Laporan Praktikum Fisika Dasar I Acara III Viskositas Zat Cair PDF

Preview

Summary

ACARA III VISKOSITAS ZAT CAIR A. PELAKSANAAN PRAKTIKUM 1. Tujuan Praktikum Menentukan koefisien Viskositas (kekentalan) zat cair berdasarkan hukum Stokes 2. WaktuPraktikum Senin, 18 Mei 2015 3. Tempat Praktikum Laboratorium Fisika Dasar Lantai II, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Unive...

Description

ACARA III VISKOSITAS ZAT CAIR A. PELAKSANAAN PRAKTIKUM 1. Tujuan Praktikum Menentukan koefisien Viskositas (kekentalan) zat cair berdasarkan hukum Stokes 2. WaktuPraktikum Senin, 18 Mei 2015 3. Tempat Praktikum Laboratorium Fisika Dasar Lantai II, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Mataram. B. ALAT DAN BAHAN PRAKTIKUM 1. Alat-alat Praktikum a. Gelas ukur 2000 ml berisi zat cair b. Jangka sorong c. Penggaris d. Pipet tetes e. Stopwatch f. Penjepit bola plastik g. Neraca ohauss h. Gelas ukur 5 ml i. Saringan 2. Bahan-bahan Praktikum a. Bola plastik b. Zat cair minyak

C. LANDASAN TEORI Viskositas (kekentalan) dari suatu zat cair adalah suatu ukuran besarnya tegangan geser (shear stress) yang di perlukan untuk menghasilkan suatu satuan kepesatan geser (shear rate). Viskositas berkaitan dengan keadaan suatu fase Viskos, yakni vase diantara

padat dan cair yang terjadi sewaktu zat padat pada (Bahan zat padat) menjadi lembek sebelum menjadi zat cair sewaktu dipanaskan. Tidak semua bahan zat padat mengalami vase viskos sebelum menjadi cair. Viskositas tak lain adalah membicarakan masalah gesekan anatara bagian-bagian atau lapisan-lapisan cairan atau fluida pada umumnya yang bergerak satu terhadap yang lain. Tentu gesekan atau hambatan ditimbulkan oleh gaya tarik menarik antara molekul lainnya (Soedjono, 1999 : 45). Suatu fluida yang bergerak akan mengalami gesekan internal yang biasa disebut sebagai viskositas. Hal ini terjadi baik dalam gas maupun cairan yang terjadi karena lapisan fluida saat untuk menjaga aliran fluida konstan. Laju fluida bergantung pada viskositas fluida, perbedaan tekanan dan dimensi dari tabung. Untuk aliran zat cair dalam pipa kapiler berlaku rumus poiseulle, yaitu: ? ? ? ∆? ? = ? ƞ?

Dengan Q volume cairan yang mengalir per detik, ∆P beda tekanan antara ujung-ujung pipa, ƞ viskositas zat cair, r jari-jari dalam penampang pipa, e panjang pipa, agar rumus poiseullu berlaku, letak pipa haruz horizontal. Persamaan dapat disederhanakan menjadi (Hikam, 1996 : 14-15). ƞ =

? ? ? ?? ???

Dari eksperimen, orang mendapatkan bahwa untuk zat cairan kental tegangan geser berbanding lurus dengan laju perubahan regangan geser. Jadi dapat kita tuliskan bahwa tegangan geser memiliki persamaan sebagai berikut : ? =

ƞ∆? ?

Dengan ƞ adalah konstanta pembanding yang disebut koefisien viskositas dan ∆? adalah

perubahan volume fluida (Sutrisno, 1997 : 230).

Viskositas cairan yang juga dapat ditentukan berdasarkan hukum stokes. Hukum stokes berdasarkan jatuhnya benda melalui medium zat cair. Benda bulat dengan radius r dan d, yang jatuh karena gaya gravitasi fluida dengan rapat dm, akan dipengaruhi rapat gravitasi. Benda yang jatuh mempunyai kecepatan semakin lama semakin besar, tetapi

dalam medium ada gaya gesek, yang makin besar bila kecepatan benda jatuh tetap, V menurut George E. Stokes untuk benda bulat tersebut besarnya gaya gesek pada kesetimbangan : ? ? ? (? − ? ? ) ƞ = ??

rumus ini berlaku apabila jari-jari benda relatif besar dibandingkan dengan jarak antar molekul dari fluida (Sukardjo, 2002 : 153)

