laporan faalRE

LAPORAN PRAKTIKUM FISIOLOGI

HUKUM POISEUILLE

KETUA : Rendi Muflih 1102011227SEKRETARIS : Syah Muhammad Reza 1102011271ANGGOTA : Mazaya Ekawati 1102011158

Mohd. Ryan Adi Hermawan 1102010171Mellati Zastia Putri 1102011160Mohamad Naufal YDK 1102011165Muhamad Arie WR 1102011171Nudiya Fairuz 1102011198RizqullohTaufiquul HB 1102011242

Fakultas Kedokteran Universitas Yarsi

2012/2013

K-1

HUKUM POISEUILLE

1. Tujuan Percobaan

1. Memahami karakteristik aliran fluida2. Mengukur debit aliran fluida yang melewati pipa dengan diameter serta variabel yang

berbeda-beda

2. Alat-Alat Percobaan

1. Tabung gelas yang panjangnya 80 cm2. Statif untuk menjepit tabung agar berdiri vertikal3. Gelas ukur4. Stopwatch5. Aerometer dengan daerah ukur sampai 1,1g/cm36. Pipa karet7. Spuit (alat suntik)8. Kecap

3. Teori Dasar

Mengingat sifat umum efek kekentalan, bahwa kecepatan fluida kental yang mengalir melalui pipa tidak sama di seluruh titik penampung lintangnya. Lapisan paling luar fluida melekat pada dinding pipa dan kecepatannya nol. Dinding pipa “menahan” gerak lapisan paling luar tersebut dan lapisan ini menahan pula lapisan berikutnya, begitu seterusnya. Asal kecepatan tidak terlalu besar, aliran akan laminer, dengan kecepatan paling besar di bagian tengah pipa, lalu berangsur kecil sampai menjadi nol pada dinding pipa.

Misalkan dalam sepotong pipa yang radius dalamnya R dan panjangnya L mengalir fluida yang viskositasnya η secara lamioner (gambar 1). Sebuah silinder kecil beradius r berada dalam kesetimbangan (bergerak dengan kecepatan konstan) disebabkan gaya dorong yang timbul akibat perbedaan tekanan antara ujung-ujung silinder itu serta gaya kekentalan yang menahan pada permukaan luar. Gaya dorong itu adalah

( p1−p2 ) π r2 (1)

Menggunakan persamaan umum untuk mencari koefisien viskositas, maka gaya kekentalan adalah

( p1−p2 ) π r2=−η× 2 π rL×dvdr

(2)

Di mana dvdr

ialah gradien kecepatan pada jarak radial r dari sumbu. Tanda (-) negatif

diberikan karena v berkurang bila r bertambah.dengan menjabarkan gaya-gaya dan mengintegrasikannya akan diperoleh persamaan parabola. Garis lengkung pada Gambar 1(b) adalah grafik persamaan ini. Panjang anak-anak panah sebanding dengan kecepatan di posisi masing-masingnya. Gradien kecepatan untuk r sembarang merupakan kemiringan garis lengkung ini yang diukur terhadap sebuah sumbu vertikal. Kita katakan bahwa aliran ini mempunyai profil kecepatan parabola.

Gambar 2. Menghitung debit aliran Q melalui rumus Poiseuille dengan:

(a) panjang pipa sama, tekanan berbeda

(b) panjang pipa berbeda, tekanan sama

(c) panjang pipa sama, viskositas berbeda

(d) panjang pipa sama, diameter berbeda

Untuk menghitung debit aliran Q, atau volume fluida yang melewati sembarang penampang pipa per satuan waktu. Volume fluida dV yang melewati ujung-ujung unsur ini waktu dt adalah v dA dt, dimana v adalah kecepatan pada radius r dan dA adalah luas yang diarsir sama dengan 2π r dr. Dengan mengambil rumusan v dari persamaan (2) kemudian mengintegrasikan seluruh elemen antara r = 0 dan r = R, dan membagi dengan dt, maka diperoleh debit aliran Q sebagai berikut:

Q=π ( p 1−p 2 )

2 πL∫

0

R

( R2−r2 ) r dr = ( p1−p2 )( π8 )( 1

η )( R4

L ) (3)

Rumus ini pertama kali dirumuskan oleh Poiseuille dan dinamakan hukum Poiseuille. Kecepatan aliran volume atau debit aliran berbanding terbalik dnegan viskositas, dan berbanding lurus dengan radius pipa pangkat empat.

