BUKU SISWA MATA PELAJARAN FISIKA TENTANG. Viskositas

Transkripsi

1 BUKU SISWA MATA PELAJARAN FISIKA TENTANG Viskositas Nama : 1. Desi AriAni : A1E Intan Novriza Ks. : A1E Novika Puji Aksari : A1E Semester : IV B Mata Kuliah : Alat Ukur Dosen : Sutarno, S.Si., M.Pd Asisten Dosen : 1. Jesika Dwi Rodesi (A1E009070) 2. Meky Syaputra (A1E010026) UNIVERSITAS BENGKULU FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA 1

2 2013 Standar Kompetensi : Menerapkan konsep Viskositas(kekentalan zat cair ) dalam berbagai penyelesaian masalah dan menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari Kompetensi Dasar: 1. Menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik sistem kontinu (benda tegar dan fluida) 2. Menganalisis hukum-hukum yang berhubungan dengan fluida statis dan menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari. 2

3 BAB I STATIKA FLUIDA 1.1 Massa Jenis Massa jenis (ρ) suatu zat didefinisikan sebagai perbandingan antara massa zat (m) dan volume zat (v). Secara Matematis, massa jenis dirumuskan dengan ρ = m v Dalam SI, satuan massa jenis adalah kg/m 3, sedangkan dalam sistem cgs satuan massa jenis adalah g/cm 3. ( Purwoko, 2009 : 102 ) 1.2 Tekanan Tekanan adalah besar gaya yang bekerja pada suatu permukaan dibagi dengan luas permukaan tersebut. Persamaannya : P = F A Keterangan : P = Tekanan ( N/m 2 ) F = Gaya ( N ) A = Luas bidang tekan ( m 2 ) Tekanan didefinisikan sebagai gaya normal (tegak lurus) yang bekerja pada suatu bidang dibagi dengan luas bidang tersebut.satuan SI untuk tekanan adalah pascal (disingkat Pa) untuk memberi penghargaan kepada Blaise Pascal, penemu hukum pascal. 1 Pa = 1 Nm -2 Pr essure P F A 3

4 Pr essure P P mg A Vg A F A g V A gh 1.3 Prinsip Pascal Tekanan yang diberikan pada suatu zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar kesegala arah. Persamaannya : F1 A1 = F2 A2 Atau F1/ r1 2 = F2/ r2 2 Atau F1/ d1 2 = F2/ d2 2 Ketika Anda memeras ujung kantong plastik berisi air yang memiliki banyak lubang, air memancar dari setiap lubang dengan sama kuat. Hasil percobaan inilah yang diamati oleh Blaise Pascal yang kemudian menyimpulkannya dalam Hukum Pascal yang berbunyi : Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. Prinsip Pascal F1 F2 P P 1 F A F A 2 2 4

5 Aplikasi dalam kehidupan sehari-hari 1.4 Hukum Archimedes Benda yang tercelup ke dalam fluida zat cair, baik sebagian atau seluruhnya akan mengalami gaya keatas sebesar berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut. Persamaannya : FA = mc g = ρcvc g Keterangan : ρc = massa jenis fluida ( kg/m 2 ) Vc = Volume fluida yang dipindahkan/volume fluida yang tercelup ( m 3 ) g = Percepatan gravitasi (m/s 2 ) 5

6 Fenomena Archimedes h1 F1 A h2 F2 Gaya Buoyant = Fb F F F F b b b b F F 2 ga( h h1) gah gv f f f 1 2 Prinsip Archimedes: Gaya Buoyant dari benda dalam fluida adalah sama dengan berat dari fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut Hukum Archimedes menyatakan sebagai berikut, Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya. Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendapatkan gaya angkat ke atas yang sama besar dengan berat fluida fluida yang dipindahkan. Besarnya gaya ke atas menurut Hukum Archimedes ditulis dalam persamaan : Fa = ρ v g Keterangan : Fa = gaya ke atas (N) v = volume benda yang tercelup (m3) ρ = massa jenis zat cair (kg/m3) g = percepatan gravitasi (N/kg) Hukum ini juga bukan suatu hukum fundamental karena dapat diturunkan dari hukum newton juga. Bila gaya archimedes sama dengan gaya berat W maka resultan gaya =0 dan benda melayang. Bila FA>W maka benda akan terdorong keatas akan melayang Bila FA<W maka benda akan terdorong kebawah dan tenggelam Jika rapat 6

7 massa fluida lebih kecil daripada rapat massa balok maka agar balok berada dalam keadaan seimbang,volume zat cair yang dipindahkan harus lebih kecil dari pada volume balok.artinya tidak seluruhnya berada terendam dalam cairan dengan perkataan lain benda mengapung. Agar benda melayang maka volume zat cair yang dipindahkan harus sama dengan volume balok dan rapat massa cairan sama dengan rapat rapat massa benda. Jika rapat massa benda lebih besar daripada rapat massa fluida, maka benda akan mengalami gaya total ke bawah yang tidak sama dengan nol. Artinya benda akan jatuh tenggelam. Berdasarkan Hukum Archimedes, sebuah benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami dua gaya, yaitu gaya gravitasi atau gaya berat (W) dan gaya ke atas (Fa) dari zat cair itu. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya tersebut yaitu seperti berikut. Tenggelam Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w)lebih besar dari gaya ke atas (Fa). w > Fa ρb. Vb. g > ρa. Va. g ρb > ρa Volume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ) Melayang Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (w)sama dengan gaya ke atas (Fa) atau benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang w = Fa ρb. Vb. g = ρa. Va. g ρb = ρa Pada 2 benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku : W4 +.. (FA)tot = Wtotrc. g (V1+V2+V3+V4+..) = W1 + W2 + W3 + Terapung Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (w)lebih kecil dari gaya ke atas (Fa). w = Fa ρb. Vb. g = ρa. Va. g ρb < ρa. Secara umum gaya Archimedes dirumuskan sebagai berikut : 7

8 FA = 4 3 r3 0 g FA = gaya apung 0 = rapat massa zat cair r = jari - jari bola g = percepatan gravitasi bumi 1.5 Tegangan Permukaan Zat cair Tegangan Permukaan zat cair timbul karena adanya gaya tarikmenarik antara molekul-molekul zat cair yang sejajar permukaan. γ = F L F Fenomenea Tegangan Permukaan 2 cos h gr 2 r cos = W 8

9 BAB II VISKOSITAS 2.1 Pengertian Viskositas Viskositas atau kekentalan suatu cairan adalah salah satu sifat cairan yang menentukan besarnya perlawanan terhadap gaya geser.viskositas terjadi karena adanya interaksi antara molekul-molekul cairan. Viskositas merupakan pengukuran dari ketahanan fluida yang diubah baik dengan tekanan maupun tegangan. Pada masalah sehari-hari (dan hanya untuk fluida), viskositas adalah "Ketebalan" atau "pergesekan internal". Secara Umum, pada setiap aliran, lapisan-lapisan berpindah pada kecepatan yang berbeda-beda dan viskositas fluida meningkat dari tekanan geser antara lapisan yang secara pasti melawan setiap gaya yang diberikan. Cairan mempunyai gaya gesek yang lebih besar untuk mengalir daripada gas. Sehingga cairan mempuyai koefisien viskositas yang lebih besar daripada gas. Viskositas gas bertambah dengan naiknya temperatur. Koefisien gas pada tekanan tidak terlalu besar, tidak tergantung tekanan, tetapi untuk cairan naik dengan naiknya tegangan. Viskositas (kekentalan) dapat diartikan sebagai suatu gesekan di dalam cairan zat cair. Kekentalan itulah maka diperlukan gaya untuk menggerakkan suatu permukaan untuk melampaui suatu permukaan lainnya, jika diantaranya ada larutan baik cairan maupun gas mempunyai kekentalan air lebih besar daripada gas, sehingga zat cair dikatakan lebih kental daripada gas. 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 9