D. PROSEDUR PRAKTIKUM 1. Menentukan massa jenis bola plastik yang digunakan dengan menimbang pada neraca dan mengukur diameternya sesuai dengan petunjuk asisten. Ukur juga massa jenis fluida (zat cair) menggunakan aerometer atau dapat juga menggunakan prinsip penentuan massa jenis bola plastik. 2. Menjatuhkan bola didalam tabung yang berisi zat cair yang akan diselidiki setelah mencapai kecepatan termal (stasioner), catat waktu tempuh dari waktu yang sudah ditentukan oleh asisten yang bersangkutan. 3. Mengulangi Langkah-langkah tersebut beberapa kali menurut petunjuk asisten dan dengan menggunakan persamaan viskositas sebelumnya, tentukanlah viskositas zat cair. 4. Melakukan kembali prosedur 1 s/d 3 di atas untuk zat cair yang berbeda.

E. HASIL PENGAMATAN 1. Table massa bola (mb) dan diameter bola (db) No

mb (kg) ? ? ? ?

db (m) ? ? ? ?

1

9,8 x10? ?

25,7 x 10? ?

2

9,9 x10? ?

25,5 x 10? ?

3

9,8 x10? ?

25,7 x 10? ?

4

9,9 x10? ?

25,8 x 10? ?

5

9,8 x10? ?

25,6 x 10? ?

6

9,9 x10? ?

25,8 x 10? ?

7

9,9 x10? ?

25,8 x 10? ?

8

9,9 x10? ?

25,6 x 10? ?

9

9,8 x 10? ?

25,8 x 10? ?

10

9,7 x 10? ?

25,6 x 10? ?

∑

98,4 x ? ? ? ?

256,9 x ? ? ? ?

2. Table massa gelas ukur minyak (mg), massa gelas ukur + minyak (mgm) No

Mg (kg) ? ? ? ?

Mgm (kg) ? ? ? ?

1

10,9 x 10? ?

15,3 x 10? ?

2

10,9 x 10? ?

15,2 x 10? ?

3

10,9 x 10? ?

15,2 x 10? ?

4

10,9 x 10? ?

15,2 x 10? ?

5

10,9 x 10? ?

15,4 x 10? ?

6

10,9 x 10? ?

15,4 x 10? ?

7

10,9 x 10? ?

15,2 x 10? ?

8

10,9 x 10? ?

15,3 x 10? ?

9

10,9 x 10? ?

15,3 x 10? ?

10

10,9 x 10? ?

15,4 x 10? ?

∑

109 x ? ? ? ?

152,9 x ? ? ? ?

3. Volume minyak yang digunakan Vm = 5 ml ∆Vm=

? ?

. 0,1 (skala terkecil)

= 0,05 ml 4. Table waktu jatuh bola plastik pada jarak (h) = 0,3 m dalam fluida minyak (tm) No

Tm (s)

1

1,50

2

1,60

3

1,90

4

1,45

5

1,60

6

1,55

7

1,35

8

1,35

9

1,35

10

1,50

∑

15,40

F. ANALISIS DATA 1. Menghitung massajenis bola a. Menghitung diameter rata-rata bola plastik d̅ b =

∑? ?

=

?

? ? ? ,? ? ? ? ? ? ??

= 25,7 x 10? ? meter No

db (m)

(db – d̅ b)? m

1

25,7 x 10? ?

0

2

25,5 x 10? ?

4 x 10? ?

3

25,7 x 10? ?

0

4

25,8 x 10? ?

1 x 10? ?

5

25,6 x 10? ?

1 x 10? ?

6

25,8 x 10? ?

1 x 10? ?

7

25,8 x 10? ?

1 x 10? ?

8

25,6 x 10? ?

1 x 10? ?

9

25,8 x 10? ?

1 x 10? ?

10

25,6 x 10? ?

1 x 10? ?

∑

256,9 x ? ? ? ?

11 x ? ? ? ?

∆d =

? ∑(? ? – đ? )?

∆d =

√? ? ? ? ? ? ?

???

?

∆d = 1.1 x 10? ? meter db = ( d̅ b ± ∆d ) meter db = (25,7 x 10? ? ± 1,1 x 10? ? ) meter b. Menghitung massa bola rata-rata m̅ b = =

∑? ? ?

? ? ,? ? ? ? ? ? ??

= 9,84 x 10? ? kg No

mb (kg)

(mb –m̅ b)? kg

1

9,8 x10? ?

1,6 x 10? ?

2

9,9 x 10? ?

3,6 x 10? ?

3

9,8 x10? ?

1,6 x 10? ?

4

9,9 x10? ?

3,6 x 10? ?

