LAPORAN vISKOSITAS

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1     TUJUAN PERCOBAAN

Setelah mengikuti praktikum, mahasiswa diharapkan mampu menentukan koefisien viskositas suatu zat cair berdasarkan hukum Stokes.

1.2   ALAT PERCOBAAN                     

1.        Gelas ukur berisi zat cair yang akan ditera

2.        Bola-bola percobaan

3.        Stopwatch

4.        Thermometer

5.        Mikrometer

6.        Areometer

7.        Pinset/penjepit

8.        Mistar

9.        Jangka sorong

10.    Pengait

BAB 2

TEORI PENUNJANG

2.1     TEORI DASAR                     

Benda yang bergerak tanpa kecepatan awal dalam zat cair, pada permulaanmendapat percepatan dan berlaku :

        ƩF_y = ma

Gerak benda tersebut mengalami gaya gesek (Fs) dan gaya apung keatas(F_A).

FA              Fs         W

Gambar 1. Kesetimbangan Gayapada Benda didalam Zat Cair

Persamaan gaya sebagai berikut :

W – F_S – F_A = ma

Dimana :

W      : gaya berat benda

F_S      : gaya gesekan

F_A      : gaya tekan ke atas

Gaya gesek zat cair (F_S) terhadap bola menurut Stokes adalah sebagai berikut :

F_S = 6  ƞ r v_g

Dimana :

Ƞ       : koefisien viskositas

r         : jari-jari bola

v_g       : laju terminal

Benda yang setimbang dinamis dalam zat cair bergerak tanpa percepatan (a = 0) sehingga berlaku :

W – F_S – F_A = 0

Dengan memasukan harga besaran W, F_S dan F_A akan diperoleh :

dimana :

ƞ          : koefisien viskositas

g          : percepatan gravitasi

ρ          : kerapatan bola

ρ’         : kerapatan zat cair

r           : jari-jari bola

         : laju terminal

Batasan agar hukum Stokes berlaku :

1.    Luas permukaan zat cair besar

2.    Bola pejal

3.    Tak ada penggelinciran dalam zat cair

2.2 TEORI TAMBAHAN

Kekentalan adalah sifat dari suatu zat cair (fluida) disebabkan adanya gesekan antara molekul-molekul zat cair dengan gaya kohesi pada zat cair tersebut. Gesekan-gesekan inilah yang menghambat aliran zat cair. Besarnya kekentalan zat cair (viskositas) dinyatakan dengan suatu bilangan yang menentukan kekentalan suatu zat cair. Hukum viskositas Newton menyatakan bahwa untuk laju perubahan bentuk sudut fluida yang tertentu maka tegangan geser berbanding lurus dengan viskositas.

Suatu zat memiliki kemampuan tertentu sehingga suatu padatan yang dimasukkan kedalamnya mendapat gaya tekanan yang diakibatkan peristiwa gesekan antara permukaan padatan tersebut dengan zat cair.

Untuk benda homogen yang dicelupkan kedalam zat cair ada tigakemungkinan yaitu, tenggelam, melayang, dan terapung.Oleh karena itu percobaan ini dilakukan agar praktikan dapat mengukurviskositas berbagai jenis zat cair. Karena semakin besar nilai viskositas dari larutan maka tingkat kekentalan larutan tersebut semakin besar pula.

Viskositas suatu zat cairan murni atau larutan merupakan indeks hambatan aliran cairan. Viskositas dapat diukur dengan mengukur laju aliran cairan, yang melalui tabung berbentuk silinder. Cara ini merupakan salah satu cara yang paling mudah dan dapat digunakan baik untuk cairan maupun gas.

Viskositas adalah indeks hambatan aliran cairan. Viskositas dapat diukur dengan mengukur laju aliran cairan yang melalui tabung berbentuk silinder. Viskositas ini juga disebut sebagai kekentalan  suatu zat. Jumlah volume cairan yang mengalir melalui pipa per satuan waktu.

