Neraca Balok Sederhana sebagai Alat untuk Menghitung Tegangan

Permukaan

NAMA : NURHIDAYAH

NIM : 1112040190

KELAS : FISIKA ICP

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Tegangan permukaan atau tangan bidang batas adalah gaya yang terdapat

pada setiap bidang batas antara dua media berusaha memperkecil luas bidang

itu, oleh karena itu permukaan zat cair cenderung menahan usaha perluasan

permukaan dan karena itu tegangan permukaaan dapat didefinisikan dengan

gaya yang terdapat pada setiap bidang bahan yang menahan perluasan

permukaan .

Kisa sering membuat perbedaan antara tegangan bidang batas , dengan

tegangan permukaan dimaksudkan tegangan pada permukaan cairan yang

berbatasan dengan udara, sedangkan istilah yang kedua dimaksudkan gaya

yang bekerja pada bidang batas antara dua cairan yang tidak berbaur dan untuk

memperoleh sekedar gambaran mengenai perbandingan gaya intermolekul

Tegangan permukaan merupakan penjelmaan dari pada interaksi gaya

intermolekul yang timbul akibat molekul-molekul yang terdapat pada bidang

batas itu tidak dikelilingi secara sistematik oleh molekul yang lainnya . tidak

seperti halnya dengan molekul-molekul yang terdapat ditengah-tengah fasa

suatu materi.

Hal yang mendasari saya untuk membuat suatu alat eksperimen berupa

neraca balok sderhana ini adalah karena kurangnya dijumpai suatu alat pada

sekolah-sekolah yang berhubungan dengan tegangan permukaan pada materi

pembelajaran Fluida di SMA

Untuk mengetahui tegangan permukaan pada zat cair yakni air dan

larutan sabun marilah kita melakukan suatu percobaan.

B. Tujuan

1. Untuk menentukan tegangan permukaan pada air

2. Untuk menentukan tegangan permukaan pada air sabun

C. Manfaat

1. Dapat menentukan tegangan permukaan pada air

2. Dapat menentukan tegangan permukaan pada air sabun

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

A. Teori Singkat

Apabila sebuah jarum diletakkan mendatar pada permukaan air dengan

hati-hati ternyata jarum terapung. Padahal massa jenis jarum lebih besar dari

massa jenis air. Demikian juga, nyamuk atau serangga dapat hinggap di

permukaan air. Peristiwa-peristiwa tersebut berhubungan dengan gaya-gaya

yang bekerja pada permukaan zat cair, atau pada batas antara zat cair dengan

bahan lain. Jika kita amati contoh-contoh di atas, ternyata permukaan air

tertekan ke bawah karena berat jarum atau nyamuk. Jadi, permukaan air tampak

seperti kulit yang tegang. Sifat tegang permukaan air inilah yang disebut

tegangan permukaan. Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan

permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi

oleh suatu lapisan elastic (Kanginan, 2013 : 285).

Molekul-molekul cairan bagian dalam ditarik oleh molekul-molekul lain

ke segala arah, tetapi molekul-molekul pada permukaan cairan hanya ditarik ke

arah dalam. Akibat dari hal ini, cairan selalu ingin memiliki permukaan terkecil

atau cairan selalu ingin mengkerut. Misalnya tetesan cairan selalu berbentuk

bulat. Berhubung dengan hal ini, bila cairan diperluas, ada gaya menahan,

seakan-akan permukaan cairan mempunyai tegangan. Gaya tarik menarik antar

molekul-molekul yang sejenis disebut kohesi, sedangkan gaya tarik antara

molekul yang tidak sejenis disebut adhesi (Haryadi, 2009 :153-154)

Peristiwa terapungnya silet di atas air, walaupun besi rapatannya lebih

besar daripada air, disebabkan karena adanya tegangan permukaan. Terjadinya

tetes air di atas pemukaan lilin juga disebabkan adanya tegangan permukaan.

Dalam hal ini, gaya kohesi air lebih besar daripada gaya adhesi air lilin.

