Top Banner
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR II PERCOBAAN 07 VISKOSITAS ZAT CAIR NAMA : Fitriana Malik NIM : J1C106008 KELOMPOK : III (tiga) ASISTEN : Dina Nurita
29

Viskositas Sc

Feb 15, 2015

Download

Documents

Payung Merah

viskositas
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Viskositas Sc

LAPORAN PRAKTIKUM

FISIKA DASAR II

PERCOBAAN 07

VISKOSITAS ZAT CAIR

NAMA : Fitriana Malik

NIM : J1C106008

KELOMPOK : III (tiga)

ASISTEN : Dina Nurita

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL

UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

PRORAM STUDI S-1 BIOLOGI

BANJARBARU

2007

Page 2: Viskositas Sc

LAPORAN PRAKTIKUM

FISIKA DASAR II

Nama : Fitriana Malik

N I M : J1C106008

Kelompok : III (tiga)

Judul Percobaan : Viskositas Zat Cair

Tanggal Percobaan : 20 April 2007

Fakultas : MIPA

Program Studi : S-1 Biologi

Asisten : Dina Nurita

Nilai

Banjarbaru, 20 April 2007

(Dina Nurita/ J1D105053)

Page 3: Viskositas Sc

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Percobaan Fisika Dasar II dengan judul Viskositas ini dilakukan dengan tujuan

agar mahasiswa dapat memahami cara penggunaan hukum Stokes dalam menentukan

koefisien viskositas dari cairan yang dalam percobaan ini adala berupa minyak dan

oli.

Dalam kehidupan sehari-hari, kita mungkin sangat akrab dengan cairan-cairan

yang mempunya koefisien viskositas tertentu. Dalam oli, viskositas atau yang lebih

akrab kita dengar dengan kadar kekentalannya, juga menentukan kualitas dari oli itu

sendiri.

Diharapkan dengan dilaksanakannya percobaan ini dapat memudahkan

mahasiswa untuk memahami materi kuliah yang berhubungan dengan percobaan ini.

1.2 Tujuan

Tujuan dari percobaaan ini adalah :

1. Menentukan koefisien viskositas bermacam-macam cairan dengan menggunakan

Hukum Stokes

2. Mampu menjelaskan konsep viskositas cairan

Page 4: Viskositas Sc

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara

permanen. Bila kita mencoba mengubah bentuk suatu massa fluida, maka di dalam

fluida tersebut akan terbentuk lapisan-lapisan di mana lapisan yang satu akan

mengalir di atas lapisan yang lain, sehingga tercapai bentuk baru. Selama perubahan

bentuk tersebut, terdapat tegangan geser (shear stress), yang besarnya bergantung

pada viskositas fluida dan laju alir fluida relatif terhadap arah tertentu. Bila fluida

telah mendapatkan bentuk akhirnya, semua tegangan geser tersebut akan hilang

sehingga fluida berada dalam keadaan kesetimbangan. Pada temperatur dan tekanan

tertentu, setiap fluida mempunyai densitas tertentu. Jika densitas hanya sedikit

terpengaruh oleh perubahan yang suhu dan tekanan yang relatif besar, fluida tersebut

bersifat incompressible. Tetapi jika densitasnya peka terhadap perubahan variabel

temperatur dan tekanan, fluida tersebut digolongkan compresible. Zat cair biasanya

dianggap zat yang incompresible, sedangkan gas umumnya dikenal sebagai zat yang

compresible.

Perilaku zat cair yang mengalir sangat bergantung pada kenyataan apakah fluida

itu berada di bawah pengaruh bidang batas padat atau tidak. Di daerah yang pengaruh

gesekan dinding kecil, tegangan geser dapat diabaikan dan perilakunya mendekati

fluida ideal, yaitu incompresible dan mempunyai viskositas 0. Aliran fluida ideal

yang demikian disebut aliran potensial. Pada lairan potensial berlaku prinsip-prinsip

mekanika Newton dan hukum kekekalan massa. Aliran potensial mempunyai 2 ciri

pokok:

1. Tidak terdapat sirkulasi ataupun pusaran sehingga aliran potensial itu disebut

aliran irotasional

2. Tidak terjadi gesekan sehingga tidak ada disipasi (pelepasan) dari energi

mekanik menjadi kalor.

