PENGEMBANGAN ALAT PRAKTIKUM VISKOSIMETER ZAT CAIR

Transkripsi

1 ISSN: Januari 2012 Jurna Peniikan Fisika Inonesia 8 ( PENGEMBANGAN ALAT PRAKTIKUM VISKOSIMETER ZAT CAIR Karsumi* SMA Negeri 2 Pati Diterima: 1 November Disetujui: 12 Desember Dipubikasikan: Januari 2012 ABSTRAK Optimaisasi pembeajaran meaui kegiatan aboratorium iharapkan apat meningkatkan aya naar an aya pikir peserta iik yang seanjutnya iharapkan apat meningkatkan prestasi beajar. Daam peneitian ini ikembangkan aat praktikum viskosimeter sebagai aat bantu mengajar aternatif untuk pokok bahasan fuia. Peneitian pengembangan ini iakukan engan beberapa angkah yaitu ientifikasi masaah, tinjauan pustaka, ientifi kasi aat peraga yang suah aa, pembuatan aat peraga, ujicoba, anaisis aat, perbaikan aat, uji coba hasi perbaikan an pembuatan manua aat praktikum. Pengembangan aat iasarkan paa prinsip gesekan zat cair terhaap biang sentuh. Aat ini memanfaatkan biang geser yang berupa kuit siiner yang berputar iantara f uia yang ibatasi oeh bejana.hasi kaibrasi aat yang iakukan engan menggunakan uji t untuk taraf signifi kansi 5% iperoeh t tabe 1,734; Seangkan t hitung iperoeh 1,759. Hasi pengukuran koefisien viskositas beberapa jenis zat cair yang iukur paa suhu kamar antara ain: giserin iperoeh 782, Pas engan kesaahan reatif 1,23%; an oie iperoeh 214, Pas engan kesaahan reatif 7,23%. ABSTRACT Efforts to optimize earning through aboratory activities are expecte to be abe to increase reasoning an thinking power of stuents which can in turn improve their earning achievement. In this research, a viscosimeter instrument was eveope as an aternative teaching ai of fui topic. This R & D research was carrie out through severa stages: ientifying probem, reviewing iterature, ientifying existing teaching ai, making teaching ai, testing the eveope ai, anayzing an repairing the ai, testing the repaire ai, an eveoping manua of the ai. The ai was eveope base on the principe of iqui friction on the contact area. The ai works on the basis of the roing of friction surface, in a form of cyiner wa, in fuis surroune by the container. The resut of ai caibration performe shows that for signifi cance eve of 0.05, the ttabe foun is 1.734, whie tvaue is Aitionay, the resuts ocosity measurement of two kins of iqui in room temperature are as foows: η gycerin = x 10-3 Pas, with reative error 1.23% an η oi = x 10-3 Pas with reative error of 7.23%. Keywors: eveopment; practicum instrument; viscosimeter 2012 Jurusan Fisika FMIPA UNNES Semarang PENDAHULUAN Paa awa tahun ua ribu muncu arus perubahan paraigmatik, orientasi an kebijakan peniikan yang amat menasar, yang kemuian meahirkan kebijakan peniikan berorientasi kecakapan hiup engan penekatan peniikan berbasis uas (Depiknas, Daam rangka mewujukan peniikan *Aamat Koresponensi: Jaan A. Yani No. 4 Pati, Jawa Tengah, Inonesia Tep./Fax.: ( Emai: carzumy@gmai.com yang berorientasi paa kecakapan hiup tersebut Departemen Peniikan Nasiona paa tahun 2002 muai mengimpementasikan paa semua jenis, jenjang an satuan peniikan baik i aam maupun i uar sekoah, termasuk i SMA. Saah satu penekatan yang ianggap paing berperan aam upaya pengimpementasian kebijakan tersebut yang seama ini ikena engan penekatan keterampian proses. Meskipun iakui bahwa penekatan yang mengarah paa pengajaran berbasis inquiri ini secara umum masih sangat seikit ipergunakan oeh para guru aam meakukan pembeajaran

