koefisien kekentala

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR

 KOEFISIEN KEKENTALAN ZAT CAIR

Di susun oleh :

·         Luqman izzudin                                  (0661 13 079)

·         Raditya furqana                                  (0661 13 087)

·         Anis Annisa syabania                          (0661 13 083)

Tanggal Praktek : 24 Oktober 2013

Asisten :

·         DRA.Tri Rakhma. M.Si

·         Rissa R. S.Si

·         Raditya Rizkya

 

  

LABORATORIUM FISIKA

PROGRAM STUDI FARMASI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PAKUAN

BOGOR

2013

BAB I

PENDAHULUAN

1.1              TUJUAN PERCOBAAN

Dengan dilakukannya percobaan pada praktikum ini diharapkan bahwa mahasiswa dapat :

1.      Menghitung gerak benda dalam fluida.

2.      Menghitung kekentalan zat cair.

1.2              DASAR TEORI

Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Yang termasuk dalam kategori fluida adalah zat cair dan gas. Fluida mempunyai kerapatan yang harganya tertentu pada temperatur dan tekanan tertentu. Tekanan adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu bidang per satuan luas bidang itu. Harga kerapatannya tergantung pada temperatur dan tekanan, apabila temperatur dan tekanan suatu fluida berubah maka kerapatannya akan berubah. Aliran fluida dapat termampatkan (compressible) atau tak termampatkan (incompressible).jika fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volum (atau massa jenis) ketika di tekan, aliran fluida dikatakan tak termampat. Hampir semua zat cair yang beergerak (mengalir) dianggap sebagai aliran tak termampat. Bahkan, gas yang memiliki sifat sangat termampatkan, pada kondisi tertentu dapat mengalami perubahan massa jenis yang dapat diabaikan. Pada kondisi ini aliran gas dianggap sebagai aliran tak termampatkan. Sebagai contoh adalah pada penerbangan dengan kelajuan yang jauh lebihg kecil daripada kelajuan bunyi di udara (340 m/s) gerak relative udara terhadap sayap – sayap pesawat rerbang dapat dianggap sebagai aliran fluida yang tak termampatkan.

A. Jadi berdasarkan kerapatannya maka fluida dapat dibedakan sebagai berikut :

1. Fluida tidak dapat mampat (incompresible)

2. Fluida dapat mampat (compresible)

B. berdasarkan mekanika fluida, fluida dapat dibedakan menjadi 2 jenis :

1. Fluida tidak bergerak / dalam keadaan diam (statika fluida)

2. Fluida bergerak / dalam keadaan bergerak (dinamika fluida)

HUBUNGAN FLUIDA DAN VISKOSITAS

Didalam fluida yang tidak diidealisir terdapat aktivitas molekuler antara bagian-bagian lapisannya. Salah satu akibat dari adanya aktivitas ini adalah timbulnya gesekan internal antara bagian-bagian tersebut, yang dapat digambarkan sebagai gaya luncur diantara lapisan-lapisan fluida. Hal ini dapat dilihat dari perbedaan kecepatan bergerak lapisan-lapisan fluida tersebut. Secara numeric harga viskositas zat cair jauh lebih besar,dan harga itu berkurang dengan cepat bila temperatur bertambah.

KONSEP VISKOSITAS

Viskositas adalah merupakan ukuran gesekan fluida internal yang cenderung berlawanan dengan setiap perubahan dinamika dalam gerak fluida. Fluida, baik zat cair maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan yang berbeda. Misalnya sirup dan air. Sirup biasanya lebih kental dari air. Atau air susu, minyak goreng, oli, darah, dan lain-lain. Tingkat kekentalan setiap zat cair tersebut berbeda-beda. Pada umumnya, zat cair lebih kental dari zat gas. Viskositas alias kekentalan sebenarnya merupakan gaya gesekan antara molekul-molekul yang menyusun suatu fluida.

Viskositas dalam aliran fluida kental sama saja dengan gesekan pada gerak benda padat. Untuk fluida ideal, viskositas Ƞ = 0, sehingga kita selalu menganggap bahwa benda yang bergerak dalam fluida ideal tidak mengalami gesekan yang disebabkan oleh fluida. Akan tetapi, bila benda tersebut bergerak dengan kelajuan tertentu dalam fluida kental, gerak benda tersebut akan di hambat oleh gaya gesekan fluida pada benda tersebut. Besar gaya gesekan fluida telah dirumuskan oleh

                                               

Koefisien k bergantung pada bentuk geometris benda. Untuk benda yang memiliki bentuk geometris berupa bola dengan jari – jari r, maka dari perhitungan laboratorium ditunjukan bahwa

                                     

 Jadi molekul-molekul yang membentuk suatu fluida saling gesek menggesek ketika fluida tersebut mengalir.