5

9,8 x10? 3

1,6 x 10? 9

6

9,9 x10? 3

3,6 x 10? 9

7

9,9 x10? 3

3,6 x 10? 9

8

9,9 x10? 3

3,6 x 10? 9

9

9,8 x 10? 3

1,6 x 10? 9

10

9,7 x 10? 3

1,4 x 10? 9

∑

98,4 x ? ? ? ?

25,8 x ? ? ? ?

∆mb =

? ∑(? ? ? ? ̅? )

∆mb =

? 258 ? 10? ?

??1

?

= 5,35 x 10? 5 kg

mb = (?? ? ± ∆mb) kg

= (9,84 ± 5,35) kg

= (9,84 x 10? 5 ± 5,35 x 10? 5 ) kg

c. Menghitung volume bola plastic v̅ b = =

? ? ̅b3

6 3,14 x (25,7 x 10? 3 )3 6

= 8883 x 10? 9 ?

= 8,8 x 10? 6 ?

∆v̅ b =

√3∆? ? ̅b

3

3

x vb

= ? 3 ?

1,1 ? 10? 4

25,7 ? 10? 3

x 8,8 x10? 6

= ? ?13 ? 10? 3 ? x 8,8 x10? 6

= 13 x 10? 3 x 8,8 x10? 6 = 115,4 x 10? 9 ? = 1,2 x 10? 6 ?

3

3

= (v̅ b ± ∆Vb) ? 3 = (8,88 x 10? 6 ± 1,2 x 10? 7 ) ?

Vb

d. Menghitung massa jenis bola ρ̅b =

? ̅b ? ̅b

? ,? ? ? ? ? ? ?

= ? ,? ? ? ? ? ? ?

3

= 1108,12

???

∆? ?

?+?

∆ρb = ? ?

= ?

? ̅?

? ,? ? ? ? ? ? ? ? ,? ? ? ? ? ? ?

?

?

∆? ?

??

? x 1108,12

? ?

? ,? ? ? ? ? ?

? ,? ? ? ? ? ? ?

? 1108,12

= √0,00000029 + 1,96 ? 1108,12 = √1,96 ? 1108,12 = 1,4 x 1108,12 = 1551,2 kg/?

?

ρb = (ρ̅b ± ∆ρb) kg/?

?

= (1108,12 ± 1551,2) kg/?

?

2. Menghitung massa jenis fluida a. Menghitung massa jenis minyak (ρm) 1. Menghitung massa gelasukur + minyak (Mgm) No

Mgm (kg)

̅ gm)? kg (mgm - M

1

15,3 x 10? 3

0

2

15,2 x 10? 3

1 x 10? 8

3

15,2 x 10? 3

1 x 10? 8

4

15,2 x 10? 3

1 x 10? 8

5

15,4 x 10? 3

1 x 10? 8

6

15,4 x 10? 3

1 x 10? 8

7

15,2 x 10? 3

1 x 10? 8

8

15,3 x 10? 3

0

9

15,3 x 10? 3

0

10

15,4 x 10? 3

1 x 10? 8

∑

152, x ? ? ? ?

7 x ????

∑? ? ?

M̅ gm =

?

=

152,9 ? 10? 3 10

=15,3 x 10? 3 kg

ΔMgm = =

? ∑(? ? ? ? ? ̅? ? ฀)2 ฀? 1

? 7 ? 10? 8 9

= 7,8 x 10? 9 Kg Mgm = (M̅ gm ± ΔMgm) = (15,3 x 10? 3 ± 7,8 x 10? 9 ) Kg

2. Menhitung massa jenis gelas ukur (Mg) No

Mg (Kg)

̅ g)? kg (Mg - M

1

10,9 x 10? 3

1 X 10? 10

2

10,9 x 10? 3

1 X 10? 10

3

10,91 x 10? 3

1 X 10? 10

4

10,9 x 10? 3

1 X 10? 10

5

10,9 x 10? 3

1 X 10? 10

6

10,9 x 10? 3

1 X 10? 10

7

10,9 x 10? 3

1 X 10? 10

8

10,9 x 10? 3

1 X 10? 10

9

10,9 x 10? 3

1 X 10? 10

10

10,9 x 10? 3

1 X 10? 10

∑

109,1 x ? ? ? ?

1 X ????

M̅ g =

∑? ? ?

=

? ? ? ,? ? ? ? ? ? ??

= 10,91 x 10? ? kg

ΔMg = ?

= ?

∑( ? ? ? ?? ? ) ???

? ? ? ? ? ? ?

