PETUNJUK PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA DAN PANAS

Nama :..... NIM :.... PETUNJUK PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA DAN PANAS SEMESTER GANJIL 015/016 LABORATORIUM FISIKA SEKOLAH TINGGI TEKNIK-PLN 015 KAMPUS : Menara PLN, Jl. Lingkar Luar Barat, Duri Kosambi, Cengkareng Jakarta Barat 11750 Telp. 01-544034 - 44. ext 1306

Tata Tertib Praktikum Fisika STT-PLN 1. Datang 15 menit sebelum praktikum.. Pada saat praktikum memakai pakaian rapih (pakaian berkerah, bersepatu dan menggunakan jas laboratorium). 3. Cover tugas rumah & laporan diketik komputer (berwarna). 4. Membawa kartu praktikum. 5. Mengerjakan tugas rumah. 6. Kartu praktikum hilang, lapor ke koordinator asisten (koordas) masing-masing. 7. Membawa alat tulis, milimeterblock, penggaris dan steples. 8. Nilai tes awal < 40 tidak dapat mengikuti praktikum. 9. Apabila ada alat praktikum yang rusak selama praktikum berlangsung tanggung jawab praktikan. 10. Selama praktikum tidak boleh keluar ruangan. 11. HP di silent. 1. Menjaga kebersihan dan ketertiban. 13. Tidak ada praktikum susulan. Apabila praktikan melanggar salah satu peraturan di atas maka asisten, koordinator asisten (koordas) dan instruktur Laboratorium Fisika berhak mengeluarkan praktikan. Kepala Laboratorium Fisika Aas Wasri Hasanah, S.Si., MT

Contoh format cover tugas rumah & laporan diketik komputer (berwarna) di kertas A4 : Tugas Rumah Modul 1 Mekanika, Fluida dan Panas ( Pengukuran Dasar ) Logo Berwarna Laporan Praktikum Modul 1 Mekanika, Fluida dan Panas ( Pengukuran Dasar ) Nama : NIM : Kelas : Kelompok : Jurusan : Tgl Praktikum : Laboratorium Fisika STT-PLN Jakarta 014 Nama : NIM : Kelas : Kelompok : Jurusan : Tgl Praktikum : Asisten : Laboratorium Fisika STT-PLN Jakarta 014 Contoh Lembar Tugas Rumah dan Laporan : cm cm Sarah Elvira 014-11-110 1,5 cm Format Laporan : 1. Judul. Tujuan 3. Alat-alat dan Perlengkapan 4. Teori 5. Cara Kerja 6. Data Pengamatan 7. Tugas Akhir 8. Analisa 9. Kesimpulan cm Laboratorium Fisika STT-PLN

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL I MODUL I PENGUKURAN DASAR ( ISI DAN MASSA JENIS ZAT PADAT ) LABORATORIUM FISIKA SEKOLAH TINGGI TEKNIK-PLN 015 I-1

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL I MODUL I PENGUKURAN DASAR ( ISI DAN MASSA JENIS ZAT PADAT ) I. TUJUAN 1. Mempelajari penggunaan alat-alat ukur dasar.. Menuliskan dengan benar bilangan-bilangan berarti hasil pengukuran atau perhitungan. 3. Menghitung besaran lain berdasarkan besaran yang terukur langsung. II. ALAT DAN PERLENGKAPAN 1. Jangka sorong.. Mikrometer sekrup. 3. Neraca Ohaus. 4. Termometer. 5. Balok yang diukur ( 3 buah ). 6. Bejana gelas. 7. Tali. III. TEORI Setiap pengukuran besaran fisis selalu dihinggapi oleh batas ketelitian dan kesalahan pengukuran. Hal ini karena keterbatasan manusia dalam pembuatan alat maupun keterbatasan dalam kemampuan membaca dan cara membacanya. Karena itu setiap hasil pengukuran harus dilaporkan secara benar yang memperlihatkan ketelitian pengukuran tersebut. Untuk hal itu maka pemakaian alat ukur perlu memperhatikan hal-hal berikut : a. Titik nol alat yaitu angka yang ditunjukkan alat sebelum digunakan. b. Nilai skala terkecil alat yaitu skala terkecil yang diperlihatkan alat. c. Batas ukur alat yaitu batas maksimum yang dapat diukur alat tersebut. d. Cara pemakaian alat. Demikian banyak hal yang harus diatur dan dikuasai, sehingga pengamat mudah sekali melakukan suatu kesalahan. Sehingga nilai benar x o tidak mungkin kita I-

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL I ketahui secara tepat melalui suatu eksperimen, yang diperoleh adalah nilai x yang tidak tepat sama dengan x o. Cara pelaporan yang baik dituliskan sebagai x = x o x Dimana : x : besaran yang dicari x o : nilai besaran sebenarnya x : simpangannya A. Pengenalan Alat 1. Jangka Sorong Perhatikan gambar 1, jangka sorong mempunyai dua rahang dan satu penduga. Rahang dalam ( C-D ) untuk mengukur diameter bagian dalam, rahang luar ( A-B ) untuk mengukur diameter bagian luar sedangkan penduga ( E-F ) untuk mengukur kedalaman. K adalah roda penggerak rahang dan N adalah pengunci rahang setelah besaran yang diukur terukur. C D U inch 0 1 1 3 4 5 6 7 3 4 8 9 10 cm E F K N A B Gambar 1. Jangka sorong Skala jangka sorong diperhalus dengan nonius, skala utamanya ada dalam satuan cm atau inch. Adapun noniusnya ada yang 9 skala utama jadi 10 skala nonius dan ada yang 49 skala utama jadi 50 skala nonius. I-3

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL I Gambar memperlihatkan 9 skala utama jadi 10 skala nonius. 0 1 Skala utama 5 10 Skala nonius 0 Gambar. Skala utama dan nonius. Mikrometer Sekrup Mikrometer sekrup hanya dapat digunakan untuk mengukur bagian luar saja. Caranya putarkan roda bagian pemutar kasar, jika sudah dekat putarkan bagian pemutar halus C, jika sudah pas dikunci oleh penguat S. Skala besarnya adalah bagian yang horizontal sedangkan skala penghalusnya adalah bagian yang vertikal N ( lihat gambar 3 ). Biasanya bagian vertikal terdiri dari 50 skala, satu putaran bagian vertikal akan merubah skala horizontal sebesar ½ mm. A B 0 5 10 30 5 35 40 S N C F Gambar 3. Mikrometer sekrup 3. Neraca Ohaus Alat ukur massa yang sering digunakan dalam laboratorium fisika adalah neraca Ohaus. Tingkat ketelitian alat ini lebih baik daripada neraca pasar yang sering dijumpai di toko-toko atau di warung. Neraca Ohaus adalah alat ukur massa benda dengan ketelitian 0.01 gram. Prinsip kerja neraca ini adalah sekedar membanding massa benda yang akan dikur dengan anak timbangan. Anak timbangan neraca Ohaus berada pada neraca itu sendiri. I-4