10 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 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 2.2 Pengertian Fluida Fluida adalah zat yang berubah bentuk secara terus menerus bila terkena tegangan geser suatu fluida adalah suatu zat yang mengembang hingga memenuhi bejana. Fluida selalu mengalir bila dikenai bekas pengubah zat cair.fluida diartikan dengan mempunyai volume tertentu tapi bentuk tertentu itu mengalir menyesuaikan bentuk wadah. Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air atau zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu dan besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Air, minyak pelumas, dan susu merupakan contoh zat cair. Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Fluida adalah suatu zat yang mempunyai kemampuan berubah secara kontinue apabila mengalami geseran, atau mempunyai reaksi terhadap tegangan geser. Sekecil apapun dalam keadaan diam atau dalam keadaan keseimbangan, fluida tidak mampu menahan gaya geser yang 10

11 bekerja padanya, dan oleh sebab itu fluida mudah berubah bentuk tanpa pemisahan massa. Fluida adalah sub-himpunan dari fase benda, termasuk cairan, gas, plasma, dan padat plastik.fluida memiliki sifat tidak menolak terhadap perubahan bentuk dan kemampuan untuk mengalir (atau umumnya kemampuannya untuk mengambil bentuk dari wadah mereka). Sifat ini biasanya dikarenakan sebuah fungsi dari ketidakmampuan mereka mengadakan tegangan geser (shear stress) dalam ekuilibrium statik. Konsekuensi dari sifat ini adalah hukum Pascal yang menekankan pentingnya tekanan dalam mengarakterisasi bentuk fluid. Dapat disimpulkan bahwa fluida adalah zat atau entitas yang terdeformasi secara berkesinambungan apabila diberi tegangan geser walau sekecil apapun tegangan geser itu. ( 2.3 Hubungan Fluida dan Viskositas Didalam fluida yang tidak diidealisir terdapat aktivitas molekuler antara bagian-bagian lapisannya. Salah satu akibat dari adanya aktivitas ini adalah timbulnya aktivitas internal antara bagian-bagian tersebut, yang dapat digambarkan sebagai gaya luncur diantara lapisan-lapisan fluida tadi.hal ini dapat dilihat dari perbedaan kecepatan bergerak lapisanlapisan fluida tersebut. Bila pengamatan dilakukan terhadap aliran fluida makin mengecil ditempat-tempat yang jaraknya terhadap dinding pipa semakin kecil dan praktis tidak bergerak pada tempat di dinding pipa. Sedangkan kecepatan terbesar terdapat di tengah-tengah pipa aliran. 2.4 Hukum Poisseulle Dalam Persamaan Poisseulle dinyatakan bahwa kerugian berbanding lurus dengan viskositas. sedangkan panjang satu debit berbanding terbalik dengan garis tengah pangkat 4 yang telah ditentukan. Q = µd 4 ρ / µ aµ ( Streeter, 1980 ) 11

12 Volume yang mengalir melewati seluruh penampang lintang diperoleh dengan mengintegralkan seluruh unsure antar r = 0 dan r = R q = π ( P1 P2 ) R / 2 n L 0 R ( R 2 r 2 ) r dx = π / P R 4 / n P1 P2 / L Rumus ini pertama kali diperkenalkan oleh Poisseulle dan dinamakan Poisseulle. ( Widawati, 2008 ) 2.5 Hukum Stoke dan Kecepatan Terminal Dalam suatu fluida ideal (fluida tidak kental) tidak ada viskositas (kekentalan) yang menghambat lapisan-lapisan fluida ketika lapisanlapisan tersebut menggeser satu di atas lainnya. Dalam suatu pipa dengan luas penampang seragam (serbasama), setiap lapisan fluida ideal bergerak dengan kecepatan yang sama demikian juga lapisan fluida yang dekat dengan dinding pipa. Ketika viskositas (kekentalan) hadir, kecepatan lapisan-lapisan fluida tidak seluruhnya sama. Lapisan fluida yang bergerak pada dinding pipa bahkan sama sekali tidak bergerak (v = 0), sedangkan lapisan fluida pada pusat pipa memiliki kecepatan terbesar. Viskositas dalam aliran fluida kental sama saja dengan gesekan pada gerak benda padat. Untuk Fluida ideal, viskositas η = 0, sehingga kita selalu menganggap bahwa benda yang bergerak dalam fluida ideal tidak mengalami gesekan yang disebabkan oleh fluida. Akan tetapi, bila benda tersebut bergerak dengan kelajuan tertentu dalam fluida kental, gerak benda tersebut akan dihambat oleh gaya gesekan fluida pada benda tersebut. Besar gaya gesekan fluida telah dirumuskan oleh Ff = kηv Koefisien k bergantung pada bentuk geometris benda. Untuk benda yang memiliki bentuk geometris berupa bola dengan jari-jari r, maka dari perhitungan laboratorium ditunjukkan bahwa k = 6πr Dengan memasukkan nilai k ini ke dalam persamaan kita peroleh Hukum Stokes Ff = 6πηrv 12

13 Dengan η adalah koefisien viskositas yang dinyatakan dalam kg m -1 s -1 atau Pa s.persamaan Ff = 6πηrv pertama kali dinyatakan oleh Sir George Stokes pada tahun 1845, sehingga persamaan ini dikenal sebagai hukum stokes. ( Kanginan, 2007 : 258 ) Semakin kental suatu zat cair, maka gaya hambatnya (gaya stokes ) juga semakin besar. Persamaannya : FS = 6 πηrv Keterangan : FS = Gaya Stokes ( N ) η = Koefisien Viskositas ( N.s/m 2 ) r = jari-jari bola (m) v = kecepatan relatif bola terhadap fluida ( m/s ) ( Purwaningsih, dkk, 2012 :180 ) Kecepatan termal adalah benda yang bergerak dengan kecepatan terbesar yang tetap. Persamaannya : V1 = gvb ( ρb - ρf ) / 6 πηr Untuk benda yang berbentuk bola dengan jari-jari r maka volume benda (vb ) adalah ( vb = 4 π 3 r3 ) Jadi, persamaan kecepatan termalnya yaitu : V1 = 2 gr 2 ( ρb - ρf ) / 9η Sedangkan untuk viskositasnya adalah η = 2 gr 2 / 9V1 ( ρb - ρf ) Keterangan : η = koefisien Viskositas ( N.s/m 2 ) ρb = massa jenis benda ( kg/m 3 ) ρf = massa jenis fluida ( kg/m 3 ) V1 = Kecepatan termal (m/s) Dalam fluida ternyata gaya yang dibutuhkan (F), sebanding dengan luas fluida yang bersentuhan dengan setiap lempeng (A), dan dengan laju 13 F = η A v

