INTISARI PERCOBAAN
Zat cair memiliki gaya kohesi antar molekul yang lebih besar dibandingkan dengan gas, sehingga zat cair dapat membentuk suatu kesatuan yang jelas meskipun bentuknya sebegian besar ditentukan oleh wadahnya.Selain dari pada itu zat cair sulit dimampatkan sedangkan gas mudah dimampatkan. Zat cair memiliki gaya gesek yang bergantung pada 2 hal, yang pertama adalah Viskositas (kekentalan),viskositas berbanding lurus dengan gaya gesek, makin besar viskositas makin besar gaya gesek, dan makin kecil viskoitas makin kecil gaya gesek.Untuk dapat mengetahui harga viskositas suatu cairan secara kuantitatif dapat digunakan alat ukur yang dinamakan Viskosimetri.Sedangkan zat cair yang akan diukur viskositasnya dapat juga dilakukan dengan melakukan prosedur yang telah ditentukan. Hal yang kedua adalah keepatan benda, sama halnya dengan viskositas,kecepatan benda berbanding lurus dengan gaya gesek,makin cepat benda makin besar gaya geseknya,dan makin lambat benda makin kecil gaya gesek.Pernyataan diatas juga berhasil dikuatkan dengan kaidah Stokes,yang berbunyi jika V semakin besar maka F semakin besar pula (Fs = -6πηrv).
KOEFISIEN PERGESERAN ZAT CAIR
B-1
I. Tujuan Percobaan
Tujuan dari percobaan ini adalah :
1. Memahami mekanika fluida tentang viskositas.
2. Menentukan koefisien pergeseran zat cair.
3. Membandingkan harga koefisien pergeseran zat cair hasil percobaan dengan
harga hasil koreksi.
II. Alat-Alat Percobaan dan Fungsinya
1. Bola-bola kecil : untuk dijatuhkan ke dalam tabung berisi gliserin sehingga waktu jatuhnya dapat diketahui.
2. Tabung berisi gliserin : untuk tempat bola dijatuhkan atau tempat lintasan
bola.
3. Sendok penyaring : untuk mengambil kembali bola di dasar tabung.
4. Mikrometer sekrup : untuk mengukur diameter bola.
5. Jangka sorong : untuk mengukur diameter tabung.
6. Areometer : untuk mengukur massa jenis zat cair dalam tabung.
7. Stopwatch : untuk mengukur waktu jatuh bola.
8. Penggaris : untuk mengukur tinggi tabung atau jarak lintasan bola.
9. Termometer : untuk mengukur suhu zat cair dalam tabung.
III. Tinjauan Pustaka
Jika sebuah benda yang berbentuk bola bergerak ke bawah dalam suatu fluida (zat cair atau gas yang homogen), maka benda tersebut akan mengalami suatu gaya gesek yaitu gaya gesekan Stokes. Kaidah gaya gesekan Stokes yaitu :
Fs = -6πηrv ……………………………………………………… (1)
Dengan :
Fs = Gaya gesekan Stokes
η = koefisien pergeseran zat cair
r = Jari-jari bola
v = kecepatan relatif bola terhadap fluida
Berdasarkan kaidah Stokes tersebut, maka gaya gesekan Stokes berbanding lurus dengan kecepatan bola. Jadi makin besar kecepatan bola maka gaya gesekan Stokes Fs makin besar pula.
Setiap benda yang berada dalam suatu fluida akan mengalami gaya ke atas Archimedes yang besarnya :
FA= ρfgV
FA= ρfg¾πr3 …………………………………………………………….(2)
Dengan :
FA = Gaya Archimedes ke atas
ρf = massa jenis fluida
g = percepatan gravitasi
r = jari-jari bola
Maka jika sebuah benda dilepaskan dalam suatu zat cair tanpa kecepatan awal, sehingga gerakan ke bawah hanya disebabkan oleh gaya gravitasi saja, maka gaya luar yang bekerja pada benda dapat dinyatakan sebagai :
FA
Fs
mg
Gaya luar yang bekerja pada bola tersebut dapat dinyatakan sebagai :
F = mg - Fs – FA
F = mg - 6πηrv – ρfg¾πr3 …………………………………………………(3)
Dari persamaan (3) terlihat bahwa makin besar nilai v, makin kecil nilai F sehingga pada keadaan tunak F=0, pada saat itu :
mg - 6πηrv – ρfg¾πr3 = 0
ρ bola g3/4πr3 - 6πηrv – ρfg¾πr3 = 0
sehingga :
v = 2r2g(ρbola - ρf ) ………………………………………………………(4)
9η
Jika jarak “t” detik, bola menempuh jarak d, maka :
tr2 = 9ηd …………………………………………………….(5)
2g(ρbola - ρf)
Dalam penerapan hukum Stokes diperlukan syarat-syarat sebagai berikut :
1. Ruang tempat zat cair tidak terbatas
2. Tidak terjadi turbulensi pada zat cair
3. Kecepatan bola v tidak besar
Pada praktikum, syarat (1) tidak dapat dipenuhi karena jari-jari bola tidak jauh lebih kecil dibandingkan dengan jari-jari tabung tempat fluida. Sehingga kecepatan bola v perlu dikoreksi. Rumus koreksi tersebut dinyatakan sebagai :
v kor = v(1+k(r/R)) ………………………………………………………….(6)
Dengan :
v kor = kecepatan hasil koreksi
v = kecepatan hasil percobaan
r = jari-jari bola
R = jari-jari tabung tempat zat cair
k = konstanta koreksi
Karena kecepatan v = d/t, maka koreksi dapat pula dilakukan terhadap t sebagai :
t = to(1+k(r/R))
dengan :