Apabila kecepatan suatu fluida yang mengalir dalam sebuah pipa melampaui harga kritis tertentu (yang bergantung pada sifat-sifat fluida dan pada radius pipa), maka sifat aliran menjadi sangat rumit. Di dalam lapisan sangat tipis sekali yang bersebelahan dengan dinding pipa, disebut lapisan batas, alirannya masih laminer. Kecepatan aliran di dalam lapisan batas pada dinding pipa adalah nol dan semakin bertambah besar secara uniform di dalam lapisan itu. Sifat-sifat lapisan batas atas sangat penting sekali dalam menentukan tahanan terhadap aliran, dan dalam menentukan perpindahan panas ke atau dari fluida yang sedang bergerak itu.

Di luar lapisan batas, gerak fluida sangat tidak teratur. Di dalam fluida timbul arus pusar setempat yang memperbesar tahanan terhadap aliran. Aliran semacam ini disebut aliran yang turbulen. Percobaan menunjukkan bahwa ada kombinasi empat faktor yang menentukan apakah aliran fluida melalui pipa bersifat laminer atau turbulen. Kombinasi ini dikenal sebagai bilangan Reynold, N R, dan didefinisikan sebagai:

N R=ρ v D

η

Dimana ρ ialah rapat massa fluida, v ialah kecepatan aliran rata-rata, η ialah viskositas, dan D ialah diameter pipa. Kecepatan rata-rata adalah kecepatan uniform melalui penampang lintang yang menimbulkan kecepatan pengosongan yang sama. Bilangan Reynold ialah besaran yang tidak berdimensi dan besar angkanya adalah sama dalam setiap sistem satuan tertentu. Tiap percobaan menunjukkan bahwa apabila bilangan Reynold lebih kecil dari kira-kira 2000, aliran akan laminer, dan jika lebih dari kira-kira 3000, aliran akan turbulen. Dalam daerah transisi antara 2000 dan 3000, aliran tidak stabil dan dapat berubah dari laminer menjadi turbulen atau sebaliknya.

4. Prosedur Percobaan

a. Menghitung debit aliran dengan panjang pipa sama dan tekanan berbeda.

1) Bersihkan tabung terlebih dahlu dengan air kemudian jepitlah tabung secara vertikal

pada statif yang tersedia

2) Tutuplah kran pada kedua pipa yang panjang sama dengan ketinggian berbeda

kemudian isilah air sampai batas yang ditentukan .

3) Taruhlah gelas ukur pada ujung kedua pipa untuk menampung air yang keluar.

4) Hidupkanlah pompa air, buka kran pada kedua pipa dan tekan stopwatch selama 15

detik secara serentak dan bersama-sama.

5) Hitunglah volume air yang ditampung dalam kedua gelas ukur tersebut.

6) Ulangi percobaan no.4 dan 5 sebanyak 5 kali

b. Menghitung debit aliran dengan panjang pipa sama dan viskositas berbeda.

1) Bersihkan tabung terlebih dahulu dengan air kemudian jepitlah tabung secara vertikal

pada statif yang tersedia.

2) Buatlah larutan kecap (dianggap konsentrasinya 100%). Ukurlah massa jenisnya ρ

dengan aerometer dan isikan pada tabel data.

3) Isilah larutan kecap ke dalam tabung sampai batas yang ditentukan.

4) Taruhlah gelas ukur pada ujung pipa untuk menampung air yang keluar.

5) Buka kran pada pipa sambil menekan stopwatch selama 25 detik secara serentak dan

bersama-sama.

6) Hitunglah volume air yang ditampung dalam gelas ukur tersebut.

7) Ulangi percobaan untuk larutan kecap sebanyak 3x.

8) Ulangi percobaan 2 sampai 7 untuk larutan kecap yang diencerkan menjadi 50%

c. Menghitung debit aliran untuk panjang pipa dan radius / jari-jari yang berbeda, caranya

sama dengan bagian (a).

5. Tugas Pada Laporan Akhir

1. Bandingkan debit aliran pada pipa I dan pipa II. Apa yang dapat saudara simpulkan?

2. Hitunglah galat debit aliran pada pipa I dan pipa II untuk masing-masing percobaan

3. Hitunglah bilangan Reynold (N R) pada masing-masing percobaan.

4. Buatlah grafik hubungan antara debit aliran terhadap tekanan.

6. Hasil Praktikum

Densitas aquadest ρaq=¿ 1000 kg /m3atau 1 g /cm3

Densitas kecap 50% ρ kecap1 = 7,14 g /cm3

Densitas kecap 25% ρ kecap2 = 0,46 g/cm3

1. Menghitung debit aliran untuk panjang pipa sama dan tekanan berbeda

No. Waktu (s)Volume (ml) Debit aliran (ml/s)