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL I Kemampuan pengukuran neraca ini dapat diubah dengan menggeser posisi anak timbangan sepanjang lengan. Anak timbangan dapat digeser menjauh atau mendekati poros neraca. Massa benda dapat diketahui dari penjumlahan masing-masing posisi anak timbangan sepanjang lengan setelah neraca dalam keadaan setimbang. Ada juga yang mengatakan prinsip kerja massa seperti prinsip kerja tuas. Gambar 4. Neraca Ohaus B. Ketidakpastian Pada Pengukuran Tunggal Pengukuran tunggal adalah pengukuran yang dilakukan hanya satu kali saja. Keterbatasan skala alat antara lain merupakan sebab mengapa setiap pengukuran dihinggapi ketidakpastian ( ktp ). 1. Besaran Langsung Terukur x = x o x Dimana ; xo : yang terbaca pada alat ukur x : ½ skala nilai terkecil ( nst ) alat nst alat = nst utama jika tanpa nonius = 1/n x nst utama jika ada nonius n : jumlah skala nonius I-5

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL I. Besaran Turunan x = f ( a, b, c ) dimana a, b, c adalah besaran terukur langsung dengan : a = a o a b = b o b c = c o c x o = f ( a o, b o, c o ) f f f x ao, bo, co a ao, bo, co b ao, bo, co c ( 1 ) a b c C. Ketidakpastian Pada Pengukuran Berulang Pengulangan pada pengukuran ini diharapkan akan memberikan informasi lebih banyak tentang x o, sehingga makin yakin akan benarnya nilai tersebut. 1. Besaran yang langsung terukur x o adalah rata-rata dari hasil pengukuran. xo xi n Keridak pastiannya adalah deviasi standar nilai rata-rata sampel. 1 x Sxo n n xi ( xi )... ( ) n 1. Besaran turunannya. x = f ( a, b, c ) a = a o a b = b o b c = c o c x o = f ( a o, b o, c o ) f x ( ) a a Nilai kepercayaannya 68 %. f f ( ) b ( ) c b c.. ( 3 ) D. Ketidakpastian Pada Pengukuran Campuran z = f ( x, y ), dengan : x = x o x : merupakan hasil satu kali pengukuran y = y o y : merupakan hasil pengukuran berulang Maka : z o = f ( x o, y o ) I-6

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL I Karena x merupakan nst ( berarti diukur sekali saja ) sedangkan y berupa deviasi standar ( diukur berulang ), maka makna statistik kedua ktp itu tidak sama, harus disamakan dahulu. Misalnya dengan membuat jaminan pada x dari jaminan 100 % menjadi jaminan 68 % seperti halnya jaminan pada y. Jadi kita pakai : x baru = xlama 3 Karena 68 % = 3 x 100 %, sehingga diperoleh : z Szo z z ( ) ( xo ) ( ) yo x 3 y ( 4 ) Nilai kepercayaannya 68 %. E. Jumlah Angka Berarti Yang Dilaporkan x disebut sebagai ketidakpastian mutlak ( ktp mutlak ). x x disebut sebagai ketidakpastian relatif ( ktp relatif ). x Rumus perhitungan angka berarti = 1 log ( x ) Sehingga jika : Ktp relatif 10 %, maka hanya Angka Berarti ( AB ). Ktp relatif 1 %, maka hanya 3 AB. Ktp relatif 0,1 %, maka hanya 4 AB. Contoh soal : 1. Sebuah balok diukur berulang kali dengan hasil P = ( 4,00 0,0 ) cm, L = ( 3,00 0,0 ) cm dan T = (,00 0,0 ) cm. Tentukan V V! V = ( 4,00 ) ( 3,00 ) (,00 ) = 4,0 cm 3 Jawab : Mencari V dengan persamaan ( 3 ) : I-7

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL I V (3,00) (,00) (0,0) (4,00) (,00) (0,0) (4,00) (3,00) (0,0) 0,314...cm 3 V 0,314 1,3%, hanya 3 AB. V 4 Jadi V = ( 4,0 0,31 ) cm 3. Misalkan suatu besaran z ingin diketahui dengan mengukur besaran x dan y, sedangkan x z. Misalkan x diukur satu kali dengan hasil x = ( 5,0 y 0,05 ), sedangkan y diukur berulang kali dengan hasil y = ( 1,00 0,0 ). Berapakah z z menurut eksperimen ini! Jawab : Dengan persamaan ( 4 ) : x baru x 3 lama 0,05 3 0,03 z ( ) xo, yo x 1 yo 1 1 1 z ( ) xo, yo x xo yo 5,0 (1,00) 5,00 z (1,00) (0,03) ( 5,00) (0,0) 0,1044 xo 5,00 Sedangkan zo 5,000... y 1,00 o Ketelitian pada pengukuran x : x 0,05 100 % 1 % x 5,0 Ketelitian pada pengukuran y : y y 0,0 100 % % 1,00 Dari hasil : z x y ( ) ( ) (1 %) (%) z x y 5 %,% I-8

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL I Sehingga jawaban ditulis dengan 3 AB : z = ( 5,00 0,10 ) IV. DAFTAR PUSTAKA B. Darmawan Djonoputro, Teori Ketidakpastian, 1984 V. TUGAS RUMAH 1. Apa yang dimaksud dengan pengukuran?. Jelaskan fungsi mikrometer dan jangka sorong! 3. Tulis hasil bacaan alat ukur ini secara lengkap! 1 0 10 0 4. Gambarkan kedudukan mikrometer sekrup yang menunjukkan hasil pengukuran,458 cm? 5. Jelaskan perbedaan benda dalam air jika keadaan : a. Mengapung; b. Melayang; c. Tenggelam. 6. Tuliskan prinsip Archimedes dan hukum Archimedes! 7. Sebutkan literatur massa jenis ( ) dalam SI (Sistem Internasional) dari bahan berikut : a. Besi; b. Tembaga; c. Alumunium; d. Air. I-9

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL I 8. Pada pengukuran rapat massa m/v suatu bahan panjang ( p ) dan lebar ( l ) diukur berulang dengan jangka sorong yang 9 skala utama jadi 10 skala nonius, sedangkan tebal diukur dengan mikrometer sekrup juga berulang, sedangkan massa hanya satu kali dengan skala terkecil 0,01 gr. Tentukan m dengan m = 4,75 gr! v No p ( mm ) l ( mm ) t ( mm ) 1 4,4 8,7 8,45 4,3 8,6 8,58 3 4,5 8,6 8,48 4 4,5 8,5 8,46 5 4,3 8,5 8,46 6 4,6 8,7 8,45 7 4,4 8,6 8,48 8 4,6 8,7 8,48 VI. PERCOBAAN YANG HARUS DILAKUKAN 1. Catatlah suhu ruang dan tekanan ruang ( sebelum dan sesudah percobaan ).. Ambil balok, ukur masing-masing balok secara berulang-ulang ( 5 kali ) panjang dan lebarnya dengan menggunakan jangka sorong, sedangkan tebalnya dengan menggunakan mikrometer sekrup. Catat pada tabel pengamatan. 3. Timbang masing-masing balok tersebut satu kali dengan menggunakan neraca Ohaus. 4. Timbang masing-masing balok dengan cara digantung. Catat hasilnya. 5. Timbang masing-masing balok dengan cara digantung tetapi terendam di air. Cata hasilnya. I-10

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL I VII. DATA PENGAMATAN TABEL MODUL I (PENGUKURAN DASAR) KELOMPOK : P awal : P akhir : JURUSAN : T awal : T akhir : BALOK I BALOK II Jenis Balok : Jenis Balok : Massa : Massa : No. p(mm) l(mm) t(mm) No. p(mm) l(mm) t(mm) Jumlah : Jumlah : Rata-rata : Rata-rata : Massa di udara : Massa di udara : Massa di air : Massa di air : Tanggal Pengambilan Data : Nama Asisten : Tanda Tangan Asisten : I-11

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL I VIII. TUGAS AKHIR DAN PERTANYAAN 1. Dari ketiga alat yaitu jangka sorong, mikrometer sekrup dan termometer tentukan mana yang ada noniusnya!. Berapa volume dan rapat massa balok pada pengukuran biasa, hitung dengan kesalahannya secara benar! 3. Hitung volume balok berdasarkan pengukuran yang digantung dan terendam dalam air! 4. Bandingkan kedua hasil volume tersebut, mana yang lebih tepat dan berikan alasannya! I-1

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL II MODUL II MENENTUKAN TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR LABORATORIUM FISIKA SEKOLAH TINGGI TEKNIK-PLN 015 II-1

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL II MODUL II MENENTUKAN TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR I. TUJUAN Menentukan tegangan permukaan zat cair ( ) dengan pertolongan pipa kapiler. II. ALAT DAN PERLENGKAPAN 1. Pipa kapiler ( 3 buah, dengan diameter yang berbeda ).. Bejana dengan isinya ( air ). 3. Lup. 4. Mistar. 5. Statip. III. TEORI Bila suatu pipa kapiler dengan kedua ujung terbuka salah satu ujungnya dimasukkan ke dalam zat cair, maka zat cair akan naik ke dalam pipa kapiler. Hal ini disebabkan karena adanya tegangan permukaan zat cair tersebut. Tegangan permukaan zat cair ( ) dapat dicari dengan persamaan : h Gambar 1 ghr..( 1 ) Dimana ; : tegangan permukaan zat cair ( kg/s atau N/m ) : massa jenis air ( kg/m 3 ) g : gaya gravitasi ( m/s ) h : kenaikan zat cair dalam kapiler ( m ) r : jari-jari bagian dalam pipa kapiler ( m ) II-

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL II Tegangan permukaan ( ) dapat pula dicari dengan jalan meniup ujung atas pipa apakah sudah sampai pada ujung bawah pipa, maka tegangan permukaan ( ) : pr..( ) Dimana p adalah tekanan relatif udara dalam pipa. Gambar IV. DAFTAR PUSTAKA Sears F, Mechanics, Heat and Sound, Addison Wesley V. TUGAS RUMAH 1. Apa yang dimaksud dengan tegangan permukaan?. Apakah tegangan permukaan suatu zat cair itu konstan? Jelaskan dan sebutkan faktor-faktor yang mempengaruhinya! 3. Sebutkan contoh peristiwa keseharian yang mengilustrasikan bahwa pada zat cair terdapat tegangan permukaan cair! 4. Apa yang dimaksud dengan gaya adhesi? 5. Apa yang dimaksud dengan gaya kohesi? 6. Apa akibatnya bila gaya adhesi gaya kohesi? Berikan contoh kasusnya! 7. Apa akibatnya bila gaya adhesi gaya kohesi? Berikan contoh kasusnya! 8. Apa yang dimaksud meniskus dan meniskus cembung? 9. Apa yang dimaksud dengan efek kapiler? 10. Buktikan persamaan ( 1 ) dan ( )! 11. Carilah bentuk persamaan ( ) untuk menghitung, bila pada peniupan permukaan zat cair dalam pipa kapiler tidak mencapai ujung bawah pipa ( misalkan tinggi permukaan ini h dari permukaan zat cair di luar pipa kapiler )! 1. Pada persamaan-persaman ( rumus ) di atas, faktor apakah yang diabaikan? II-3

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL II VI. PERCOBAAN YANG HARUS DILAKUKAN Gambar 3 1. Catatlah suhu ruang dan tekanan ruang ( sebelum dan sesudah percobaan ).. Masukkan pipa kapiler ke dalam zat cair ( tegak lurus permukaan zat cair ). 3. Tunggu beberapa saat sampai ketinggian zat cair dalam pipa kapiler tetap. 4. Ukur tinggi h ( panjang kolom zat cair di dalam pipa kapiler ) pada masingmasing pipa kapiler. 5. Ulangi langkah percobaan 3 s/d 4 beberapa kali di tempat yang berbeda, dengan memutar letak bejana. II-4

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL II VII. DATA PENGAMATAN TABEL MODUL II (MENENTUKAN TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR) KELOMPOK : P awal : P akhir : JURUSAN : T awal : T akhir : Posisi Pipa 1 Pipa Pipa 3 d = d = d = Tanggal Pengambilan Data : Nama Asisten : Tanda Tangan Asisten : VIII. TUGAS AKHIR DAN PERTANYAAN 1. Berapa besar jari-jari pipa kapiler yang digunakan pada percobaan ini!. Apakah panjang pipa yang tercelup zat cair berpengaruh terhadap kenaikan zat cair ke dalam pipa? Jelaskan! 3. Hitung tegangan permukaan ( ) untuk masing-masing pipa kapiler pada tiaptiap pengukuran! 4. Hitung tegangan permukaan ( ) rata-rata untuk masing-masing pipa kapiler! 5. Mengapa tidak dipakai cara permukaan zat cair di dalam pipa kapiler yang lebih rendah dari pada di luar? Jelaskan! 6. Sebutkan semua sumber kesalahan yang mungkin terjadi! II-5

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL II SUB MODUL II SIMULASI MEJA GAYA LABORATORIUM FISIKA SEKOLAH TINGGI TEKNIK-PLN 015 II-6

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL II SUB MODUL II SIMULASI MEJA GAYA IX. TUJUAN Mempelajari keseimbangan gaya-gaya. X. ALAT DAN PERLENGKAPAN 1. Meja gaya.. Beban-beban. 3. Tali. 4. Cincin logam. XI. TEORI Beberapa gaya yang bekerja pada suatu benda dapat kita uraikan menjadi komponen gaya-gaya yang berada pada sumbu koordinat x dan y. R y y R A y A B B y B x R x A x x Gambar 1 Resultan gaya pada sumbu x, R x = A x B x Resultan gaya pada sumbu y, R y = A y + B y Besarnya resultan gaya R, R R x Ry II-7