Fs   = - 6 Ƞ r v

 

Keterangan :

·         Fs        = Gaya gesekan oleh zat cair (N)

·         Ƞ          = kekentalan zat cair atau viskositas (N.s/m²)

·         r           = jari –jari bola (m)

·         v          = kecepatan relatif bola terhadap zat cair (m/s)

           

Pada zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan oleh tumbukan antar molekul. Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contohnya air. Sebaliknya, fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contohnya minyak goreng, oli, madu dan lain-lain. Tingkat kekentalan suatu fluida juga bergantung pada suhu. Semakin tinggi suhu zat cair, semakin kurang kental zat cair tersebut. Viskositas atau kekentalan hanya ada pada fluida riil (rill = nyata). Fluida riil/nyata adalah fluida yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari, seperti air, sirup, oli, asap knalpot, dan lain-lain.contohnya mengapa mencuci dengan air panas lebih mudah dan menghasilkan cucian yang lebih bersih ? karena tegangan permukaan air dipengaruhi oleh suhu, makin tinggi suhu air, makin kecil tegangan permukaan air, dam ini berarti makin baik kemampuan air untuk membasahi benda. Karena itu mencuci menggunakan air panas menyebabkan kotoran pada pakaian lebih mudah larut dan cucian lebih bersih. Fluida riil berbeda dengan fluida ideal. Fluida ideal sebenarnya tidak ada dalam kehidupan sehari-hari. Fluida ideal hanya model yang digunakan untuk membantu kita dalam menganalisis aliran fluida. (fluida ideal ini yang kita pakai dalam pokok bahasan Fluida Dinamis).

BAB II

ALAT & BAHAN

            ALAT& BAHAN

·         tabung berisi zat cair

·         bola – bola kecil dari zat padat

·         micrometer skrup,jangka sorong, mistar

·         sendok saringan untuk mengambil bola-bola dari dasar tabung

·         thermometer

·         stopwatch

·        timbangan torsi dengan batu timbanganya

·        minyak pelumas

·        Areometer

·        Hygrometer

·        Barometer

BAB III

METODE PERCOBAAN

METODE KERJA

1.      Mengukur  diameter tiap-tiap bola memakai mikrometer skrup. Lakukan beberapa kali pengukuran untuk tiapa bola.

2.      Timbang tiap-tiap bola dengan neraca torsi.

3.      Catat suhu zat cair sebelum dan sesudah percobaan.

4.      Mengukur rapat massa zat cair sebelum dan sesudah tiap percobaan dengan menggunakan areometer.

5.      Tempatkan karet gelang/ benang sehingga yang satu kira-kira 5 cm dibawah permukaan zat cair dan yang yang lain kira-kira 5 cm di atas dasar tabung.

6.      Mengukur  jarak jauh d  sepanjang 10 cm dan 20 cm( jarak kedua karet gelang ).

7.      Masukan sendok saringan sampai dasar tabung dan tunggu beberapa saat sampai zat cair diam.

8.      Hitunglah  waktu jatuh T untuk tiap-tiap bola beberapa kali menggunakan stopwatch

9.      Ubah letak karet gelang/ benang sehingga didapatkan d yang lain.

10.  Ulangi langkah 6, 7 dan 8.

BAB IV

DATA PENGAMATAN & PERHITUNGAN

4.1 DATA PERHITUNGAN

Keadaan ruangan	P (cm)Hg	T (oC)	C (%)
Sebulum percobaan	75,5	25	70 %
Sesudah percobaan	75,5	26	69 %

No	Bola	M (gr)	D(cm)	r ( cm )	Vb (cm3)	pb (gr/cm3)
1	Kecil	0,2	0,727	0,363	0,200	1
2	Sedang	0,5	0,907	0,453	0,389	1,285
3	Besar	0,7	1,048	0,524	0,602	1,162

A.    Bola Kecil

No	s (cm)	t (s)	v (cm/s)	Ƞ(N.s/m2)
1	10	4,18	2,392	1,439
		4,40	2,272	1,515
2	20	8,28	2,415	1,425
		8,16	2,450	1,405
				1,446

B.     Bola Sedang

No	s (cm)	t (s)	v (cm/s)	Ƞ(N.s/m2)
1	10	3,28	3,048	5,938
		3,22	3,105	5,829
3	20	6,26	3,194	5,666
		6,23	3,210	5,638
				5,767

C.    Bola Besar

No	s (cm)	t (s)	v (cm/s)	Ƞ(N.s/m2)
1	10	2,30	4,347	3,879
		2,35	4,255	3,962
3	20	2,53	4,415	3,819
		2,44	4,504	3,743
				3,850

4.2 PERHITUNGAN

Pfluida = 0,880

Tfluida = 28 ^oC

Volume Bola  :

a.      Kecil               :  = 0,200 cm³

b.      Sedang            :  = 0,389 cm³

^c.         Besar              :  = 0,602 cm³

Massa Jenis Bola : 

a.      Kecil               :  =1 gr/cm³

b.      Sedang            : = 1,285 gr/cm³

c.       Besar              :  = 1,162 gr/cm³

Volume :

Bola Kecil

A.    10 cm 

a.        = 2,392 cm/s                                              b.   2,272 cm/s

B.     20 cm

a.        = 2,415 cm/s                                              b.  = 2,450 cm/s

Bola Sedang

A.   10 cm

a.      = 3,048 cm/s                                            b.  = 3,105 cm/s

B.     20 cm

a.      = 3,194 cm/s                                                           b.  = 3,210 cm/s

Bola Besar

A. 10 cm 

a.      = 4,347 cm/s                                                          b.  = 4,255 cm/s

B.     20 cm

a.      = 4,415 cm/s                                                          b.  = 4,504 cm/s

Mencari Ƞ dengan rumus :

                                               

Bola kecil

A.    10 cm

a.         =  1,439 N.s/m²

b.       =  1,515 N.s/m²

B.     20 cm

a.        = 1,425 N.s/m²

^b.         = 1,405 N.s/m²

  =   = 1,446

Bola sedang

A.    10 cm

a.       N.s/m²      

b.      N.s/m²

B.     20 cm

a.   

b.    N.s/m²

  =   = 5,767

Bola besar

A.    10 cm

a.       N.s/m²

b.      N.s/m²

B.     20 cm

a.    N.s/m²

^b.      N.s/m²

  =   = 3,850

BAB V

PEMBAHASAN

Setiap benda yang bergerak dalam fluida mendapat gaya gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida tersebut. Gaya gesekan tersebut sebanding dengan kecepatan relatif benda terhadap fluida. Khusus untuk benda yang berbentuk bola dan bergerak dalam fluida yang sifat-sifatnya, gaya gesekan yang dialami benda dapat dirumuskan sebagai berikut :

F = -6 π η r v

Keterangan :

F = gaya gesekan yang bekerja pada bola

η = koefisien kekentalan fluida

v = kecepatan bola relatif terhadap fluida

 

Rumus diatas dikenal sebagai hukum stokes.Tanda minus menunjukan arah gaya F yang berlawanan dengan kecepatan (v ). Pemakaian hukum stokes memerlukan beberapa syarat yaitu :

a.      Ruang tempat fluida tidak terbatas (ukurannya cukup luas dibandingkan dengan ukuran benda)

b.       Tidak ada turbulensi didalam fluida

c.       Kecepatan v  tidak besar, sehingga aliran masih laminer

Fluida merupakan zat yang dapat mengalir yang mempunyai partikel yang mudah bergerak dan berubah bentuk tanpa pemisahan massa. Ketahanan fluida terhadap perubahan bentuk sangat kecil sehingga fluida dapat dengan mudah mengikuti bentuk ruang.

Dalam praktikum kami disimpulkan sebuah bola dengan rapat massa dan dilepaskan dari permukaan zat cair tanpa kecepatan awal, maka bola tersebut mula-mula bergerak dipercepat, tetapi akan bertambah besar pula gaya gesekan. Dan akan terjadi kecepatan yang tetap, yaitu setelah terjadi keseimbangan antara gaya berat, gaya apung (archimides), dan gaya stokes.

Pada praktikum Fisika Dasar tentang Viskositas Zat Cair, diperoleh hasil sebagai berikut: waktu yang diperlukan bola besi untuk mencapai ketinggian 10 dan 20 cm, berbeda untuk setiap zat cair dan tergantung pada tingkat viskositasnya. Semakin tinggi viskositas, maka gerakan bola besi akan semakin lambat. Semakin rendah viskositas, maka gerakan bola besi akan semakin cepat.

Dibuktikan pada salah satu percobaan bola besi berukuran kecil dimasukkan dalam gelas ukur yang berisi minyak pelumas, waktu yang diperlukan bola besi untuk mencapai ketinggian 10cm adalah 4,18 detik dengan volume 2,392 cm/s serta viskositas 1,439 N.s/m²dan 4,40 detik dengan volume 2,272 cm/s serta viskositas 1,515 N.s/m², waktu yang dibutuhkan untuk mencapai ketinggian  20 cm adalah 8,28 detik dengan volume 2,415 cm/s serta viskositasnya 1,425 N.s/m² dan 8,16 detik dengan volume 2,450 cm/s serta viskositasnya 1,405 N.s/m² . Begitupun dengan bola yang berukuran sedang dan besar.

