Disusun Oleh: Nama: Nurul Nikma Salsabila Nim: 19101106042 Program Studi: Sistem Informasi Kelompok: Ii (dua) Tanggal: Acc

LAPORAN PRAKTIKUM IV FISIKA DASAR “VISKOSITAS ZAT CAIR” Disusun oleh: nama

: Nurul Nikma Salsabila

NIM

: 19101106042

Program studi : Sistem Informasi kelompok

: II (Dua) Tanggal : Acc

:

Asdos

LABORATORIUM FISIKA DASAR FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SAM RATULANGI MANADO 2019

VISKOSITAS ZAT CAIR

1. Tujuan Percobaan 1. Mahasiswa mampu menjelaskan adanya gesekan yang dialami benda yang bergerak di dalam fluida. 2. Mahasiswa mampu menjelaskan perilaku fluida kental. 3. Mahasiswa mampu menentukan koefisien kekentalan (viskositas) fluida kental. 4. Mahasiswa mampu menerapkan dan menginterpretasi data yang diperoleh kedalam grafik.

2. Alat dan bahan yang digunakan 1. Tabung panjang (gelas ukur 1000ml) 2. Fluida Kental (Oli, Gliserin) 3. Bola-bola kecil 4. Mikrometer sekrup 5. Stop Watch 6. Sendok Saringan 7. Aerometer

3. Teori Dasar Setiap benda yang bergerak dalam fluida akan mendapat gaya gesek (gaya viskos) dan gaya archimedes yang disebabkan oleh viskositas fluida. Gaya gesek tersebut sebanding dengan kecepatan relatif benda dalam fluida (Tim Penyusun,2019). Khusus untuk benda yang berbentuk bola dan bergerak dalam fluida homogen akan mengalami gaya menurut Hukum Stokes sebagai berikut : (Tim Penyusun,2019).

F=6πηRv dengan : η = Koefisien kekentalan R = Jejari bola

v = Kecepatan relatif gerak bola di dalam fluida .

Pemakaian Hukum Stokes di atas harus memenuhi syarat sebagai berikut : a. Ruang tempat fluida tak terbatas (ukurannya cukup besar dibanding bendanya) b. Tidak terjadi turbulensi didalam fluida (kecepatan bola tidak boleh terlalu besar).

Jika bola tadi mempunyai massa jenis dilepaskan tanpa kecepatan awal di atas permukaan fluida kental, maka bola tersebut bergerak ke bawah dengan kecepatan konstan. Kecepatan konstan ini tercapai karena adanya gaya kesetimbangan antara gaya Archimedes, gaya Stokes yang berarah ke atas dengan gaya berat yang berarah ke bawah. Jumlah gaya yang bekerja pada bola sama dengan nol, melalui persamaan berikut : (Tim Penyusun,2019).

Fa-Fs-W=0 dengan Fa = gaya Archimedes Fb = gaya Stokes W = gaya berat Setelah persamaan di atas diselesaikan, maka diperoleh hubungan matematis antara kekentalan dan besaran fisis lain sebagai berikut, (Tim Penyusun,2019).

𝟐𝑹𝟐 𝒈 𝜼= (𝝆 − 𝝆𝟎 ) 𝟗𝒗 dengan : 𝜌0 = rapat jenis fluida 𝜌 = rapat jenis bola dari persamaan di atas dapat diturunkan persamaan lain sebagai berikut :

𝒓𝑹𝟐 =

𝟗𝜼𝒅 𝟐𝒈(𝝆 − 𝝆𝟎 )

Dengan : R = jari-jari bola t = waktu tempuh bola untuk jarak d

Gambar 5.1 Rangkaian percobaan a.Viskositas Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antara molekul gas.(Fisika Zone,2015). Viskositas adalah ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida dinyatakan :

𝑭=

𝜼. 𝑨. 𝒗 𝑳

Dengan :F = gaya (N) η = koefisisien viskositas (kg/ms) A = luas keping yang bersentuhan dengan fluida (m2) v = kelajuan (m/s) L = jarak antara dua keping (m) Jika suatu benda dijatuhkan bebas dalam fluida kental, kecepatannya makin membesar sampai mencapai suatu kecepatan maksimum (terbesar) yang konstan. Kecepatan tersebut dinamakan kecepatan terminal.( Tim Penyusun, 2015). Dari gambar dibawah, diperoleh:

Untuk benda berbentuk bola, kecepatan terminal (Vt) dinyatakan : ( Tim Penyusun, 2015).