Prinsip-prinsip dasar yang paling berguna dalam penerapan mekanika fluida

adalah persamaan-persamaan neraca massa atau persamaan kontinuitas; persamaan

Page 5: Viskositas Sc

persamaan neraca momentum linear dan neraca momentum angular (sudut), dan

neraca energi mekanik. Persaman-persamaan itu dapat dituliskan dalam bentuk

diferensial yang menunjukkan kondisi pada suatu titik di dalam elemen volume

fluida, atau dapat pula dalam bentuk integral yang berlaku untuk contoh volume

tertentu atau massa tertentu (Tim Penyusun, 2003)

Viskositas adalah sebuah ukuran penolakan sebuah fluid terhadap perubahan

bentuk di bawah tekanan shear. Biasanya diterima sebagai "kekentalan", atau

penolakan terhadap penuangan. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluid

kepada aliran dan dapat dipikir sebagai sebuah cara untuk mengukur gesekan fluid.

Air memiliki viskositas rendah, sedangkan minyak sayur memiliki viskositas

tinggi.Setiap benda yang bergerak relatif terhadap benda lain selalu mengalami

gesekan (gaya gesek) (http://id.wikipedia.org/)

Viskositas berkaitan dengan keadaan atau fase viskeus, yakni fase di antara

padat dan cair yang terjadi sewaktu bahan padat menjadi lembek sebelum menjadi

cair saat dipanaskan. Tidak semua bahan padat mengalami fase viskeus sebelum

menjadi cair. Dalam fase viskeus demikian, mengalirnya bahan tidak leluasa seperti

cairan karena adanya hambatan di antara bagian-bagian atau antara lapisan-

lapisannya dalam gerakan alirannya (Soedjojo, 2004).

Viskositas tak lain membicarakan masalah gesekan antara bagian-bagian atau

antara lapisan-lapisan cairan atau fluida pada umumnya, yang bergerak satu terhadap

yang lain Tentunya gesekan atau hambatn tersebut ditimbulkan oleh gaya tarik-

menarik antar molekul-molekul di suatu lapisan dengan molekul-molekul di lapisan

lain. Gaya interaktif itu terutama ialah gaya elektrostatika, yaitu gaya antara muatan-

muatan listrik (Soedjojo, 2004).

Sebuah benda yang bergerak di dalam fluida juga mengalami gesekan. Hal ini

disebabkan oleh sifat kekentalan (viskositas) fluida tersebut. Koefisien kekentalan

suatu fluida (cairan) dapat diperoleh dengan menggunakan percobaaan bola jatuh di

dalam fluida tersebut. Gaya gesek yang bekerja pada suatu benda yang bergerak

relatif terhadap suatu fluida akan sebanding dengan kecepatan relatif benda terhadap

fluida :

Page 6: Viskositas Sc

Khusus untuk benda yang berbentuk bola dan bergerak dalam fluida yang sifat-

sifatnya tetap, gaya gesek tersebut memenuhi hukum Stokes sbb:

Hukum Stokes di atas berlaku bila :

1. Fluida tidak berolak (tidak terjadi turbulensi).

2. Luas penampang tabung tempat fluida cukup besar dibanding ukuran bola.

Bila sebuah benda padat berbentuk bola dengan jari-jari r dimasukkan ke dalam

zat cair tanpa kecepatan awal bola tersebut akan begerak ke bawah mula-mula dengan

percepatan sehingga kecepatannya bertambah. Dengan bertambahnya kecepatan

maka gaya gesek fluida akan membesar, sehingga suatu saat bola akan bergerak

dengan kecepatan tetap. Kecepatan tetap ini disebut kecepatan terminal yang terjadi

pada saat gaya berat bola sama dengan jumlahan antara gaya angkat ke atas

(Archimedes) dan gaya gesek Stokes seperti tampak pada gambar.