Permukaan zat cair berlaku seakan-akan mengalami tegangan dan tegangan ini

bekerja sejajar dengan permukaan, muncul dari gaya tarik antar molekul. Efek

ini disebut tegangan permukaan yang didefinisikan sebagai gaya F per satuan

panjang L yang bekerja melintasi semua garis pada permukaan, dengan

kecenderungan menarik agar tertutup:

γ = 𝐹

𝐿

dimana,

- F adalah gaya pada permukaan zat cair (N)

- 𝛾 adalah tegangan permukaan (N / m)

- L adalah panjang permukaan

(Haryadi, 2009 : 154)

BAB III

METODE PERCOBAAN

A. Alat dan bahan

Alat

a. Neraca digital 1 buah

b. Neraca balok sederhana 1 buah

Bahan

a. Pinset 1 buah

b. Larutan sabun secukupnya

c. kawat-kawat kecil sejenis 13 biji

d. Wadah gelas bekas tempat air mineral 1 buah

e. Air mineral secukupnya

f. Jarum 1 buah

B. Identifikasi Variabel

Berdasarkan rumus

𝛾 =𝐹

𝑙

Untuk memperoleh nilai F kita gunakan peramaan : 𝐹 = 𝑚. 𝑔 untuk

mendapat nilai m1 dan seterusnya kita gunakan rumus m= n x mjarum+m kawat

Variabel Kontrol : Panjang jarum (cm) dan Massa kawat dan

jarum(gr)

Variabel Manipulasi : Jumlah kawat

Variabel Respon : Tegangan permukaan zat cair (N/m)

Definisi Operasional Variabel

1. Panjang jarum yang disimbolkan dengan l dengan satuan cm adalah

panjang sebuah jarum sesuai dengan penunjukan skala mistar pada

saat jarum di ukur.

2. Massa jarum yang disimbolkan dengan m dengan satuan gram

adalah besarnya massa jarum sesuai dengan penujukan skala neraca

digital pada saat jarum ditimbang.

3. Massa kawat yang disimbolkan dengan m dengan satuan gram

adalah besarnya massa kawat sesuai dengan penujukan skala

neraca digital pada saat kawat ditimbang.

4. Jumlah kawat adalah banyaknya jumlah kawat yang diletakkan

dilengan kanan neraca balok sederhana.

5. Tegangan permukaan adalah

C. Langkah kerja

1. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan untuk melakukan praktikum,

2. Mengisi wadah gelas dengan air dan tempatkan tepat dibawah gantungan

jarum hingga jarum tersebut mengapung tepat di atas permukaan air.

3. Menambahkan satu per satu kawat kecil hingga jarum tertarik ke atas. Dari

sini kita dapat menentukan gaya yang dibutuhkan untuk menarik jarum bebas

dari permukaan air.

4. Mencatat jumlah kawat yang dibutuhkan untuk menarik jarum bebas dari

permukaan air.

5. Mengulangi pengukuran (langkah 3-4) minimal tiga kali untuk mendapatkan

hasil akurat.

6. Mengulangi percobaan dengan menggunakan jenis cairan yang lain

Tabel 1. Data Hasil Percobaan

Jenis Cairan Jumlah kawat

……………

1……..

2……..

3……..

……………..

1……..

2……..

3……..

Untuk menghitung tegangan permukaan, dapat dinyatakan dengan

persamaan:

γ = 𝐹

𝐿

di mana,

- F adalah gaya, dalam satuan newton (N),

- 𝛾 adalah tegangan permukaan per satuan panjang, dalam satuan newton /

meter (N / m)

- L adalah panjang jarum, yaitu permukaan yang bersentuhan dengan cairan,

dalam satuan meter (m)

Untuk mengkonversi gram untuk gaya, F, kita harus

memperhitungkan gravitasi yang menarik massa ke bawah pada wadah.

Hitung total massa dalam wadah dengan mengalikan jumlah kawat dengan

massa sebuah kawat yang diperoleh dari langkah ke-4. Kalikan total massa

(dalam gram) dengan 9,81×10-3 N/g.

Untuk mengetahui bahwa yang dihitung adalah tegangan permukaan

bukan gaya tarik antara jarum dan air, berikut penjelasan dari buku Robert

Gardner (Gardner, 2004). Tegangan permukaan adalah gaya kohesif antara

molekul-molekul air. Amati jarum dengan hati-hati setelah ditarik keluar dari

permukaan air. Jika tetap basah, maka air yang ditarik terpisah, dan ini adalah

gaya yang kita hitung (tegangan permukaan). Jika kering, maka gaya adesif

antara air dan jarum telah terpisah, dan gaya yang kita hitung ini bukan

tegangan permukaan.