Keterangan : Vt = kecepatan terminal (m/s) r = jari-jari benda (m) g = grafitasi (m/s2) η = koefisisien viskositas (kg/ms) 𝜌𝑏 = massa jenis benda (kg/m3) 𝜌f = massa jenis bola (kg/m3)

b. Hukum Archimedes Hukum Archimedes menyatakan: “setiap benda berada di dalam fluida baik sebagian atau seluruhnya akan mendapat gaya apung ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.” ( Tim Penyusun, 2015). Jika berat benda di udara W, berat benda di dalam fluida cair W’,maka gaya ke atas (Fa) dirumuskan: ( Tim Penyusun, 2015).

Fa = W –W’ Fa = mf g Fa = 𝝆f Vf g

Keterangan : Fa = gaya ke atas atau gaya apung (N) Mf = massa fluida (kg) 𝜌f = massa jenis fluida (kg/m3) Vf = volume benda yang tercelup dalam fluida cair (m3) Kg = gravitasi (m/s2) Wf = Fa = mf g = berat fluida yang dipindahkan (N) Rumus Hukum Archimedes Sesuai dengan bunyi hukum Archimedes di atas, maka besarnya gaya apung (B) dapat dihitung dengan rumus hukum archimedes: ( Studio Belajar, 2019).

B = ρair × g × Vair yang dipindahkan Dimana ρair adalah massa jenis air, adalah gravitasi bumi (10 m/s2), Vair yang dipindahkan adalah volume air yang dipindahkan oleh benda yang tercelup. ( Studio Belajar, 2019). Besarnya gaya apung (B), dapat pula langsung dicari dengan formula berikut: ( Studio Belajar, 2019).

B = mair yang dipindahkan × g B = wair yang dipindahkan

Dimana, mair

yang dipindahkan

adalah berat air yang dipindahkan benda yang tercelup.

Berarti, semakin banyak volume yang tercelup atau semakin banyak air yang dipindahkan, maka benda akan mendapat gaya apung yang semakin besar. ( Studio Belajar, 2019). Untuk benda yang tercelup seluruhnya, hukum Archimedes dapat diformulasikan sebagai berikut: ( Studio Belajar, 2019).

Wbenda tercelup = wbenda – wair yang dipindahkan

B = wbenda – wbenda tercelup Dimana w merupakan berat (berat = massa x percepatan gravitasi). Perhatikan gambar dibawah, pada saat ditimbang, benda memiliki massa sebesar 5 kg. Kemudian, benda tersebut dicelupkan ke air seluruhnya sehingga memindahkan air sebanyak 2 kg. Maka, berat benda yang tercelup akan berubah menjadi: 50 Newton – 20 Newton = 30 Newton. Jadi, pada saat benda tercelup di air, massa benda akan menjadi lebih ringan akibat gaya apung yang diterima benda. Itulah mengapa pada saat kita berenang, badan kita terasa lebih ringan didalam air dibanding di luar air. ( Studio Belajar, 2019).

Dari rumus hukum Archimedes di atas, diketahui hubungan massa jenis benda dengan massa jenis air. ( Studio Belajar, 2019).

𝝆𝒃𝒆𝒏𝒅𝒂 𝒘𝒃𝒆𝒏𝒅𝒂 = 𝝆𝒂𝒊𝒓 𝑩 𝝆𝒃𝒆𝒏𝒅𝒂 𝒘𝒃𝒆𝒏𝒅𝒂 = 𝝆𝒂𝒊𝒓 𝒘𝒃𝒆𝒏𝒅𝒂 − 𝒘𝒃𝒆𝒏𝒅𝒂 𝒕𝒆𝒓𝒄𝒆𝒍𝒖𝒑

Atau, dapat pula dirumuskan menjadi: ( Studio Belajar, 2019).