14 (v) dan berbanding terbalik dengan jarak antar lempeng (l). Besar gaya F yang diperlukan untuk menggerakan suatu lapisan fluida dengan kelajuan tetap v untuk luas penampang keping A adalah Dengan viskositas didefinisikan sebagai perbandingan regangan geser (F/A) dengan laju perubahan regangan geser (v/l). Dengan kata lain dapat dikatakan bahwa : Makin besar luas keping (penampang) yang bersentuhan dengan fluida, makin besar gaya F yang diperlukan sehingga gaya sebanding dengan luas sentuh (F A). Untuk luas sentuh A tertentu, kelajuan v lebih besar memerlukan gaya F yang lebih besar, sehingga gaya sebanding dengan kelajuan (F v). Hukum Stokes Viskositas dalam aliran fluida kental sam saja dengan gesekan pada gerak benda padat. Untuk fluida ideal, viskositas η = 0 sehingga kita selalu menganggap bahwa benda yang bergerak dalam fluida ideal tidak mengalami gesekan yang disebabkan fluida. Akan tetapi, bila benda tersebut bergerak dengan kelajuan tertentu dalam fluida kental, maka benda tersebut akan dihambat geraknya oleh gaya gesekan fluida benda tersebut. Besar gaya gesekan fluida telah dirumuskan F = η A v = A η v = k η Koefisien k tergantung pada bentuk geometris benda. Untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola dengan jari-jari (r), maka dari perhitungan laboraturium ditunjukan bahwa k = 6 п r maka F = 6 п η r v. Persamaan itulah yang hingga kini dikenal dengan Hukum Stokes. Dengan menggunakan hukum stokes, maka kecepatan bola pun dapat diketahui melalui persamaan (rumus) : v = 2 r2 g (ρ ρ0) 9 η Setiap benda yang bergerak dalam fluida mendapat gaya gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida tersebut. Gaya gesekan tersebut sebanding dengan kecepatan relatip benda terhadap fluida. Khusus untuk benda yang berbentuk bola dan bergerak dalam fluida yang sifat-sifatnya, 14

15 gaya gesekan yang dialami benda dapat dirumuskan sebagai berikut : F = - 6 π η r v Keterangan : F = gaya gesekan yang bekerja pada bola η = koefisien kekentalan fluida V = kecepatan bola relatip terhadap fluida Rumus diatas dikenal sebagai hukum stokes.tanda minus menunjukan arah gaya F yang berlawanan dengan kecepatan (V). Pemakaian hukum stokes memerlukan beberapa syarat yaitu : Ruang tempat fluida tidak terbatas (ukurannya cukup luas dibandingkan dengan ukuran benda) Tidak ada turbulensi didalam fluida Kecepatan V tidak besar, sehingga aliran masih laminar. Jika sebuah bola dengan rapat massa dan dilepaskan dari permukaan zat cair tanpa kecepatan awal, maka bola tersebut mula-mula akan bergerak dipercepat. Dengan bertambahnya kecepatan, maka bertambah besar pula gaya gesekan pada bola tersebut. Pada akhirnya bola akan bergerak dengan kecepatan tetap, yaitu setelah terjadi keseimbangan antara gaya berat, dan gaya apung (gaya archimedes), dan gaya stokes. Pada keadaan ini berlaku persamaan : V= (2 r²)/(9 ƞ) (ρ-ρo) Keterangan : ρ = rapat massa bola ρo= rapat massa fluida Dari persamaan tersebut dapat diturunkan : T= (9 ƞ d)/(2 g r² (ρ-ρo)) Keterangan : T = waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak d d = jarak yang tempuh Maka jika mencari ƞ, menjadi : ƞ= (2 r² (ρ-ρo) 9)/(g v) Suatu benda yang dijatuhkan bebas dalam suatu fluida kental, kecepatannya makin membesar sampai mencapai suatu kecepatan terbesar yang tetap. Kecepatan terbesar yang tetap ini dinamakan kecepatan terminal. 15

16 Pada saat kecepatan terminal vt tercapai, gaya-gaya yang bekerja pada benda adalah seimbang : Ʃ F = 0 + mg Fa Ff = 0 Ff = mg - Fa Jika massa jenis benda = ρb, massa jenis fluida = ρf, dan volum benda= Vb, maka gaya ke atas Fa = Vb ρf g Berat benda mg = ( ρb Vb ) g Gaya gesekan Ff = 6πηrvT ( benda dianggap berbentuk bola ) Dengan memasukkan besar ketiga gaya tersebut ke dalam persamaan Ff = mg - Fa kita peroleh 6πηrvT = ρb Vb g - Vb ρf g 6πηrvT = g Vb (ρb - ρf ) Kecepatan terminal Dalam fluida kental vt = g Vb (ρb - ρf ) / 6πηr Untuk benda berbentuk bola dengan jari-jari r, maka volume benda Vb = 4 3 π r3, sehingga vt = g ( 4 3 π r3 ) (ρb - ρf ) / 6πηr Kecepatan terminal Dalam fluida kental vt = 2 9 (r2 g) / η (ρb - ρf ) 2.6 Konsep Viskositas Fluida, baik zat cair maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan yang berbeda. Viskositas sebenarnya merupakan gaya gesekan antara molekul-molekul yang menyusun suatu fluida. Jadi molekul-molekul yang membentuk suatu fluida saling gesekmenggesek ketika fluida-fluida tersebut mengalir. Pada zat cair, viskositas 16

17 disebabkan karena adanya gaya kohesi (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 air. Sebaliknya, fluida yang lebih kental biasanya lebih sulit mengalir, contohnya minyak goreng, oli, madu, dan lain-lain. Hal ini bias dibuktikan dengan menuangkan air dan minyak goreng diatas lantai yang permukaannya miring. Pasti hasilnya air lebih cepat mengalir dari pada minyak goreng atau oli. Tingkat kekentalan suatu fluida juga bergantung pada suhu. Semakin tinggi suhu zat cair, semakin kurang kental zat cair tersebut. Misalnya ketika ibu menggoreng ikan di dapur, minyak goreng yang awalnya kental, berubah menjadi lebih cair ketika dipanaskan. Sebaliknya, semakin tinggi suhu suatu zat gas, semakin kental zat gas tersebut. Perlu diketahui bahwa viskositas hanya ada pada fluida rill (rill = nyata). Fluida rill adalah fluida yang kita jumpai dalam kehidupan seharihari, seperti air sirup, oli, asap knalpot, dan lainnya. Fluida rill berbeda dengan fluida ideal. Fluida ideal sebenarnya tidak ada dalam kehidupan sehari-hari. Fluida ideal hanya model yang digunakan untuk membantu kita dalam menganalisis aliran fluida (fluida ideal ini yang kita pakai dalam pokok bahasan fluida dinamis). Satuan system internasional (SI) untuk koifisien viskositas adalah Ns/m 2 = Pa.s (pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk SI koifisien viskositas adalah dyn.s/cm 2 = poise (p). Viskositas juga sering dinyatakan dalam sentipolse (cp). 1 cp = 1/1000 p. satuan poise digunakan untuk mengenang seorang Ilmuwan Prancis, almarhum Jean Louis Marie Poiseuille.(1 poise = 1 dyn. s/cm 2 = 10-1 N.s/m 2 ). Fluida adalah gugusan molekul yang jarak pisahnya besar, dan kecil untuk zat cair. Jarak antar molokulnya itu besar jika dibandingkan dengan garis tengah molekul itu. Molekul-molekul itu tidak terikat pada suatu kisi, melainkan saling bergerak bebas terhadap satu sama lain. Jadi kecepatan fluida atau massanya kecepatan volume tidak mempunyai 17

18 makna yang tepat sebab jumlah molekul yang menempati volume tertentu terus menerus berubah. Fluida dapat digolongkan kedalam cairan atau gas. Perbedaanperbedaan utama antara cair dan gas adalah : a. Cairan praktis tidak kompersible, sedangkan gas kompersible dan seringkali harus diperlakukan demikian. b. Cairan mengisi volume tertentu dan mempunyai permukaanpermukaan bebas, sedangkan agar dengan massa tertentu mengembang sampai mengisi seluruh bagian wadah tempatnya. Faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas : 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. 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 partikrl semakin tinggi dan viskositasnya semakin tinggi pula. Berat molekul solute Viskositas berbanding lurus dengan berat molekul solute. Karena dengan adanya solute yang berat akan menghambat atau member beban yang berat pada cairan sehingga manaikkan viskositas. Tekanan Semakin tinggi tekanan maka semakin besar viskositas suatu cairan.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 18

