Download - 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
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)
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
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
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 :
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:
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:
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).
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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.
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.
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.