laporan fisika koefisien kekentalan zat cair

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR

KOEFFISIEN KEKENTALAN ZAT CAIR

Disusun oleh :

Eka Pajar Dwiantho 15010035

Febby Cahya Andinie 15010044

Iin Siti Fatimah 15010052

Nandani Dwi Octavia 15013156

Siti Julia Nuranggraini 15010118

Widiyana 15010134

PROGRAM STUDI S1 FARMASI

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI DAN INDUSTRI FARMASI

DESEMBER 2015

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas rahmat-

Nya kami dapat menyelesaikan penyusunan laporan praktikum “Koefisien

Kekentalan Zat Cair”. Penulisan laporan ini adalah salah satu tugas mata kuliah

Praktikum Fisika Dasar.

Dalam penulisan laporan praktikum ini kami merasa masih banyak

kekurangan, baik pada teknis penulisan maupun materi. Untuk itu kritik dan saran

dari semua pihak sangat kami harapkan demi penyempurnaan pembuatan laporan

ini. Dalam penulisan laporan ini kami menyampaikan ucapan terima kasih kepada

pihak yang membantu dalam menyelesaikan laporan ini, khususnya kepada Bapak

Rakhmad Rhamdani Alwie, S.Si. yang telah memberikan pengarahan dan

dorongan dalam pembuatan laporan ini. Semoga laporan ini dapat bermanfaat dan

menjadi sumber literatur bagi pembaca.

Bogor, 12 Desember 2015

Penulis

ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ........................................................................................i

DAFTAR ISI .......................................................................................................ii

BAB I PENDAHULUAN ...............................................................................1

1.1 Tujuan Praktikum ..............................................................................1

1.2 Dasar Teori .......................................................................................1

BAB II ALAT DAN BAHAN .........................................................................5

2.1 Alat... .................................................................................................5

2.2 Bahan ................................................................................................5

BAB III METODE KERJA .............................................................................6

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..........................................................7

4.1 Hasil. .................................................................................................7

4.2 Pembahasan .......................................................................................11

BAB V KESIMPULAN ....................................................................................12

DAFTAR RUJUKAN .........................................................................................13

LAMPIRAN ........................................................................................................14

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Tujuan Praktikum

1. Memahami bahwa benda yang bergerak di dalam fluida zat cair akan

mendapatkan gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida tersebut.

2. Mempelajari dan menentukan koefisien kekentalan zat cair.

1.2 Dasar Teori

Viskositas fluida (zat cair) adalah gesekan yang ditimbulkan oleh fluida yang

bergerak atau benda padat yang bergerak di dalam fluida. Besaran gesekan ini

biasanya juga disebut derajat kekentalan zat cair. Jadi semakin besar viskositas zat

air, maka semakin susah benda padat bergerak di dalam zat cair tersebut. Suatu

jenis cairan yang mudah mengalir, dapat dikatakan memiliki viskositas yang

rendah, dan sebaliknya bahanbahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki

viskositas yang tinggi. Viskositas suatu fluida adalah sifat yang menunjukkan

besar dan kecilnya tahanan dalam fluida terhadap gesekan (Rakhmalinda, 2014).

Aliran cairan dapat dikelompokkan ke dalam dua tipe. Yang pertama adalah

aliran ‘laminar’ atau aliran kental, yang secara umum menggambarkan laju aliran

kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah kecil. Aliran yang lain adalah aliran

‘turbulen’ yang menggambarkan laju aliran yang besar melalui pipa dengan

diameter yang lebih besar (Dogra, 2009).

Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous (Soedojo, 1986). Suatu

bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous

yaitu menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat dianggap

sebagai gerakan di bagian dalam (internal) suatu fluida (Sears, 1982).

Jika sebuah benda berbentuk bola dijatuhkan ke dalam fluida kental, misalnya

kelereng dijatuhkan ke dalam kolam renang yang airnya cukup dalam, nampak

mula-mula kelereng bergerak dipercepat. Tetapi beberapa saat setelah menempuh

jarak cukup jauh, nampak kelereng bergerak dengan kecepatan konstan (bergerak

lurus beraturan). Ini berarti bahwa di samping gaya berat dan gaya apung zat cair

masih ada gaya lain yang bekerja pada kelereng tersebut. Gaya ketiga ini adalah

2

gaya gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida.