19 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. 2.7 Viskositas Oli Kekentalan Oli Selain kualitas oli, tingkat kekentalan oli menjadi tolok ukur memilih oli bagi mesin anda. Tingkat kekentalan oli dipengaruhi oleh temperatur sekitarnya. Semakin kental oli, maka lapisan yang ditimbulkan semakin kental. Lapisan halus pada oli kental memberi kemampuan ekstra menyapu atau membersihkan permukaan logam yang terlumasi. Sebaliknya oli yang terlalu tebal akan memberi resitensi berlebihan mengalirkan oli pada temperatur rendah sehingga mengganggu jalannya pelumasan ke komponen yang dibutuhkan. Untuk itu, oli harus memiliki kekentalan lebih tepat pada temperatur tertinggi atau temperatur terendah ketika mesin dioperasikan. 19

20 Berdasarkan viskositasnya oli yang dijual dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu: 1. Single grade oil, yaitu oli yang mempunyai tingkat kekentalan tunggal, misalnya SAE 20, SAE 30, SAE Multi grade oil, yaitu oli yang mempunyai tingkat kekentalan ganda, misalnya SAE 5W/20, SAE 10W/ 30, SAE 20W/50, SAE 20W/50.( ) Untuk minyak pelumas motor, seperti diketahui ada delapan tingkat kekentalan minyak pelumas. Yang dimaksud dengan kekentalan itu sebenarnya tidak lain dari tahanan aliran yang tergantung dari kental atau encernya minyak tersebut. Semua minyak pelumas jika dipanaskan akan menjadi lebih encer dan pada temperatur yang lebih rendah akan menjadi lebih kental. Karena itu, kekentalan minyak pelumas diukur pada temperatur tertentu.the Society of Automotive Engineers (SAE) merupakan organisasi yang beranggotakan para ahli pengolahan minyak bumi dan ahli perencana motor telah menetapkan standar kekentalan minyak pelumas. Angka kekentalan yang pertama ditetapkan pada tahun 1911 dan sesudah itu telah mengalami beberapa kali perubahan berhubung dengan adanya kemajuan dalam teknologi dan perencanaan motor serta kemajuan dalam bidang pengolahan minyak bumi. Angka kekentalan minyak pelumas yang banyak digunakan sekarang terdiri dari: 5W; 10W; 20W ;20 ;30; 40; 50; 60 dan 90. Dulu pernah diproduksi minyak pelumas dengan kekentalan 90, dan 140 tapi saat ini untuk motor yang modern sudah dipakai lagi. Kekentalan yang lebih kecil menunjukkan minyak yang lebih encer dan sebaliknya angka yang lebih besar menunjukkan minyak yang lebih kental. Huruf W di belakang angka kekentalan maksudnya adalah Winter yaitu untuk minyakpelumas yang khusus digunakan untuk waktu musim dingin dan pengukuran dilakukan pada temperatur 0 F. jenis demikian tentu saja tidak diperlukan di Indonesia. Setiap merek sepeda motor di Indonesia merekomendasikan 20

21 minyak pelumas yang digunakan. Misalnya Honda merekomendasi minyak pelumas dengan viskositas SAE 10 W-30. Pengukuran kekentalan minyak pelumas dengan standard SAE, ditetapkan pada temperatur 210 F atau 2 F dibawah temperatur mendidihnya air murni. Caranya dengan menghitung waktu yang dibutuhkan oleh 60 ml minyak tersebut untuk melalui suatu saluran sempit pada temperatur 210 F. Minyak pelumas harus diganti secara teratur sesuai dengan pedoman yang dikeluarkan oleh pabrik pembuat. Minyak pelumas yang sudah aus ditunjukkan dengan menurunnya kekentalan dan warnanya menjadi hitam. Perubahan ini disebabkan oleh temperatur pemakaian yang tinggi. 2.8 Viskositas Bensin Bensin adalah minyak bumi yang mudah menguap dan mudah terbakar dan dipakai sebagai bahan bakar mobil, merupakan campuran hidrokarbon cair yang diekstrak dari gas bumi dengan bermacam-mcam metode dan distabilkan agar mendapatkan titik didih yang cocok untuk dipadukan dengan bensin kilangan. 21

22 Lembar Kerja Siswa Percobaan Koefisien Kekentalan Zat Cair pada Oli A. Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan ini, yaitu 1. Mempelajari dinamika benda dalam cairan. 2. Menentukan kecepatan terminal pada suatu zat cair. 3. Menentuan koefisien viskositas zat cair (η) berdasarkan hukum stokes. 4. Menentukan besaran gaya gesek dalam zat cair. (Fg) 5. Mengetahui arti dari viskositas. B. Alat dan Bahan Percobaan a. Alat Percobaan No Alat Percobaan Gambar Jumlah 1. Kelereng 3 buah 2. Gelas ukur 100 ml 3 buah 22

23 3. Stopwatch 1 buah 4. Mistar 30 cm 1 buah 5. Mikrometer 1 buah 6. Jangka sorong 1 buah 7. Neraca Ohaus 1 buah Aqua bekas 2 buah 23

24 b. Bahan Percobaan No. Bahan Percobaan Gambar Jumlah 1. Oli bekas Secukupnya 2. Oli baru Secukupnya 3. Bensin Secukupnya 4. Tissue Secukupnya 5. Penyaring Zat cair 3 buah 24

25 Gambar Percobaan C. Rumusan Masalah Berdasarkan tujuan percobaan, dapat dirumuskan beberapa masalah, yaitu 1) Faktor apa saja yang berpengaruh pada viskositas zat cair tersebut? 2) Bagaimana gaya gesekan yang ditimbulkan oleh benda terhadap zat cair tersebut? 3) Bagaimana perbandingan kecepatan kelereng 1 sampai kelereng III ketika dimasukkan cair kedalam gelas ukur, manakah yang memiliki kecepatan terbesar maupun terkecil? 4) Bagaimana pula perbandingan waktu yang dihasilkan oleh masingmasing zat cair tersebut, manakah zat cair yang memiliki waktu tercepat maupun terlama? 5) Bagaimanakah perbandingan massa jenis masing-masing zat cair manakah yang menurutmu lebih besar maupun terkecil serta alasannya? 25

26 6) Bagaimanakah perbandingan koefisien kekentalan zat cair dari masing-masing zat tersebut, manakah menurutmu yang memiliki koefisien terbesar maupun terkecil? D. Hipotesis Percobaan Berdasarkan rumusan masalah diatas, dapat dirumuskan beberapa hipotesis, yaitu : 1) Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kekentalan zat cair adalah suhu, tekanan, kecepatan, volume, massa. 2) Gaya gesekan yang ditimbulkan oleh kelereng terhadap masingmasing zat cair tersebut sebanding dengan besar kecepatan benda apabila dimasukkan kedalam gelas ukur 100 ml tersebut adalah tergantung dengan masing-masing pergerakan benda tersebut dan masing-masing bahan yang dicelupkan ke dalam zat cair tersebut. 3) Perbandingan kecepatan pada kelereng 1 sampai kelereng ke-3 apabila dimasukkan zat cair kedalam gelas ukur 100 ml, yang memiliki kecepatan terbesar menurut kami adalah Zat cair yang memiliki Tingkat viskositas yang lebih tinggi yaitu Oli baru karena Semakin tinggi viskositas, maka gerakan kelereng semakin lambat. Sedangkan zat cair yang memiliki kecepatan terkecil adalah karena zat cair ini memiliki Tingkat kekentalan yang lebih kecil yaitu bensin.alasannya semakin rendah viskositas, gerakan kelereng akan semakin cepat. 4) Menurut kami Perbandingan waktu yang dihasilkan oleh masingmasing zat cair tersebut yang merupakan zat cair yang memiliki waktu tercepat adalah zat cair yang memiliki tingkat kekentalan yang lebih tinggi yaitu oli baru sedangkan zat cair yang memiliki waktu terlama adalah zat cair yang memiliki tingkat kekentalan yang lebih rendah yaitu Bensin. 5) Perbandingan massa jenis masing-masing zat cair menurut kami lebih besar adalah zat cair yang memiliki tingkat kekentalan lebih rendah yaitu bensin sedangkan zat cair yang memiliki massa jenis terkecil adalah zat cair yang memiliki tingkat kekentalan yang lebih tinggi yaitu Oli baru. 26