= 3,16 x 10? 4 kg = ( M̅ g ± ΔMg ) kg

Mg

= (10,91 x 10? 3 ± 3,16 x 10? 4 ) kg 3. Menghitung massa minyak ( Mm ) M̅ m = M̅ gm – M̅ g = 15,3 x 10? 3 – 10,91 x 10? 3 = 4,39 x 10? 3 kg ΔMm = ? (ΔMgm)? + (ΔMg)? = ? (7,8 x 10? ? )? + (3,16 x 10? ? )? = 8,4 x 10? 8 kg

Mm

= ( M̅ m ± ΔMm ) kg = (4,39 x 10? 3 ± 8,4 x 10? 8 ) kg

4. Menentukan massa jenis minyak (ρm) Vm = 5 ml Vm = 5 cm3 = 5 X 10? 6 m3

? ?

ρm = =

??

? ,? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

= 878 Kg/m3

ΔVm = 0,1 ml = 0,1 cm3 = 1 x 10? 7 m3 ρmΔ =

? (ΔMm)2 ? ( ΔVm)2 ( Ṁm))2 ? (? ? )2

=?

? ,? ? ? ? ? ?

? ,? ? ? ? ? ?

? ?

x ρm

? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ? ?

= 0,01 x 878

? 878

= 8,7 Kg/m3 ρm

= ( ρm ± Δρm ) kg/m3 = ( 878 ± 8,7 ) kg/m3

3. Menghitung waktu tempuh bola dalam waktu sekon (s) a. Menghitung waktu tempuh bola dalam minyak No

tm (s)

(tm-t̅ m)2

1

1,50

40 x 10? 4

2

1,60

64 x 10? 4

3

1,90

144 x 10? 4

4

1,45

49 x 10? 4

5

1,60

64 x 10? 4

6

1,55

9 x 10? 4

7

1,35

289 x 10? 4

8

1,35

289 x 10? 4

9

1,35

289 x 10? 4

10

1,50

4 x 10? 4

∑

15,15 (s)

1205 x ? ? ? ?

Tm

= =

∑?? ?

? ? ,? ? ??

= 1,52 sekon Δtm = Δtm =

? ∑(?? ? ?̅? )2 ??1

? 1205 ? 10? 4 9

= 11,6 x 10? 2 sekon

= 0,11 sekon tm

= ( t̅ m ± Δtm) sekon = ( 1,52 ± 0,11 ) sekon

4. Menghitung koefisien viskositas fluida (η) a. menghitung koefisien viskositas minyak (ƞm) massa jenis total minyak ( ρtm ) ρtm = (ρb – ρm) = 1108 – 878 = 230 kg/m3 ∆ρtm = ? (∆? ? + ∆? ? )2

= ? ((155,2) + (8,7)2) = 155,04 kg/m3

ρtm = (ρtm ± ∆ρtm) kg/m3

= (230 ± 1551,04) kg/m3

Menentukan koefisien viskositas minyak (ƞm) ? .? ? ? ? ?? ?̅?

Ƞm =

? ? ?

=

9,81 .(25,7 ? 10? 3 )2 .230. 1,52

=

9,81 . ?660 ? 10? 6 ?.349,6

=

2263536 ? 10? 6

18 ? 0,3 5,4

5,4

= 419173,34 x 10? 6 = 0,42 pa.s ∆h = 0,1 x 0,5 = 0,05 cm = 5 x 10? 4

∆??

∆?

∆? ??

∆?

∆ƞm = ? 2〈 〉2 + 〈 ?? 〉2 + 〈 ? ?? 〉2 + 〈 ? 〉2 ? ƞ? ∆?

=? 2 ?

1,1 ? 10? 4

25,7 ? 10

?3

0,11



? + (1,52〉2 + 〈

1551,04 2 〉 230

+ 〈

5 ? 10? 4 2 〉 ? 0,42 0,3

=? 32 ? 10? ? + 4,9 ? 10? ? + 44,89 + 2,56 x 10? ? + 0,42 = 0,44 x 0,42 = 0,18 pa.s Ƞm