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL II Berada pada sudut, = arc tg ( R R y x ) Sehingga gaya penyeimbangnya adalah sebesar R dengan sudut yang berlawanan 180 dengan. XII. TUGAS RUMAH 1. Apakah definisi dari gaya? Apakah pula satuannya?. Apakah gaya merupakan besaran vektor? Jelaskan? 3. Apakah satuan untuk gaya SI dalam MKS dan CGS? 4. Apakah definisi dari resultan gaya? 5. Jika ada gaya F1 dan gaya F searah, tentukan resultan dari kedua gaya tersebut dan jelaskan dengan gambar vektornya! XIII. PERCOBAAN YANG HARUS DILAKUKAN Gambar. Meja gaya 1. Catatlah suhu ruang dan tekanan ruang ( sebelum dan sesudah percobaan ).. Ada tiga buah gaya F 1 = N berada pada sudut 30, F = 3 N berada pada 85 dan F 3 = 5 N berada pada sudut 150. a. Hitung terlebih dahulu berapa besarnya resultan ketiga gaya dan sudutnya. II-8

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL II b. Kemudian simulasikan pada meja gaya untuk mencari keseimbangan gayagaya tersebut. c. Gaya-gaya tersebut dikatakan seimbang jika cincin logam tepat berada ditengah-tengah meja. 3. Buat sembarang gaya ( gaya ) pada meja gaya dengan mencoba-coba cari gaya penyeimbangnya. Kemudian cocokkan dengan perhitungan. XIV. DATA PENGAMATAN SUB MODUL II SIMULASI MEJA GAYA KELOMPOK : JURUSAN : P awal : P akhir : T awal : T akhir : * Percobaan 1 F1 : N Sudut : F : N Sudut : F3 : N Sudut : 0 0 0 * Percobaan F1 : N Sudut : F : N Sudut : F3 : N Sudut : Tanggal Pengambilan Data : Nama Asisten : Tanda Tangan Asisten : 0 0 0 II-9

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL II XV. TUGAS AKHIR DAN PERTANYAAN 1. Tulislah semua hasil perhitungan resultan gaya dan sudutnya mulai dari langkah percobaan s/d percobaan 3!. Adakah perbedaan hasil perhitungan anda dengan percobaan yang anda lakukan? Jika ada perbedaan, jelaskan! II-10

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL III MODUL III MOMEN KELEMBAMAN ( MOMEN INERSIA ) LABORATORIUM FISIKA SEKOLAH TINGGI TEKNIK-PLN 015 III-1

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL III MODUL III MOMEN KELEMBAMAN ( MOMEN INERSIA ) I. TUJUAN 1. Menentukan momen kelembaman benda tegar secara statis dengan mengukur massa serta ukuran-ukuran geometrisnya.. Menentukan momen kelembaman benda tegar secara dinamis dengan mengukur waktu getar ayunan torsi. II. ALAT DAN PERLENGKAPAN 1. Keping-keping logam ( berbentuk keping persegi panjang dan silinder tipis ).. Statip dilengkapi dengan kawat ayunan torsi. 3. Neraca Ohaus. 4. Jangka sorong. 5. Mikrometer sekrup. 6. Stopwatch. III. TEORI A. Momen Kelembaman 1. Benda Titik Poros h r m Momen kelembaman ( momen inersia ) sebuah benda titik terhadap suatu poros tertentu adalah hasil kali massa benda titik tersebut dengan pangkat dua dari jarak benda ke poros putar. Gambar 1 I = mr..( 1 ) III-

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL III. Benda Tegar ( Benda Kaku ) Poros h Dengan menganggap benda tegar sebagai jumlah dari massa-massa kecil m i, maka : r i?m i M mi.. ( ) i Gambar Jadi momen kelembaman ( momen inersia ) benda tegar terhadap suatu poros tertentu adalah jumlah dari hasil kali tiap elemen m i dengan kuadrat jarak elemen tersebut ke poros. I ri mi....( 3 ) i Atau dalam bentuk analitis dapat ditulis : I r dm...( 4 ) B. Momen Kelembaman Keping Persegi Panjang Secara Statis Momen kelembaman benda berbentuk keping persegi panjang dengan sisisisinya a, b dan c dan massanya m ( lihat gambar 3 ), adalah : 1. Bila porosnya melalui titik berat dan yang sejajar sisi a : Ia m ( b c ). ( 5 ) 1. Bila porosnya melalui titik berat dan yang sejajar sisi b : Ib m ( a c ). ( 6 ) 1 III-3

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL III 3. Bila porosnya melalui titik berat dan yang sejajar sisi c : Ic m ( a b ). ( 7 ) 1 I c I a c b a I b Gambar 3 C. Momen Kelembaman Silinder Secara Statis Momen kelembaman benda berbentuk silinder yang massanya m, jari-jarinya R dan panjang sisinya d ( lihat gambar 4 ) adalah : 1. Bila porosnya melalui titik berat dan sejajar poros silinder ( sisi d ) : mr Id. ( 8 ). Bila porosnya melalui titik berat dan sejajar diameter silinder ( sisi R ) : IR d R m ( ) 1 4....( 9 ) III-4

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL III I d R d I R Gambar 4 D. Rotasi Dan Momen Kelembaman Secara Dinamis Jika sebuah benda digantung pada seutas kawat ( tali torsi ) maka waktu getar ayunan torsi ( ayunan putar ) benda tersebut adalah : I T...( 10 ) M Dimana ; I = I kawat + I beban M : momen yang diperlukan untuk memutar kawat sebesar sudut 1 radian Apabila dua buah benda dengan momen kelembaman masing-masing I 1 dan I digantungkan berturut-turut pada suatu kawat penggantung dengan momen kelembaman I k maka : T1 Ik I1...( 11 ) M T Ik I..( 1 ) M III-5

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL III Dari persamaan ( 11 ) dan ( 1 ) dapat diketahui I k dan M : Ik T I1 T1 I....( 13 ) T1 T 4 ( Ik I1 ) M...( 14 ) T1 Atau : 4 M ( Ik I )....( 15 ) T Jika I k dan M telah diketahui maka dapat digunakan untuk menentukan momen kelembaman benda lain secara dinamis dengan mengukur perioda dan gerak harmonik anguler, yaitu dengan persamaan : T M I Ik....( 16 ) 4 IV. DAFTAR PUSTAKA Sears-Zemansky, College Physics V. TUGAS RUMAH 1. Apa yang dimaksud dengan momen kelembaman ( momen inersia )?. Apa saja yang mempengaruhi momen inersia? 3. Buktikan persamaan ( 5 ), ( 6 ) dan ( 7 )! 4. Buktikan persamaan ( 8 ) dan ( 9 )! 5. Buktikan persamaan ( 13 )! 6. Buktikan persamaan ( 14 ) dan ( 15 )! 7. Buktikan persamaan ( 16 )! III-6