27 6) Perbandingan koefisien kekentalan zat cair dari masing-masing zat tersebut, menurut kami yang memiliki koefisien terbesar adalah Oli baru karena tingkat kekentalan zat cair tersebut lebih tinggi. sedangkan yang memiliki koefisien terkecil adalah bensin karena tingkat kekentalan zat cair tersebut lebih rendah. E. Prosedur Percobaan Tujuan ke- 1 : Mempelajari Dinamika Benda dalam cairan Langkah-langkah Percobaan : a. Tujuan ke- 2 : Menentukan Kecepatan terminal pada suatu zat cair. Langkah-langkah Percobaan : a. Siapkan gelas ukur dan masing-masing zat cair. b. Kemudian, masukkan kelereng 1 sampai III kedalam zat cair. c. Ukur jarak gelas ukur 100 ml dengan menggunakan penggaris 30 cm. d. Setelah itu catat hasilnya e. Lalu, tentukan waktu lamanya pada saat kelereng 1 sampai III dimasukkan ke dalam gelas ukur 100 ml yang berisi zat cair dengan menggunakan stopwatch. f. Catat hasilnya, sehingga kita dapat menentukan kecepatan terminal pada suatu zat cair. g. Lakukan berulang-ulang langkah b sampai f untuk zat cair lainnya. Tujuan ke- 3 : Menentuan koefisien viskositas zat cair (η) berdasarkan hukum stokes. Langkah-langkah Percobaan : a. Tentukan massa gelas ukur dengan menggunakan Neraca Ohaus. 27

28 b. Catat massa gelas ukur tersebut. c. Lalu, Masukkan zat cair (fluida) kedalam gelas ukur ml d. Amati bagaimana kekentalan zat cair atau nilai koefisien zat cair ( ) tersebut. e. Catat temperatur zat tersebut yang dipergunakan dengan menggunakan termometer. f. Buatlah tanda pada tabung sejauh 24 cm sebagai jarak jatuh yang ditempuh bola kelereng. g. Ukurlah jarak 24 cm tersebut dengan mempergunakan penggaris h. Jatuhkan bola kelereng kedalam zat cair dan catat waktu t saat bola melalui jarak 24 cm di atas. i. Ulangi langkah 1 s/d 6 untuk bola yang lain. Tujuan ke- 4 : Menentukan besaran gaya gesek dalam zat cair. (Fg) Langkah-langkah Percobaan : a. Masukkan kelereng 1 ke dalam gelas ukur 100 ml yang berisi zat cair b. Setelah itu amati kelereng yang bergerak tersebut akibat gesekan dengan fluida. c. Catat hasilnya. d. Kemudian masukkan kelereng 2 ke dalam gelas ukur 100 ml yang berisi zat cair. e. Amati Kelereng yang bergerak tersebut akibat gesekan dengan zat cair. f. Catat hasilnya g. Kemudian masukkan kelereng 3 ke dalam gelas ukur 100 ml yang berisi zat cair tadi. h. Setelah itu amati kelereng ke 3 tersebut untuk melihat besar gaya gesekan oli bekas dengan fluida tersebut.. i. Catat hasilnya. j. Selanjutnya, lakukan percobaan tersebut berulang-ulang untuk zat cair berikutnya pada kelereng 1 sampai kelereng 3. 28

29 Tujuan ke-5 : Mencari rapat massa benda ( ) Langkah-langkah Percobaan : a. Ukur diameter benda ( kelereng 1) sebanyak 3 kali dengan mempergunakan mikrometer sekrup. b. Catat hasilnya. c. Lakukan berulang-ulang untuk kelereng 2 sampai 3 dari langkah a sampai b dengan menggunakan mikrometer sekrup. Tujuan ke-6 : Mengukur Diameter Gelas ukur 100 ml Langkah-langkah Percobaan : a. Ukur diameter luar masing-masing kedua gelas ukur tersebut. b. Pertama, Kita hitung diameter luar gelas ukur 1 dengan menggunakan jangka sorong, sehingga kita bisa mendapatkan nilai diameter dari gelas ukur tersebut. c. Setelah itu, kita hitung diameter dalam gelas ukur 1 dengan menggunakan jangka sorong sehingga kita bisa mendapatkan nilai dari diameter dalam dari gelas ukur tersebut. d. Catat hasilnya e. Lakukan secara berulang untuk percobaan ke-2 dan ke-3 dari diameter tersebut. Tujuan ke-7 : Menentukan massa jenis fluida ( fluida) Langkah-langkah Percobaan : a. Siapkan masing-masing zat cair dan gelas ukur panjang 100 ml b. Masukkan zat cair tersebut ke dalam gelas ukur 100 ml c. Timbang massa zat cair tersebut dengan menggunakan neraca ohaus dengan cara massa zat cair + massa gelas ukur. hasil dari penjumlahan tersebut dikurang dengan massa gelas ukur 100 ml tersebut. 29

30 d. Kemudian hitung volume zat cair tersebut dengan menggunakan Gelas ukur 100 ml. e. Catat hasilnya. f. Ulangi langkah b sampai e tersebut untuk zat cair lainnya. Tujuan ke-8 : Menentukan massa jenis benda ( benda) Langkah-langkah Percobaan : a. Siapkan masing-masing kelereng 1 sampai III, zat cair dan gelas ukur panjang 100 ml b. Masukkan benda yaitu kelereng 1 sampai kelereng III tersebut ke dalam gelas ukur 100 ml yang berisi zat cair tersebut. c. Timbang massa benda tadi yaitu kelereng 1 sampai kelereng III dengan menggunakan neraca ohaus d. Kemudian hitung volume benda yaitu kelereng 1 sampai kelereng III tadi dengan menggunakan Gelas ukur 100 ml. e. Catat hasilnya. f. Ulangi langkah b sampai e tersebut untuk zat cair selanjutnya. F. Data Hasil Percobaan 1. Hasil Pengukuran No Benda/zat Massa (Kg) Volume (m 3 ) Jari-jari (m) 1. Oli Baru - 2. Oli Bekas - 3. Bensin - 4. Gelas Ukur Panjang 1 30

31 5. Gelas Ukur Panjang 2 6. Gelas Ukur Panjang 3 7. Kelereng 1 8. Kelereng II 9. Kelereng III G. Analisis Data Oli baru Pengukuran ke s (m) t v ( m / s ) ρ 0 (kg. m - 3 ) ρ 1 (Kg.m 3 ) (N.m 2 S) 1 24cm=0,2 4m 2 24cm=0,2 4m 3 24cm=0,2 4m Oli bekas Pengukuran ke s (m) t (s) v ( m / s ) ρ 0 (kg. m - 3 ) ρ 1 (Kg. m 3 ) (N.m 2 S ) 31

32 1 24cm=0,2 4m 2 24cm=0,2 4m 3 24cm=0,2 4m Bensin Pengukuran ke s (m) t v ( m / s ) ρ 0 (kg. m - 3 ) ρ 1 (Kg.m 3 ) (N.m 2 S) 1 24cm=0,2 4m 2 24cm=0,2 4m 3 24cm=0,2 4m 32

33 Perhitungan Pada Oli baru Kecepatan 1 s = O,24 m t = 3 s v = s/t = 0,24 m / 3s = 0,08 m/s Kecepatan II s = O,24 m t = 3,4 s v = s/t = 0,24 m / 3,4s = 0,07 m/s Kecepatan III s = O,24 m t = 3,2 s v = s/t = 0,24 m / 3,2 s 33

34 = 0,075 m/s Pada Oli bekas Kecepatan I s = 0,24 m t = 2s v = s/t = 0,24 / 2 s = 0,12 m/s Kecepatan II s = 0,24 m t = 1,6 s v= s/t = 0,24m /1,6 s = 0,15 m/s Kecepatan III s = 0,24 m t = 1,8 s v = s/t = 0,24 m /1,8 s = 0,133 m/s Pada Bensin Kecepatan I s = 0,24 m t = 1s v = s/t = 0,24 m / 1 s = 0,24 m/s Kecepatan II s = 0,24 m 34

35 t = 0,9 s v = s/t = 0,24 m / 0,9 s = 0,26 m/s Kecepatan III s = 0,24 m t = 1,1 s v = s/t = 0,24 m / 1,1 s = 0,22 m/s Oli baru Massa Jenis Benda 1 Pada Kelereng 1 ( Kelereng Bening ) ρ 1 = m/v = 0,00345 kg / 9 x 10-4 m 3 = 3,833 kg/m 3 Massa Jenis Benda 2 Pada Kelereng 2 ( Kelereng merah ) ρ 2 = m/v = 0,00434 kg / 9 x 10-4 m 3 = 4,822 kg/m 3 Massa Jenis Benda 3 Pada Kelereng 3 ( Kelereng hijau ) ρ 3 = m/v = 0,0044 kg / 9 x 10-4 m 3 = 4,889 kg/m 3 Massa Jenis Zat Cair ρ 0 = m/v = 0,080 kg / 9 x 10-4 m 3 = 72 x 10-6 kg/m 3 atau 0, kg/m 3 35

36 Oli bekas Massa Jenis Benda 1 Pada Kelereng 1 ( Kelereng bening ) ρ 1 = m/v = 0,00345 kg / 9 x 10-4 m 3 = 3,833 kg/m 3 Massa Jenis Benda 2 Pada Kelereng 2 ( Kelereng merah ) ρ 2 = m/v = 0,00434 kg / 9 x 10-4 m 3 = 4,822 kg/m 3 Massa Jenis Benda 3 Pada Kelereng 3 ( Kelereng hijau ) ρ 3 = m/v = 0,0044 kg / 9 x 10-4 m 3 = 4,889 kg/m 3 Massa Jenis Zat Cair ρ 0 = m/v = 0,064 kg / 9 x 10-4 m 3 = 71,11 kg/m 3 Bensin Massa Jenis Benda 1 Pada Kelereng 1 ( Kelereng bening ) ρ 1 = m/v = 0,00345 kg / 9 x 10-4 m 3 = 3,833 kg/m 3 Massa Jenis Benda 2 Pada Kelereng 2 ( Kelereng merah ) ρ 2 = m/v = 0,00434 kg / 9 x 10-4 m 3 = 4,822 kg/m 3 36

37 Massa Jenis Benda 3 Pada Kelereng 3 ( Kelereng hijau ) ρ 3 = m/v = 0,0044 kg / 9 x 10-4 m 3 = 4,889 kg/m 3 Massa Jenis Zat Cair ρ 0 = m/v = 0,49 kg / 9 x 10-4 m 3 = 544,4 kg/m 3 Nilai Viskositas Oli baru Dengan s = 0,24 m 1 = 2g 9s (ρ 0 ρ 1 ) t r 2 = = 2(10) 9(0,24) ( 3,833 90).(3)( 0,007665) ,16 ( -86,167) (3) ( 5,875 x 10-5 ) = 9,26 ( -258,501) ( 5,875 x 10-5 ) = 9,26 ( -1518,6933 x 10-5 ) = ,09 x 10-5 = 0,140 N.m -2 s atau 140 x 10-3 N.m -2 s Dengan s = 0,24 m 2 = 2g 9s (ρ 0 ρ 1 ) t r 2 = = 2(10) ( 4,822 86,67)(3,4)(0,00809)2 9(0,24) 20 2,16 (-81,85 ) ( 3,4) ( 6,545 x 10-5 ) = 9,26 (-278,29)(6,545 x 10-5 ) = 9,26 (-2576,9654 x 10-5 ) = ,7 x 10-5 = 0,238 atau 0,24 N.m -2 s atau 238 x 10-3 N.m -2 s atau 24 x 10-2 N.m -2 s Dengan s = 0,24 m 3 = 2g 9s (ρ 0 ρ 1 ) t r 2 = 2(10) ( 4,889 85,56) (3,2)(0,00813)2 9(0,24) 37

38 = 20 2,16 ( -86,167) (3,2) ( 6,60969 x 10-5 ) = 9,26 ( -275,7344) ( 6,60969 x 10-5 ) = 9,26 ( 1822,52 x10-5 ) = 16876,5 x 10-5 = 0,168 atau 0,17 N.m -2 s atau 168 x 10-3 N.m -2 s atau 17 x 10 2 N. m -2 s Total = = (140 x 10-3 ) + ( 238 x 10-3 ) + ( 168 x 10-3 ) = 0,546 N. m -2 s atau 546 x 10-3 N. m -2 s Nilai Viskositas Oli bekas Dengan s = 0,24 m 1 = 2g 9s (ρ 0 ρ 1 ) t r 2 = = 2(10) ( 3, )(2)(0,007665)2 9(0,24) 20 2,16 (-67,267 ) ( 2) ( 5,87 x 10-5 ) = 9,26 (-134,534) ( 5,87 x 10-5 ) = -1245,785 (5,87 x 10-5 ) = -7312,76 x 10-5 = 0,073 N.m -2 s atau 0,07 N.m -2 s Atau 73 x 10-3 N.m -2 s atau 7 x 10-2 N.m -2 s Dengan s = 0,24 m 2 = 2g 9s (ρ 0 ρ 1 ) t r 2 = = 2(10) ( 4,822-7 ) (1,6) (0,00809)2 9(0,24) 20 2,16 (-2,178) ( 1,6) ( 6,545 x 10-5 ) = 9,26 ( -3,45)( 6,545 x 10-5 ) = -31,947 (6,545 x 10-5 ) = -209,0993 x 10-5 = -0,00209 N.m -2 s atau 0,0021 N.m -2 s Atau 2,09 x 10-3 N.m -2 s atau 0,21 x 10-2 N.m -2 s Dengan s = 0,24 m 3 = 2g 9s (ρ 0 ρ 1 ) t r 2 38

39 = 2(10) ( 4,889 67,78) (1,8) (0,00813)2 9(0,24) = 20 2,16 (-62,891) (1,8 ) ( 6,60969 x 10-5 ) = 9,26 (-113,2038) ( 6,6096 x 10-5 ) = -1048,2672 ( 6,6096 x 10-5 ) = -6928,6263 x 10-5 = 0,0693 N.m -2 s Atau 693 x 10-4 N.m -2 s atau 63,9 x 10-3 N.m -2 s Total = = ( 73 x 10-3 ) + (2,09 x 10-3 ) + ( 63,9 x 10-3 ) = 0,1444 N. m -2 s atau 144,4 x 10-3 N. m -2 Nilai Viskositas Bensin Dengan s = 0,24 m 1 = 2g 9s (ρ 0 ρ 1 ) t r 2 = = 2(10) (3, ,4)(1) ( 0,007665)2 9(0,24) 20 2,16 ( -540,567) (1 ) (5,87 x 10-5 ) = 9,26 ( -540,567)( 5,87 x 10-5 ) = 9,26 ( -3173,123 x 10-5 ) = ,12 x 10-5 = 0,294 N.m -2 s atau 294 x 10-3 N.m -2 s Dengan s = 0,24 m 2 = 2g 9s (ρ 0 ρ 1 ) t r 2 = = 2(10) (4, ,2 )(0,9) ( 0,00809)2 9(0,24) 20 2,16 ( -517,378) (0,9 ) (6,545 x 10-5 ) = 9,26 (-465,6402)(6,545 x 10-5 ) = 9,26 x (-3047, x 10-5 ) = ,916 x 10-5 = -0,282 N.m -2 s atau 282 x 10-3 N.m Dengan s = 0,24 m 3= 2g 9s (ρ 0 ρ 1 ) t r 2 39

40 = 2(10) (4, ,3)( 1,1) (0,00813)2 9(0,24) = 20 2,16 ( -528,411) ( 1,1) (6,60969 x 10-5 ) = 9,26 ( -581,2521) (6,60969 x 10-5 ) = 9,26 ( -3841,7 x 10-5 ) = ,142 x 10-5 = 0,355 N.m -2 s atau 355 x 10-3 N.m -2 s Total = = ( 294 x 10-3 ) + ( 282 x 10-3 ) + (355 x 10-3 ) = 0,931 N. m -2 s atau 931 x 10-3 N. m -2 s gaya gesekan yang dialami benda dapat dirumuskan sebagai berikut : F = -6 π η r v Pada Oli baru Kelereng 1 F = -6. 3,14. 0, ,08 m/s = Kelereng II F = -6. 3,14. 0, ,07 m/s = Kelereng III F = -6. 3,14. 0, ,075 m/s = Pada Oli bekas Kelereng I F = -6. 3,14. 0, ,12 m/s = Kelereng II F = -6. 3,14. 0, ,15 m/s = Kelereng III F= -6. 3,14. 0, ,13 m/s = Pada Bensin Kelereng I F = -6. 3,14. 0, ,24 m/s = 40

41 Kelereng II F = -6. 3,14. 0, ,26 m/s = Kelereng III F= -6. 3,14. 0, ,22 m/s = 41

42 H. Kesimpulan 42

43 I. Evaluasi 1. Berikan contoh penerapan dari viskositas dalam kehidupan sehari-hari! 2. Buat analisa dan kesimpulan dari percobaan yang sudah anda lakukan! 3. Jelaskan perbedaan antara gaya gesekan zat cair dengan gaya gesekan antara zat padat? 4. Jelaskan faktor apa saja yang mempengaruhi viskositas zat cair? Jawaban : 43

44 1. Contoh Penerapan dari viskositas dalam kehidupan Sehari-hari adalah Aplikasi viskositas dalam kehidupan sehari-hari adalah : - Mengalirnya darah dalam pembuluh darah vena - Proses penggorengan ikan (semakin tinggi suhunya, maka semakin kecil viskositas minyak goreng) - Mengalirnya air dalam pompa PDAM yang mengalir kerumah-rumah kita - Tingkat kekentalan oli pelumas 2. Analisa dan Kesimpulan dari percobaan yang sudah kami lakukan adalah Viskositas menunjukkan kekentalan suatu bahan yang diukur dengan menggunakan alat viscometer. Semakin tinggi viskositas suatu bahan maka bahan tersebut akan makin stabil karena pergerakan partikel cenderung sulit dengan semakin kentalnya suatu bahan. Nilai viskositas berkaitan dengan kestabilan emulsi suatu bahan yang artinya berkaitan dengan nilai stabilitas emulsi bahan. Viskositas atau kekentalan dari suatu cairan adalah salah satu sifat cairan yang menentukan besarnya perlawanan terhadap gaya geser. Viskositas terjadi terutama karena adanya interaksi antara molekulmolekul cairan. Suatu cairan dimana viskositas dinamiknya tidak tergantung pada temperatur, dan tegangan gesernya proposional (mempunyai hubungan liniear) dengan gradien kecepatan dinamakan suatu cairan Newton. Perilaku viskositas dari cairan ini adalah menuruti Hukum Newton untuk kekentalan. Berat Jenis (specific weight) dari suatu benda adalah besarnya gaya grafitasi yang bekerja pada suatu massa dari suatu satuan volume, oleh karena itu berat jenis dapat didefinisikan sebagai: berat tiap satuan volume. Pada percobaan ini pertama-tama dilakukan pengukuran massa jenis masing-masing zat yang akan dicobakan, yaitu aquades,oli,serta perasan air daun ubi jalar. dengan suhu 0 C, 0 C, 0 C dan 0 C. Dari hasil diketahui bahwa suhu berbanding terbalik dengan massa jenis zat. Semakin tinggi suhu maka semakin kecil massa jenis zat-nya. Hal ini disebabkan karena ketika suhu mengingkat, molekul pada zat cair akan bergerak cepat diakibatkan oleh tumbukan antar molekul, akibatnya molekul dalam zat cair akan meregang dan massa jenis akan semakin kecil. 44

45 Pada percobaan selanjutnya, zat cair yang telah ditentukan massa jenisnya dimasukkan ke dalam viskometer dengan mengusahakan agar tidak ada gelembung dalam viskometer. Hal ini bertujuan agar aliran laminar tidak terganggu oleh adanya gelembung yang akan mengakibatkan waktu yang diperoleh tidak sesuai dengan waktu yang seharusnya.pada percobaan ini digunakan tiga jenis larutan dengan suhu yang berbeda Hal ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap viskositas zat cair. Dari hasil analisis di atas, diperoleh bahwa methanol memiliki koefisien viskositas lebih rendah debandingkan etanol. Selain itu dapat pula diketahui bahwa semakin tinggi suhu larutan, maka koefisien viskositas semakin menurun. Hal ini karena pada suhu tinggi, gerakan partikel dalam larutan lebih cepat sehingga viskositasnya menurun.pada percobaan ini kita menggunakan akuades sebagai pembanding. Hal ini dilakukan karena akuades sudah memiliki ketetapan untuk nilai viskositasnya Hasil yang didapat dari grafik yaitu semakin besar suhu maka akan semakin kecil massa jenis zat-nya. Hal ini karena ketika suhu meningkat, molekul pada zat cair akan bergerak cepat diakibatkan oleh tumbukan antar molekul, akibatnya molekul dalam zat cair akan meregang dan massa jenis akan semakin kecil. Selain itu dapat pula diketahui bahwa semakin tinggi suhu larutan, maka koefisien viskositas semakin menurun. Hal ini karena pada suhu tinggi, gerakan partikel dalam larutan lebih cepat sehingga viskositasnya menurun. Molekul semakin merapat sehingga molekul-molekul pada tiap bahan berkumpul dan menyebabkan massa memadat karena suhu yang digunakan kecil.selain itu juga terjadi interaksi di antara molekul-molekul zat yang melibatkan ikatan hidrogen yang menyebabkan jarak antar molekul juga semakin kecil. Percobaan ini menggunakan metode Oswald. Metode Ostwald yang diukur adalah waktu yang diperlukan oleh sejumlah tertentu cairan untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh berat cairan itu sendiri. Disini juga dapat ditentukan hubungan waktu alir terhadap viskositas. Semakin lama waktu alir maka viskositas semakin kecil. Jadi dapat dikatakan bahwa semakin encer suatu zat cair maka waktu alirnya akan semakin lama. 45