ŋ          = viskositas cairan

V         = total volume cairan

t           = waktu yang dibutuhkan untuk mencair

p          = tekanan yang bekerja pada cairan

L          = panjang pipa

Makin kental suatu cairan, makin besar gaya yang dibutuhkan untuk membuatnya mengalir pada kecepatan tertentu. Viskositas disperse koloid dipengaruhi oleh bentuk partikel dari fase disperse dengan viskositas rendah, sedang system disperse yang mengandung koloid-koloid linier viskositasnya lebih tinggi. Hubungan antara bentuk dan viskositas merupakan refleksi derajat solvasi dari partikel

Bila viskositas gas meningkat dengan naiknya temperature, maka viskositas cairan justru akan menurun jika temperature dinaikkan. Fluiditas dari suatu cairan yang merupakan kelebihan dari viskositas akan meningkat dengan makin tingginya temperatur.

Cara-cara penentuan viskositas

a.         Viscometer Ostwald 

Pada viscometer Ostwald yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah tertentu cairan untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh berat cairan itu sendiri.

b.        Viskometer hoppler

Pada viscometer ini yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sebuah bola logam untuk melewati cairan setinggi tertentu. Suatu benda karena adanya gravitasi akan jatuh melalui medium yang berviskositas (seperti cairan misalnya), dengan kecepatan yang semakin besar sampai mencapai kecepatan maksimum. Kecepatan maksimum akan tercapai bila gravitasi sama dengan fictional resistance medium.

c.         Viscometer cup dan Bob

Prinsip kerjanya sampel digeser dalam ruangan antara dinding luar

Bob dan dinding dalam dari cup dimana bob masuk persis ditengan-tengah. Kelemahan viscometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang disebabkan gesekan yang tinggi disepanjang keliling bagian tube sehingga menyebabkan penemuan konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini menyebebkan bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebut aliran sumbat.

d.        Viskometer Cone dan Plate

Cara pemakaiannya adalah sampek yang ditempatkan di tengah-tengah papan, kemudian dinaikkan hingga posisi dibawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser didalam ruang sempit antara papan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar.

Faktor-faktor yang mempengaruhiviskositas :

a.         Suhu

Viskositas berbanding terbalik dengan suhu. Jika suhu  naik maka viskositas akan turun, dan begitu sebaliknya. Hal ini disebabkan karena adanya gerakan partikel-partikel cairan yang semakin cepat apabila suhu ditingkatkan dan menurun kekentalannya.

b.        Konsentrasi larutan

Viskositas berbanding lurus dengan konsentrasi larutan.Suatu larutan dengan konsentrasi tinggi akan memiliki viskositas yang tinggi pula, karena konsentrasi larutan menyatakan banyaknya partikel zat yang terlarut tiap satuan volume. Semakin banyak partikel yang terlarut, gesekan antar partikel semakin tinggi dan viskositasnya semakin tinggi pula.

c.         Beratmolekul solute

Viskositas berbanding lurus dengan berat molekul solute.Karena dengan adanya solute yang berat akan menghambatatau memberi beban yang berat padacairan sehingga menaikkan viskositas.

d.        Tekanan

Semakin tinggi tekanan maka semakin besar viskositas suatu cairan.

BAB 3

LANGKAH PERCOBAAN

Cara kerja :