2 Karsumi - Pengembangan Aat Praktikum Viskosimeter Zat Cair 9 (Luera, Imu fisika aam pembeajaran tiak apat itransaksikan semata-mata meaui transaksi informasi saja. Pemahaman yang menaam hanya apat terjai meaui atihan keterampian an kaang-kaang juga meaui pengaaman. Jika ha ini apat iakukan aam proses pembeajaran i keas, maka anggapan tentang peajaran fisika yang suit seikit emi seikit apat ikurangi atau bahkan ihiangkan. Penyampaian pembeajaran Fisika harus seapat mungkin membawa anak ke aam kehiupan nyata, sebab engan menggunakan situasi kehiupan nyata, siswa akan menemukan fi sika ebih reevan an paa giirannya mereka akan ebih teribat an termotivasi aam keas (Popescu an Morgan, Fuia Statis merupakan satu materi aam peajaran Fisika yang sangat banyak itemukan aam kehiupan sehari-hari, namun paa kenyatannya siswa masih kesuitan aam memahami konsep an memecahkan permasaahan yang timbu. Oeh karena itu, peru aanya upaya peningkatan penguasaan konsep Fuia Statis meaui pembeajaran yang meibatkan siswa secara angsung. Pengembangan poa pikir ari hasi pembeajaran konsep fi sika iharapkan apat meningkatkan kemampuan berpikir peserta iik menjai ebih optima. Hasi beajar seseorang itentukan oeh berbagai faktor yang mempengaruhinya, baik interna maupun eksterna. Saah satu faktor yang aa i uar iniviu (eksterna aaah terseianya aat bantu beajar yang apat memberikan kemuahan bagi iniviu untuk mempeajarinya, sehingga menghasikan beajar yang ebih baik. Keterbatasan aat bantu beajar atau aat praktikum seama ini berpengaruh terhaap minat beajar siswa. Oeh sebab itu iperukan optimaisasi penggunaan aat peraga atau aat praktikum aam pembeajaran fisika khususnya aam pembeajaran f uia statis agar hasi yang iperoeh menjai ebih maksima. Demonstrasi an eksperimen merupakan metoe mengajar yang sangat efektif, sebab membantu para siswa untuk mencari jawaban engan usaha seniri berasarkan fakta (ata yang benar (Sujana, Cara terbaik untuk menyampaikan ie-ie (konsep fisika aaah meaui aboratorium atau emonstrasi, imana siswa apat meihat fi sika aam tinakan an benar-benar menghargai aam unia i sekitar mereka (Sethi, Menurut Ozek (2005, ketika siswa meakukan percobaan i aboratorium, mereka memperoeh pemecahan masaah an peneitian keterampian, an memiiki sikap positif terhaap sains. Menurut Sujana (2010, terapat enam tingkatan keterampian yang apat iperoeh meaui pembeajaran psikomotor, yaitu: Gerakan refex (keterampian paa gerakan yang tiak saar; Keterampian paa gerakan-gerakan asar; Kemampuan perseptua termasuk i aamnya membeakan visua, membeakan auitif motorik an ain-ain; Kemampuan i biang fi sik, misanya kekuatan, keharmonisan, ketepatan; Gerakan-gerakan ski muai ari keterampian seerhana sampai paa keterampian yang kompeks; Kemampuan yang berkenaan engan non ecursive komunikasi seperti gerakan ekspresif, interpretative. Menurut Etkina (2005, terapat banyak kegiatan yang iakukan siswa seteah mereka membangun ie yang mewakii proses fisik engan cara yang seerhana seperti membuat sketsa, iagram, grafik, tabe ata an persamaan matematika. Secara terpisah kegiatan pembeajaran i atas apat terjai paa pembeajaran apapun an engan menggunakan metoe apapun. Namun secara menyeuruh, kegiatan pembeajaran i atas hanya akan terjai paa pembeajaran yang menekankan paa keterampian proses an kecakapan