tegangan permukaan
TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Dalam kehidupan sehari-hari, terlihat pada permukaan zat cair, seperti
terdapat suatu lapisan yang dapat mempertahankan keadaan benda yang terdapat pada
lapisan tersebut pada suatu kondisi tertentu. Misalnya jarum yang diletakkan
mendatar pada permukaan zat cair. Peristiwa ini merupakan bentuk dari adanya
tegangan permukaan zat cair. Perbedaan sifat antara zat cair yang berbeda jenisnya
akan mempengaruhi tegangan permukaan yang ada pada zat cair.
Kejadian diatas adalah merupakan sebagian contoh dari aplikasi tegangan
pada permukaan zat cair dialam. Dari hasil pengamatan dapat disebutkan bahwa pada
permukaan zat cair seolah-olah ditekan oleh lapisan elastis yang tak tampak, yang
menyebabkan bentuknya melengkung.
Dari fenomena-fenomena alam tersebut, untuk memahami lebih jauh tentang
tegangan permukaan zat cair maka dilakukanlah percobaan ini. Dalam percobaan ini
mencoba untuk menentukan nilai tegangan permukaan yang terjadi peda suatu zat
cair.
1.2 TUJUAN PERCOBAAN
Percobaan ini bertujuan untuk menentukan nilai tegangan permukaan suatu
zat cair dengan mengaplikasikan rumus-rumus tegangan permukaan (terutama untuk
mencari besarnya gaya tegang pada permukaan suatu zat cair). Zat cair yang
digunakan antara lain aquades, alkohol, minyak tanah, dan oli.
1.3 PERMASALAHAN
Bagaimana cara menghitung besar tegangan permukaan zat cair berdasar data-
data hasil percobaan. Definisi dari tegangan permukaan itu sendiri, dan penyebab
terjadinya tegangan permukaan. Hubungan antara sifat zat cair terutama yang
berkaitan dengan adhesif-nonadhesif terhadap tegangan permukaan Hubungan antara
tegangan permukaan dan rapat massa.
1.4 SISTEMATIKA LAPORAN
Laporan ini terdiri dari lima bab secara garis besar dan berisi tentang
pengukuran tegangan permukaan, untuk lebih jelasnya maka susunan laporan adalah
1
sebagai berikut. Bab I Pendahuluan yang di dalamnya berisi tentang latar belakang,
tujuan percobaan, permasalahan, sistematika laporan praktikum. Bab II Dasar Teori
merupakan penjelasan dan ulasan singkat tentang teori dasar yang mendasari kegiatan
percobaan yang dilakukan. Bab III Cara Kerja dan Peralatan, dalam bab ini
menerangkan tentang tata urutan kerja yang dilakukan dalam melaksanakan kegiatan
praktikum serta pengenalan peralatan yang diperlukan dalam melakukan praktikum.
Bab IV Analisa Data dan Pembahasan, dalam praktikum tentunya kita akan
memperoleh data-data sehingga perlu adanya penganalisaan lebih lanjut karena tidak
sempurnanya alat ukur, ketidaktepatan cara mengukur, tidak sempurnanya alat indera
dan lain-lain. Dengan memperhitungkan ralat-ralat dari data yang diperoleh dalam
melakukan praktikum agar mendapatkan data yang mempunyai ketelitian yang
sesuai. Bab V Kesimpulan, memberikan kesimpulan dari kegiatan praktikum yang
dilakukan.
2
BAB II
DASAR TEORI
Banyak Fenomena-fenomena alam yang kurang kita perhatikan akan tetapi
fenomena-fenomena tersebut mempunyai hubungan dengan adanya tegangan
permukaan. Sering terlihat peristiwa-peristiwa alam yang tidak diperhatikan dengan
teliti misalnya tetes-tetes zat cair pada pipa kran yang bukan sebagai suatu aliran,
laba-laba air yang berada di atas permukaan air, mainan gelembung-gelembung
sabun, pisau silet yang diletakkan perlahan-lahan diatas permukaan zat cair yang
terapung, dan naiknya air pada pipa kapiler. Hal tersebut dapat terjadi karena adanya
gaya-gaya yang bekerja pada permukaan zat cair atau pada batas antara zat cair
dengan bahan lain.