KESIMPULAN

Dari praktikum Fisika Dasar tentang Viskositas Zat Cair dapat disimpulkan bahwa kekentalan suatu fluida juga sangat berpengaruh terhadap laju bola,semakin besar koefisien kekentalan suatu fluida maka semakin besar pula gaya gesekan yang di sebabkan oleh kekentalan fluida.karena itu bola akan lebih lambat melaju dalam fluida yang memiliki koefisiensi kekentalan yang besar, Semakin tinggi jarak yang dicapai, semakin kecil waktu yang ditempuh dan semakin kecil viskositas dan sebaliknya serta semakin besar massa yang dimiliki oleh  benda itu maka semakin cepatlah kecepatan benda itu didalam suatu fluida, sehingga waktu yang di butuhkan tentu menjadi semakin sedikit

DAFTAR PUSTAKA

Buku Penuntun Praktikum 2012, Fisika Dasar Farmasi, Bogor : Universitas Pakuan

Kanginan, Marthen. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.

Kanginan, Marthen. 2006. Seribupena Fisika untuk SMA / MA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.

http://nationalinks.blogspot.com/2009/03/definisi-fluida.html

Tugas Akhir

1.    Bagaimana memilih letak karet-karet gelang yang melingkari tabung? Apakah akibatnya jika terlalu dekat dengan permukaan. Apakah akibatnya jika terlalu dengan dasar tabung?

2.    Buatlah grafik antara T dengan d (pakai least square)

3.    Hitunglah harga berdasarkan grafik untuk tiap-tiap bola

4.    Apakah pengaruh suhu terhadap kekentalan zat cair? Terangkan!

Jawaban:

1.   Memilih letak karet-karet gelang pada tabung engan cara menyesuaikan jarak antara gelang dengan permukaan sama dengan jarak gelang dengan dasar tabung, jika jarak terlalu dekat dengan permukaan dan dasar tabung akan menyebabkan waktu yang ditempuh benda semakin lama daripada jarak yang lebih jauh dari permukaan dan dasar, hal ini juga berdampak pada koefisien kekentalan za cair yang semakin besar.

2.   Grafik antara T dan d

 

3.   Harga berdasarkan grafik

Volume :

Bola Kecil

C.    10 cm 

b.       = 2,392 cm/s                                              b.   2,272 cm/s

D.    20 cm

b.       = 2,415 cm/s                                              b.  = 2,450 cm/s

Bola Sedang

C.   10 cm

b.      = 3,048 cm/s                                            b.  = 3,105 cm/s

D.    20 cm

b.      = 3,194 cm/s                                                           b.  = 3,210 cm/s

Bola Besar

A. 10 cm 

b.      = 4,347 cm/s                                                          b.  = 4,255 cm/s

C.    20 cm

b.      = 4,415 cm/s                                                          b.  = 4,504 cm/s

Mencari Ƞ dengan rumus :

                                               

Bola kecil

C.    10 cm

c.         =  1,439 N.s/m²

d.       =  1,515 N.s/m²

D.    20 cm

c.        = 1,425 N.s/m²

^d.         = 1,405 N.s/m²

  =   = 1,446

Bola sedang

C.    10 cm

c.       N.s/m²      

d.      N.s/m²

D.    20 cm

c.   

d.   N.s/m²

  =   = 5,767

Bola besar

C.    10 cm

c.       N.s/m²

d.      N.s/m²

D.    20 cm

c.    N.s/m²

^d.      N.s/m²

  =   = 3,850

4.    Suhu sangat berpengaruh terhadap kekentalan zat cair. Semakin tinggi suhu maka semakin rendah nilai viskositasnya. Hal ini disebabkan gaya-gaya kohesi pada zat cair bila dipanaskan akan mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya temperatur pada zat cair yang menyebabkan berturunnya viskositas dari zat cair tersebut. Oleh karena itu semakin tinggi suhu maka cairan semakin encer, karena kerapatan komponen penyusun zat cair semakin renggang. Suatu viskositas akan menjadi lebih tinggi jika suhu mengalami penurunan karena pada saat suhu di naikkan maka partikel-partikel penyusun zat tersebut bergerak secara acak sehingga kekentalan akan mengalami penurunan, dan jika suhu mengalami penurunan akan terjadi kenaikan viskositas karena partikel-partikel penyusun senyawa tersebut tidak mengalami gerakan sehingga gaya gesek yang bekerja juga semakin besar.