiyawati Dewi K., Amalia Firdausi, Muthia Diah P. Jurusan Fisika, Fakultas Ilmu Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 e-mail: [email protected] Abstrak— Percobaan densitas dan porositas b...

Description

Accelerat ing t he world's research.

Laporan Praktikum Densitas dan Porositas Batuan - 01111540000007 Sulistiyawati Dewi Kiniasih

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

Analisa Densit as dan Porosit as Bat uan dan Serbuk Mut hia Diah UJI DENSITAS dan POROSITAS BAT UAN Puji Kumala Pert iwi Prakt ikum Fisika Bat uan Nizar Dwi Riyant iyo

FISIKA LABORATORIUM

1

Densitas Dan Porositas Batuan Sulistiyawati Dewi K., Amalia Firdausi, Muthia Diah P. Jurusan Fisika, Fakultas Ilmu Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

e-mail: [email protected] Abstrak— Percobaan densitas dan porositas batuan bertujuan untuk menganalisa struktur batuan berdasarkan densitas, menganalisa pengaruh gaya Archimedes terhadap berat batuan, mengetahui densitas dan porositas dari material batuan. Prinsip yang digunakan pada percobaan ini yaitu densitas dan porositas. Pada percobaan ini, alat dan bahan yang digunakan antara lain batuan (5 jenis yang berbeda), neraca pegas, neraca digital, gelas ukur, tali, statif, dan oven. Pada percobaan ini batu dikeringkan terlebih dahulu menggunakan oven lalu ditimbang massa dan berat keringnya. Kemudian batu diikat menggunakan tali pada statif dan dicelupkan kedalam air, lalu diukur berat dan massa basahnya. Dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa struktur pada suatu material akan mempengaruhi besar densitas dan porositas material tersebut. Berat batuan ketika basah akan lebih ringan daripada ketika kering karena dipengaruhi oleh gaya Archimedes atau gaya apung ke atas. Pada batu 1 nilai densitas dan porositasnya 5037,2784 kg/m3 dan 0,169647165%; batu 2 4082,974 kg/m3 dan 1,636944051 %; batu 3 1193,036923 kg/m3 dan 3,273094907%; batu 4 1337,610909 kg/m3 dan 2,177967231%; batu 5 4278,68kg/m3 dan 1,351351351%. Kata Kunci – Archimedes, batuan, densitas, dan porositas. I.

PENDAHULUAN

ada setiap jenis bahan yang berbeda, struktur penyusunnya pun juga akan berbeda. Struktur penyusun yang dimaksud merupakan bentuk rangkaian atom, molekul, partikel dan sifat fisis bahan yang terkandung didalam bahan tersebut. Hal ini tentunya akan menimbulkan berbegai variasi yang dapat menentukan karakteristik tiap bahan. Salah satu sifat fisis bahan yang cukup dominan adalah sifat densitas dan porositas bahan. Massa jenis atau densitas adalah suatu besaran kerapatan massa benda yang dinyatakan dalam berat benda per satuan volume benda tersebut. Semakin tinggi densitas suatu benda, maka semakin besar juga massa setiap volume. Sebuah benda yang memiliki densitas lebih tinggi, misalnya batu akan memiliki volume yang lebih rendah, misalnya air. Rumus untuk menentukan massa jenis adalah

P

Densitas Batuan adalah Kerapatan yang terdapat pada tiap pori batuan dan biasanya pori-pori ini tidak semuanya berbentuk bundar dan biasanya diiisi oleh jenis-jenis mineral. Densitas batuan pada umumnya memiliki tingkat kepadatan antara 2,63 gr/cm3 [1].