𝝆𝒃𝒆𝒏𝒅𝒂 𝒗𝒂𝒊𝒓 𝒚𝒂𝒏𝒈 𝒅𝒊𝒑𝒊𝒏𝒅𝒂𝒉𝒌𝒂𝒏 = 𝝆𝒂𝒊𝒓 𝒗𝒃𝒆𝒏𝒅𝒂

c.Fluida Fluida atau zat alir adalah zat yang dapat mengalir dan bentuknya selalu berubah dengan perubahan volume, yang termasuk dalam kategori fluida adalah zat cair dan gas. Fluida mempunyai kerapatan yang harganya tertentu pada temperatur dan tekanan tertentu. Harga kerapatannya tergantung pada temperatur dan tekanan, apabila temperatur dan tekanan suatu fluida berubah maka kerapatannya akan berubah. Bagi zat cair kerapatannya tidak akan terpengaruh oleh perubahan temperatur dan tekanan, hal ini juga dinamakan fluida tidak dapat mampat (incompresible) sedangkan gas sangat dipengaruh oleh perubahan temperatur dan tekanan dan dikenal juga sebagai fluida dapat mampat (compresible). (Ripository). Jadi berdasarkan kerapatannya maka fluida dapat dibedakan sebagai berikut : 1. Fluida tak mampu mampat (incompressible), yaitu : densitas fluida hanya sedikit terpengaruh oleh perubahan yang besar terhadap tekanan dan suhu. Contoh : Air 2. Fluida mampu mampat (compressible), yaitu : fluida yang apabila diberi gaya tekanan, maka volume dan suhunya akan mengalami perubahan. Contoh : Gas dan berdasarkan mekanika fluida, fluida dapat dibedakan menjadi 2 jenis : a. Fluida tidak bergerak / dalam keadaan diam (statika fluida) b. Fluida bergerak / dalam keadaan bergerak (dinamika fluida) Konsep mekanika fluida berada dalam dua keadaan, yaitu sebagai zat padat dan cair (fluida). Sebuah zat padat umumnya mempunyai bentuk yang tertentu, sedangkan zat cair dan gas mempunyai bentuk yang ditetapkan oleh wadahnya sendiri (masing-masing). Perbedaan dasar antara zat cair dan gas (keduanya digolongkan sebagai fluida) adalah bahwa gas akan menyebar dan mengisi seluruh wadah yang ditempatinya. Defenisi yang lebih tepat untuk membedakan zat padat dengan fluida adalah dari krateristik deformasi bahan tersebut. Zat padat dianggap sebagai bahan yang menunjukkan reaksi deformasi yang terbatas ketika menerima suatu gaya geser (shear). Fluida dapat didefenisikan sebagai suatu zat yang terus menerus berubah bentuk apabila mengalami tegangan geser, fluida tidak mampu menahan tegangan geser tanpa berubah bentuk. Kendatipun demikian ada bahan-bahan seperti oli, cat, ter dan larutan polimer yang menunjukkan karakteristik zat padat atau fluida tergantung dari tegangan geser yang dialami. Umumnya makin besar laju deformasi fluida, makin besar pula tegangan geser untuk fluida tersebut. (Ripository).

4. Prosedur Percobaan

1. Bola diukur diameternya dengan menggunakan micrometer sekrup 2. Massa bola ditimbang dengan neraca 3. Massa jenis fluida diukur dengan aerometer atau dengan cara biasa (perbandingan massa terhadap volume). 4. Tabung diberi tanda dengan gelang untuk dihitung kecepatan bola ( ± 3 cm dibawah permukaan fluida dan dari dasar tabung). 5. Jarak kedua tanda tersebut diukur 6. Waktu yang diperlukan bola mulai dari tanda pertama sampai tanda kedua diukur 7.

Langkah 4 dan 5 diulang untuk beberapa variasi jarak

8. Langkah 4, 5, dan 6 diulang untuk fluida dan bola yang lain.

5. Tabel Pengamatan

Tabel Pengamatan t (detik) No.

d (m)

t1

t2

t3

𝒕̅

𝑉 (𝑚⁄𝑠)