1.        Diameter bola diukur 5 kali pada bagian yang berlainan

2.        Masing-masing bola ditimbang

3.        Suhu serta kerapatan zat cair pada permukaan dicatat (baik pada awal percobaan maupun akhir percobaan)

4.        Titik awal (A) dan titik akhir (B) pengukuran pada gelas ukur ditentukan

5.        Bola dijatuhkan ke dalam zat cair dalam gelas ukur

6.        Jarak dan waktu jatuh bola ketika bergerak dengan kecepatan konstan dari titik A ke titik B di ukur.

7.        Langkah 4-6 diulangi sebanyak 10 kali dengan jarak yang berbeda.

BAB 4

ANALISA DATA

4.1 DATA PENGAMATAN

Rapat massa zat cair (ρ’)               : 910kg/m³ = 0,91gr/cm³

                                                       Temperatur zat cair (awal)     : 28ºC

                                                       Temperatur zat cair (akhir)    : 27.5ºC

                                                       Diameter dalam tabung         : 5.75 cm

                                                       Diameter luar tabung : 6,45 cm

                                                       Tetapan grafitasi        : 9,81m/dt² = 981cm/dt²

Tabel Data Pengamatan

No	Ukuran Bola	Jenis Bola
1	Diameter Bola (d)
	Rata2 besar: 1,5410	1,5470 cm	1,2330 cm	0,7345 cm
	Rata2 sedang:1,1610	1,5412 cm	1,1260 cm	0,7261 cm
	Rata2 kecil: 0,7309	1,5350 cm	1,1260 cm	0,7321 cm
2	Jari-jari Bola (r)	0,7705 cm	0,5805 cm	0,3655 cm
3	Volume Bola (cm3)	1,9151 cm3	0,8190 cm3	0,2044 cm3
4	Massa Bola (g)	2,2 g	1,0 g	0,3 g
5	Rapatan Massa Bola (g/cm3)	1,1488 g/cm³	1,2210 g/cm³	1,4677 g/cm³
6	Jarak yang ditempuh Bola (cm)	24,2 cm	24,2 cm	24,2 cm
7	Waktu tempuh bola (dt)	5,4 detik	4,0 detik	7,8 detik
8	Kecepatan Bola (cm/dt)	4,48 cm/dt	6,05 cm/dt	3,10 cm/dt

4.2     ANALISA SISTEMATIS

4.2.1    Mencari Koofisien Viskositas

                   η =  

Data perhitungan :

·      Bola Besar           :  η = 6.90 g/cm³

·      Bola Sedang         :  η = 3.78 g/cm³ 

·      Bola Kecil           :  η = 5.24 g/cm³

4.2.2    Mencari gaya gesek zat cair terhadap bola (Fg)

              Fg =  6 . π  . η . r . Vg

Data Perhitungan :

·      Bola Besar             :  Fg  = 448.73  N

·      Bola Sedang          :  Fg  = 250.11  N

·      Bola Kecil             :  Fg  = 111.86  N

4.2.3    Mencari Gaya Apung Bola (F_A)

                         F_A =   π . r³ . ρ’ . g

Data Perhitungan :

·      Bola Besar      :  F_A   =  4/3 x 3.14 x (0.7705)³ x 0.91 x 981  = 

= 1709.61 N

·      Bola Sedang   :  F_A  =   4/3 x 3.14 x (0.5805)³ x 0.91 x 981  =

= 731.11 N

·      Bola Kecil       :  F_A  =   4/3 x 3.14 x (0.3655)³ x 0.91 x 981  =

= 182.49 N

4.2.4        Mencari Gaya Berat Bola

                       W = Fg + F_A

`                      

Data Perhitungan :

Bola Besar         :  W = 448.73 +  1709.61 = 2158.34 N

Bola Sedang      :  W = 250.11 +   731.11   = 981.22   N

Bola Kecil         :  W = 111.86 +  182.49   =  294.35  N

4.2     Analisa Matematis

4.2.1    Menghitung koefisien viskositas (ƞ)

1.    Bola besar

2.    Bola sedang

3.    Bola kecil

Jadi koefisien viskositas (ƞ) cairan yaitu

 