hiup. Pembeajaran yang emikian apat iakukan saah satunya engan pembeajaran meaui kegiatan aboratorium engan menggunakan metoe eksperimen. METODE Langkah-angkah peneitian pengembangan meiputi menemukan potensi masaah, pengumpuan ata, esain prouk, vaiasi esain, revisi esain, uji coba prouk, revisi prouk, ujicoba pemakaian, revisi prouk, prouksi masa (Sugiyono, Desain aam peneitian pengembangan aat praktikum secara singkat igambarkan paa iagram aur yang terapat paa Gambar 1. Paa tahapan seanjutnya ibuat esain aat praktikum viskosimeter yang iasarkan esain peneitian an konsep gesekan zat cair engan bena ain. Gesekan zat cair aam aat ini iperoeh ari siiner yang berputar i aam zat cair akibat iberi beban yang ihubungkan engan tai. Paa saat beban iepaskan, paa awanya beban akan bergerak engan percepatan (GLBB akibat pengaruh percepatan gravitasi bumi. Namun karena aa

3 10 Jurna Peniikan Fisika Inonesia 8 ( gaya gesek zat zat cair terhaap siiner yang berputar (viskositas yang arahnya berawanan, maka paa posisi tertentu, bena akan mengaami gerak tanpa percepatan (meskipun bena tetap bergerak. Saat iniah beraku hukum I Newton, imana Σ F = 0. Secara seerhana prototipe aat praktikum yang ikembangkan igambarkan aam Gambar 2. Revisi Prouk Potensi an Masaah Pengumpuan Data Desain Aat Vaiasi Desain Pembuatan Aat Uji Coba Aat Praktikum Uji Coba Pemakaian Aat Pembuatan Manua Proseur Gambar 1. Desain peneitian Revisi Desain Revisi Prouk Gambar 2. Skema Prototipe viscosimeter yang ikembangkan Untuk mereaisasikan esain aat menjai aat praktikum yang nyata, iperukan beberapa bahan an aat seperti: 1.Sebuah siiner peja ari bahan stainess stee engan iameter 4,5 cm. 2.Bejana terbuat ari stainess sti sebagai tempat meetakkan zat cair. 3.Dua buah katro tetap. 4.Sebuah statip yang reatip tinggi (Supaya tercapai. 5.Tatakan Tripek. 6.Mistar. 7.Stop Watch. 8.Beban. 9.Tai Penghubung. Aat ini bekerja berasarkan hukum I Newton yang menyatakan bahwa bena akan iam atau bergerak urus beraturan jika resutan gayanya sama engan no. Gaya-gaya yang bekerja paa aat ini meiputi gaya berat yang itimbukan oeh beban an gaya gesek yang muncu saat siiner berputar. Paa saat aat iberi beban pemberat, siiner akan berputar. Mua-mua beban akan bergerak engan percepatan akibat pengaruh percepatan gravitasi bumi. Namun akibat aanya gaya gesek paa siiner maka gerak beban berubah ari gerak ipercepat menjai gerak urus engan kecepatan konstan. Paa saat iniah sistem ikatakan aam keseimbangan gaya antara gaya berat beban an gaya gesek paa siiner. Untuk menyeerhanakan pemahaman seanjutnya ibuat moe persamaan matematik berasarkan keseimbangan gaya yang ipecah menjai tiga bagian yaitu bagian gaya gesek yang iakibatkan oeh seimut siiner, bagian gaya gesek oeh bagian aas an tutup siiner an bagian gaya berat beban. Secara rinci penurunan persamaan matematik tersebut ijeaskan sebagai berikut: Beban yang igantungkan paa ujung tai akibat pengaruh gravitasi bumi menghasikan gaya berat beban yang besarnya: Gaya gesek oeh seimut siiner: Besarnya gaya gesek paa zat cair inyatakan sebagai: cositas = kηv (1 engan k aaah konstanta yang bergantung paa bentuk geometris bena (uas biang bena yang bersinggungan engan fuia=a an ketebaan fuia=, maka seanjutnya gaya gesek zat cair apat ituis: f A viscositas = ηv an aaah kecepatan gerak inier seimut siiner yang besarnya bergantung engan jari-jari siiner. Komponen ketebaan fuia niainya merupakan seisih jari-jari tabung bejana engan siiner peja yang berputar yaitu: = r ; untuk seuruh permukaan siiner, maka niai menjai: = r - r (2 Dengan emikian persamaan (1 apat ituis