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL III VI. PERCOBAAN YANG HARUS DILAKUKAN * Catatlah suhu ruang dan tekanan ruang ( sebelum dan sesudah percobaan ). A. Secara Statis 1. Ukur panjang, lebar dan tebal persegi panjang sebanyak x kali ( ditentukan oleh asisten ).. Ukur diameter dan panjang silinder sebanyak x kali ( ditentukan oleh asisten ). 3. Timbang keping persegi panjang dan silinder dengan neraca teknis. B. Secara Dinamis 1. Gantung keping persegi panjang dengan sisi panjangnya sejajar kawat poros putar.. Beri simpangan ( putar sedikit ) kemudian lepaskan. Ukur waktu getar ayunan putarnya ( T 1 ) sebanyak y kali ( ditentukan oleh asisten ). Setiap pengukuran T 1 terdiri dari z buah ayunan putar. 3. Ubah kedudukan gantung keping persegi panjang sehingga tergantung dengan sisi tebalnya sejajar kawat poros putar. 4. Beri simpangan dan ukur T, seperti langkah percobaan. 5. Ubah kedudukan gantung keping persegi panjang sehingga tergantung dengan sisi lebarnya sejajar kawat poros putar. 6. Beri simpangan dan ukur T 3, seperti langkah percobaan. 7. Ganti keping persegi panjang dengan keping silinder dan buat kedudukan gantung keping silinder sehingga tergantung dengan sisi tebalnya sejajar dengan kawat poros putar. 8. Beri simpangan dan ukur T 4, seperti langkah percobaan. 9. Ubah kedudukan gantung keping silinder sehingga tergantung dengan sisi diameternya sejajar dengan kawat poros putar. 10. Beri simpangan dan ukur T 5, seperti langkah percobaan. III-7

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL III Keping persegi panjang Keping silinder Keping persegi Stopwatch Gambar 5 Perhatian : 1. Dalam melakukan percobaan ini anda dianggap sudah mahir menggunakan dan membaca nonius pada jangka sorong, mikrometer sekrup dan mistar.. Dalam percobaan ini kawat penggantung harus tetap, baik panjang maupun keadaannya. 3. Bentuk gerak adalah putaran bolak-balik, bukan ayunan! 4. Jumlah x, y dan z ditentukan oleh asisten, yaitu antara 5 10. III-8

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL III VII. DATA PENGAMATAN MODUL III (MOMEN KELEMBAMAN) KELOMPOK : P awal : P akhir : JURUSAN : T awal : T akhir : Hasil Pengukuran Dimensi (cm) 1. (panjang) I (Persegi Panjang). (lebar) 3. (tebal) II (Silinder) 4. (tebal) 5. (jari-jari) Hasil Penimbangan (gr) Massa I = Massa II = Waktu 10 getaran (detik) I (Persegi Panjang) T1 T T3 II (Silinder) T4 T5 Tanggal Pengambilan Data : Nama Asisten : Tanda Tangan Asisten : III-9

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL III VIII. TUGAS AKHIR DAN PERTANYAAN 1. Hitung harga I a, I b dan I c dengan cara statis, sesuai bahasan pada bagian III. B persamaan ( 5 ), ( 6 ) dan ( 7 )!. Hitung harga I d dan I R dengan cara statis, sesuai bahasan pada bagian III. C persamaan ( 8 ) dan ( 9 )! 3. Hitung harga M dan I k sesuai bahasan pada bagian III. D persamaan ( 13 ) dan ( 14 ) atau ( 15 ), dengan menggunakan harga I 1 = I a dan I = I d dari hasil perhitungan pertanyaan no. 1 dan, serta T 1 = T 1 dan T = T 4 dari data pengamatan! 4. Hitung I b, I d dan I R dengan cara dinamis, sesuai bahasan pada bagian III. D persamaan ( 16 ) dengan harga M dan I k dari hasil perhitungan pertanyaan no. 3! 5. Dapatkah I k diabaikan ditinjau dari ketelitian percobaan ini! 6. Bandingkan harga I b, I d dan I R dari hasil perhitungan pertanyaan no. 1 dan ( secara statis ) dengan hasil perhitungan pertanyaan no. 4 ( secara dinamis ). Manakah yang lebih baik? Jelaskan! III-10

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL IV MODUL IV BANDUL FISIS LABORATORIUM FISIKA SEKOLAH TINGGI TEKNIK-PLN 015 IV-1

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL IV MODUL IV BANDUL FISIS I. TUJUAN 1. Mengenal sifat bandul fisis.. Menentukan percepatan gravitasi. II. ALAT DAN PERLENGKAPAN 1. Bandul fisis, terdiri dari batang logam tegar dan badul.. Penggantung. 3. Stopwatch. 4. Mistar gulung. III. TEORI Bandul fisis merupakan bandul yang bentuknya sembarang. Untuk menganalisa geraknya dapat digunakan konsep pusat massa, sehingga kita kembali lagi pada konsep gerak benda titik. Suatu bandul fisis jika diberi simpangan sudut dari titik kesetimbangan kemudian dilepaskan maka akan melakukan gerak ayunan. Jika sudut kecil, maka ayunan ini dikenal dengan gerak anguler sederhana. A P AO CP Batang AB C Stop watch O Keping logam B IV-

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL IV Perhatikan gambar bandul fisis yang tergantung di P, titik C merupakan titik pusat massa yang letaknya dari A adalah : X C 1 AO ms AB mb... ( 1 ) m m s b Dimana ; m s : massa keping logam m b : massa batang Dengan konsep pusat massa maka sistem bandul ini dapat kita pandang sebagai bandul matematis dengan poros melalui P. Jika bandul ini diberikan simpangan kecil kemudian dilepas sehingga seolah-olah bergerak lurus akibat gaya pemulih maka sistem akan bergerak harmonis sederhana dengan periode T, sedangkan untuk bandul fisis sebenarnya massa diganti momen inersia I dimana : T m k T I k I adalah momen inersia terhadap P. I P = I o + ( m s + m b ) ( CP ) = I o + ml I o adalah momen inersia terhadap C sedangkan k = mgl, sehingga : Io ml T ( ) mgl Dengan melakukan percobaan mengayunkan bandul fisis pada dua titik gantung yang berbeda, maka kita dapat menentukan percepatan gtavitasi bumi ( g ). Jika untuk titik gantung pertama l 1 kita dapat periode T 1 dan untuk titik gantung kedua l kita dapat periode T, maka besarnya g adalah : IV-3

