1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Tujuan percobaan

Dengan dilakukannya percobaan ini, maka mahasiswa dapat :

1) Menghitung gerak benda dalam fluida

2) Menghitung kekentalan zat cair

1.2. Dasar Teori

Setiap zat cair mempunyai karakteristik yang khas, berbeda satu zat

cair dengan zat cair yang lain. Oli mobil sebagai salah satu contoh zat cair

dapat kita lihat lebih kental daripada minyak kelapa. Apa sebenarnya yang

membedakan cairan itu kental atau tidak. Kekentalan atau viskositas dapat

dibayangkan sebagai peristiwa gesekan antara satu bagian dan bagian yang

lain dalam fluida. Dalam fluida yang kental kita perlu gaya untuk menggeser

satu bagian fluida terhadap yang lain.

Di dalam aliran kental kita dapat memandang persoalan tersebut

seperti tegangan dan regangan pada benda padat. Kenyataannya setiap fluida

baik gas maupun zat cair mempunyai sifat kekentalan karena partikel di

dalamnya saling menumbuk. Bagaimana kita menyatakan sifat kekentalan

tersebut secara kuantitatif atau dengan angka, sebelum membahas hal itu kita

perlu mengetahui bagaimana cara membedakan zat yang kental dan kurang

kental dengan cara kuantitatif. Salah satu alat yang digunakan untuk

mengukur kekentalan suatu zat cair adalah viskosimeter.

Apabila zat cair tidak kental maka koefesiennya sama dengan nol sedangkan

pada zat cair kental bagian yang menempel dinding mempunyai kecepatan

yang sama dengan dinding. Bagian yang menempel pada dinding luar dalam

keadaan diam dan yang menempel pada dinding dalam akan bergerak bersama

dinding tersebut. Lapisan zat cair antara kedua dinding bergerak dengan

kecepatan yang berubah secara linier sampai V. Aliran ini disebut aliran

laminer.

2

Aliran zat cair akan bersifat laminer apabila zat cairnya kental dan

alirannya tidak terlalu cepat. Kita anggap gambar di atas sebagai aliran sebuah

zat cair dalam pipa, sedangkan garis alirannya dianggap sejajar dengan

dinding pipa. Karena adanya kekentalan zat cair yang ada dalam pipa, maka

besarnya kecepatan gerak partikel yang terjadi pada penampang melintang

tidak sama besar. Keadaan tersebut terjadi dikarenakan adanya gesekan antar

molekul pada cairan kental tersebut, dan pada titik pusat pipa kecepatan yang

terjadi maksimum.. Khusus untuk benda yang berbentuk ola dan bergerak

dalam fluida yang sifat-sifatnya, gaya gesekan yang dialmi benda dapat

dirumuskan sebagai berikut :

F = -6πὴr.v

Keterangan :

F = gaya gesekan yang bekerja pada bola

ὴ = koefisien kekentalan fluida

V = kecepatan bola relative terhadap fluida

Rumus di atas dikenal sebagai hukum stokes. Tanda minus

menunjukkan arah gaya F yang berlawanan dengan kecepatan (V). pemakaian

hukum stokes memerlukan beberapa syarat, yaitu :

1. Ruang tempat fluida tidak terbatas (ukurannya cukup luas dibandingkan

dengan ukuran benda)

2. Tidak ada turbulensi didalam fluida

3. Kecepatan V tidak besar, sehingga aliran masih laminar

Jika sebuah bola dengan rapat massa dan dilepaskan dari permukaan

zat cair tanpa kecepatan awal, maka bola tersebut mula-mula akan bergerak di

percepat. Dengan bertambahnya kecepatan bola, maka bertambah besar pula

gaya gesekan pada bola tersebut. Pada akhirnya bola bergerak dengan

kecepatan tetap, yaitu setelah terjadi keseimbangan antara gaya berat, gaya

apung (Archimides) dan gayastokes. Pada persamaan ini berlaku persamaan :

V =2 π ²9 ὴ

(ρ−ρo ¿

Keterangan :

3

ρ=¿rapat massa bola

ρo = rapat massa fluida

V =2 π ²9 ὴ

(ρ−ρo ¿ dapat di turunkan : T = 9 ὴd

2 gr ²( ρ−ρo)

Keterangan :

T = waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak d

d = jarak yang ditempuh

Hukum Stokes

Di antara salah satu sifat zat cair adalah kental (viscous) di mana zat cair memiliki

koefisien kekentalan yang berbeda-beda, misalnya kekentalan minyak goreng berbeda

dengan kekentalan olie. Dengan sifat ini zat cair banyak digunakan dalam dunia

otomotif yaitu sebagai pelumas mesin. Telah diketahui bahwa pelumas yang

dibutuhkan tiap-tiap tipe mesin membutuhkan kekentalan yang berbeda-beda.

