LAPORAN PEMBUTAN ALAT PERAGA FISIKA
VISKOSITAS
Disusun
Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Laboratorium Fisika Pendidikan
Dosen
Pembimbing: Nur Khoiri,S.Pd. M.T. M.Pd
Disusun
oleh :
1.
Mayda Oka H. (09330195)
2.
Riyanti (09330204)
3.
Septin Dian P. (09330206)
4.
Yusida Noviani (09330213)
5.
Galuh Pravitasari (09330216)
PROGRAM
STUDI PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
IKIP PGRI SEMARANG
2012
A.
Latar
Belakang
Berdasarkan
Undang-Undang No.2 tahun 1989 tentang pendidikan Nasional, serta PP No.60 tahun
1999 tentang Pendidikan Tinggi bahwa pendidikan tinggi terdiri atas pendidikan
akademik dan pendidikan profesional. Pendidikan akademik merupakan pendidikan
yang diarahkan terutama pada penguasaan ilmu pengetahuan, sedangkan pendidikan
profesional merupakan pendidikan yang diarahkan terutama pada kesiapan
penerapan suatu bidang keahlian tertentu.
Program
studi pendidikan fisika IKIP PGRI Semarang merupakan salah satu perguruan
tinggi yang lebih mengarah pada pendidikan akademik. Dimana diarahkan pada
penguasaan ilmu pengetahuan. Sebagai calon-calon pendidik mahasiswa harus
mempunyai pengetahuan dalam segala bidang. Terutama dalam bidang fisika.
Seperti yang kita tahu bahwa ilmu fisika tidak hanya sebatas ilmu murni saja.
Namun pada penerapnnya semakin hari semakin maju dan semakin banyak teknologi
yang dihasilkan. Perkembangan zaman mengakibatkan perkembangan ilmu pengetahuan
yang sangat signifikan. Sehingga ilmu fisika semakin kompeks dan luas.
Adanya
perkembangan teknologi, calon pendidik harus mempunyai inisiatif dan
kreativitas baru untuk menjelaskan konsep-konsep fisika yang mudah dimengerti
dan dipahami peserta didiknya. Maka dari hal tersebut kami membuat alat
praktikum fsika untuk menjelaskan perbedaan viskositas pada zat cair.
Sebagai
mana yang telah kita ketahui, viskositas atau
kekentalan merupakan gaya gesekan antara molekul-molekul yang menyusun suatu
fluida. Yang dimaksud dengan fluida adalah gaya gesekan internal fluida
(internal = dalam). Jadi molekul-molekul yang membentuk suatu fluida saling
gesek menggesek ketika fluida tersebut mengalir. Pada zat cair Viskositas
disebabkan karena adanya gaya kohesil (gaya tarik menarik antara molekul
sejenis) sedangkan dalam zat gas viskositas disebabkan oleh tumbukan antara molekul.
Fluida yang
lebih cair biasanya lebih mudah mengalir contohnya adalah air. Sebaliknya
fluida yang lebih kental, lebih sulit mengalir, sebagai contoh minyak goreng,
oli, madu. Tingkat kekentalan suatu fluida juga tergantung pada suhu semakin
tinggi suhu zat cair, semakin kental zat cair tersebut. Perlu diketahui, bahwa
Viskositas atau kekentalan Cuma ada pada fluida riil. Yang dimaksud fluida riil
adalah fluida yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Seperti air, sirup,
oli, asap knalpot.
Dari pemaparan
tersebut, kami mempunyai ide untuk membuat alat praktikum viskositas dengan
memperlihatkan adanya perbedaan kekentalan pada beberapa zat cair. Yaitu pada
air mineral, sirup, minyak goreng, dan oli.
B.
Dasar
Teori
Viskositas atau kekentalan merupakan gaya
gesekan antara molekul-molekul yang menyusun suatu fluida. Yang dimaksud dengan
fluida adalah gaya gesekan internal fluida (internal = dalam). Jadi
molekul-molekul yang membentuk suatu fluida saling gesek menggesek ketika
fluida tersebut mengalir. Pada zat cair viskositas disebabkan karena adanya
gaya kohesil (gaya tarik menarik antara molekul sejenis) sedangkan dalam zat
gas viskositas disebabkan oleh tumbukan antara molekul.