Khusus untuk benda berbentuk bola, gaya gesekan fluida secara empiris

dirumuskan sebagai Persamaan (1) (Sears, 1984).

Fs= 6 𝜋𝜂𝑟𝑣 (1)

dengan η menyatakan koefisien kekentalan, r adalah jari-jari bola kelereng, dan v

kecepatan relatif bola terhadap fluida. Persamaan (1) pertama kali dijabarkan oleh

Sir George Stokes tahun 1845, sehingga disebut Hukum Stokes.

Dalam pemakaian eksperimen harus diperhitungkan beberapa syarat antara lain :

Ruang tempat fluida jauh lebih luas dibanding ukuran bola. Tidak terjadi aliran

turbulen dalam fluida. Kecepatan v tidak terlalu besar sehingga aliran fluida masih

bersifat laminer.

Sebuah bola padat memiliki rapat massa ρb dan berjari-jari r dijatuhkan tanpa

kecepatan awal ke dalam fluida kental memiliki rapat massa ρf, di mana ρb > ρf.

Telah diketahui bahwa bola mula-mula mendapat percepatan gravitasi, namun

beberapa saat setelah bergerak cukup jauh bola akan bergerak dengan kecepatan

konstan. Kecepatan yang tetap ini disebut kecepatan akhir vT atau kecepatan

terminal yaitu pada saat gaya berat bola sama dengan gaya apung ditambah gaya

gesekan fluida. Gambar 1 menunjukkan sistem gaya yang bekerja pada bola

kelereng yakni FA = gaya Archimedes, FS = gaya Stokes, dan W=mg = gaya

berat kelereng.

3

Jika saat kecepatan terminal telah tercapai, pada Gambar 1 berlaku prinsip

Newton tentang GLB (gerak lurus beraturan), yaitu Persamaan (2).

FA + FS = W (2)

Jika ρb menyatakan rapat massa bola, ρf menyatakan rapat massa fluida,

dan Vb menyatakan volume bola, serta g gravitasi bumi, maka berlaku Persamaan

(3) dan (4).

W = 𝜌𝑏. 𝑉𝑏. 𝑔 (3)

FA = 𝜌𝑟. 𝑉𝑏. 𝑔 (4)

Rapat massa bola ρb dan rapat massa fluida ρf dapat diukur dengan

menggunakan Persamaan (5) dan (6).

𝜌𝑏 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑜𝑙𝑎

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑏𝑜𝑙𝑎 (5)

𝜌𝑓 = (𝑚𝑔𝑢+ 𝑚𝑓)−𝑚𝑔𝑢

𝑉𝑓 (6)

dengan mgu menyatakan massa gelas ukur, mf massa fluida, Vf volume

fluida. Dengan mensubstitusikan Persamaan (3) dan (4) ke dalam Persamaan (2)

maka diperoleh Persamaan (7).

FS = Vbg (𝜌𝑏 − 𝜌𝑟) (7)

Dengan mensubstitusikan Persamaan (1) ke dalam Persamaan (7) diperoleh

Persamaan (8).

VT = 2 𝑟2𝑔 (𝜌𝑏−𝜌𝐹)

9𝜂 (8)

Jarak d yang ditempuh bola setelah bergerak dengan kecepatan terminal

dalam waktu tempuhnya t maka Persamaan (8) menjadi Persamaan (9).

𝑑

𝑡=

2 𝑟2𝑔 (𝜌𝑏−𝜌𝑓)

9𝜂

1

𝑡=

2 𝑟2𝑔 (𝜌𝑏 − 𝜌𝑓)

9𝑑𝜂

𝑡 = 9𝑑𝜂

2 𝑟2𝑔 (𝜌𝑏 − 𝜌𝑓)

Atau t = k d (9)

Dengan nilai k = 9𝑑𝜂

2 𝑟2𝑔 (𝜌𝑏−𝜌𝑓) (10)

4

atau dalam grafik hubungan (d-t), nilai k merupakan kemiringan grafik

(slope). Dengan mengukur kecepatan akhir bola yang radius dan rapat massa telah

diketahui, maka viskositas fluida dapat ditentukan. Untuk memperoleh nilai

viskositas fluida, Persamaan (10) diubah dalam bentuk Persamaan (11).