Keterangan

1

0,28

0,86

0,83

0,85

0,85

0,33

Oli

2

0,26

0,74

0,72

0,73

0,73

0,36

Oli

3

0,24

0,66

0,68

0,66

0,67

0,36

Oli

4

0,22

0,59

0,59

0,53

0,57

0,39

Oli

5

0,20

0,40

0,45

0,47

0,44

0,45

Oli

6

0,18

0,36

0,38

0,33

0,36

0,50

Oli

7

0,16

0,20

0,26

0,26

0,24

0,67

Oli

8

0,14

0,14

0,16

0,12

0,14

1,00

Oli

Tabel Hasil

B

Koefisien Kekentalan No. 1 2

Kecepatan (v) 0,330709 0,356164

(2*R^2)*g 0,001310 0,001310

9*v 2,976378 3,205479

(ρ-ρ0) 1440 1440

Ƞ 0,633733 0,588439

3 4 5 6 7 8

0,360000 0,385965 0,454545 0,504673 0,666667 1,000000

0,001310 0,001310 0,001310 0,001310 0,001310 0,001310

3,240000 3,473684 4,090909 4,542056 6,000000 9,000000

1440 1440 1440 1440 1440 1440

0,582169 0,543005 0,461078 0,415281 0,314371 0,209581

Ralat Pengamatan

C

Ƞ

Ƞ Rata-Rata

(ȠRata-rata-Ƞi)2

Σ (Ƞ Rata-rata-Ƞi)2

0,6337325

0,46845693

0,02731603

0,01923011

0,5884385

0,46845693

0,01439558

0,01923011

0,5821690

0,46845693

0,01293043

0,01923011

0,5430049

0,46845693

0,00555740

0,01923011

0,4610778

0,46845693

0,00005445

0,01923011

0,4152806

0,46845693

0,00282773

0,01923011

0,3143713

0,46845693

0,02374239

0,01923011

0,2095808

0,46845693

0,06701683

0,01923011

Ralat Pengamatan ΔȠ

Ralat Mutlak

0,0185

0,468 ± 0,019

0,0396

99,960

0,0185

0,468 ± 0,019

0,0396

99,960

0,0185

0,468 ± 0,019

0,0396

99,960

0,0185

0,468 ± 0,019

0,0396

99,960

0,0185

0,468 ± 0,019

0,0396

99,960

0,0185

0,468 ± 0,019

0,0396

99,960

0,0185

0,468 ± 0,019

0,0396

99,960

0,0185

0,468 ± 0,019

0,0396

99,960

Ralat relatif (%)

Ketelitian (%)

Ralat Rambat

D

R2*2*g

9*d

ρ-ρ0

δȠ/δt

0,00130988

2,52

1440

0,748503

0,00130988

2,34

1440

0,806080154

0,00130988

2,16

1440

0,8732535

0,00130988

1,98

1440

0,952640182

0,00130988

1,80

1440

1,0479042

0,00130988

1,62

1440

1,164338

0,00130988

1,44

1440

1,30988025

0,00130988

1,26

1440

1,497006

Ralat Rambat δƞ/δd

Δƞ

Ralat Mutlak

0,000440092

0,007485031

0,4684569 ± 0,007485031

1,60

98,40

0,000408638

0,008060803

0,4684569 ± 0,008060803

1,72

98,28

0,000404284

0,008732536

0,4684569 ± 0,008732536

1,86

98,14

0,000377087

0,009526403

0,4684569 ± 0,009526403

2,03

97,97

0,000320193

0,010479042

0,4684569 ± 0,010479042

2,24

97,76

0,000288389

0,011643380

0,4684569 ± 0,011643380

2,49

97,51

0,000218313

0,013098803

0,4684569 ± 0,013098803

2,80

97,20

0,000145542

0,014970060

0,4684569 ± 0,014970060

3,20

96,80

Ralat Relatif (%) Ketelitian (%)

6.Kesimpulan 1. Adanya gesekan pada benda yang bergerak dalam fluida disebabkan karena molekulmolekul yang ada di dalam fluida. Permukaan atau dinding tabung juga mengakibatkan adanya gesekan pada benda. 2. Makin kental suatu fluida, maka akan makin sulit benda untuk mengalir atau bergerak di dalam fuida. 3. Koefisien kekentalan fluida umumnya digunakan untuk menjelaskan aliran fluida untuk menandakan derajat gesekan internal pada fluida. 4. Semua data percobaan yang diperolah akan di terapkan dan dibuat ke dalam grafik.

DAFTAR PUSTAKA Belajar, S. (2019). Hukum Archimedes. https://www.studiobelajar.com/hukum-archimedes/. Maria. (2019). Laporan praktikum fisika dasar 1. https://www.academia.edu/10608340/ Laporan_ praktikum_fisika_dasar_1. Penyusun, T. (2015). Big Book Fisika SMA Kelas 1,2,& 3. jakarta: Cmedia Imprint Kawan Pustaka. Penyusun, T. (2019). MODUL PRAKTIKUM FISIKA DASAR. Manado: universitas Sam Ratulangi. Ripository. (-). LANDASAN TEORI. http://repository.usu.ac.id/bitstream/handle/ 123456789/53159/ Chapter%20II.pdf?sequence=4&isAllowed=y. Zone, F. (2015). viskositas. https://fisikazone.com/viskositas/.