Fluida yang
lebih cair biasanya lebih mudah mengalir contohnya adalah air. Sebaliknya
fluida yang lebih kental, lebih sulit mengalir, sebagai contoh minyak goreng,
oli, madu. Tingkat kekentalan suatu fluida juga tergantung pada suhu semakin
tinggi suhu zat cair, semakin kental zat cair tersebut. Perlu diketahui, bahwa
Viskositas atau kekentalan hanya ada pada fluida riil. Yang dimaksud fluida
riil adalah fluida yang ada dalam kehidupan sehari-hari. Seperti air, sirup,
oli, asap kenalpot.
Koefisien
Viskositas
Viskositas
fluida dilambangkan dengan symbol h (eta). Jadi tingkat kekentalan suatu fluida
dinyatakan oleh koefisien viskositas bisa dinyatakan dengan persamaan. Lapisan
fluida tipis ditempatkan diantara dua pelat sejajar. Lapisan fluida tipis
ditempatkan diantara. Kohesi adalah gaya tarik menarik antara molekul tidak
sejenis. Gaya adhesi bekerja antara pelat dan lapisan fluida yang menempel
dengan pelat (molekul fluida dan molekul pelat saling tarik-menarik). Sedangkan
gaya kohesi bekerja diantara selaput fluida (molekul fluida saling tarik
menarik). Perubahan kecepatan lapisan fluida (V) dibagi jarak terjadinya
perubahan (â„“) = V . V dikenal
dengan gradient kecepatan.
I I
Pelat yang
berada disebelah atas dapat bergerak karena adanya gaya tarik menarik (F).
Untuk fluida tertentu, besarnya gaya tarik yang dibutuhkan berbanding lurus
dengan luas fluida yang menempel dengan pelat (A), laju fluida (V) dan
berbanding terbalik dengan jarak â„“.
Secara matematis dapat ditulis F ~ AV →………
(1).
â„“
Tingkat kekentalan fluida dinyatakan dengan koefisien Viskositas. Jika fluida
makin kental maka gaya tarik yang dibutuhkan juga makin besar. Dalam hal ini,
gaya tarik berbanding lurus dengan koefisien kekentalan. Secara matematis dapat
ditulis sebagai berikut :
F ~ h ……… (2)
Disubstitusikan persamaan 1 ke persamaan ke 2
F ~ h AV → ………(3)
â„“
Persamaan 3
dapat ditulis sebagai berikut :
F = h AV
â„“
F.â„“ = h AV
h = Fâ„“
AV
Dengan :
h = Koefisien
Viskositas (Ns/m2) = Pa . S
F = Gaya
â„“ = Jarak
A=Luas Permukaan
V =
Laju
~ =
Sebanding
Persamaan
Poiseuille
Persamaan
Poiseuille ini kita turunkan menggunakan bantuan persamaan koefisien Viskositas
yang telah diturunkan sebelumnya. Ketika menurunkan persamaan koefisien viskositas,
terlebih dahulu meninjau aliran lapisan fluida riil antara 2 pelat sejajar dan
fluida tersebut bisa bergerak karena gaya tarik (F).
F = h AV
â„“
Karena
fluida bisa mengalir akibat adanya perbedaan tekanan (fluida) mengalir dari
tempat yang tekanannya tinggi ke tempat yang tekanannya rendah, maka F diganti
dengan
P1 –
P2 (P1 ) P2) . (P1 – P2)
= h AV …………… (i)
â„“
Pada
percobaan bola kecil dijatuhkan ke dalam cairan yang hendak di ukur angka
kekentalannya. Bola tersebut mula-mula akan mengalami percepatan karena gaya
beratnya. Tetapi karena sifat kekentalan cairan besar, percepatan ini makin
berkurang dan akhirnya nol. Pada saat tersebut, kecepatan ini makin berkurang
dan disebut “Kecepatan Terminal”. Hubungan antara kecepatan terminal dengan
angka kekentalan dapat diperoleh dari Hukum Stokes :
Vm = 2r2g
(r - r0)……………. (1)
h
Dimana :
Vm =
Kecepatan terminal (cm/at)
h
= Angka kekentalan
r
= Jari-jari bola
g
= Percepatan gravitasi bumi (cm/at2)
r
= Rapat massa bola (gr/cm3)
r0
= Rapat massa cairan (gr/cm3)
Pada
persamaan 1 dianggap bahwa diameter tabung relatif sangat besar dibanding
dengan diameter bola. Bila perbandingan kedua diameter tersebut tidak terlalu
besar perlu ditambah faktor koreksi terhadap persamaan tersebut, yaitu :
F = ( 1 + 2,4 r )
R
Dengan :
r = Jari-jari tabung bagian dalam
R =
1,76 cm
Sehingga
persamaan 1 menjadi
h = m (r . r0)
..................... (2)
F.Vm
Dengan :
F = (1 +
1,36 r)
m = 2
g
Dengan
demikian bila harga r dan r0 diketahui, sedangkan harga r dan Vm
diukur, maka harga h dapat dari persamaan 2.
Ketika
menurunkan persamaan koefisien viskositas, kita meninjau aliran lapisan fluida
riil antara 2 pelat sejajar. Setiap bagian fluida tersebut mengalami perubahan
kecepatan teratur sejauh â„“. Untuk kasus ini laju aliran fluida mengalami
perubahan secara teratur dari sumbu tabung sampai ke tepi tabung. Fluida yang
berada di sumbu tabung mengalir dengan laju (V) yang lebih besar semakin ke
pinggir, laju fluida semakin kecil. Jari-jari tabung = jarak antara sumbu
tabung dengan tepi tabung = R. Jarak antara setiap bagian fluida dengan tepi
tabung = r. Karena jumlah setiap bagian fluida itu sangat banyak dan jaraknya
dari tepi tabung juga berbeda-beda, maka kita cukup menulis :
V1 = Laju fluida yang
berada pada jarak r1 dari tepi tabung (r1 = R)
V2 = Laju fluida yang
berada pada jarak r2 dari tepi tabung (r2 < r1)
V3 = Laju fluida yang
berada pada jarak r3 dari tepi tabung (r3 < r2
< r1)
V4 = Laju fluida yang
berada pada jarak r4 dari tepi tabung (r4 < r3 <
r2 < r1)
Vn = Laju fluida yang berada pada
jarak rn dari tepi tabung (rn < ….. r4 <
r3 < r2 < r1).
Jumlah
setiap bagian fluida sangat banyak dan kita juga tidak tahu secara pasti berada
jumlahnya yang sebenarnya, maka cukup ditulis dengan symbol n. Setiap bagian
fluida mengalami perubahan laju (V) secara teratur, dari sumbu tabung (r1
= R) sampai tepi tabung (rn). Dari sumbu tabung (rn) laju
setiap bagian fluida makin kecil (V1 > V2 > V3
> V4 ….. > Vn). Cara praktis untuk menentukan terjadinya
persamaan perubahan laju aliran fluida riil dalam tabung adalah menggunakan
kalkulus. Dari penjelasan diatas mempunyai gambaran bahwa dari R ke rn,
laju fluida semakin kecil.
Panjang pipa
= L, maka akan diperoleh persamaan :
(P1 – P2) = h V DL
……………….. (ii)
(R2 – r2)
Karena yang
kita tinjau adalah laju (V) aliran fluida, maka persamaan 2 menjadi
h DL = (P1 – P2) (R2 – r2)
V = (P1 – P2) (R2
– r2)
4 hL
V = (R2 – r2) (P1
– P2) …………… (iii)
4h L
Persamaan
laju aliran fluida pada jarak r dari pipa yang berjari-jari R. Perlu diketahui
bahwa fluida mengalir dalam pipa, sehingga perlu meninjau laju aliran volume
fluida tersebut.