to = waktu jatuh bola sebenarnya
t = waktu jatuh bola hasil percobaan
IV. Prosedur Percobaan
1. Ukur diameter dan timbang masing-masing bola sebanyak 3 kali.
2. Ukur diameter tabung sebanyak 3 kali.
3. Ukur temperatur zat cair dan massa jenisnya.
4. Letakkan karet melingkar dengan batas atas permukaan zat cair dan dasar tabung minimal 4 cm. Tentukan jarak jatuh bola (d) dengan mengatur karet melingkar sesuai dengan table pengamatan.
5. Ukurlah waktu jatuh (t) untuk masing-masing bola pada jarak jatuh tersebut, ulangi pengukuran sebanyak 3 kali.
6. Ubah letak karet melingkar untuk jarak jatuh d yang lain, lakukan pengukuran yang sama seperti langkah (5).
7. Ukurlah temperatur zat cair dan massa jenisnya setelah percobaan.
V. Tugas Pendahuluan
1. Jelaskan dalam teori dasar apa yang dimaksud dengan koefisien pergeseran zat cair. Buktikan dan jelaskan rumus-rumus yang mendasari percobaan.
Jawab :
Koefisien pergeseran zat cair adalah suatu nilai yang menyatakan gaya gesekan
yang dialami oleh suatu benda yang berbentuk bola yang bergerak di dalam
suatu za t cair , jadi fluida tersebut mempunyai viskositas. Besar kecilnya
nilai koefisien pergeseran zat cair tersebut bergantung pada kekentalan atau
viskositas dari zat cair tersebut. Bukti dari adanya koefisien pergeseran zat cair
adalah ketika bola dimasukkan ke dalam tabung yang berisi gliserin, maka bola
tersebut bergerak dengan kecepatan tetap, walaupun bola tersebut terkena
percepatan gravitasi g. Hal ini terjadi karena ada gaya gesek Stokes yang
arahnya berlawanan dengan arah jatuh bola. Gaya gesek Stokes terjadi karena
ada koefisien pergeseran zat cair. Besarnya koefisien pergeseran zat cair
berbanding lurus dengan gaya gesek Stokes, dan berbanding terbalik dengan
kecepatan relatif bola terhadap fluida dan jari-jari bola.
Rumus-rumus yang mendasari percobaan :
FS = - 6 πηrv ………………………………………………………….(1)
Dengan :
FS = Gaya gesekan Stokes
η = Koefisien pergeseran zat cair
r = Jari-jari bola
v = kecepatan relatif bola terhadap fluida
FA = ρfg¾πr3 …………………………………………………………. (2)
Didapat dari penurunan rumus :
FA = ρfgV
Dengan :
FA = Gaya Archimedes ke atas
ρf = Massa jenis fluida
g = Percepatan gravitasi
V = Volume bola
r = Jari-jari bola
F = mg – FS – FA
Diturunkan menjadi :
F = mg - 6πηrv - ρfg¾πr3 ………………………………………………(3)
Dengan :
F = gaya total yang bekerja pada bola
m = massa bola
g = percepatan grafitasi
r = jari-jari bola
v = kecepatan relatif bola terhadap fluida
ρf = massa jenis fluida
Pada keadaan F= 0, maka :
mg - 6πηrv - ρfg¾πr3 = 0
ρ bola g¾πr3 - 6πηrv - ρfg¾πr3 = 0
Sehingga :
v = 2r2g(ρbola - ρf ) ………………………………………………… (4)
9η
Jika jarak “t” detik, bola menempuh jarak d, maka :
tr2 = 9ηd ……………………………………………………. (5)
2g(ρbola - ρf)
v kor = v(1+k(r/R)) …………………………………………………………. (6)
Dengan :
v kor = kecepatan hasil koreksi
v = kecepatan hasil percobaan
r = jari-jari bola
R = jari-jari tabung tempat zat cair
k = konstanta koreksi
Karena kecepatan v = d/t, maka koreksi dapat pula dilakukan terhadap t sebagai
t = to(1+k(r/R))
dengan :
to = waktu jatuh bola sebenarnya
t = waktu jatuh bola hasil percobaan
2. Gambarkan bentuk grafik tr2 terhadap d dengan grafik t terhadap r/R dengan
rumus di atas.
Jawab :
DAFTAR PUSTAKA
Jones.Dr,Edwin and Dr.Richard Childers.Contemporary College Physics.Mc Graw Hill,2001:Columbia SC
Sears,Zemansky.Fisika Untuk Universitas 1.Bina Cipta.1985:Jakarta-New York.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar