VISKOSITAS
ZAT CAIR
ABSTRAK
Pada percobaan
berjudul viskositas zat cair ini dilakukan dengan tujuan menentukan koefisien
viskositas zat cair denganmenggunakan Hukum Stokes. Dengan cara mengukur massa
bola baja menggunakan neraca, jari – jari bola dengan mikrometer, jari – jari
dalam tabung dengan jangka sorong, suhu zat cair menggunakan termometer dan
panjang zat cair dalam tabung dengan meteran yang sudah terdapat pada peralatan
viskometer. Setelah itu menentukan jarak yang akan dilewati bola. Bola diletakkan
pada holding magnet kemudian bola dimasukkan ke dalam tabung, bola dijatuhkan
ke dalam zat cair dan saat bola sampai pada jarak yang ditentukanstopwatch
ditekan start dan menghentikan stopwatch pada jarak yang ditentukan. Dalam
percobaan I variabel kontrol adalah massa jenis zat cair, panjang zat cair
dalam tabung, jari – jari tabung dan jarak. Variabel manipulasi adalah massa
bola dan variabel respon adalah waktu. Dalam percobaan II variabel kontrol
adalah massa bola, jari – jari bola, dan panjang zat cair dalam tabung.
Variabel manipulasi adalah jarak dan variabel respon adalah waktu. Dari
percobaan kami memperoleh koefisien viskositas gliserin η=(0,0065
± 0,00037) dyne s/cm2 dan koefisien viskositas oli SAE η=(0,0038 ±
0,00019) dyne s/cm2.
BAB
I
PENDAHULUAN
A. Latar
Belakang
Setiap benda yang bergerak
relatif terhadap benda lain selalu mengalami gesekan dan gaya gesek. Sebuah
benda yang bergerak di dalam zat cair juga mengalami gesekan. Hal ini
disebabkan oleh sifat kekentalan (viskositas) fluida atau zat cair tersebut.
Koefisien kekentalan suatu zat cair dapat diketahui melalui percobaan dari
sebuah benda yang dijatuhkan ke dalam zat cair. Benda yang jatuh ke dalam zat
cair memiliki waktu yang berbeda saat mencapai kedalaman zat cair tersebut,
tergantung dari massa benda dan kekentalan zat cair. Ukuran kekentalan zat cair
yang menyatakan besar kecilnya desekan di dalam zat cair disebut viskositas.
Semakin besar kekentalan zat cair, maka semakin sulit zat cair tersebut untuk
mengalir dan menunjukkan semakin sulit suatu benda bergerak di dalam zat cair
tersebut.
B.
Rumusan Masalah
1. Bagaimana menentukan koefisien
viskositas zat cair gliserin dan oli SAE dengan menggunakan hukum Stokes dengan
mengubah massa bola yang dicelupkan ke dalam zat cair?
2. Bagaimana menentukan koefisien
viskositas zat cair gliserin dan oli Sae dengan menggunakan hukum Stokes dengan
mengubah jarak?
C. Tujuan Percobaan
1. Menentukan koefisien viskositas
zat cair gliserin dan oli SAE dengan menggunakan hukum Stokes dengan mengubah
massa bola yang dicelupkan ke dalam zat cair.
2. Menentukan koefisien viskositas
zat cair gliserin dan oli SAE dengan menggunakan hukum Stokes dengan mengubah
jarak.
BAB
II
DASAR
TEORI
Viskositas
adalah ukuran atau taraf kekentalan fluida yang memiliki gesekan tertenrtu.
Pada zat cair viskositas disebabkan oleh gaya kohesi antar molekul sejenis,
sedangkan pada gas viskositas disebabkan
oleh adanya tumbukkan antar molekul.
Benda yang dijatuhkan pada zat cair tanpa kecepatan
awal akan mendapatkan percepatan dengan gaya – gaya yang bekerja :
åF = W – Fa – Fr = m
a..............1)
Dengan W adalah
gaya berat benda, Fa gaya
angkat ke atas, dan Fr adalah gaya gesek zat cair.
Gaya gesek
zat cair (disebut juga sebagai gaya gesek Newton) yang dialami oleh benda
berbanding lurus dengan kecepatan. Cairan dalam hal ini disebut cairan Newton.
Apabila benda berbentuk bola, menurut Stokes, gaya ini dapat dirumuskan sebagai
berikut :
Fr = 6 π η v r
Dengan η adalah viskositas zat
cair, r adalah jari – jari bola, dan v adalah kecepatan gerak benda.
Semakin
besar kecepatan, gaya gesek akan semakin besar, sehingga suatu saat terjadi
keseimbangan dinamis (benda bergerak tanpa percepatan).
Fr = W – Fa
Dengan memasukkan harga gaya –
gaya ini, dapat diperoleh :
Fr = Vb . g . (ρb
– ρf)
6 π η v r = Vb . g .
(ρb – ρf)
6 π η v r = 4/3π r3
. g . (ρb – ρf)
η = 4π r3
. g . (ρb – ρf) / 3 . 6 π v r
η = 2 r2. g . (ρb – ρf) / 9 . v
Untuk ketelitian diperlukan
faktor koreksi :
v = v’ ( 1 + 2,4 r/R) ( 1 + 3,3 r/L) = k v’
Dengan
v = kecepatan yang telah dikoreksi
v’
= kecepatan berdasarkan pengamat
(s/t)
r = jari – jari bola
R = jari – jari dalam tabung
L = panjang zat cair dalam tabung
BAB III
METODE PERCOBAAN
A.
Rancangan Percobaan
A. Alat
dan Bahan
1.
Peralatan
viskometer : 1 set
2.
Bola
baja : 1 set
3.
Hidrometer : 1 buah
4.
Jangka
sorong : 1 buah
5.
Termometer : 1 buah
6.
Mikrometer
sekrup : 1 buah
7.
Neraca
ohhaus : 1 buah
8.
Oli
SAE : secukupnya
9.
Gliserin : secukupnya
10.
Holding
magnet : 1 buah
11.
Stopwatch : 1 buah
B.
Variabel Percobaan (I)
Variabel
kontrol : Jari – jari tabung
(R), panjang kolom zat cair (L), massa jenis zat cair (ρ), jarak (s) Variabel
manipulasi : Massa benda (m)
Variabel
respon : Waktu (t)
C.
Variabel Percobaan (II)
Variabel
kontrol : Jari – jari tabung
(R), panjang kolom zat cair (L), massa jenis zat cair (ρ), massa bola (m)
Variabel
manipulasi : Jarak (s)
Variabel
respon : Waktu (t)
D.
Langkah Percobaan
Langkah pertama
yang kami lakukan adalah mengukur massa bola dengan neraca, jari – jari bola
menggunakan mikrometer sekrup dengan cara mengukur diameter bola dan membaginya
dengan dua atau dikalikan setengah (1/2). Mengukur massa jenis zat cair dengan
hidrometer, diameter tabung dengan jangka sorong, suhu zat cair dengan termometer,
panjang zat cair dalam tabung menggunakan meteran yang ada di peralatan
viskometer. Selanjutnya menandai dan mengukur jarak, menjatuhkan bola ke dalam
zat cair, menyalakan stopwatch start saat bola melewati jarak awal yang telah
ditentukan, menghentikan stopwatch saat bola mencapai jarak yang ditentukan,
kemudian mencatat waktu yang telah ditempuh, menarik bola ke atas dengan
holding magnet, mengulangi percobaan sebanyak lima kali, mengulang langkah
sebelumnya dengan massa bola berbeda, namun jarak sama/tetap. Untuk percobaan
yang ke dua mengulang langkah sebelumnya, tetapi dengan massa bola tetap dan
jarak berbeda.
BAB
IV
DATA
DAN ANALISIS
A.
Data
Percobaan I
Hasil percobaan dengan mengubah
massa bola :
Gliserin
Bola
|
(m±
0,01)gr
|
(r±
0,001)cm
|
(R±
0,01)cm
|
(ρ±
0,01)gr/cm3
|
No
|
(L±
0,1)cm
|
(s±0,1)cm
|
(t±0,1)s
|
I
|
2,15
2,15
2,15
2,15
2,15
|
0,352
0,352
0,352
0,352
0,352
|
1,27
1,27
1,27
1,27
1,27
|
1,33
1,33
1,33
1,33
1,33
|
1
2
3
4
5
|
90,5
90,5
90,5
90,5
90,5
|
30
30
30
30
30
|
1,0
1,2
1,3
1,3
1,3
|
II
|
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
|
0,301
0,301
0,301
0,301
0,301
|
1,27
1,27
1,27
1,27
1,27
|
1,33
1,33
1,33
1,33
1,33
|
1
2
3
4
5
|
90,5
90,5
90,5
90,5
90,5
|
30
30
30
30
30
|
1,5
1,7
1,6
1,7
1,7
|
Oli SAE
Bola
|
(m±
0,01)gr
|
(r±
0,001)cm
|
(R±
0,01)cm
|
(ρ±
0,01)gr/cm3
|
No
|
(L±
0,1)cm
|
(s±0,1)cm
|
(t±0,1)s
|
I
|
2,15
2,15
2,15
2,15
2,15
|
0,352
0,352
0,352
0,352
0,352
|
1,27
1,27
1,27
1,27
1,27
|
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
|
1
2
3
4
5
|
90,5
90,5
90,5
90,5
90,5
|
30
30
30
30
30
|
0,6
0,6
0,7
0,7
0,6
|
II
|
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
|
0,301
0,301
0,301
0,301
0,301
|
1,27
1,27
1,27
1,27
1,27
|
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
|
1
2
3
4
5
|
90,5
90,5
90,5
90,5
90,5
|
30
30
30
30
30
|
1,0
1,0
0,8
0,8
0,9
|
Percobaan II
Hasil percobaan dengan mengubah
jarak
Gliserin
Bola
|
(m±
0,01)gr
|
(r±
0,001)cm
|
(R±
0,01)cm
|
(ρ±
0,01)gr/cm3
|
No
|
(L±
0,1)cm
|
(s±0,1)cm
|
(t±0,1)s
|
I
|
2,15
|
0,352
|
1,27
|
1,33
|
1
2
3
4
5
|
90,5
|
15
|
0,6
0,6
0,6
0,7
0,7
|
2,15
|
0,352
|
1,27
|
1,33
|
1
2
3
4
5
|
90,5
|
25
|
0,7
1,3
1,3
1,1
1,2
|
|
2,15
|
0,352
|
1,27
|
1,33
|
1
2
3
4
5
|
90,5
|
35
|
1,7
1,4
1,7
1,8
1,7
|
|
2,15
|
0,352
|
1,27
|
1,33
|
1
2
3
4
5
|
90,5
|
40
|
2,0
1,7
1,8
1,7
2,0
|
|
2,15
|
0,352
|
1,27
|
1,33
|
1
2
3
4
5
|
90,5
|
45
|
2,0
2,1
1,5
1,9
2,1
|
Oli SAE
Bola
|
(m±
0,01)gr
|
(r±
0,001)cm
|
(R±
0,01)cm
|
(ρ±
0,01)gr/cm3
|
No.
|
(L±
0,1)cm
|
(s±0,1)cm
|
(t±0,1)s
|
I
|
2,15
|
0,352
|
1,27
|
0,85
|
1
2
3
4
5
|
90,5
|
15
|
0,5
0,4
0,3
0,3
0,4
|
2,15
|
0,352
|
1,27
|
0,85
|
1
2
3
4
5
|
90,5
|
25
|
0,6
0,5
0,5
0,5
0,5
|
|
2,15
|
0,352
|
1,27
|
0,85
|
1
2
3
4
5
|
90,5
|
35
|
0,5
0,8
0,7
0,7 0,7
|
|
2,15
|
0,352
|
1,27
|
0,85
|
1
2
3
4
5
|
90,5
|
40
|
0,8
0,8
0,8
0,9
0,8
|
|
2,15
|
0,352
|
1,27
|
0,85
|
1
2
3
4
5
|
90,5
|
45
|
1,0
1,0
1,1
1,0
1,0
|
B.
Analisis
Pada percobaan I
massa bola menjadi variabel manipulasi. Dari data di atas dapat diperoleh
koefisien viskositas zat cair :
Pada gliserin
Bola I
adalah η = (0,00694 ± 0,00032) dyne s/cm2
dengan
tingkat ketelitian 96,4% dan ketidak pastian 4,6%
Bola II adalah η = (0,0066 ±
0,00016) dyne s/cm2
Dengan tingkat ketelitian 97,6%
dan ketidak pastian 2,4%
Pada
Oli SAE
Bola I adalah η = (0,003816 ±
0,00015) dyne s/cm2
dengan
tingkat ketelitian 96,07% dan ketidak pastian 3,93%
Bola II adalah η = (0,003814 ±
0,00018) dyne s/cm2
dengan
tingkat ketelitian 95,30% dan ketidak pastian 4,7%
Pada percobaan II yaitu saat
jarak diubah – ubah (variabel manipulasi), massa bola dijadikan tetap, maka
dapat diperoleh koefisien viskositas zat cair sebagai berikut :
Pada gliserin
Bola I
adalah η = (0,00608 ± 0,00084) dyne s/cm2
Dengan
tingkat ketelitian 86,2% dan ketidak pastian 13,8%
Pada Oli SAE
Bola I
adalah η = (0,00380 ± 0,00027) dyne s/cm2
Dengan
tingkat ketelitian 92,8% dan ketidak pastian 7,2%
Bola
|
Gliserin
|
Oli SAE
|
I
|
η
= (0,00694 ± 0,00032) dyne s/cm2
η
= (0,00608 ± 0,00084) dyne s/cm2
|
η
= (0,003816 ± 0,00015) dyne s/cm2
η
= (0,00380 ± 0,00027) dyne s/cm2
|
II
|
η
= (0,0066 ± 0,00016) dyne s/cm2
|
η = (0,003814 ± 0,00018) dyne
s/cm2
|
Perbedaan koefisien
viskositas pada gliserin cenderung kecil, sehingga dapat dikatakan tidak
berubah/tetap. Begitu pula yang terdapat di koefisien viskositas Oli SAE.
Sehingga dari data
di atas dapat diperoleh koefisien viskositas gliserin η
= (0,0065 ± 0,00037) dyne s/cm2 dan koefisien viskositas oli SAE η =
(0,0038 ± 0,00019) dyne s/cm2.
BAB V
DISKUSI
Dari percobaan yang telah kami
lakukan, telah diperoleh nilai koefisien viskositas yang berbeda pada setiap
massa bola ketika jarak dibuat sama (tetap). Taraf kekentalan yang berbeda
berpengaruh terhadap massa beban yang masuk dan bergerak di dalam zat cair
tersebut, semakin besar massa bola, semakin besar kecepatan bola untuk sampai
pada jarak yang ditentukan. Dari teori yang ada, nila viskositas gliserin
adalah 1,5 dyne s/cm2. Sedangkan yang kami dapat dari percobaan
sebesar η = (0,0065 ± 0,00037) dyne s/cm2 dikarenakan pada percobaan
kami melakukan kesalahan, seperti pada saat penggunaan stopwatch terjadi
ketidak tepatan dalam menekan tombol start dan stop pada saat bola berada dan
melalui titik (jarak) yang telah ditentukan. Dari teori yang kami ketahui nilai
koefisien viskositas oli SAE adalah 0,2 dyne s/cm2. Tetapi kami
mendapatkan nilai viskositas oli SAE sebesar η = (0,0038 ± 0,00019) dyne s/cm2.
BAB VI
KESIMPULAN
Dari percobaan yang kami lakukan, kami
dapat menarik kesimpulan bahwa massa benda yang masuk dan bergerak ke dalam zat
cair mempengaruhi koefisien viskositas zat cair tersebut. Semaikn besar massa
benda, maka kecepatan benda dan koefisien viskositas zat cair semakin besar.
Viskositas zat cair memiliki gaya penghalang yang masuk, gaya inilah yang
dinamakan gaya stokes. Jarak tidak mempengaruhi koefisien viskositas zat cair
karen dari percobaan, disetiap perubahan jarak, kami mendapat koefisien
viskositas yang sama.
BAB VII
DAFTAR PUSTAKA
Mulyaningsih, Sri dkk. Fisika
Dasar I Seri 1 Mekanika. Surabaya : UNESA UNIVERSITAS PRESS
Tim fisika dasar. 2013.
Panduan Praktikum Fisika Dasar I. Surabaya : UNESA