Sehingga sebelum menggunakan pelumas merek tertentu harus diperhatikan terlebih

dahulu koefisien kekentalan pelumas sesuai atau tidak dengan tipe mesin. Penelitian

ini bertujuan untuk mengetahui berapa koefisien kekentalan suatu fluida yang diukur

dengan menggunakan regresi linear hukum Stokes. Sehingga data tersebut dapat

digunakan sebagai bahan perbandingan untuk menentukan koefisien kekentalan zat

cair yang dibutuhkan oleh tiap- tiap tipe mesin. Fluida yang digunakan adalah air,

minyak goreng dan olie,

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 & Zemansky, 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 gaya gesekan

yang disebabkan oleh kekentalan fluida.

Pada keadaan ini berlaku persamaan:

4

V = 2 π2

9 ὴ (ρ – ρo)

Keterangan:

ρ = rapat massa bola

ρo = rapat massa fluida

Jika saat kecepatan terminal telah tercapai, pada Gambar

disamping berlaku prinsip Newton tentang GLB (gerak

lurus beraturan):

FA + FS = W

Jika ρb menyatakan rapat massa bola, ρf menyatakan

volume bola, serta g gravitasi bumi, maka berlaku

Persamaan:

W = ρb.Vb.g

Gambar Gaya yang Bekerja Pada Saat Bola Dengan Kecepatan Tetap.

5

BAB II

ALAT DAN BAHAN

1.1. Peralatan dan Bahan yang Digunakan

1) Tabung berisi zat cair

2) Bola-bola kecil dari zat padat

3) Mikrometer skrup

4) Jangka sorong

5) Mistar

6) Thermometer

7) Sendok saringan untuk mengambil bola-bola dari dasar tabung

8) Dua karet gelang yang melingkar

9) Stopwatch

10) Aerometer

11) Timbangan torsi dengan batu timbang

6

BAB III

METODA KERJA

1. Diukur diameter tiap-tiap bola memakai micrometer skrup. Dilakukan

beberapa kali pengukuran untuk tiap bola.

2. Ditimbang tiap-tiap bola dengan neraca torsi.

3. Dicatat suhu zat cair sebelum dan sesudah tiap percobaan.

4. Diukur rapat massa zat cair sebelum dan sesudah tiap percobaan dengan

menggunakan aerometer.

5. Ditempatkan karet gelang sehingga yang satu kira-kira 5 cm di bawah

permukaan zat cair dan yang lain kira-kira 5 cm di atas dasar tabung.

6. Diukurlah jarak jauh d (jarak kedua karet gelang).

7. Dimasukkan sendok saringan sampai dasar tabung dan ditunggu beberapa

saat sampai zat cair diam.

8. Diukurlah waktu jatuh T untuk tiap-tiap bola beberapa kali.

9. Diubahlah letak karet gelang sehingga didapatkan d yang lain.

10. Diulangi langkah 6, 7 dan 8.

7

BAB IV

DATA PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN

1.1. Data Pengamatan

Berdasarkan data percobaan dan perhitungan yang telah dilakukan

tanggal 09 Desember 2011, maka dapat dilaporkan hasil sebagai berikut.

Keadaan ruangan P (cm)Hg T (oC) C (%)

Sebelum percobaan 74,65 Hg 31oC 65 %

Sesudah percobaan 74,7 Hg 30,5oC 77 %

No Bola Massa (gr) d (cm) r (cm) Vb (cm3) ρ (g/cm3)1 Kecil 0,217 0,6 0,3 0,113 1,9202 Sedang 0,372 0,7 0,35 0,178 2,0893 Besar 0,742 0,9 0,45 0,385 1,927

a. Bola A (Besar)

No S (cm) t (s) V η1 10 1,23 8,13 5,792 15 2 7,5 6,283 20 2,55 7,48 6,01

x 6,02

b. Bola B (Sedang)

No S (cm) t (s) V η1 10 1,23 8,13 5,792 15 2 7,5 6,283 20 2,55 7,48 6,01

x 6,02

c. Bola C (Kecil)

No S (cm) t (s) V η1 10 1,23 8,13 5,792 15 2 7,5 6,283 20 2,55 7,48 6,01

x 6,02

8

1.2. Perhitungan

Volume Bola Massa Jenis Bola

1. Bola kecil 1. Bola kecil

Vb = 43

πr2 ρb = MbVb

Vb = 43

(3,14) (0,3¿¿2 ρb = 0,2170,113

Vb = 0,113 cm3 ρb = 1,920 g/cm3

2. Bola Sedang 2. Bola Sedang

Vb = 43

πr2 ρb = MbVb

Vb = 43

(3,14) (0,35¿¿2 ρb = 0,3720,178

Vb = 0,178 cm3 ρb = 2,089 g/cm3

3. Bola Besar 3. Bola Besar

Vb = 43

πr2 ρb = MbVb

Vb = 43

(3,14) (0,45¿¿2 ρb = 0,7420,381

Vb = 0,381 cm3 ρb = 1,917 g/cm3

1. Bola Kecil 2. Bola Sedang

Kecepatan (v) Kecepatan (v)

V = s/t V = s/t

V1 = 104,3

= 2,32 cm/s V1 = 10

1,83 =5,46 cm/s

V2 = 15

6,17 = 2,43 cm/s V2=

152,48

= 6,05 cm/s

V3 = 20

8,01 = 2,49 cm/s V3 =

203,47

= 5,76 cm/s

Koefisien Kekentalan: Koef. Kekentalan:

ὴ1 = 2r 2. g (ρb−ρo)

9. vὴ1 =

2r 2. g (ρb−ρo)9. v

9

ὴ1 = 2(0,3)2.1000(1,92−0,88)

9.2,32ὴ1=

2(0,35)2 .1000(2,089−0,88)9.5,46

ὴ1 = 187,220,88 = 8,965 ὴ1 =

296,20549,14 = 6,028

ὴ2 = 2r 2. g (ρb−ρo)

9. vὴ2 =

2r 2. g (ρb−ρo)9. v

ὴ2 = 2(0,3)2.1000(1,92−0,88)

9.2,43ὴ2 =

2(0,3)2.1000(1,92−0,88)9.6,05

ὴ2 = 187,221,87 = 8,559 ὴ2 =

296,20554,45 = 5,440

ὴ3 = 2r 2. g (ρb−ρo)

9. vὴ3 =

2r 2. g (ρb−ρo)9. v

ὴ3 = 2(0,3)2.1000(1,92−0,88)

9.2,49ὴ3 =

2(0,3)2.1000(1,92−0,88)9.5,76

ὴ3 = 187,222,41 = 8,353 ὴ3 =

187,251,84 = 5,714

3. Bola Kecil

Kecepatan (v)

V = s/t

V1 = 10

1,23 = 8,13 cm/s

V2 = 152

= 7,50 cm/s

V3 = 20

2,55 = 7,48 cm/s

10

Koefisien Kekentalan:

ὴ1 = 2r 2. g (ρb−ρo)

9. vὴ2 =

2r 2. g (ρb−ρo)9. v

ὴ1 = 2(0,45)2 .1000(1,947−0,88)

9.8,13ὴ2 =

2(0,3)2.1000(1,92−0,88)9.7,50

ὴ1 = 432,135

73,17 = 5,906 ὴ2 = 432,135

67,5 = 6,402

ὴ3 = 2r 2. g (ρb−ρo)

9. v

ὴ3 = 2(0,3)2.1000(1,92−0,88)

9.7,50

ὴ3 = 432,1567,32 = 6,419

BAB V

PEMBAHASAN

Dari percobaan yang dilakukan sebanyak tiga kali dengan menggunakan

ukuran bola yang berbeda diperoleh hasil yang berbeda pula, hal tersebut

dipengaruhi pula oleh perubahan suhu. Apabila suhu semakin rendah maka

koefisien kekentalan zatnya semakin tinggi dan sbalinkya, apabila suhu semakin

tinggi maka koefisien kekentalan zat cairnya semakin rendah. Kekentalan zat cair

juga mempengaruhi koefisiennya, sebab apabila zat cair itu mempunyai

kekenhtalan yang besar maka koefisiennya akan rendah. Sedangkan apabila

kekentalan zat cair itu kecil maka koefisiennya menjadi tinggi. Contohnya seperti

kekentalan oli lebih besar dibandingkan dengan air, tetapi koefisiennya lebih besar

air dari pada oli.