= ( ƞm ± ∆ƞm ) pa.s = ( 0,42 ± 0,18 ) pa.s

G. PEMBAHASAN Dari percobaan praktikum menentukan kekentalan atau viskositas zat cair yang telah di tentukan, didapatkan hasil yang dapat dijadikan patokan dalam pembahasan. Pengaruh anatara diameter terhadap kecepatan bola saat dijatuhkan ialah smakin besar diameter bola, maka semakin cepat bola jatuh. Namun, hal tersebut sangat bergantung pada massa bola itu sendiri. Jika ada bola yang bermassa berbeda dijatuhkan pada zat cair, maka bola yang bermassa paling besar yang akan mengalami kecepatan paling besar. Hal ini terjadi karena berat benda akan dipengaruhi oleh kecepatan gavitasi bumi. Sehingga benda yang memiliki massa yang besar akan memiliki berat yang besar pula dan memiliki percepatan dan kecepatan menjadi yang besar. Pengaruh kekentalan terhadap kecepatan jatuhnya bola yaitu semakin kental suatu zat cair atau fluida, maka daya untuk memperlambat suatu jatuhnya bola semakin besar, sehingga semakin kental suatu zat cair, semakin lambat pergerakan benda yang jatuh didalamnya. Sebaliknya, semakin encer suatu zat cair atau fluida, maka semakin cepat benda yang dijatuhkan kedalamnya. Sementara pengaruh massa suatu benda yang dijatuhkan kedalam zat cair atau fluida terhadap keceptan jatuhnya bola ialah semakin besar massa benda tersebut, maka semakin besar pula jatuhnya benda tersebut. Dari sini dapat disimpulkan bahwa massa suatu benda yang dijatuhkan kedalam zat cair (fluida) bebanding lurus terhadap kecepatan jatuhnya bola tersebut dalam fluida (zat cair). Adapun hubunga antara viskositas dengan kelajuan benda yaitu semakin besar kelajuan benda maka dapat dipastikan bahwa menilai koifisien viskositas semakin kecil. Demikian sebaliknya, semakin kecil kecepatan atau kelajuan suatu benda, maka nilai koefisien viskositstnya semakin besar, sehingga nilai viskositas berbanding terbalik dengan kelajuan benda. Dalam percobaan yang dilakukan, ada banyak faktor yang menjadi penyebab kekurangan. Salah satu cotoh, dimana dalam percobaan menentukan viskositas ini dilakukan oleh beberapa orang. Hal ini berpengaruh pada hasil percobaan, misalnya dalam menghitung dan mencatat waktu tempuh benda dalam fluida. Bisa saja seorang praktikan terlalu cepat menekan tombol stopwatch sehingga waktu yang tercatat tidak sesuai dengan waktu yang sebenarnya dan yang satunya lagi mungkin tercatat lebih lambat dalam menekan stopwatch sehingga sudah melewati target atau sasaran. Akibatnya hasil yang didapatkan tidak sesuai dan kurang akurat.

Berdasarkan hasil perhitungan analisis data didapatkan bahwa koefisien viskositas minyak adalah 0,42 pa.s sedangkan diameter (db) dan massa bola adalah masing-masing 25,7 X 10-3 dan 9,84 X 10-3 kg, sehingga dapat diketahui bahwa koefisien viskositas (ƞm) dari minyak atau fluida lebih besar dari massa maupun diameter bola dalam hal ini dapat disimpulkan bahwa fluida atau koefisien viskositas dari minyak akan mampu menghambat dari lajunya bola plastik, atau daya tekan dari fluida lebih besar dari daya tekan bola.

H. KESIMPULAN 1. Kesimpulan a. Semakin besar diameter bola yang dijatuhkan kedalam fluida, maka kecepatan benda semakin besar pula, begitupun dengan massanya. b. Semakin kental suatu zat cair ( fluida ), maka semakin lambat kecepatan bola yang jatuh di dalamnya, dan sebaliknya semakin encer suatu zat cair maka kecepatan atau kelajuan dari bola tersebut akan semakin cepat. c. Koefisien viskositas minyak (ηm) lebih besar dari pada diameter (db) dan massa bola (mb) sehingga fluida dapat menghambat jatuhnya bola. 2. Saran Pada praktikum menentukan koefisien kekentalan atau viskositas dari suatu zat cair ini, bahan acuan yang digunakan hanya berupa minyak kelapa tanpa adanya bahan pembanding lainnya ( seperti oli, air, dan lainnya ) sehingga kami tidak dapat melihat atau mengetahui perbedaan koefisien viskositas dari setiap fluida secara langsung, maka dari itu diharapkan untuk praktikum selanjutnya hal tersebut dapat diperhatikan lagi, namun untuk keseluruhannya praktikum berjalan dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA

Hikam, Muhammad. 2005. Eksperimen Fisika Dasar. Jakarta : Pranada Media Soedjono, Peter. 1999. Fisika Dasar. Jakarta : Penerbit Andi Sukardjo Sukardjo. 2002. Kimia Fisika. Jakarta : Rineka Cipta Sutrisno. 1999. Fisika Dasar. Bandung : Institut Teknologi Bandung....