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL IV 4 (l1 l ) g. ( 3 ) T1 l1 T l IV. DAFTAR PUSTAKA Tyler, Edward Arnold, A Laboratory Manual of Physics V. TUGAS RUMAH 1. Apakah perbedaan bandul fisis dan bandul matematis?. Sebaiknya simpangan yang diberikan besar atau kecil? Jelaskan! 3. Sebutkan nilai percepatan gravitasi bumi beserta satuannya! 4. Buktikan persamaan ( ) dan ( 3 )! VI. PERCOBAAN YANG HARUS DILAKUKAN 1. Catatlah suhu ruang dan tekanan ruang ( sebelum dan sesudah percobaan ).. Ukur panjang batang. 3. Timbang massa batang dan massa keping logam beserta sekrupnya. 4. Pasang keping logam. 5. Ukur jarak keping logam dari salah satu ujung ( A ). 6. Pilih sebuah titik penggantung ( P ), ukur jarak P dari ujung ( A ). 7. Amati waktu ayunan penuh untuk n ayunan ( ditentukan oleh asisten ). 8. Amati waktu ayunan N penuh, sekitar 5 menit ( bisa kurang atau lebih ). 9. Ulangi langkah percobaan 7. 10. Pilih titik penggantung P yang lain ( misal Q ). 11. Ulangi langkah percobaan 7 s/d 9. Catatan : Cara menghitung T dengan teliti,misal n = 50. Pengamatan : 81,3 detik Pengamatan 3 : 300,9 detik Pengamatan 4 : 8,0 detik Maka : T sementara 81,3 8,0 1,663 detik 50 50 IV-4

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL IV Jadi dalam 300,9 detik ada 300,9 184 ayunan ( bilangan bulat ). 1,663 T teliti 300,9 1,663 detik 184 Jangan membuat simpangan terlalu besar. Batang logam dan bandul pemberat dianggap homogen ( seragam ). VII. DATA PENGAMATAN MODUL IV (BANDUL FISIS) KELOMPOK : P awal : P akhir : JURUSAN : T awal : T akhir : Hasil Pengukuran Dimensi (cm) Panjang Batang = Panjang AO = Panjang AP1 = Panjang AP = Hasil Penimbangan (gr) (telah diketahui) Massa Batang = Massa Keping+Skrup = Setelah dilakukan perhitungan panjang Xc (panjang AC), maka dapat ditentukan : L1 = Xc - AP = L = Xc - AP = IV-5

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS - MODUL IV Banyaknya Getaran = 50 getaran Posisi P1 = detik ; detik Posisi P = detik ; detik Waktu detik Posisi P1 = Getaran Posisi P = Getaran Tanggal Pengambilan Data : Nama Asisten : Tanda Tangan Asisten : VIII. TUGAS AKHIR DAN PERTANYAAN 1. Apakah akibat jika simpangan besar!. Hitung l 1 dan l! 3. Hitung T 1 dan T! 4. Hitung percepatan gravitasi! 5. Berilah sedikit ulasan mengenai sebab-sebab kesalahan yang mungkin terjadi! IV-6

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL V MODUL V PANAS JENIS ZAT DAN KALORIMETER LABORATORIUM FISIKA SEKOLAH TINGGI TEKNIK-PLN 015 V-1

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL V MODUL V PANAS JENIS ZAT DAN KALORIMETER I. TUJUAN 1. Menentukan panas jenis tembaga dan gelas dengan mempergunakan kalorimeter.. Menentukan kapasitas panas kalorimeter. II. ALAT DAN PERLENGKAPAN 1. Kalorimeter dan pengaduk.. Termometer ( buah ). 3. Keping-keping ( tembaga, besi, alumunium, gelas ). 4. Gelas ukur (untuk mengukur volume termometer ). 5. Ketel uap tabung pemanas. 6. Kompor listrik. 7. Neraca Ohaus. 8. Stopwatch. 9. Kaca pembesar ( lup ). III. TEORI Energi merupakan besaran yang bersifat kekal artinya tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Namun salah satu sifat energi yang dapat digunakan oleh manusia adalah dapat dipindahkan dari salah satu sistem ke sistem lainnya. Energi panas / kalor dapat dipindahkan dari satu sistem ke sistem lain karena adanya perbedaan temperatur / suhu. Ungkapan kekekalan energi untuk kalor dikenal dengan Azas Black. Salah satu pemakaian Azas Black ini adalah penentuan sifat termal bahan yaitu kapasitas kalor suatu bahan dengan menggunakan kalorimeter. Kalorimeter berbentuk tabung yang idealnya harus bersifat adiabat artinya temperatur / kalornya tidak dipengaruhi lingkungan. Kalorimeter yang akan digunakan dapat dilihat pada gambar 1 yang dilengkapi dengan pengaduk dan termometer. V-

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL V Kalorimeter yang terbuat dari logam ( Cu atau Al ) seperti pada gambar 1 diisi dengan air, dengan temperatur mula-mula T m. Ke dalamnya dimasukkan kepingkeping tembaga ( atau keping-keping gelas ) yang sudah dipanaskan umpamanya dengan temperatur T setelah tercapai keseimbangan maka dicapai temperatur akhir umpamanya T a, dengan T T a T m. Panas / kalor yang diterima kalorimeter adalah : Q 1 = H ( T a T m )..( 1 ) Dimana ; T m : temperatur / suhu mula-mula T a : temperatur / suhu akhir Dengan H adalah kapasitas panas total dari kalorimeter beserta isinya, yaitu : H = M a C a + K + M k C k + M p C p.....( ) Dimana ; M a : massa air M k : massa kalorimeter kosong M p : massa pengaduk C a : panas jenis air C k : panas jenis kalorimeter C p : panas jenis pengaduk Termometer Pengaduk Kalorimeter lengkap Penampang kalorimeter Gambar 1 Stop watch V-3

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL V Harga kapasitas panas termometer K : K = Panas jenis termometer x n ( ml ).( 3 ) Dimana ; Panas jenis termometer = 0,46 kal/ml C = 0,4 J/mL C n : volume termometer yang tercelup dalam kalorimeter Sedangkan panas yang diberikan keping ( tembaga / gelas ) : Q = MC ( T T a ).....( 4 ) Dimana ; M : massa keping C : panas jenis keping Dengan menggunakan Azas Black maka panas jenis keping tembaga dapat ditentukan, jika kapasitas panas kalorimeter H dapat dihitung. Demikian juga panas jenis zat lain, misalnya keping gelas. IV. DAFTAR PUSTAKA 1. Tyler F, A Laboratory Manual of Physics. Sears-Zemansky, College Physics V. TUGAS RUMAH 1. Ada berapa proses perpindahan panas, berikan contohnya? Jelaskan!. Tuliskan bunyi Azas Black yang digunakan pada percobaan ini? 3. Berikan definisi kapasitas panas kalorimeter? Sebutkan satuannya dalam SI! 4. Berikan definisi panas jenis suatu zat? Sebutkan satuannya dalam SI! 5. Misalkan kalorimeter dan pengaduknya terbuat dari Cu, keping-keping yang dimasukkan juga terbuat dari Cu. Dari persamaan ( 1 ), ( ), ( 3 ) dan ( 4 ) serta Azas Black, tentukan panas jenis Cu ( C Cu )! 6. Andaikan kalorimeter terbuat dari aluminium ( Al ), pengaduk terbuat dari Cu, keping-keping yang dimasukkan juga terbuat dari Cu. Tuliskan bentuk persamaan untuk menentukan C Cu! V-4