Yang dimaksud tegangan permukaan adalah suatu kemampuan atau
kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas pemukaannya lebih
kecil yaitu permukaan datar, atau bulat seperti bola atau ringkasnya didefinisikan
sebagai usaha untuk membentuk luas permukaan baru. Dengan sifat tersebut zat cair
mampu untuk menahan benda-benda kecil di permukaannya. Seperti silet, berat dari
silet menyebabkan permukaan zait cair sedikit melengkung kebawah dimana silet itu
berada. Lengkungan itu memperluas permukaan zat cair namun zat cair dengan
tegangan permukaannya berusaha mempertahankan luas permukaannya sekecil
mungkin.
Ada beberapa model peralatan yang sering digunakan untuk mengukur
tegangan permukaan suatu zat cair. Yang pertama adalah dengan metode pipa kapiler
yaitu mengukur tegangan permukaan zat cair dan sudut kelengkungannya dengan
memakai pipa berdiameter. Salah satu ujung pipa tersebut dicelupkan kedalam
permukaan zat cair maka zat cair tersebut permukaannya akan naik sampai ketinggian
tertentu. Pada percobaan ini salah satu aspek yang mudah diamati adalah tentang sifat
zat cair yaitu apakah zat cair itu adhesive atau non-adhesive. Untuk itu perhatikan
gambar berikut ini :
Gambar II.1 Sudut kontak zat cair pada pipa kapiler
3
Pada zat cair yang adhesive berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih kecil
daripada gaya adhesinya dan pada zat yang non-adhesive berlaku sebaliknya. Salah
satu besaran yang berlaku pada sebuah pipa kapiler adalah sudut kontak () yaitu
sudut yang dibentuk oleh permukaan zat cair yang dekat dengan dinding (lihat
gambar 2.1). Sudut kontak ini timbul akibat gaya tarik-menarik antara zat yang sama
(gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik antara molekul zat yang berbeda (adhesi).
Harga dari sudut kontak ini berubah-ubah dari 0 sampai 180 derajat dan dibagi
menjadi dua bagian yaitu : pada zat cair yang adhesive besarnya sudut kontak ( ) :
0 < < 90 (derajat) dan pada zat cair non-adhesive besarnya () : 90 < < 180
(derajat). Sedangkan besarnya tegangan permukaan ( ) yaitu :
= F / ( 2 R cos )
dimana : F = . R2 . y . zat cair . g
maka : = R . y . g . zat cair / ( 2 cos )
Peristiwa adanya tegangan permukaan bisa pula ditunjukkan pada percobaan
sebagai berikut jika cincin kawat yang diberi benang seperti pada gambar II.2a
dicelupkan ke dalam larutan sabun, kemudian dikeluarkan akan terjadi selaput sabun
dan benang dapat bergerak bebas. Jika selaput sabun yang ada diantara benang
dipecahkan, maka benang akan terentang membentuk suatu lingkaran. Jelas pada
benag sekarang bekerja gaya-gaya ke luar pada arah radial (gambar II.2b).
(a) (b)
Gambar II.2 Tegangan Permukaan
4
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 ALAT DAN BAHAN
a. Stand base dengan dengan panjang sisi 28 cm 1 buah
b. Batang besi panjang 25 cm dan 50 cm 2 buah
c. Spring balance dengan skala newton 1 set
d. Laboratory stand (dongkrak) 1 buah
e. Cincin aluminium dan jangka sorong 1 buah
f. 4 gelas berisi cairan (aquades, oli, minyak tanah, alkohol)
3.2 CARA KERJA
a. Ukurlah diameter bagian dalam cincin setelah itu susun semua peralatan
hingga menjadi seperti gambar 3.1
Gb 3.1 Susunan Alat Uji Tegangan Permukaan
b. Letakkan gelas keatas dongkrak kemudian aturlah posisi dongkrak
sehingga seluruh cincin tercelup kedalam zat cair lalu catat besar tegangan
yang tertera pada neraca pegas skala newton
c. Turunkan dongkrak hingga cincin naik ke permukaan hingga tercapai
keadaan maximum (sesaat akan lepas) dan baca tegangannya pada neraca
pegas
d. Ulangi point c-d sebanyak lima kali
e. Lakukan point c-e untuk tiap gelas
5
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 ANALISA DATA
Dari data - data yang diperoleh dari percobaan maka akan dibuat analisa data
sebagai berikut :
A. Tabel IV.1 Aquades
F F - F’ (F - F’)2
0,027
0,03
0,029
0,028
0,028
0,0014
0,0016
0,0006
0,0004
0,0004
196 x 10-8
256 x 10-8
36 x 10-8
16 x 10-8
16 x 10-8
F’ = 0,0284 (F - F’)2 = 5,2 x 10-6
(F - F’)2 1/2 5,2 x 10-6 ½
= = = 5,1 x 10-4
20 20
5,1 x 10-4
I = x 100 % = x 100 % = 1,8 % F’ 0,0284
K = 100 % - 1,8 % = 98,2 %
B. Tabel IV.2 Alkohol
F F - F’ (F - F’)2
0,019
0,022
0,022
0,022
0,024
0,0028
0,0002
0,0002
0,0002
0,0026
784 x 10-8
4 x 10-8
4 x 10-8
4 x 10-8
676 x 10-8
F’ = 0,0218 (F - F’)2 = 1,47 x 10-5
6
(F - F’)2 1/2 1,47 x 10-6 ½
= = = 8,6 x 10-4
20 20
8,6 x 10-4
I = x 100 % = x 100 % = 3,9 % F’ 0,0218
K = 100 % - 3,9 % = 96,1 %
C. Tabel IV.3 Minyak Tanah
F F - F’ (F - F’)2
0,022
0,021
0,022
0,022
0,022
0,0002
0,0008
0,0002
0,0002
0,0002
4 x 10-8
64 x 10-8
4 x 10-8
4 x 10-8
4 x 10-8
F’ = 0,0218 (F - F’)2 = 8 x 10-7
(F - F’)2 1/2 8 x 10-7 ½
= = = 2 x 10-4
20 20
2 x 10-4
I = x 100 % = x 100 % = 0,9 % F’ 0,0218
K = 100 % - 0,9 % = 99,1 %
D. Tabel IV.4 Oli SAE 30
F F - F’ (F - F’)2
0,025
0,026
0,026
0,027
0,027
0,0012
0,0002
0,0002
0,0008
0,0008
144 x 10-8
4 x 10-8
4 x 10-8
64 x 10-8
64 x 10-8
7 F’ = 0,0262 (F - F’)2 = 2,8 x 10-6
7
(F - F’)2 1/2 2,8 x 10-6 ½
= = = 3,7 x 10-4
20 20
3,7 x 10-4
I = x 100 % = x 100 % = 1,4 % F’ 0,0262
K = 100 % - 1,4 % = 98,6 %
4.2 PEMBAHASAN
Dari analisa data yang dibuat diatas telah diketahui data besarnya selisih gaya
rata-rata ( F’) dan diameter cincin. Dengan data tersebut akan dibuat pembahasan
mengenai :
1. Tegangan permukaan tiap zat cair
Dari tabel pertama (Aquades) :
= F’ / (2 d) = 0,0284 / 0,36 = 0,079 N/m
Dari tabel pertama (Alkohol) :
= F’ / (2 d) = 0,0218 / 0,36 = 0,06 N/m
Dari tabel pertama (Minyak Tanah) :
= F’ / (2 d) = 0,0218 / 0,36 = 0,06 N/m
Dari tabel pertama (Olie SAE 30) :
= F’ / (2 d) = 0,0262 / 0,36 = 0,072 N/m
2. Grafik gaya rata-rata (x) dan tegangan
permukaan (y)
Tabel IV.5 Tegangan Permukaan Cairan Percobaan
F’ (F’/ 2 d)
0,0284
0,0218
0,0218
0,0262
0,079 (Aquades)
0,06 (Alkohol)
0,06 (Minyak T.)
0,072 (SAE 30)
8
Tabel IV.6 Regresi Data
X X2 Y X Y
0,0284
0,0218
0,0218
0,0262
8 x 10-4
4,8 x 10-4
4,8 x 10-4
6,9 x 10-4
0,079
0,06
0,06
0,072
2,2 x 10-3
1,3 x 10-3
1,3 x 10-3
1,9 x 10-3
X = 0,0982 X2 = 2,45 x 10-3 Y = 0,271 XY = 6,7 x 10-3
Persamaan garis : Y = aX + b
n XY - X . Y 4 . 6,7 x 10-3 – 0,098 . 0,27 a = = = 1,7 n X2 – ( X)2 4 . 2,45 x 10-3 – 9,6 x 10-3
b = ( Y . n X) / n = (0.271 – 4 . 0,0982) / 4 = - 0,03
Jadi Y = 1,7 X - 0,03
9
3. Perhitungan tegangan permukaan dan ralatnya
a. Untuk Aquades
= . (R. mutlak) / F’
= ( 0,079 . 5,1 x 10-4 ) / 0,0284
= 1,4 x 10-3
=
= ( 0,079 1,4 x 10-3 ) N/m
b. Untuk Alkohol
= . (R. mutlak) / F’
= ( 0,06 . 8,6 x 10-4 ) / 0,0218
= 2,4 x 10-3
=
= ( 0,06 2,4 x 10-3 ) N/m
c. Untuk Minyak Tanah
= . (R. mutlak) / F’
= ( 0,06 . 2 x 10-4 ) / 0,0218
= 5,5 x 10-4
=
= ( 0,06 5,5 x 10-4 ) N/m
d. Untuk Oli SAE 30
= . (R. mutlak) / F’
= ( 0,072 . 3,7 x 10-4 ) / 0,0262
= 1 x 10-3
=
= ( 0,072 1 x 10-3 ) N/m
Dari perhitungan-perhitungan yang ada dalam analisa data maupun
pembahasan dapat dijelaskan bahwa tingkat keseksamaan data baik itu rata-rata
selisih gaya, tegangan permukaan relatif cukup tinggi. Hal ini disebabkan oleh
beberapa faktor yaitu :
1. Tingkat ketelitian alat ukur, skala yang dipakai adalah 0,1 N yang mana skala
ini hanya mampu mengukur ketelitian sampai dua desimal dibelakang koma.
2. Tingkat ketelitian pengukuran dari praktikan (terutama saat pengukuran
diameter cincin dan pengamatan terhadap neraca pegas).
3. Faktor panas / suhu zat cair yang tidak diperhitungkan.
10
Kemudian untuk menyempurnakan hasil pengukuran maka diperlukan metode ralat
(mutlak dan nisbi). Yang bertujuan untuk menunjukkan dan
memperbaiki/memperkecil ketidaktelitian alat ukur, panca indera, dan sebagainya
dari praktikan. Nilai akhir perhitungan (dengan ralatnya) menunjukkan suatu daerah
nilai (toleransi) yang masih diakui sesuai tingkat keseksamaannya.
11
BAB V
KESIMPULAN
Dari percobaan tentang tegangan permukaan yang telah dilakukan dapat
disimpulkan beberapa hal yaitu :
1. Tegangan permukaan adalah suatu usaha oleh zat cair untuk membuat permukaan
baru yang sekecil mungkin. Dan didefinisikan sebagai perubahan gaya per satuan
panjang.
2. Besarnya tegangan permukaan dapat diukur menggunakan neraca pegas seperti
apa yang dilakukan dalam percobaan ini.
3. Dari hasil percobaan dan pembahasan yang telah dilakukan dapat diketahui
bahwa tegangan permukaan dari yang terbesar sampai terkecil adalah :
Aquades ( = 1 gr/cm3) = 0,079 N/m
Olie SAE 30 ( = 0,89 gr/cm3) = 0,072 N/m
Minyak tanah ( = 0,84 gr/cm3) = 0,06 N/m
Alkohol ( = 0,81 gr/cm3) = 0,06 N/m
4. Berdasar data diatas dapat disimpulkan bahwa tegangan permukaan zat cair
sangat dipengaruhi oleh massa jenis cairan zat cair tersebut. Makin besar massa
jenisnya makin besar pula tegangan permukaannya.
5. Bila dua buah zat cair yang berbeda (massa jenisnya) dicampur menjadi satu
maka posisi zat yang mempunyai massa jenis lebih kecil berada di atas dan tidak
dapat bercampur. Misalnya air dengan minyak, maka posisi minyak akan berada
di atas air.
12
DAFTAR PUSTAKA
1. Dosen-dosen FMIPA-ITS, “Fisika Dasar I”, FMIPA-ITS, Surabaya, 1997
2. Sears and Zemansky, “Univercity Phyisics”, 2nd edition, Addison - Wesley
Publishing Company, Inc., New York, 1982.
3. Raymond C. Binder, “Fluid Mechanics”, edisi ke-5, penerbit Prentice-Hall of
India Private,ltd. New Delhi, 1975.
13