46 Nilai viskositas yang diperoleh pada suhu yang dingin antara aseton dan etanol menunjukan bahwa nilai densitas air lebih besar apabila dibandingkan dengan densitas aseton dan densitas etanol. Hal ini karena, massa air lebih besar daripada massa etanol dan aseton.dari hasil perhitungan densitas pada setiap suhu dan bahan diperoleh nilai yang densitas yang naik turun, terkadang densitas menunjukan kenaikan harga, namun terkadang pula densitas menunjukan penurunan harga. Hal ini dikarenakan massa yang diperoleh pada tiap bahan menunjukan angka yang naik turun. Viskositas dipengaruhi oleh gaya Van Der Waals. Gaya Van Der Waals adalah gaya-gaya yang timbul dari polarisasi molekul menjadi dipol. Selain itu juga dipengaruhi oleh energi ambang, yaitu sejumlah energi minimum yang diperlukan oleh suatu zat untuk dapat bereaksi hingga terbentuk zat baru.. Waktu yang dihasilkan cairan untuk mengalir bebas pun berbeda-beda. Ini disebabkan karena proses antara pemanasan dan waktu mengukur viskositas terlalu jauh. Bisa juga karena tingkat ketelitian yang rendah karena pada percobaan ini kita menggunakan termometer untuk mengatur suhu. Padahal agar suhu terjaga dengan baik, seharusnya di gunakan thermostat. Dari perhitungan yang dilakukan dapat dibuktikan bahwa semakin banyak waktu yang diperlukan oleh suatu cairan untuk mengalir, maka viskositas cairan tersebut semakin besar pula. Hsl ini berarti waktu yang diperlukan oleh suatu cairan untuk mengalir sebanding atau berbanding lurus dengan viskositasnya. Dari percobaan diperoleh hasil percobaan yaitu densitas bahan harga masing-masing viskositas tiap bahan dan grafik hubungan antara 1/T terhadap Ln η. Dari harga densitas yang diperoleh pada suhu yang dingin antara, dan menunjukan bahwa nilai densitas air lebih besar apabila dibandingkan dengan densitas aseton dan larutan sampel lainnya. Hal ini karenakan, massa air lebih besar daripada massa aseton dan lainnya. Dari hasil perhitungan densitas pada setiap suhu dan bahan diperoleh nilai yang densitas yang naik turun, terkadang densitas menunjukan kenaikan harga, namun terkadang pula densitas menunjukan penurunan harga. 46

47 Hal ini dikarenakan massa yang diperoleh pada tiap bahan menunjukan angka yang naik turun. Pada hasil percobaan diperoleh viskositas cairan yang menunjukan bahwa semakin rendahnya suhu maka viskositas yang diperoleh akan semakin besar. Hal ini dikarenakan karena molekul semakin merapat sehingga molekul-molekul pada tiap bahan berkumpul dan menyebabkan massa memadat karena suhu yang digunakan kecil. Selain itu juga terjadi interaksi di antara molekul-molekul zat yang melibatkan ikatan hidrogen yang menyebabkan jarak antar molekul juga semakin kecil. Dari percobaan diperoleh hubungan densitas dengan suhu, yakni semakin besar suhu maka densitas yang diperoleh akan semakin mengecil, hal inidikarenakan massa pada larutan akan berkurang akibat adanya pergerakan molekul pada larutan yang menyebabkan adanyainteraksi antar molekul sehinggaterjadi gaya london yang menyebabkan jarak antar molekul semakin besar. Dari percobaan dapat kita lihat bahwa, Oli memiliki nilai viskositas yang lebih besar daripada Perasan air daun ubi jalar maupun bensin. Kesimpulan Setelah melakukan percobaan viskositas cairan sebagai fungsi suhu di ketahui bahwa air memiliki densitas yang paling besar apabila dibandingkan dengan aseton, kloroform, dan toluena. Diketahui juga pengaruh dari suhu dimana semakin menurunnya suhu maka semakin besar nilai viskositasnya. Ikatan hidrogen juga menyebabkan jarak antar molekul semakin kecil dan semakin besar suhu, maka densitas semakin kecil. 3. Perbedaan antara gaya gesekan zat cair dengan gaya gesekan antara zat padat adalah Gaya gesek (Ff) dari benda yang bergerak di atas suatu papan permukaan Gaya gesek adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda akan bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. Benda-benda yang dimaksud di sini tidak harus 47

48 berbentuk padat, melainkan dapat pula berbentuk cair, ataupun gas. Gaya gesek antara dua buah benda padat misalnya adalah gaya gesek statis dan kinetis, sedangkan gaya antara benda padat dan cairan serta gas adalah gaya Stokes. 4. Faktor yang mempengaruhi viskositas zat cair adalah 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. 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 partikrl semakin tinggi dan viskositasnya semakin tinggi pula. Berat molekul solute Viskositas berbanding lurus dengan berat molekul solute. Karena dengan adanya solute yang berat akan menghambat atau member beban yang berat pada cairan sehingga menaikkan viskositas. Tekanan Semakin tinggi tekanan maka semakin besar viskositas suatu cairan. GLOSARIUM 48

49 Berat Jenis adalah berat benda persatuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu, dan berat suatu benda adalah hasil kali antara rapat massa (r) dan percepatan gravitasi. Fluida adalah suatu zat yang mempunyai kemampuan berubah secara kontinue apabila mengalami geseran, atau mempunyai reaksi terhadap tegangan geser. Sekecil apapun dalam keadaan diam atau dalam keadaan keseimbangan, fluida tidak mampu menahan gaya geser yang bekerja padanya, dan oleh sebab itu fluida mudah berubah bentuk tanpa pemisahan massa. Fluida Dinamik adalah Fluida Dinamik atau Dinamika Fluida. (Hidrodinamika) mempelajari Gerak Fluida atau Fluida yang bergerak. Fluida Statik adalah Fluida yang tidak mengalir Statika Fluida ( Hidrostatika) mempelajari Fluida yang diam. Gaya Stokes adalah gaya hambat suatu zat cair yang memiliki kekentalan masing-masing. Hukum Archimedes adalah benda yang tercelup ke dalam fluida zat cair, baik sebagian atau seluruhnya akan mengalami gaya keatas sebesar berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut. Hukum Pascal adalah Tekanan yang diberikan pada suatu zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar Hukum Stokes adalah gaya tarikan yang bekerja pada partikel berbentuk bola dengan bilangan Reynolds yang sangat kecil. Kecepatan Termal adalah benda yang bergerak dengan kecepatan terbesar yang tetap.ke segala arah. Koefisien Viskositas adalah Derajat Kekentalan Suatu Fluida Rapat massa adalah ukuran konsentrasi massa zat cair dan dinyatakan dalam bentuk massa persatuan volume Rapat relatif (s) adalah Perbandingan antara rapat massa suatu zat dan rapat massa air (rair), atau perbandingan antara berat jenis suatu zat dan berat jenis air.karena pengaruh temperatur dan tekanan pada rapat massa zat cair sangat kecil, maka dapat diabaikan sehingga rapat massa zat cair dapat dianggap tetap. 49