Besarnya kecepatan terminal adalah:

Page 7: Viskositas Sc

Bila jarak yang ditempuh bola dengan kecepatan terminal tersebut dalam selang

waktu T adalah s maka berlaku persamaan gerak lurus beraturan :

(Tim Penyusun, 2004).

Pada percobaan kelereng jatuh, pada dasarnya penentuan dengan

menggunakan rumus Stokes sangatlah sederhana. Hanya saja untuk itu secara teknis

diperlukan kelereng dari bahan yang amat ringan, misalnya dari aluminium, serta

berukuran kecil, misalnya dengan jari-jari sekitar 1 cm saja (Soedjojo, 2004).

Sewaktu kelereng dijatuhkan ke dalam bejana kasa yang berisi cairan yang

hendak ditentukan koefisien viskositasnya, oleh gaya beratnya, kelereng akan

semakin capat jatuhnya. Tetapi sesuai dengan rumus Stokes, semakin cepat

gerakannya, makin besar gaya gesekannya sehingga akhirnya gaya berat itu tepat

seimbang dengan gaya gesekan dan jatuhnya kelerengpun dengan kecepatan tetap

sebesar v sehingga berlaku persamaan:

akan tetapi sebenarnya pada kelereng juga bekerja gaya ke atas Archimedes sebesar

berat cairan yang dipindahkan, yaitu sebesar:

dengan V ialah volume kelereng dan adalah massa jenis cairan. Dengan

menuliskan

dengan ialah massa jenis bahan pembuat kelereng, persamaan di atas terkoreksi

menjadi:

Page 8: Viskositas Sc

yang lalu menghasilkan:

Jadi

dengan mengukur jari-jari kelereng r, kecepatan jatuh v sewaktu kecepatan itu tetap,

dan diketahuinya , dan g, dapatlah dihitung koefisien viskositas cairan di dalam

bejana itu (Soedjojo, 2004).

Page 9: Viskositas Sc

BAB III

METODE PRAKTIKUM

3.1 Alat dan Bahan

Alat- alat yang akan digunakan untuk percobaan ini adalah :

1. Viskometer bola jatuh sebagai pengukur viskositas.

2. Bola besi untuk media mengetahui viskositas.

3. Pinset sebagai penjepit.

4. Stopwatch sebagai penghitung waktu.

6. Thermometer untuk mengukur suhu

7. Minyak dan oli sebagai bahan yang akan diukur viskositasnya.

3.2 Prosedur Percobaan

1. Menimbang massa masing-masing bola

2. Menandai bagian atas dan bagian bawah tabung viskometer bola jatuh

dan mengukur jaraknya

3. Memasukkan bola dengan pinset ke dalam tabung, mencatat waktu

jatuh bola, mengulangi hingga sepuluh kali

4. Mengulangi untuk cairan yang berbeda

Page 10: Viskositas Sc

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil

A. Tabel Hasil Pengamatan

1. Pengukuran bola besi untuk oli

Bola besi Massa (gr) Diameter (cm) Jari-jari (cm)

Kecil 8,25 1,216 0,608

Besar 28,10 1,903 0,952

2. Pengukuran bola besi untuk minyak goreng

Bola besi Massa (gr) Diameter (cm) Jari-jari (cm)

Kecil 8,30 1,270 0,635

Besar 22,95 1,839 0,919

3. Pengukuran zat cair

Zat cairm gelas ukur

(gr)

m gelas ukur

+ cairan (gr)m cairan (gr) Volume(ml)

Oli 27,43 59,77 32,34 40

Minyak goreng - - 44,08 50

4. Pengukuran waktu yang dibutuhkan bola untuk jatuh pada oli

No. s (cm) Bola besi t1 (sekon) t2 (sekon)