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL V 7. Seperti pertanyaan no. 5, tetapi keping-keping yang dimasukkan terbuat dari gelas. Tuliskan bentuk persamaan untuk menentukan C gelas! VI. PERCOBAAN YANG HARUS DILAKUKAN Termometer Selang karet Ketel Tabung pemanas Kompor listrik Gambar 1. Catatlah suhu ruang dan tekanan ruang ( sebelum dan sesudah percobaan ).. Isi ketel uap dengan air sampai ¾ dari volumenya ( kira-kira 1000 cc ) terisi. 3. Timbang keping-keping tembaga ( Cu ), lalu masukkan ke dalam tabung pemanas. 4. Pasang pipa penghubung ( selang ) dengan tabung pemanas dan nyalakan kompor, ketel dipanaskan. 5. Timbang kalorimeter kosong ( M k ) dan pengaduknya ( M p ). 6. Isi kalorimeter dengan air ( setengahnya saja ), lalu timbang. Dari sini dapat dicari massa air ( M a ). 7. Amati temperatur keping tembaga dalam tabung pemanas dengan memakai kaca pembesar agar lebih teliti. 8. Amati temperatur kalorimeter mula-mula setiap ½ menit ( 30 detik ) selama 5 menit. 9. Bila temperatur keping tembaga sudah sama dengan temperatur uap air mendidih, masukkan keping tembaga ke dalam kalorimeter dengan cepat dan hati-hati. Amati dan catat temperaturnya. 10. Catat terus kenaikan temperatur setiap ¼ menit ( 15 detik ) hingga mencapai suhu maksimum. Aduk sesekali dengan pelan. V-5

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL V 11. Catat terus penurunan temperatur kalorimeter setiap ½ menit ( 30 detik ) selama 5 menit. 1. Ukur volume termometer yang tercelup dalam air di kalorimeter dengan menggunakan gelas ukur. 13. Sambil mengadakan pengamatan ( pada langkah percobaan 10 ), timbang keping gelas dan masukkan ke dalam tabung pemanas. 14. Tambahkan air dalam ketel ( volume mencapai ¾-nya ) supaya tidak habis. 15. Ulangi langkah percobaan 4 dan seterusnya untuk keping gelas. Air dalam kalorimeter diganti dengan air yang baru ( temperatur kamar ). 16. Catat barometer, temperatur ruang, lihat titik didih air dalam tabel. Lihat panas jenis zat padat / cair. V-6

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL V VII. DATA PENGAMATAN TABEL MODUL V (PANAS JENIS ZAT DAN KALORIMETER) KELOMPOK : JURUSAN : Massa Keping (Cu/Fe/Al/Gelas) : P awal : P akhir : Massa Kalorimeter Kosong : T awal : T akhir : Massa Pengaduk : Massa Kalorimeter dan Air : Massa Air : T mula-mula, setiap 30 detik : 1 3 4 5 6 7 8 9 10 T Cu dipanaskan : T kenaikkan kalorimeter tiap 15 detik : 1 3 4 5 6 7 8 9 10 T penurunan kalorimeter tiap 30 detik : 1 3 4 5 6 7 8 9 10 Massa Keping (Cu/Fe/Al/Gelas) : Massa Kalorimeter Kosong : Massa Pengaduk : Massa Kalorimeter dan Air : Massa Air : T mula-mula, setiap 30 detik : 1 3 4 5 6 7 8 9 10 T Cu dipanaskan : T kenaikkan kalorimeter tiap 15 detik : 1 3 4 5 6 7 8 9 10 T penurunan kalorimeter tiap 30 detik : 1 3 4 5 6 7 8 9 10 Tanggal Pengambilan Data : Nama Asisten : Tanda Tangan Asisten : V-7

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL V VIII. TUGAS AKHIR DAN PERTANYAAN 1. Gambarkan penampang tegak kalorimeter serta isinya lengkap dan sebutkan alat-alat tersebut!. Peristiwa perpindahan panas apa saja yang terjadi pada percobaan ini? Jelaskan! 3. Hitung panas jenis tembaga! 4. Hitung panas jenis gelas! 5. Bandingkan panas jenis zat-zat tersebut di atas dengan tabel. Jika hasil perhitungan berbeda dengan hasil dari tabel, berikan pembahasannya mengapa hasil perhitungan berbeda? Sebutkan sebab sumber kesalahannya! 6. Bagaimana dapat mengetahui bahwa temperatur keping sudah sama dengan uap air mendidih? Apakah perlu diadakan koreksi titik didih air ini! Ingat keadaan barometer dalam ruang, berapa titik didih dalam tabel? 7. Buat grafik ( dengan kertas millimeter block ) antara temperatur ( T ) vs waktu ( t ) untuk setiap pengamatan ( seperti pada tabel ) dalam satu grafik! V-8

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL VI MODUL VI HUKUM BOYLE GAY LUSSAC LABORATORIUM FISIKA SEKOLAH TINGGI TEKNIK-PLN 015 VI-1

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL VI MODUL VI HUKUM BOYLE GAY LUSSAC I. TUJUAN Melihat kebenaran hukum Boyle dan Gay Lussac. II. ALAT DAN PERLENGKAPAN 1. Alat hukum Boyle Gay Lussac.. Ketel uap air dengan pipa-pipa ( selang ) karet penghubung. 3. Kompor pembakar bunsen. 4. Waterpass. 5. Termometer. 6. Gelas. III. TEORI Salah satu wujud zat adalah gas. Hukum gerak gas tercakup dalam teori fluida statik dan fluida dinamik. Tetapi untuk gas ada pendekatan lain yaitu dengan permodelan gas sejati sebagai gas ideal yang tidak lain adalah gas sejati pada kondisi tekanan rendah. Dengan permodelan gas ideal ini maka kita mengenal teori kinetik gas ideal dan hukum energi dan pemindahan energi. Dalam modul ini kita akan melihat hukum yang berhubungan dengan besaran makroskopis gas ideal yaitu p ( tekanan ), V ( volume ), T ( temperatur ). Hukum Boyle Gas yang jumlahnya tertentu dan dijaga suhunya tetap, apabila volumenya berubah tekanannya akan berubah juga atau sebaliknya. Ternyata hasil kali tekanan dan volume akan tetap. Secara matematik ditulis : PV = konstan.....( 1 ) Persamaan ( 1 ) ini adalah hukum Boyle. Dalam kenyataannya hukum ini tidak berlaku untuk semua keadaan. Selanjutnya dipostulatkan suatu gas khayal yang VI-