4.2.2  Menghitung gaya gesek zat cair terhadap bola (F_g)

1.    Bola besar

F_g = 6 x  x ƞ x r x V_g

F_g = 6 x 3,14 x 4,59 gr/cmdt x 0,7885 cm x 6,22 cm/dt

F_g = 424,0536 grcm/dt²

F_g = 424,05 grcm/dt²

2.    Bola sedang

F_g = 6 x  x ƞ x r x V_g

F_g = 6 x 3,14 x 3,85 gr/cmdt x 0,6175 cm x 28,57 cm/dt

F_g = 1278,1858 grcm/dt²

F_g = 1278,19 grcm/dt²

3.    Bola kecil

F_g = 6 x  x ƞ x r x V_g

F_g = 6 x 3,14 x 3,87 gr/cmdt x 0,313 cm x 42,27 cm/dt

F_g = 964,4928 grcm/dt²

F_g = 964,49 grcm/dt²

4.2.3  Menghitung gaya apung bola (F_A)

1.    Bola besar

F_A =

F_A =

F_A =

F_A =  x 1374,1848 grcm/dt²

F_A = 1832,2464grcm/dt²

F_A = 1832,25grcm/dt²

2.    Bola sedang

F_A =

F_A =

F_A =

F_A =  x 660,0106 grcm/dt²

F_A = 880,0142grcm/dt²

F_A = 880,01grcm/dt²

3.    Bola kecil

F_A =

F_A =

F_A =

F_A =  x 85,9554 grcm/dt²

F_A = 114,6072grcm/dt²

F_A = 114,61grcm/dt²

4.2.4    Menghitung gaya berat bola (W)

1.    Bola besar

W = Fg + FA

W = (424,05 + 1832,25) grcm/dt²

W = 2256,30 grcm/dt²

2.    Bola sedang

W = Fg + FA

W = (1278,19 + 880,01) grcm/dt²

W = 2158,20 grcm/dt²

3.    Bola kecil

W = Fg + FA

W = (964,49 + 114,61) grcm/dt²

W = 1079,10 grcm/dt²

4.3  ANALISA TEORITIS

Berikut adalah analisis hasil perhitungan, yaitu :

1.    Pada umum nya semua hasil perhitungan sudah sesuai dengan ukuran bola yang telah diukur tetapi diketemukan ada data yang sedikit berbeda, hal itu mungkin disebakan ada nya gelembung udara pada saat peluncuran bola.

2.    Pada saat  menentukan titik awal dan titik akhir pada peluru bola dalam suatu zat cair uji, dikarenakan keterbatasan mata praktikan.

3.    Pada saat  menentukan waktu  awal dan  waktu akhir dalam  percobaan Stokes Konvesional, di karenakan  keterbatasan  refleks praktikan pada saat memencet stopwatch.

BAB V

KESIMPULAN

            Dari hasil percobaan  ini dapat di ambil kesimpulan bahwa koefisien viskositas suatu  zat cair dipengaruhi oleh percepatan gravitasi, kerapatan benda, kerapatan zat cair, jari-jari benda, dan kecepatan benda yang dijatuhkan ke dalam suatu zat cair tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

·            http://lkurnia.blogspot.com/

·           http://kimiadisekitarkita.wordpress.com/2013/06/09/viskositas/

·           Halliday, Resmick, Silaban dan Sucipto, Fisika, Erlangga

·           Sears, Zemansky, University Physics

·           Sutrisno, Gie; Seri Fisika Dasar, Penerbit ITB

LAMPIRAN

TUGAS PENDAHULUAN

1.    Sebutkan suatu cara lain untuk menentukan viskositas zat cair!

Metoda menentukan viskositas zat cair, yaitu :

a.         Viscometer Ostwald 

Pada viscometer Ostwald yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah tertentu cairan untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh berat cairan itu sendiri.

b.         Viskometer hoppler

Pada viscometer ini yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sebuah bola logam untuk melewati cairan setinggi tertentu. Suatu benda karena adanya gravitasi akan jatuh melalui medium yang berviskositas (seperti cairan misalnya), dengan kecepatan yang semakin besar sampai mencapai kecepatan maksimum. Kecepatan maksimum akan tercapai bila gravitasi sama dengan fictional resistance medium.