𝜂 = 𝑘 2 𝑟2𝑔 (𝜌𝑏−𝜌𝑓)

9 (11)

Satuan viskositas fluida dalam sistem cgs adalah dyne det cm-2, yang biasa

disebut dengan istilah poise di mana 1 poise sama dengan 1 dyne det cm-2.

Viskositas dipengaruhi oleh perubahan suhu. Apabila suhu naik maka viskositas

menjadi turun atau sebaliknya. Beberapa nilai viskositas bahan ditunjukkan pada

Tabel 1.

Tabel 1. Viskositas Zat Cair

Bahan Suhu T (0C)

Viskositas 𝜂

(poise)

Air

(Sears, 1982)

20 1,005x10-2

Oli Mesin

(Tripler, 1998)

30 2

5

BAB II

ALAT DAN BAHAN

2.1 Alat

1. Fluida oli

2. Tabung tempat zat cair beserta saringan pengambilan bola dari dasar tabung

3. Stopwatch

4. Jangka sorong

5. Mistar

6. Micrometer sekrup

7. Timbangan analitik

2.2 Bahan

1. Bola kaca

2. Bola besi

6

BAB III

METODE KERJA

3.1 Metode Kerja Koefisien Kekentalan Zat Cair

1. Ditimbang gelas ukur kosong, kemudian ditimbang gelas ukur setelah berisi

zat cair / oli

2. Dicatat volume zat cair untuk menghitung massa jenis zat cair 𝜌oli

3. Diukur diameter bola dengan micrometer skrup kemudian ditimbang massa

bola dengan neraca teknis untuk menghitung massa jenis zat cair 𝜌oli

4. Dibuat tanda sebanyak dua garis pada tabung sejauh 5 cm, 15 cm, 20 cm dan

25 cm

5. Dimasukkan sendok saringan ke dalam tabung dan tunggu sampai zat cair

diam untuk mengambil bola dari dasar tabung

6. Dijatuhkan bola ke dalam zat cair dan catat waktu saat bola melalui jarak

diatas.

7. Dilakukan pengamatan sebanyak 3 kali untuk memperoleh ketelitian yang

baik

7

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil

4.1.1 Bola Kaca

Tabel 4.1 Data Pengamatan Massa Jenis Bola Kaca

Percobaan Diameter

(d)

Jari-jari

(r)

Massa

(m)

Volume

(V)

Massa Jenis

(𝜌)

1 0,327 cm 0,1635 cm 0,18 g 0,0183 cm3 9,8360

𝑔𝑐𝑚3⁄

2 0,321 cm 0,1605 cm 0,18 g 0,0173 cm3 10,4046

𝑔𝑐𝑚3⁄

x 0,324 cm 0,1620 cm 0,18 g 0.0178 cm3 10,1203

𝑔𝑐𝑚3⁄

1. Perhitungan Volume

a. V bola ke-1 = 4

3 𝑥 𝜋 𝑥 𝑟3

= 4

3 𝑥 3,14 𝑥 0,16353

= 0,0183 cm3

b. V bola ke-2 = 4


= 4

3 𝑥 3,14 𝑥 0,00413

= 0,0173 cm3

2. Perhitungan Massa Jenis

a. 𝜌 bola ke-1 = 𝑚

𝑣

= 0,18 𝑔

0,0183 𝑐𝑚3

= 9,8360 𝑔

𝑐𝑚3⁄

b. 𝜌 bola ke-2 = 𝑚

𝑣

= 0,18 𝑔

0,0173 𝑐𝑚3

= 10,4046 𝑔

𝑐𝑚3⁄

8

Tabel 4.2 Data Pengamatan Koefisien Kekentalan

Percobaan Jarak

(s)

Waktu

(t)

Kecepatan

(V)

Kekentalan

(𝜂)

1 15 cm 1,49 detik 10,0671 𝑐𝑚𝑠⁄ 5,2459 dyne det cm

-2

2 20 cm 1,99 detik 10,0503𝑐𝑚𝑠⁄ 5,2547 dyne det cm

-2

3 25 cm 2,63 detik 9,5057𝑐𝑚𝑠⁄ 5,5558 dyne det cm

-2

3. Perhitungan Kecepatan

a. V bola ke-1 = 𝑠

𝑡

= 15 𝑐𝑚

1,49 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

= 10,0671 𝑐𝑚𝑠⁄

b. V bola ke-2 = 𝑠

𝑡

= 20 𝑐𝑚


= 10,0671 𝑐𝑚𝑠⁄

c. V bola ke-3 = 𝑠

𝑡

= 15 𝑐𝑚


= 9,5057𝑐𝑚𝑠⁄

4. Perhitungan Kekentalan

a. 𝜂 bola ke-1 = 2 𝑥 𝑟2𝑥 𝑔

9 𝑥 𝑉 𝑥 (𝜌𝑏𝑜𝑙𝑎 − 𝜌𝑜𝑙𝑖)

= 2 𝑥 0,1622𝑥 980

9 𝑥 10,0671 𝑥 (10,1203 − 0,88)

= 0,5677 x 9,2403

= 5,2459 dyne det cm-2

b. 𝜂 bola ke-2 = 2 𝑥 𝑟2𝑥 𝑔


= 2 𝑥 0,1622𝑥 980

9 𝑥 10,0503 𝑥 (10,1203 − 0,88)

= 0,5688 x 9,2403


c. 𝜂 bola ke-3 = 2 𝑥 𝑟2𝑥 𝑔


= 2 𝑥 0,1622𝑥 980

9 𝑥 9,5057 𝑥 (10,1203 − 0,88)

= 0,60126 x 9,2403


9

4.1.2 Bola Besi

Tabel 4.3 Data Pengamatan Massa Jenis Bola Besi

Percobaan Diameter

(d)

Jari-jari

(r)

Massa

(m)

Volume

(V)

Massa Jenis

(𝜌)

1 0,153 cm 0,0765 cm 0,13 g 0,0019 cm3 68,4211

𝑔𝑐𝑚3⁄

2 0,153 cm 0,0765 cm 0,13 g 0,0019 cm3 68,4211

𝑔𝑐𝑚3⁄

x 0,153 cm 0,0765 cm 0,13 g 0,0019 cm3 68,4211

𝑔𝑐𝑚3⁄

1. Perhitungan Volume

a. V bola ke-1 = 4


= 4

3 𝑥 3,14 𝑥 0,07653

= 0,0019 cm3

b. V bola ke-2 = 4


= 4

3 𝑥 3,14 𝑥 0,07653

= 0,0019 cm3

2. Perhitungan Massa Jenis

a. 𝜌 bola ke-1 = 𝑚

𝑣

= 0,13 𝑔

0,0019 𝑐𝑚3

= 68,4211 𝑔

𝑐𝑚3⁄

b. 𝜌 bola ke-2 = 𝑚

𝑣

= 0,13 𝑔

0,0019 𝑐𝑚3

= 68,4211 𝑔

𝑐𝑚3⁄

10

Tabel 4.2 Data Pengamatan Koefisien Kekentalan

Percobaan Jarak

(s)

Waktu

(t)

Kecepatan

(V)

Kekentalan

(𝜂)


-2


-2


-2

3. Perhitungan Kecepatan

a. V bola ke-1 = 𝑠

𝑡

= 15 𝑐𝑚


= 22,0588 𝑐𝑚𝑠⁄

b. V bola ke-2 = 𝑠

𝑡

= 20 𝑐𝑚


= 22,9885 𝑐𝑚𝑠⁄

c. V bola ke-1 = 𝑠

𝑡

= 25 𝑐𝑚


= 21,7391 𝑐𝑚𝑠⁄

4. Perhitungan Kekentalan

a. 𝜂 bola ke-1 = 2 𝑥 𝑟2𝑥 𝑔


= 2 𝑥 0,0765 2𝑥 980

9 𝑥 22,0588 𝑥 (68,4211 − 0,88)


b. 𝜂 bola ke-2 = 2 𝑥 𝑟2𝑥 𝑔


= 2 𝑥 0,0765 2𝑥 980

9 𝑥 22,9885 𝑥 (68,4211 − 0,88)


c. 𝜂 bola ke-3 = 2 𝑥 𝑟2𝑥 𝑔


= 2 𝑥 0,0765 2𝑥 980

9 𝑥 21,7391 𝑥 (68,4211 − 0,88)