Gambar 1. Porositas pada suatu material

Porositas adalah ukuran dari ruang kosong di antara material, dan merupakan fraksi dari volume ruang kosong terhadap total volume, yang bernilai antara 0 dan 1, atau sebagai persentase antara 0-100%. Porositas merupakan perbandingan antara volume ruang yang terdapat dalam batuan yang berupa pori-pori terhadap volume batuan secara keseluruhan, biasanya dinyatakan dalam fraksi. Besar-kecilnya porositas suatu batuan akan menetukan kapasitas penyimpanan fluida reservoir. Secara matematis porositas dapat dinyatakan sebagai :

dimana : Vb = volume batuan total (bulk volume) Vs = volume padatan batuan total (volume grain) Vp = volume ruang pori-pori batuan [2] Besar-kecilnya porositas dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu : ukuran butir (semakin baik distribusinya, semakin baik porositasnya), susunan butir (susunan butir berbentuk kubus mempunyai porositas lebih baik dibandingkan bentuk rhombohedral), kompaksi, dan sementasi. Faktor yang mempengaruhi porositas antara lain : 1. Ukiran butir atau grain size Semakin kecil ukuran butir maka rongga yang terbentuk akan semakin kecil pula dan sebaliknya jika ukuran butir besar maka rongga yang terbentuk juga semakin besar. 2. Bentuk butir atau sphericity Batuan dengan bentuk butir jelek akan memiliki porositas yang besar, sedangkan kalau bentuk butir baik maka akan memiliki porositas yang kecil. 3. Susunan butir Apabila ukuran butirnya sama maka susunan butir sama dengan bentuk kubus dan mempunyai porositas yang lebih besar dibandingkan dengan bentuk rhombohedral. 4. Pemilahan Apabila butiran baik maka ada keseragaman sehingga porositasnya akan baik pula. Pemilahan yang jelek menyebabkan butiran yang berukuran kecil akan menempati

FISIKA LABORATORIUM

2

Start

Alat dan bahan disiapkan Batu dipanaskan 100o C selama 10 menit Batu ditimbang massa keringnya Batu diikat dengan tali, ditimbang berat keringnya Gambar 2. Skema alat percobaan

rongga diantara butiran yang lebih besar akibatnya porositasnya rendah. 5. Komposisi mineral Apabila penyusun batuan terdiri dari mineral-mineral yang mudah larut seperti golongan karbonat maka porositasnya akan baik karena rongga-rongga akibat proses pelarutan dari batuan tersebut. 6. Sementasi Material semen pada dasarnya akan mengurangi harga porositas. Material yang dapat berwujud semen adalah silika, oksida besi dan mineral lempung. 7. Kompaksi Adanya kompaksi dan pemampatan akan mengurangi harga porositas. Apabila batuan terkubur semakin dalam maka porositasnya akan semakin kecil yang diakibatkan karena adanya penambahan beban [3]. Hukum Archimedes mengatakan bahwa ―Jika suatu benda dicelupkan ke dalam sesuatu zat cair, maka benda itu akan mendapat tekanan keatas yang sama besarnya dengan beratnya zat cair yang terdesak oleh benda tersebut‖. Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam air, ternyata beratnya seolah-olah berkurang. Peristiwa ini tentu bukan berarti ada massa benda yang hilang, namun disebabkan oleh suatu gaya yang mendorong benda yang arahnya berlawanan dengan arah berat benda. Seorang ahli Fisika yang bernama Archimedes mempelajari hal ini dengan cara memasukkan dirinya pada bak mandi. Ternyata, ia memperoleh hasil, yakni beratnya menjadi lebih ringan ketika di dalam air. Gaya ini disebut gaya apung atau gaya ke atas (Fa). gaya apung sama dengan berat benda di udara dikurangi dengan berat benda di dalam air. Persamaan Hukum Archimedes : Fa = Wu–Wa Fa = gaya apung atau gaya ke atas (N), Wu = gaya berat benda di udara (N), Wa= gaya berat benda di dalam air (N) Besarnya gaya apung ini bergantung pada banyaknya air yang didesak oleh benda tersebut. Semakin besar air yang didesak maka semakin besar pula gaya apungnya [4].

Batu dicelupkan kedalam gelas ukur yang berisi air dan ditimbang berat basahnya Diukur massa basahnya menggunakan neraca digital

Data Percobaan Belum Variasi batuan Sudah Finish Gambar 3. Flowchart Percobaan

II.