c.         Viscometer cup dan Bob

Prinsip kerjanya sampel digeser dalam ruangan antara dinding luar

Bob dan dinding dalam dari cup dimana bob masuk persis ditengan-tengah. Kelemahan viscometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang disebabkan gesekan yang tinggi disepanjang keliling bagian tube sehingga menyebabkan penemuan konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini menyebebkan bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebut aliran sumbat.

d.         Viskometer Cone dan Plate

Cara pemakaiannya adalah sampek yang ditempatkan di tengah-tengah papan, kemudian dinaikkan hingga posisi dibawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser didalam ruang sempit antara papan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar.

2.    Dari persamaan 5, dapatkah diartikan bila 2 zat cair mempunyai kepekatan yang sama, apakah koefisien viskositasnya juga sama? Terangkan!

Dapat diartikan bila 2 zat cair memiliki kepekatan yang sama, maka koefisien viskositasnya sama, karena jika kepekatannya sama maka lajunya bola dalam kedua zat cair tersebut akan sama  pula. Hal ini dikarenakan pada persamaan 5 yang terkait dengan zat cair hanya kepekatan saja, sedangkan variabel lain berhubungan dengan bola.

3.    Tulislah definisi dari koefisien kekentalan zat cair

Koefisien kekentalan zat cair  atau koefisien viskositas(η) adalah besaran viskositas zat cair  yang ditentukan secara Satuan yaitu Ns/m² atau pascal sekon (Pa.s)

4.    Jelaskan apa yang dimaksud ‘ Laju Terminal’!

Laju Terminal atau Kecepatan Terminal  adalah Kecepatan bola pada saat mencapai nilai maksimum dan tetap.

TUGAS AKHIR

1.        Hitung harga koefisien kekentalan dengan menggunakan  persamaan 5 dan buatlah perhitungan koreksinya berdasarkan  teori ketidakpastian

A.  Percobaan pada bola besar

    η  =          

         =          

         =          

         =           =     6.8986 g/cm.dt   

B.       Percobaan pada bola sedang

η     =        

        =         

        =         

        =           =    3.7763 g/cm.dt

C.       Percobaan pada bola kecil

η     =        

=         

=         

       =              =     5.2393 g/cm.dt

           

Perhitungan koreksinya:

            Xi = X₁ + X₂ + X₃

                        = 6.8986 g/cm.dt + 3.7763 g/cm.dt + 5.2393 g/cm.dt

                        = 15.9142g/cm.dt

            Δx = s_x =

      s_x =

      s_x =

      s_x =

      s_x =

      s_x = 5.3047

2.        Buatlah grafik hubungan antara kuadrat jarak AB (d² mm²) dengan kecepatan terminal (V_g cm/dt). Tentukan koefisien kekentalan zat cair dan grafik ini.

a.    Grafik Hubungan Antara Kuadrat Jarak (mm²) Dengan Kecepatan (cm/dt) Bola Besar

No.	Jarak (mm2)	Kecepatan (cm/dt)
1	0	0.0
2	585,64	4,48

b.    Grafik Hubungan Antara Kuadrat Jarak (mm²) Dengan Kecepatan (cm/dt) Bola Sedang

No.	Jarak (mm2)	Kecepatan (cm/dt)
1	0	0.0
2	585,64	6,05

c.    Grafik Hubungan Antara Kuadrat Jarak (mm²) Dengan Kecepatan (cm/dt) Bola Kecil

No.	Jarak (mm2)	Kecepatan (cm/dt)
1	0	0.0
2	585.64	3,10

3.        Buatlah kesimpulan dari percobaan ini!

Dari hasil percobaan ini dapat diambil kesimpulan bahwa koefisien viskositas suatu zat cair dipengaruhi oleh percepatan gravitasi, kerapatan benda, kerapatan zat cair, jari-jari benda, dan kecepatan benda yang dijatuhkan ke dalam suatu zat cair tersebut.