11

4.2 Pembahasan

Viskositas fluida (zat cair) adalah gesekan yang ditimbulkan oleh fluida yang

bergerak atau benda padat yang bergerak di dalam fluida. Besaran gesekan ini

biasanya juga disebut koefisien kekentalan zat cair. Dengan melakukan kegiatan

sesuai dengan langkah kerja pada jalannya praktikum, maka didapatkan hasil

massa jenis oli sebesar 0,88 𝑔

𝑐𝑚3⁄ .

Pada kelereng kaca didapatkan massa jenis sebesar 9,8360 𝑔

𝑐𝑚3⁄ dan

10,4046 𝑔

𝑐𝑚3⁄ dengan rata-rata 10,1203 𝑔

𝑐𝑚3⁄ . Didapatkan nilai koefisien

kekentalan zat cair sebesar 5,2459 poise, 5,2547 poise dan 5,5558 poise. Hasil ini

tidak sesuai literature yang menunjukkan bahwa rentang nilai koefisien kekentalan

zat cair pada oli sebesar 2-4 poise. Hal ini dipengaruhi karena alat sederhana yang

digunakan pada praktikum ini menyebabkan nilai koefisien kekentalan zat cair

yang akan dicari kurang teliti, selain itu waktu yang dihitung selama bola kaca

jatuh akan tidak tepat. Oleh karena itu diperlukan pencatatan waktu otomatis yang

akan mencatat waktu yang diperlukan bola kaca untuk jatuh. Hal ini juga

dipengaruhi karena molekul oli bergerak. Molekul oli bergerak menyebabkan

terjadinya turbulensi atau gelembung udara yang ditimbulkan saat pengambilan

penyaring untuk mengambil bola, sehingga bola tidak hanya bergesekan dengan

molekul oli tapi dengan molekul udara.

Pada bola besi diperoleh masa jenis sebesar 68,421 𝑔

𝑐𝑚3⁄ dan

68,421𝑔

𝑐𝑚3⁄ dengan rata-rata 68,421 𝑔

𝑐𝑚3⁄ . Didapatkan nilai koefisien

kekentalan zat cair sebesar 3,8515 poise, 3,6957 poise dan 3,9081 poise. Hasil ini

sesuai dengan literature yang menunjukkan bahwa rentang nilai koefisien

kekentalan zat cair pada oli sebesar 2-4 poise. Semakin tinggi viskositas, semakin

sulit suatu jenis cairan mengalir, semakin rendah viskositas, semakin mudah suatu

jenis cairan mengalir.

12

BAB V

KESIMPULAN

Kesimpulan dalam praktikum ini yaitu :

1. Perbedaan jarak lintasan tidak mempengaruhi koefisien kekentalan zat cair,

jadi berapapun jarak lintasannya koefisien kekentalan zat cair sama

2. Pengambilan penyaringan saat pengambilan bola menyebabkan adanya

turbulensi atau gelembung udara yang menyebabkan bola tidak hanya

bergesekan dengan molekul zat cair tapi bergesekan dengan molekul udara.

13

DAFTAR PUSTAKA

Dogra, S.K dan S. Dogra. 2009. Kimia Fisik. Jakarta : Universitas Indonesia

Press.

Rakhmalinda, Fika dan Naryanto. 2014. Viskositas Cairan. Jakarta: Universitas

Islam Negeri Syarif Hidayatullah

Sears, F. W..1984. Mekanika Panas Dan Bunyi. Jakarta: Penerbit Bina Cipta.

Sears & Zemansky, 1982, Fisika Universitas, Penerbit Bina Cipta,

Bandung.

Soedojo, P.. 1986. Asas-Asas Ilmu Fisika. Yogyakarta: Gajah Mada University

Press.

Tipler. 1998. Fisika Untuk Sains Dan Teknik. Jakarta: Erlangga.

14

LAMPIRAN

Lampiran 1 Alat dan Bahan Praktikum

laporan fisika koefisien kekentalan zat cair

Documents