Pipa I Pipa II Pipa I Pipa II

1 10 33 98 3,3 9,8

2 10 34 100 3,4 10

3 10 34 100 3,4 10

4 10 33 99 3,3 9,9

5 10 34 100 3,4 10

Rata-rata : 3,36 9,94

2. Menghitung debit aliran untuk panjang pipa sama dan viskositas berbeda

(i) Konsentrasi 50%



1 20 5 0,25

2 20 8 0,4

3 20 8 0,4

Rata-rata : 0,35

(ii) Konsentrasi 25%



1 20 42 2,1

2 20 60 3

3 20 60 3

Rata-rata : 2,7

(iii) Konsentrasi 12,5 %



1 20 130 6,5

2 20 140 7

3 20 150 7,5

Rata-rata : 7

(iv) Konsentrasi 6,25%



1 20 150 7,5

2 20 150 7,5

3 20 150 7,5

Rata-rata : 7,5

(v) Konsentrasi 3,125%



1 20 175 8,75

2 20 150 7,5

3 20 180 9

Rata-rata : 8,42

3. Menghitung debit aliran untuk panjang pipa berbeda dan tekanan sama



1 10 100 90 10 9

2 10 100 80 10 8

3 10 100 90 10 9

Rata-rata : 10 8,67

4. Menghitung debit aliran untuk panjang pipa sama dan tekanan berbeda



1 10 200 100 20 10

2 10 200 100 20 10

3 10 200 100 20 10

Rata-rata : 20 10

Jawaban tugas pada laporan akhir

1. Apabila tekanan diperkecil maka debit aliran menurun, apabila viskositas berkurang

maka debit aliran akan meningkat, apabila diameter tabung dilebarkan maka debit

aliran juga akan meningkat, apabila panjang diperpendek debit aliran juga akan

meningkat.

4. Grafik hubungan antara debit aliran terhadap tekanan

7. Pembahasan

Hukum poiseuille menyatakan bahwa cairan yang mengalir melalui saluran pipa akan berbanding langsung dengan penurunan tekanan sepanjang pipa dan pangkat empat jari-jari pipa.

Dapat kita lihat pada tabel diatas bahwa tekanan, panjang pipa, viskositas, dan diameter sangatlah berpegaruh terhadap debit aliran fluida yang terjadi dimana, semakin panjang pipa, semakin rendah tekanan pipa, semakin tinggi viskositas fluida, dan semakin kecil diameter pipa maka debit aliran pun akan semakin kecil, begitu pula sebaliknya. Hal ini dapat terlihat berdasarkan pengamatan pada saat praktikum berlangsung dan data yang ada, bahwa terdapat korelasi satu sama lain yaitu:

Semakin panjang pipa, maka akan terjadi penurun tekanan sehingga kecepatan aliran pun semakin menurun.

Semakin tinggi viskositas fluida, kecepatan aliran akan menurun, tekanan dari pipa yang diberikan tidak mampu mencukupi tekanan yang seharusnya diberikan untuk mendorong fluida, maka debit yang dihasilkan semakin kecil.

Semakin kecil diameter pipa, tekanan yang diberikan akan makin besar, kecepatan aliran meningkat, namun debit aliran yang dihasilkan semakin kecil karena luas penampang makin kecil.

8. Kesimpulan

Debit aliran depengaruhi oleh beberapa fakor yaitu:

1. Tekanan : Semakin besar tekanan semakin besar pula debit aliran tersebut

2. Diameter pipa : Semakin kecil diameter pipa, tekanan yang diberikan akan makin besar, kecepatan aliran meningkat, namun debit aliran yang dihasilkan semakin kecil karena luas penampang makin kecil.

3. Panjang pipa : Semakin panjang pipa maka semakin kecil pula debit aliran

4. Viskositas fluida : Semakin tinggi viskositas cairan semakin kecil debit aliran dikarenakan gaya gesek terhadap dinding pipa.

DAFTAR PUSTAKA

1. Sears, Dan Zemansky, “Fisika Untuk Universitas”, Jilid I.

2. Cameron, J.R, James G. Skofronick, And R.M. Grant, “Physics Of The Body”, Medical

Physics Pub., 2nd Ed., 1999

3. Giancoli, D.C., Physics, Priciples With Applicatios”, Prntice Hall International, Inc, 5 th

Ed., 1995

laporan faalRE

Documents

Transcript of laporan faalRE