METODOLOGI

Pada percobaan ini, alat dan bahan yang digunakan antara lain batuan (5 jenis yang berbeda), neraca pegas, neraca digital, gelas ukur, tali, statif, dan oven. Batuan berfungsi sebagai sampel yang akan diuji densitas dan konduktivitasnya. Neraca pegas untuk mengukur berat kering dan berat basah batuan. Neraca digital untuk mengukur massa massa kering dan massa basah batuan. Gelas ukur sebagai tempat fluida. Tali untuk mengikat batu pada statif. Statif sebagai tempat meletakkan neraca pegas. Oven untuk mengeringkan batuan. Skema alat pada percobaan ini dapat dilihat pada gambar 2. Langkah kerja yang dilakukan pada percobaan ini yaitu alat dan bahan yang akan digunakan pada percobaan disiapkan. Lalu, batuan dipanaskan menggunakan oven suhu 100ºC selama ±10 menit. Batu ditimbang massa keringnya dengan neraca digital. Batu yang sudah ditimbang, diikat dengan tali dan diukur menggunakan neraca pegas untuk mendapatkan berat keringnya. Batu diukur kembali menggunakan neraca pegas dengan cara dicelupkan seluruhnya ke dalam gelas ukur yang sudah terisi air. Ditunggu hingga batu tidak mengeluarkan gelembung udara,

FISIKA LABORATORIUM

3

kemudian dibaca nilai berat basah batu yang tercelup pada neraca pegas. Kemudian catat nilainya. Batu yang sudah basah, diukur massa basahnya menggunakan neraca digital. Dilakukan dengan variasi massa yang berbeda. Kemudian data yang didapat, yaitu berat kering, berat basah, massa kering, dan massa basah digunakan untuk menghitung densitas dan porositas masing—masing batuan. Adapun flowchart pada percobaan ini dapat digambarkan pada gambar 3. Untuk menghitung nilai densitas dan porositas digunakan rumus berikut:

III.

Analisa Data Setelah dilakukan percobaan diperoleh data sebagai berikut: Tabel 1. Data Percobaan Densitas dan Porositas Batuan

Batuan 1

mk(kg)

mb(kg)

Wk(N)

Wb(N)

0,0514008

0,051488

0,5

0,4

2

0,041663

0,042345

0,4

0,3

3

0,015826

0,016344

0,2

0,07

4

0,015014

0,015341

0,2

0,09

5

0,017464

0,0177

0,1

0,06

b. Hasil perhitungan Dari data hasil percobaan, dapat dihitung nilai densitas dan porositas pada batuan seperti contoh berikut: Data yang diambil adalah batuan ke 4. Diketahui : ρair = 1000 kg/m3 mk = 0,015014 kg mb = 0,015341 kg g = 9,8 m/s Wk = 0,2 N Wb = 0,09 N : a. ρ batuan? b. % porositas?

Jawab

:

= = 1337,610909 kg/m3

=

x 100%

Dengan menggunakan perhitungan seperti diatas, maka didapatkan nilai densitas dan porositas yang ditampilkan pada tabel 2 berikut ini: Tabel 2. Data Hasil Perhitungan Densitas dan Porositas

1

Densitas(kg/m3) 5037,2784

Porositas(%) 0,169647165

2

4082,974

1,636944051

3

1193,036923

3,273094907

4

1337,610909

2,177967231

5

4278,68

1,351351351

Batu

c.

HASIL DAN PEMBAHASAN

a.