D. Analisis data

Dengan menggunakan persamaan

𝛾 =𝐹

𝑙

Secara operasional dimana

F :gaya (N)

l :panjangpermukaan (m)

𝛾: tegangan permukaan (N/m)

Analisis kesalahan

𝛾 =𝐹

𝑙

=𝑚. 𝑔

𝑙

= 𝑚. 𝑔. 𝑙-1

Δ𝛾 = 𝑔. 𝑙−1Δ𝑚 + 𝑚. 𝑔. 𝑙−2−Δ𝑙

Δ𝛾

𝛾=

𝑔. 𝑙−1

𝑚. 𝑔. 𝑙−1 Δ𝑚 +

𝑚. 𝑔. 𝑙−2

𝑚. 𝑔. 𝑙−1Δ𝑙

Δ𝛾

𝛾= |

Δ𝑚

𝑚| + |

Δ𝑙

𝑙|

Δ𝛾 = (𝛥𝑚

𝑚+

𝛥𝑙

𝑙) 𝛾

dengan

Δ𝛾 = kesalahan perhitungan dari tegangan permukaan zat cair (N/m)

𝛾 = nilai tegangan permukaan dari hasil perhitungan

Δm = kesalahan mutlak dari neraca digital (0,05 gram)

m = massa kawat yang dihitung

Δl = kesalahan mutlak mistar yang digunakan (0,05 cm)

l = panjang permukaan

BAB IV

HASIL, ANALISIS DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Pengamatan

Massa sebuah kawat (m) = 0,05 gram

Panjang kawat (L) = 4,2 cm = 0.042 m

Massa jarum (m) = 0.14 gram

Nst Neraca digital : 0.01 gram

Nst Mistar : 0.05 cm

Tabel 2. Hasil pengukuran jenis Cairan dengan jumlah kawat dengan

menggunakan alat Neraca Balok Sederhana

Jenis Cairan Jumlah kawat (n)

Air

11

13

13

Larutan Sabun

7

7

8

B. Analisa Data

1. Analisis Perhitungan

Untuk menentukan tegangan permukaan zat cair

Menggunakan persamaan berikut ini:

𝛾 =𝐹

𝑙

Dengan nilai tetapan percepatan gravitasi bumi 𝑔 = 9,81 . 10−3 𝑚

𝑠

Untuk Air

Massa kawat :

- m1 = n x m = 11 x 0,05 + 0,14 gram = 2,09 gram

- m2 = n x m = 13 x 0,05 + 0,14 gram = 2,47 gram

- m3 = n x m = 13 x 0,05 + 0,14 gram = 2,47 gram

𝐹1 = 𝑚𝑔 = 2,09𝑔 × 9,81 . 10−3 𝑔

𝑁= 0,0205 𝑁

𝛾1 =𝐹

𝐿=

0,0205

0,042= 0,488 𝑁/𝑚

𝐹2 = 𝑚𝑔 = 2,47𝑔 × 9,81 . 10−3𝑔

𝑁= 0,0242 𝑁

𝛾2 =𝐹

𝐿=

0,0242

0,042= 0,577 𝑁/𝑚

𝐹2 = 𝑚𝑔 = 2,47𝑔 × 9,81 . 10−3𝑔

𝑁= 0,0242 𝑁

𝛾2 =𝐹

𝐿=

0,0242

0,042= 0,577 𝑁/𝑚

Untuk Larutan Sabun

Massa kawat :

- m1 = n x m = 7 x 0,05 + 0,14 gram = 1,33 gram

- m2 = n x m = 7 x 0,05 + 0,14 gram = 1,33 gram

- m3 = n x m = 8 x 0,05 + 0,14 gram = 1,52 gram

- 𝐹1 = 𝑚𝑔 = 1,33 𝑔 × 9,81 . 10−3 𝑔

𝑁= 0,0130 𝑁

𝛾1 =𝐹

𝐿=

0,0130

0,042= 0,311 𝑁/𝑚

- 𝐹1 = 𝑚𝑔 = 1,33 𝑔 × 9,81 . 10−3 𝑔

𝑁= 0,0130 𝑁

𝛾1 =𝐹

𝐿=

0,0130

0,042= 0,311 𝑁/𝑚

- 𝐹3 = 𝑚𝑔 = 1,52 𝑔 × 9,81 . 10−3 𝑔

𝑁= 0,0150 𝑁

𝛾2 =𝐹

𝐿=

0,0150

0,042= 0,355𝑁/𝑚

2. Analisis ketidak pastian

Dengan menggunakan rumus :

𝛥𝛾 = (𝛥𝑚

𝑚+

𝛥𝑙

𝑙) 𝛾

N

N

o

Zat cair 𝛥𝑚

𝑚

𝛥𝑙

𝑙 𝛾 𝛥𝛾

Pelaporan

Fisika

𝛾 = 𝛾 ± ∆𝛾

1 Air

mineral

0,005 1,190 0,488 0,586 0,488 ±0,586

0,004 1,190

0,577 0,700

0,577±0,700

0,004 1,190

0,577 0,700

0,577±0,700

2 Air

Sabun

0,008 1,190 0,311 0,377 0,311±0,377

0,008 1,190 0,311 0,377 0,311±0,377

0,007 1,190 0,355 0,430 0,355 ± 0,430

C. Pembahasan

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menentukan tegangan

permukaan zat cair pada air mineral dengan air sabun dengan menggunakan

alat peraga neraca balok sederhana. Pada praktikum kali ini kita

menggunakan jarum yang diletakkan diatas permukaan air dengan bantuan

benang yang diikat pada lengan kanan neraca dan pada jarum sementara

untuk lengan kiri neraca di ikat kan benang dan wadah yang berfungsi

sebagai tempat kawat kecil yang ditambahkan satu persatu untuk bisa

memgamgkat jarum pada permukaan zat cair yang digunakan. Nah dari

sinilah kita akan mengetahui tegangan permukaan zat cair mana yang lebih

besar antara air mineral dengan air sabun.

Adapun tegangan permukaaan yang diperoleh untuk air mineral

secara berurutan yakni : 0,488, 0,577 dan 0,577 N/m sedangkan untuk air

sabun diperoh hasil 0,311, 0,311, 0,355 N/m. Dari hasil percobaan maka

dapat dilihat bahwa tegangan permukaan air lebih besar daripada tegangan

permukaan air sabun. Hal ini dipengaruhi oleh gaya kohesi dan adhesi.

Dimana gaya kohesi adalah gaya tarik menarik antar partikel di dalam zat

cair. Berkaitan dengan percobaan ini dengan menggunakan zat cair yang

berbeda yakni air mineral dan air sabun dengan jarum sebagai titik acuan .

dari pengertian kohesi sendiri yang telah kita paparkan diatas maka jika kita

menggunkan air mineral kemudian meletakkan sebuah jarum diatas

permukaan air maka kita lihat bahwa jarum akan terapung, hal ini disebabkan

karena partikel-partikel di permukaan zat cair (air mineral) dengan jarum

sebagai partikel yang di tarik oleh partikel-paertikel lain yang ada di samping

dan bawahnya dengan gaya-gaya yang sama besar, tetapi jarum tidak di tarik

oleh partikel – partikel diatasnya karena diatas jarum tidak ada partikel zat

cair. Sebagai hasilnya, terdapat resultan gaya bergerak kearah bawah yang

bekerja permukaan zat cair. Resultan gaya ini menyebabkan lapisan-lapisan

atas seakan-akan tertutupi oleh hamparan selaput elastis yang ketat.selaput ini

cenderung menyusut sekuat mungkin. Oleh karena itu, sejumlah tertentu

cairan cenderung mengambil bentuk dengan permukaan sesempit mungkin.

Berbeda halnya dengan air sabun. Disini bekerja gaya adhesi. Yang

mengakibatkan jarum cepat tenggelam karena kita menurunkan tegangan

permukaan air dengan menggunakan sabun.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan tujuan, hasil pengamatan dan analisis data tampak bahwa

air mineral memiliki kemampuan untuk menegang yang besar dibandingkan

dengan air sabun. Makin kecil tegangan permukaan zat cair maka makin baik

kemampuan zat cair tersebut untuk membasahi benda.

B. Saran

Untuk melakukan praktikum yang berkaitan dengan ini sebaiknya

menggunakan zat cair yang berbeda sehingga kita dapat mengetahui dan

membandingkan tegangan permukaan setiap zat cair tersebut

DAFTAR PUSTAKA

Kanginan, Marten. 2013. Fisika Jilid 2 Kelas X Untuk SMA/MA. Jakarta: Erlangga

Haryadi , Bambang. 2009. Fisika Jilid 2 Kelas XI Untuk SMA/MA.Jakarta: Pusat

Perbukuan Depdiknas