1.40

kecil 0,31 0,37

2. besar 0,84 0,88

3.50

kecil 0,41 0,49

4. besar 0,99 1,10

5.60

kecil 0,51 0,58

6. besar 1,33 1,48

7. 70 kecil 0,67 0,67

Page 11: Viskositas Sc

8. besar 1,56 1,71

9.80

kecil 1,0 1,1

10 besar 1,89 2,01

5. Pengukuran waktu yang dibutuhkan bola untuk jatuh pada minyak goreng

No. s (cm) Bola besi t1 (sekon) t2 (sekon)

1.40

kecil 0,32 0,43

2. besar 1,17 1,09

3.50

kecil 0,53 0,56

4. besar 1,35 1,61

5.60

kecil 0,76 0,84

6. besar 1,72 1,80

7.70

kecil 0,96 0,98

8. besar 2,14 2,18

9.80

kecil 1,08 1,14

10 besar 2,48 2,57

B. Perhitungan

Diketahui: m bola kecil (oli) = 8,25 gr

m bola sedang (oli) = 28,10 gr

m bola kecil (minyak goreng) = 8,30 gr

m bola sedang (minyak goreng) = 22,95 gr

d bola kecil (oli) = 1,216 cm → r = 0,608 cm

d bola sedang (oli) = 1,903 cm → r = 0,952 cm

d bola kecil (minyak goreng) = 1,270 cm → r = 0,635 cm

d bola sedang (minyak goreng) = 1,839 cm → r = 0,919 cm

V oli = 40 ml

V minyak goreng = 50 ml

m oli = 32,34 gr

m minyak goreng = 44,08 gr

Page 12: Viskositas Sc

Ditanya:

a. ρ masing – masing cairan

b. ρ masing – masing bola

c. Kecepatan tiap bola pada masing – masing cairan

d. Gaya (F) dan Koefisien Viskositas (η)

Penyelesaian :

a. ρ masing – masing cairan

1. ρ pada oli =

2. ρ pada minyak goreng =

b. ρ masing – masing bola

1. Pada Oli

Bola kecil

Bola besar

2. Pada Minyak goreng

Bola kecil

Page 13: Viskositas Sc

Bola besar

c. Kecepatan tiap bola pada masing – masing cairan

1. Pada Oli

Bola kecil

Contoh : s = 40 cm ; t1 = 0,31; t2 = 0,37

Tabel kecepatan pada bola kecil

s (cm) trata-rata (sekon) v (cm/s)

40

50

60

70

80

0,34

0,45

0,545

0,67

1,05

117,647

111,111

110,092

104,478

76,190

Bola besar

Tabel kecepatan pada bola besar

s (cm) trata-rata (sekon) v (cm/s)

40

50

60

70

80

0,86

1,045

1,405

1,635

1,95

46,512

47,847

42,705

42,813

41,026

Page 14: Viskositas Sc

2. Pada Minyak goreng

Bola kecil

Tabel kecepatan pada bola kecil

s (cm) trata-rata (sekon) v (cm/s)

40

50

60

70

80

0,375

0,545

0,8

0,97

1,11

106,667

91,743

75

72,165

72,072

Bola besar

Tabel kecepatan pada bola besar

s (cm) trata-rata (sekon) v (cm/s)

40

50

60

70

80

1,13

1,48

1,76

2,16

2,525

35,398

33,784

34,091

32,407

31,683

d. Gaya (F) dan Koefisien Viskositas (η)

1. Pada Oli

Bola kecil

r = 0,608 cm

g = 980 cm / s2

Contoh : s = 40 cm

v = 117,647 cm / s

ρ bola = 8,767 gram / cm3

ρ oli = 0,809 gram / cm3

Page 15: Viskositas Sc

Tabel hasil perhitungan F dan dalam bola kecil pada oli

s(cm) v(cm/s) ρ bola

(gr/cm3)

ρ oli

(gr/cm3)

r (cm) η (poise) F (dyne)

40

50

60

70

80

117,647

111,111

110,092

104,478

76,190

8,767

8,767

8,767

8,767

8,767

0,809

0,809

0,809

0,809

0,809

0,608

0,608

0,608

0,608

0,608

5,446

5,767

5,819

6,132

8,409

7342,825

7343,646

7341,906

7342,293

7342,552

Bola besar

r = 0,952 cm

g = 980 cm / s2

Contoh : s = 40 cm

v = 46,512 cm / s

ρ bola = 7,775 gram / cm3

ρ oli = 0,809 gram / cm3

Tabel hasil perhitungan F dan dalam bola besar pada oli

s(cm) v(cm/s) ρ bola

(gr/cm3)

ρ oli

(gr/cm3)

r (cm) η (poise) F (dyne)

40

50

60

46,512

47,847

42,705

7,775

7,775

7,775

0,809

0,809

0,809

0,952

0, 952

0, 952

29,560

28,735

32,195

24672,179

24671,979

24672,049

Page 16: Viskositas Sc

70

80

42,813

41,026

7,775

7,775

0,809

0,809

0, 952

0, 952

32,114

33,513

24672,215

24672,352

2. Pada Minyak goreng

Bola kecil

r = 0,635 cm

g = 980 cm / s2

Contoh : s = 40 cm

v = 106,667 cm / s

ρ bola = 7,735 gram / cm3

ρ minyak = 0,882 gram / cm3

Tabel hasil perhitungan F dan dalam bola kecil pada minyak

s(cm) v(cm/s) ρ bola

(gr/cm3)

ρ minyak

(gr/cm3)

r (cm) η (poise) F (dyne)

40

50

60

70

80

106,667

91,743

75

72,165

72,072

7,735

7,735

7,735

7,735

7,735

0, 882

0, 882

0, 882

0, 882

0, 882

0, 635

0, 635

0, 635

0, 635

0, 635

5,642

6,559

8,024

8,339

8,349

7203,408

7202,536

7203,226

7203,034

7202,378

Bola besar

r = 0,919 cm

g = 980 cm / s2

Contoh : s = 40 cm

v = 35,398 cm / s

Page 17: Viskositas Sc

ρ bola = 7,059 gram / cm3

ρ minyak = 0,882 gram / cm3

Tabel hasil perhitungan F dan dalam bola besar pada minyak

s(cm) v(cm/s) ρ bola

(gr/cm3)

ρ minyak

(gr/cm3)

r (cm) η (poise) F (dyne)

40

50

60

70

80

35,398

33,784

34,091

32,407

31,683

7,059

7,059

7, 059

7, 059

7, 059

0,882

0,882

0,882

0,882

0,882

0,919

0, 919

0, 919

0, 919

0, 919

32,095

33,629

33,326

35,058

35,859

19680,751

19680,656

19680,793

19680,726

4.2 Pembahasan

Percobaan kali ini bertujuan untuk koefisien viskositas berbagai macam cairan

yang dalam percobaan kali ini zat cair yang dipakai adalah minyak goreng dan oli.

Viskositas sendiri adalah kekentalan. Secara kasat mata kita dapat

menyimpulkan bahwa oli lebih kental daripada minyak goreng, yang berarti koefisien

viskositas oli akan lebih kecil daripada koefisien viskositas minyak goreng, hal inilah

yang mendasari percobaan kali ini. Hal ini terlihat dari data yang praktikan ambil,

dengan berat bola besi yang hampir sama terlihat bahwa waktu yang diperlukan bola

Page 18: Viskositas Sc

besi menyentuh dasar pada oli lebih kecil daripada bola besi di minyak, hal ini

menunjukkan bahwa koefisien oli lebih kecil daripada minyak goreng, seperti yang

telah praktikan singgung pada tinjauan pustaka, bahwa semakin kental atau makin

kecil koefisien viskositas suatu zat cair, semakin besar kecepatan benda yang

dicelupkan di zat cair tersebut, kecepatan inilah yang mempengaruhi waktu tempuh

bola besi menuju ke dasar tabung kaca.