4 Karsumi - Pengembangan Aat Praktikum Viskosimeter Zat Cair 11 Persamaan akhir yang apat igunakan untuk menentukan koefi sien viskositas merupakan sebuah persamaan yang apat mencaη (2πr hv (r rk = (r η 2πhv(r 2 = (3 (r r k Gaya gesek tersebut muncu akibat pemberian beban yang menghasikan gaya berat yang ihubungkan engan tai ke siiner meaui sebuah katro sehingga siiner berputar. Komponen gaya gesek tersebut berfungsi sebagai gaya penyeimbang bagi gaya berat W saat beban iepaskan an siiner muai berputar. Sehingga paa saat ini konisi aat memenuhi hukum I Newton maka komponen gaya berat beban an gaya gesek viskositas apat ituis menjai: η 2πhv(r 2 mg = (r r k mg(r r k η = 2πhv(r 2 Jika v apat itentukan engan menghitung jarak yang itempuh ibagi waktu tempuh (seteah mencapai gerak tanpa percepatan, imana x t, maka persamaan i atas apat ituis menjai: mg(r r k η = 2πh(r 2 Seangkan niai ω iturunkan ari kecepatan gerak beban seteah mencapai seimbang, yaitu: ω= ; sehingga niai v v menjai: r k (4 Gaya gesek oeh bagian aas an tutup siiner. Dari persamaan gaya fiskositas sebeumya: cositas = kηv atau: A cositas = ηv an mengganti A aaah bagian aas an tutup siiner yaitu: A=2(πr 2 (5 an v aaah kecepatan gerak siiner yaitu: v = ω r 0 v =(ω. r r v =ω.r ( t x v v= ( r rk r r Δr h Gambar 3. Komponen ketebaan fuia h z (6 Komponen ketebaan fuia (untuk bagian ini niainya merupakan jarak antara uas biang aas atau tutup engan bagian asar atau permukaan f uia igambarkan seperti paa Gambar 3. Jika persamaan (5 an (6 igabungkan maka akan iperoeh: (η 2 (πr 2 v( r = rk η 2 πv(r 3 = (r k (7 Seanjutnya, jika persamaan (7 i atas imasukkan ke aam hukum I Newton engan gaya berat, saat terjai keseimbangan gaya F=. engan F= W an an gaya gesek zat cair (η 2 (πr 2 v( r mg= rk mg( r η= k 2πv(r 3 η 2 πv(r 3 akan iperoeh: = (r k (8 Jika komponen kecepatan yang iperoeh engan menghitung jarak yang itempuh beban ibagi waktu tempuh (seteah mencapai gerak tanpa percepatan, imana v= x, maka t persamaan i atas apat ituis menjai: mg( r k η = 2π(r 3 ( t x (9

5 12 Jurna Peniikan Fisika Inonesia 8 ( kup seuruh permukaan siiner yang berputar an bergesekan engan fuia. Persamaan tersebut apat iperoeh ari penjumahan persamaan gaya berat engan gaya gesek seimut tabung (persamaan 4 an persamaan gaya berat engan gaya gesek bagian aas tabung an tutupnya (persamaan 9, yang secara etainya aaah sebagai berikut: ( ( ( mg(r r k t mg( r k t η= + 2πh(r 2 x 2π(r 3 x ( r ( r k mgt η= + h r 2πr 2 x (10 engan: m = massa bena g = percepatan gravitasi bumi r = jari-jari siiner peja r = jari-jari siiner uar h = tinggi siiner peja r k = jari-jari katro = jarak antara permukaan/ bagi an bawah engan biang aas/tutup siiner x = jarak tempuh t = waktu tempuh HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar viscosimeter yang teah ikembangkan seperti paa Gambar 4 Gambar 4. Foto viscosimeter yang teah ikembangkan Seteah aat praktikum seesai ibuat an moe persamaan matematika seesai iturunkan, seanjutnya iakukan uji coba aat praktikum viskositas secara maniri an beruang-uang. Dari hasi percobaan yang iakukan, iapatkan sebuah konisi bahwa aat ini mempunyai faktor asar koreksi yang besarnya 6,2677. Angka ini iperoeh ari angka-angka paa spesifikasi aat. Seain itu, aat ini juga mempunyai niai koefisien koreksi yang iperoeh berasarkan ata empiris hasi percobaan. Besarnya angka koefisien tersebut aaah 1/25, sehingga angka koreksi ari aat ini secara tota aaah 0,2507 engan rentang pemberian beban yang besarnya berkisar antara 50 gram sampai 200 gram. Untuk apat memperoeh hasi pengukuran yang tepat, maka aat harus itentukan uu koefi siennya aam keaaan kosong. Seanjutnya besarnya koefi sien zat cair yang iukur iperoeh ari hasi pengukuran viskositas zat cair tersebut ikurangi koefisien aat aam keaaan kosong tai. Langkah-angkah eksperimen aam menggunakan aat praktikum viskositas ini aaah sebagai berikut: Aat aam keaaan kosong, tai iputar paa bagian katro, sehingga beban beraa paa posisi atas. Seteah itu ietakkan beban paa ujung tai an tahan. Seanjutnya beban iepaskan, an iamati pergerakan bena sampai iperoeh gerak tanpa percepatan. Saat bena bergerak tanpa percepatan (kecepatan konstan imuaiah penghitungan jarak tempuh beban, hasinya ituis aam embar pengamatan. Paa saat yang sama iukur waktu yang iperukan beban seama gerak yang iperhitungkan tersebut, hasinya icatat aam embar pengamatan. Data yang iperoeh seanjutnya ioah engan menggunakan persamaan: (Pas. Percobaan 1 sampai 6 iuang untuk zat cair yang akan itentukan koefi sien viskositasnya. Zat cair imasukkan ke aam siiner meaui ubang yang terapat paa bagian atas. Uangi percobaan untuk memperoeh hasi yang akurat. Hasi koefisien viskositas zat cair yang iukur iperoeh ari niai koefi sien viskositas zat cair tersebut ikurangi koefisien viskositas aat aam keaaan kosong (η = η (ukur zat -η (asar Seteah iakukan percobaan secara maniri, seanjutnya iakukan uji coba oeh peserta iik untuk menguji keberfungsian an keajegan aat aam pengukuran. Hasi pengamatan i apangan iperoeh bahwa aat ini apat engan muah igunakan, terbukti engan satu kai penjeasan an peoman praktikum yang iberikan, subjek ujicoba angsung apat menggunakan aat tersebut sesuai engan ketentuan. Hasi pengukuran terhaap giserin paa suhu 23 o C iperoeh besarnya koefisien viskositas giserin 0,7820 Pas atau 782,0 x 10-3 Pas engan stanar eviasi 0,0163. Seangkan hasi pengukuran koefisien viskositas terhaap air paa suhu yang sama iperoeh niai 0,0009 Pas atau 0,9 x 10-3 Pas engan stanart eviasi 0,0018. Seain terhaap giserin an air, pengukuran viskositas juga iakukan terhaap oie

6 Karsumi - Pengembangan Aat Praktikum Viskosimeter Zat Cair 13 mesin (sepea motor 4 tak. Dari hasi pengukuran iperoeh niai viskositas sebesar 210,9 x 10-3 Pas engan stanar eviasi 0,0152. Hasi pengukuran terhaap beberapa zat cair paa suhu uara terbuka iperoeh niai koefisien viskositas seperti paa Tebe 1 berikut: Tabe 1. Koefi sien viskositas hasi pengukuran Zat Cair Suhu ( o C Niai Koefisien Viskositas Hasi Pengukuran Stanart Deviasi Kesaahan reative Giserin , ,0095 1,23% Oi Mesin , ,0155 7,23% Hasi-hasi pengukuran terhaap beberapa zat cair tersebut jika ikonfirmasikan engan harga koefi sien viskositas hasi pengukuran aat sebeumnya sebagai proses kaibrasi, engan menggunakan uji t iperoeh hasi untuk k = 18 (n-2 harga t tabe engan taraf signifikansi 5% aaah 1,734 an iperoeh harga t hitung 1,759. Ha ini menunjukkan tiak aanya perbeaan antara aat praktikum hasi pengembangan an aat