Ditanya

= 2,177967231 %

Pembahasan Percobaan densitas dan porositas batuan bertujuan untuk menganalisa struktur batuan berdasarkan densitas, menganalisa pengaruh gaya Archimedes terhadap berat batuan, mengetahui densitas dan porositas dari material batuan. Prinsip yang digunakan pada percobaan ini yaitu densitas dan porositas. Pada percobaan ini, alat dan bahan yang digunakan antara lain batuan (5 jenis yang berbeda), neraca pegas, neraca digital, gelas ukur, tali, statif, dan oven. Pada percobaan ini batu dikeringkan terlebih dahulu menggunakan oven lalu ditimbang massa dan berat keringnya. Kemudian batu diikat menggunakan tali pada statif dan dicelupkan kedalam air, lalu diukur berat dan massa basahnya. Densitas batuan adalah kerapatan yang terdapat pada setiap batuan atau perbandingan antara massa dan volume. Sedangkan porositas adalah ruang kosong diantara material yang berbentuk pori. Oleh karena itu, besar densitas dan porositas selalu berbanding terbalik. Semakin besar densitas pada suatu material, maka semakin besar kerapatan pada material tersebut. Karena semakin rapat maka ruang kosong material tersebut menjadi kecil, yang menyebabkan nilai porositasnya kecil. Pada percobaan ini, massa kering dan massa basah pada setiap batuan akan didapatkan lebih besar massa basah. Hal ini terjadi karena ketika batu tersebut dicelupkan pada suatu fluida, maka batu tersebut akan menyerap fluida tersebut. Hal ini berhubungan dengan porositas. Porositas dapat disebut sebagai kemampuan suatu batuan untuk menyimpan fluida. Jadi semakin tinggi nilai porositas, maka semakin banyak fluida yang dapat diserap oleh batu tersebut. Pada percobaan ini berat batu ketika kering dan berat batu ketika basah, lebih ringan yang ketika kering. Hal ini terjadi karena, ketika batu tersebut dicelupkan kedalam fluida, maka akan terdapat gaya apung atau gaya keatas, sesuai dengan hukum Archimedes yang berbunyi ―Jika suatu benda dicelupkan ke dalam sesuatu zat cair, maka benda itu akan mendapat tekanan keatas yang sama besarnya dengan beratnya zat cair yang terdesak oleh benda tersebut‖. Karena gaya apung inilah yang menyebabkan berat batuan ketika dicelupkan kedalam fluida akan menjadi lebih ringan daripada berat batuan ketika tidak dicelupkan.

FISIKA LABORATORIUM

Porositas dipengaruhi oleh beberapa faktor, salah satunya yaitu struktur material. Dengan volume yang sama antara batu dan gabus menyebabkan massa batu lebih besar daripada massa gabus. Karena volume sama, tetapi massa batu lebih besar, maka densitas pada batu lebih besar daripada densitas pada gabus. Tetapi porositas pada gabus justru lebih kecil daripada batu. Hal ini bukan berarti teorinya salah, melainkan karena strukturnya berbeda. Struktur pada batu memiliki kemampuan menyerap fluida lebih tinggi daripada gabus. Oleh karena itu ketika dicelupkan kedalam fluida, gabus akan terapung. Dari percobaan ini didapatkan pada batu 1 nilai densitas dan porositasnya 5037,2784 kg/m3 dan 0,169647165%; batu 2 4082,974 kg/m3 dan 1,636944051%; batu 3 1193,036923 kg/m3 dan 3,273094907%; batu 4 1337,610909 kg/m3 dan 2,177967231%; batu 5 4278,68kg/m3 dan 1,351351351%. IV. KESIMPULAN Dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa struktur pada suatu material akan mempengaruhi besar densitas dan porositas material tersebut. Berat batuan ketika basah akan lebih ringan daripada ketika kering karena dipengaruhi oleh gaya Archimedes atau gaya apung ke atas. Pada batu 1 nilai densitas dan porositasnya 5037,2784 kg/m3 dan 0,169647165%; batu 2 4082,974 kg/m3 dan 1,636944051%; batu 3 1193,036923 kg/m3 dan 3,273094907%; batu 4 1337,610909 kg/m3 dan 2,177967231%; batu 5 4278,68kg/m3 dan 1,351351351%. DAFTAR PUSTAKA Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar besarnya kepada Tuhan yang Maha Esa yang telah melancarkan pembuatan laporan ini. Tak lupa juga ucapan terima kasih kepada Amalia Firdausi dan Muthia Diah selaku asisten praktikum ini dan teman-teman, yang telah membantu proses penyelesaian laporan ini.

DAFTAR PUSTAKA [1] Sohnel, O . 1985.; Novotny, P. Densities of Aqueous Solutions of Inorganic Substances. Elsevier: New York, NY. [2] Sarojo, Abi Ganijanti.2002.Mekanika.Jakarta: Salemba Teknika [3] Serway,Raymond A. dan Jewett. 2010. ―Physics for Scientist and Engineers with Modern Physics. USA‖: Brooks/Cole [4] Abdillah,Mikrajuddin. 2006. ―Diktat Kuliah Fisika Dasar 2‖.Bandung:ITB

4...