Dari data pengamatan juga didapatkan bahwa massa dan volume dari bola besi

juga terpengaruh oleh viskositas juga mempengaruhi waktu tempuh bola besi itu

sendiri, dari data jelas terlihat bahwa pada bola yang lebih besar, waktu tempuh juga

lebih besar daripada bola besi yang lebih kecil, ini menandai bahwa massa dan volum

atau massa jenis juga mempengaruhi kecepatan bola besi tersebut.

Lalu dari hasil perhitungan, dapat dilihat bahwa koefisien viskositas oli lebih

besar dari pada koefisien viskositas pada minyak goreng, dari percobaan dengan bola

besi kecil didapatkan koefisien viskositas oli sekitar 5,446 - 8,409 poise, sedang dari

bola besar sekitar 5,642 - 8,349 poise. Dan koefisien viskositas minyak goreng

denagn bola besi kecil adalah sekitar 28,735 - 33,513 poise, sedangkan dengan bola

besar didapat sekitar 32,095 - 35,859 poise. Dan masing-masing menghasilkan gaya

gesek sebesar 7341,906 - 7343,646 dyne (bola besi kecil) dan 7202,378 - 7203,408

dyne (bola besi besar) untuk oli, serta 24671,979 - 24672,352 dyne (bola besi kecil)

dan - 19680,793 (bola besi besar) untuk minyak goreng.

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang didapat dari percobaan kali ini adalah:

1. Koefisien viskositas oli lebih kecil daripada koefisien viskositas minyak

goreng, begitu juga dengan gaya gesek yang ditimbulkan.

Page 19: Viskositas Sc

2. Semakin besar koefisien viskositas suatu zat cair, makin kecil kecepatan

alirnya karena gaya geseknya besar

3. Kecepatan alir juga ditentukan oleh massa jenis dari zat cair serta massa jenis

benda

5.2 Saran

Agar praktikan lebih teliti saat melihat benda waktu mencapai garis yang

ditentukan dan tepat menekan stopwatch sehingga waktu yang didapat juga sesuai.

Kepada asisten agar tetap mengontrol praktikan saat melakukan percobaan. Demikian

saran dari praktikan agar praktikum viskositas zat cair yang berikutnya lebih baik.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim1. Viskositas.http://id.wikipedia.org/Diakses pada 14/04/07

Soedjojo, P. 2004. Fisika Dasar. Penerbit ANDI: Yogyakarta

Tim Penyusun. 2004. Percobaan Stokes-Viskositas. FT-Universitas Surabaya: Surabaya.

Page 20: Viskositas Sc

Tim Penyusun. 2003. Modul Aliran Fluida. Departemen Teknik Kimia ITB: Bandung.

TUGAS PENDAHULUAN

1. Buktikan persamaan rumus viskositas

2. Sebutkan dan jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi

viskositas suatu cairan

Jawab :

1.

Page 21: Viskositas Sc

Dimana disini adalah percepatan gravitasi ( ), maka Dari hukum Stokes kita dapatkan persamaan ,dengan prinsip diatas,

maka rumusnya dapat kita tulis menjadi :

Bola besi sendiri mengalami gaya ke atasa atau gaya Archimedes dengan persamaan :

= volume kelereng = massa jenis cairan

Dengan menuliskan :

=massa jenis bahan pembuat kelereng, persamaan di atas terkoreksi menjadi:

yang lalu menghasilkan:

2. Faktor yang mempengaruhi viskositas suatu cairan antara lain : Konsentrasi cairan/kerapatan cairan,karena akan berpengaruh terhadap

gaya gesek antara benda dengan medium. Suhu cairan, karena kalor atau panas dapat merenggangkan gaya tarik

menarik antara molekul larutan yang berpengaruh terhadap kondisi kekentalan dari cairan itu sendiri.