Fluida
|
Temperatur (o C)
|
Koofisien Viskositas
|
Air
|
0
|
1,8 x 10-3
|
20
|
1,0 x 10-3
|
60
|
0,65 x 10-3
|
100
|
0,3 x 10-3
|
Darah (keseluruhan)
|
37
|
4,0 x 10-3
|
Plasma Darah
|
37
|
1,5 x 10-3
|
Ethyl alkohol
|
20
|
1,2 x 10-3
|
Oli mesin (SAE 10)
|
30
|
200 x 10-3
|
Gliserin
|
0
|
10.000 x 10-3
|
20
|
1500 x 10-3
|
60
|
81 x 10-3
|
Udara
|
20
|
0,018 x 10-3
|
Hidrogen
|
0
|
0,009 x 10-3
|
Uap air
|
100
|
0,013 x 10-3
|
C.
Alat
dan Bahan
1. Kayu
2. Kaca
3. Lem
kaca
4. Gliserin
5. Oli
6. Minyak
7. Air
mineral
8. Kelereng
putih
D.
Prosedur
pembuatan alat
1. Potong
kaca dengan alat potong
2. Tempelkan
kaca dengan bentuk persegi panjang kotsk
3. Tempelkan
kscs pada kerangka putar
4. Isi
masing-masing dengan cairan air, minyak goreng, gliserin, dan oli.
5. Pasang
kerangka putar pada kayu penyangga.
E.
Skema
alat
F.
Pembahasan
Pada
pembuatan alat ini kami meggunakan bahan yang mudah di cari. Antara lain kayu
dan kaca untuk membuat aquarium. Bahan yang digunakan untuk perbandingan
viskositasa atau kekentalannya antara lain minyak, oli, gliserin dan air
mineral biasa. Disini kami membandingkan empat zat cair yang massa jenisnya
berbeda-beda. Selain itu juga dilihat dari kekentalan pada setiap zat cair
tersebut berbeda-beda.
Untuk
membuktikan adanya perbedaan kekentalan dari keempat zat tersebut kami
menggunakan kelereng yang berwarna putih dimasukan kedalam cairan yang telah di
masukan ke dalam kaca aquarium yang sudah di rangkai sedemikian rupa, hingga
tidak bocor.
Terlihat
bahwa bahan yang mempunyai kekentalan tinggi, kelereng akan jatuh perlahan dan
sangat pelan sehingga kelereng akan sampai ke dasar sangat lama. Kerena gaya
gesek yang ditimbulkan zat tersebut besar. Berbeda dengan zat cair yang
viskositasnya kecil. Kelereng akan jatuh cepat sampai dasar kaca. Hal ini
karena gaya gesek yang ditimbulkan zat cair tersebut kecil.
Dari keempat
zat cair tersebut, yang mempunyai viskositas terbesar adalah pada gliserin yang
mempunyai koefisien viskositas sebesar 1500 x 10-3. Dapat dilihat
dari tabel hasil percobaan dibawah ini :
Bahan
|
Temperatur
|
Koefisien viskositas
|
Gliserin
|
20o
|
1500 x 10-3
|
Oli
|
20o
|
200 x 10-3
|
Minyak
|
20o
|
|
Air
|
20o
|
1,8 x 10-3
|
Karena
kekentalan air murni sangat kecil, jadi air berada diurutan yang paling bawah.
Disini terbukti bahwa tidak semua zat cair mempunyai kekentalan atau viskositas
yang sama, tetapi berbeda-beda. Koefisien viskositas juga tergantung oleh temperatur.
Semakin besar temperatur suatu tempat, maka semakin kecil viskositas zat
tersebut.
G.
Simpulan
dan saran
1.
Simpulan
Pembuatan alat
viskositas dari kelompok kami berhasil. Dengan menggunakan bahan zat cair
berupa air, minyak, oli dan gliserin. Terbukti bahwa gliserin mempunyai
koefesien viskositas yang paling besar dibandingkan dengan zat cair lainnya.
2.
Saran
1. Untuk
membuat alat ini, membutuhkan kesabaran dan keuletan. Karena sering terjadi
kebocoran pada sisi-sisi kaca yang hanya ditempel dengan lem kaca saja.
2. Gunakan
bahan zat cair yang terang, sehingga kelereng yang digunakan untuk membuktikan
besar koefesien viskositas dapat terlihat dengan jelas.
Daftar
pustaka