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

kecepatan awal ke dalam fluida kental memiliki rapat massa ρb, dimana ρb > ρf,

11

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 (Soedojo, 1986).

BAB VI

KESIMPULAN

Dari percobaan, pengamatan dan perhitungan yang telah dilakukan, maka

dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut.

1) Suhu berpengaruh pada kekentalan zat cair yaitu makin tinggi suhu maka

akan semakin rendah koefisien kekntalan zat cairnya, dan sebaliknya.

2) Koefisien Zat cair atau fluida dipengaruhi oleh kekentalannya, semakin kental

zat cair semakin kecil koefisiennya, dan juga sebaliknya.

3) Setiap zat cair mempunyai kekentalan dan koefisien yang berbeda.

12

LAMPIRAN

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

13

lebih jauh dari permukaan dan dasar, hal ini juga berdampak pada koefisien

kekentalan za cair yang semakin besar.

2. Grafik antara T dan d

10 15 200123456789

4.3

6.17

8.01

Grafik antara T dan d Bola Kecil

10 15 200

0.51

1.52

2.53

3.54

1.83

2.48

3.47

Grafik antara T dan d Bola Sedang

10 15 200

0.5

1

1.5

2

2.5

3

1.23

2

2.55

Grafik antara T dan d Bola Besar

3. Harga berdasarkan grafik

1. Bola Kecil 2. Bola Sedang

Kecepatan (v) Kecepatan (v)

V = s/t V = s/t

V1 = 104,3

= 2,32 cm/s V1 = 10

1,83 =5,46 cm/s

14

V2 = 15

6,17 = 2,43 cm/s V2=

152,48

= 6,05 cm/s

V3 = 20

8,01 = 2,49 cm/s V3 =

203,47

= 5,76 cm/s

Koefisien Kekentalan: Koef. Kekentalan:

ὴ1 = 2r 2. g (ρb−ρo)

9. vὴ1 =

2r 2. g (ρb−ρo)9. v

ὴ1 = 187,220,88 = 8,965 ὴ1 =

296,20549,14 = 6,028

ὴ2 = 2r 2. g (ρb−ρo)

9. vὴ2 =

2r 2. g (ρb−ρo)9. v

ὴ2 = 187,221,87 = 8,559 ὴ2 =

296,20554,45 = 5,440

ὴ3 = 2r 2. g (ρb−ρo)

9. vὴ3 =

2r 2. g (ρb−ρo)9. v

ὴ3 = 187,222,41 = 8,353 ὴ3 =

187,251,84 = 5,714

3.Bola Kecil

Kecepatan (v)

V = s/t

V1 = 10

1,23 = 8,13 cm/s

V2 = 152

= 7,50 cm/s

V3 = 20

2,55 = 7,48 cm/s

Koefisien Kekentalan:

ὴ1 = 2r 2. g (ρb−ρo)

9. v

ὴ1 = 432,135

73,17 = 5,906

15

ὴ2 = 2r 2. g (ρb−ρo)

9. v

ὴ2 = 432,135

67,5 = 6,402

ὴ3 = 2r 2. g (ρb−ρo)

9. v

ὴ3 = 432,1567,32 = 6,419

4. Suhu sangat berpengaruh terhadap kekentalan zat cair. Semakin tinngi 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.

DAFTAR PUSTAKA

Alonso, Marcello & Edward J. Finn. 1980. Dasar-Dasar Fisika Universitas.

Erlangga. Jakarta

2011. Buku Penuntun Praktikum Fisika Dasar . Universitas Pakuan. Bogor

Hilliday, David & Robert Resnick. 1985. Fisika. Erlangga. Jakarta

16

Tiper, Paul A. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Erlangga. Jakarta