praktikum sebeumnya. Seangkan hasi tersebut jika ikonfirmasikan engan hasi yang iakukan oeh peneitian sebeumnya, seperti peneitian yang iakukan oeh Anwar Buianto (Tabe 2 an harga stanar i pasaran yang irangkum oeh Mikrajuin Abuah (Tabe 3 memang masih terapat perbeaan. Besarnya perbeaan tersebut untuk Giserin sebesar (( /830 x100% = 6,5% ebih renah, seangkan untuk oi mesin sebesar (( /200 x 100% = 7% ebih tinggi. Tabe 2. Koefisien viskositas berbagai jenis zat cair I Bahan Air Minyak Goreng Oie Suhu (t o C (Buianto, 2008 Viskositas (η poise 27 (0,3 0,01 90 (0,2 0,01 27 (2,3 0,02 90 (1,4 0,05 27 (8,5 0,2 90 (1,5 0,04 3,86 % 5,55 % 1,05 % 3,55 % 1,77 % 2,88 % Tabe 3. Koefisien viskositas berbagai jenis zat cair II Zat Cair Air Ketiakpastian Temperatur Koefi sien viskositas, η(pas 0 o 1, o 1, o 0, Oi Mesin 30 o Giserin 20 o (Abuah, 2011 Aat praktikum viskositas yang ibuat aam peneitian ini menggunakan bahan-bahan yang aa i pasaran yang niai gesekannya tiak iketahui secara tepat. Tahap pembuatannya juga ikerjakan engan bantuan bengke yang sebenarnya mempunyai spesifi kasi paa pengerjaan aat-aat besar (bengke bubut. Ha ini mengakibatkan niai asar pengukurannya menjai sangat besar (0,2507 Pas. Faktor ain yang mungkin juga berpengaruh aaah kecermatan pengguna aam meakukan pengamatan. Namun emikian, meskipun aat ini masih memiiki beberapa kekurangan seperti yang ikemukan i atas, aat ini memiiki beberapa keebihan antara ain ari segi kepraktisan an kefeksibean. PENUTUP Pengembangan aat praktikum viskositas zat cair yang iakukan mempunyai niai reiabiitas hasi pengukuran (r hitung yang besarnya 0,694 imana niai r tabe untuk taraf signifikansi 0,05 aaah 0,444 yang artinya aat praktikum ini reiabe sehingga apat ipakai aam peneitian. Aat praktikum viskositas zat cair secara signifikan menunjukkan hasi pengukuran yang tiak berbea engan pengukuran aat praktikum yang suah aa sebeumnya. Ha ini itunjukkan engan hasi pengukuran viskositas zat cair engan uji t iperoeh t hitung = 1,759 engan taraf signifi kansi 0,05 seangkan harga t tabe aaah 1,734. DAFTAR PUSTAKA Abuah, M Physics for Senior High Schoo Grae XI. Banung: Esis Buianto, A Metoe Penentuan Koefi sien Kekentaan Zat Cair Dengan Menggunakan Regresi Linear Hukum Stokes, Paper Presente at Seminar Nasiona IV SDM Teknoogi Nukir, Yogyakarta, Inonesia, Agus-

7 14 Jurna Peniikan Fisika Inonesia 8 ( tus Depiknas Konsep Peniikan Berbasis Keungguan Loka i SMA. Jakarta: Depiknas, Kurikuum 2004 Stanar Kompetensi Mata Peajaran Fisika Sekoah Menengah Atas (SMA an Marasah Aiyah (MA. Jakarta: Depiknas Etkina, E Physics teacher preparation: Dreams an reaity, Journa of Physics Teacher Eucation Onine. 3 (2: 3-9 Luera, G.R A conceptua change approach to teaching energy an thermoynamics to pre-service eementary teachers, Journa of Physics Teacher Eucation Onine. 2 (4: 3 8 Ozek, N Use of J. Bruner s earning theory in a physica experimenta activity, Journa of Physics Teacher Eucation Onine. 2 (3: Popescu, A. & Morgan, J Teaching Information Evauation an Critica Thinking Skis in Physics Casses, The Physics Teacher. 45: Sethi, R.J Using virtua aboratories an onine instruction to enhance physics eucation, Journa of Physics Teacher Eucation Onine. 2 (3: Sujana, N Dasar-asar Proses Beajar Mengajar. Banung: PT. Remaja Rosakarya Sugiyono Statistika untuk Peneitian (Revisi Terbaru. Banung: Afabeta