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL VI disebut gas ideal yang mengikuti hukum Boyle secara eksak pada segala macam keadaan. Hanya gas riil dengan tekanan rendahlah yang mendekati gas ideal ini. Harga PV yang konstan ini bergantung pada suhu, makin tinggi suhu makin tinggi juga harganya. Hukum Gay Lussac Pertama-tama Gay lussac memberi pernyataan sehubungan dengan perubahan volume dari suatu gas karena berubahnya suhu. Ia telah mengukur koefisien muai ruang dari berbagai macam gas pada tekanan tetap. Hasil percobaannya dinyatakan dalam bentuk matematik : V = V o { 1 + ( t t o ) }....( ) Dimana ; V : volume pada suhu t C V o : volume pada suhu t o C : koefisien muai ruang gas pada tekanan tetap Persamaan ( ) adalah hukum Gay Lussac. Harga numerik bergantung pada skala suhu yang diambil dan suhu acuan t o. Jika suhu acuan t o diambil 0 C maka persamaan ( ) menjadi : V = V o ( 1 + o t )...( 3 ) o adalah untuk suhu acuan t o = 0 C. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa o ini hampir sama untuk semua gas, yaitu : o = 0,003660 / C atau 73 1 / C Jadi gas yang jumlahnya tertentu, tekanannya tetap, volumenya akan bertambah 1 sebesar 73 dari V o tiap kenaikan suhu 1 C. VI-3

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL VI Hukum Boyle Gay Lussac Dari kedua hukum tersebut dapat dibuktikan bentuk persamaan : PV = nrt... ( 4 ) Dimana ; n : jumlah mol gas R = 0,0807 liter atmosfir/mol C T K = t C + 73 Persamaan ( 4 ) ini disebut persamaan gas ideal. Bentuk lain dari persamaan ini adalah : PV nr.. ( 5 ) T Sehingga dapat diartikan bahwa untuk gas ideal yang jumlahnya tertentu berlaku : PV konstan..( 6 ) T Prinsip Percobaan Untuk membuktikan berlakunya hukum Boyle Gay Lussac di laboratorium dapat dilakukan dengan mengukur tekanan, volume dan suhu gas ( udara ) dalam pipa kapiler pada berbagai keadaan. A B C D Gambar 1 VI-4

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL VI Udara yang tekanan, volume dan suhunya akan diukur berada di dalam pipa kapiler yang ujungnya tertutup ( A ). Di bagian lain dari pipa kapiler berisi air raksa ( BC ) dan kolom udara yang akan diamati berada antara A dan B, ujung lain dari pipa kapiler terbuka. Pipa kapiler terbuat dari kaca sehingga panjang kolom udara dan panjang kolom air raksa dapat dilihat dari luar. Percobaan dilakukan pada dua macam suhu. Pertama pada suhu ruangan, kedua pada suhu uap air mendidih. Suhu uap air mendidih didapat dengan cara memasukkan pipa kapiler pada tabung kaca yang lebih besar dan ke dalam tabung kaca ini dialirkan uap air mendidih yang berasal dari pembangkit uap ( air mendidih dalam ketel pemanas ). IV. DAFTAR PUSTAKA 1. Sears-Zemansky, University Physics, Bab 18. Tyler F, A Laboratory Manual of Physics, 1967 V. TUGAS RUMAH 1. Jelaskan bunyi Hukum Boyle!. Jelaskan bunyi Hukum Gay Lussac! 3. Berilah penjelasan tentang hukum Boyle Gay Lussac ( syarat-syarat, hargaharga konstanta, satuan-satuan dsb )! 4. Dari persamaan ( 1 ) dan ( ) buktikan persamaan ( 4 ) melalui proses temperatur konstan lalu tekanan konstan? VI-5

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL VI VI. PERCOBAAN YANG HARUS DILAKUKAN Termometer Mistar Pipa gelas Pipa kapiler Air raksa Selang karet Ketel Kompor listrik Waterpass Gambar. Alat hukum Boyle Gay Lussac 1. Catatlah suhu ruang dan tekanan ruang ( sebelum dan sesudah percobaan ).. Dengan pertolongan penyipat datar ( waterpass ), buatlah kedudukan pipa : a. Mendatar b. Tegak dengan ujung terbuka ke atas c. Tegak dengan ujung terbuka ke bawah Hitung untuk masing-masing keadaan tersebut panjang AB dan BC. 3. Isi ketel dengan air kira-kira sepertiganya ( jangan terlalu banyak dan jangan terlalu sedikit ). Pasang selang karet pada ketel dan pipa berskala. 4. Nyalakan kompor dan rebuslah air dalam ketel sampai mendidih dan uap masuk ke dalam pipa berskala sampai cukup lama, hingga dapat dipastikan pipa kapiler sudah mencapai suhu uap air. Hal ini dapat dilihat kalau uap air sudah cukup lama mengalir dan tidak lagi terlihat bintik-bintik air dalam VI-6

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL VI tabung kaca. Selain itu hal ini dapat juga dilihat dengan cara memasang termometer di dalam bagian ujung tabung kaca yang terbuka. a. Putar tabung kaca hingga pipa kapiler kedudukan mendatar, uap air harus tetap mengalir. Baca panjang AB dan BC. b. Putar tabung kaca hingga pipa kapiler berkedudukan tegak dengan ujung terbuka ke atas. Baca panjang AB dan BC. c. Putar tabung kaca hingga pipa kapiler berkedudukan tegak dengan ujung terbuka ke bawah. Baca panjang AB dan BC. 5. Amati dan catat sekali lagi suhu ruang dan tekanan barometer. Catatan : 1. Jika pada saat / selama pengamatan ternyata kolom air raksa pecah ( terdapat kolom udara di dalam kolom air raksa ), teruskan percobaan dengan pipa yang sama. A B B C C D Gambar 3 Hanya harus dilakukan koreksi terhadap tekanan. Amati kedudukan A, B, B, C dan C.. Hati-hati dalam keadaan ini, jangan sampai kolom air raksa meloncat ke luar. Apabila percobaan pengamatan telah selesai, segera singkirkan api ( matikan kompor ) dari ketel. Jangan sampai air habis, ketel masih di atas api. VI-7

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL VI VII. DATA PENGAMATAN TABEL MODUL VI (HUKUM BOYLE GAY LUSSAC) KELOMPOK : P awal : P akhir : JURUSAN : T awal : T akhir : No. AB BC Volume (V) Tekanan (p) Suhu (T) pv pv/t Tanggal Pengambilan Data : Nama Asisten : Tanda Tangan Asisten : VIII. TUGAS AKHIR DAN PERTANYAAN Volume kolom udara sama dengan AB x r, dengan r adalah jari-jari lubang pipa kapiler. Jadi volume kolom udara sebanding dengan panjang AB. Tekanan kolom udara sama dengan tekanan barometer, kalau pipa kapiler berkedudukan mendatar. Tekanan kolom udara sama dengan tekanan barometer ditambah tekanan raksa sepanjang BC, kalau pipa kapiler berkedudukan tegak dengan lubang terbuka ke atas. Tekanan kolom udara sama dengan tekanan barometer dikurangi tekanan raksa sepanjang BC, kalau pipa kapiler berkedudukan tegak dengan lubang terbuka ke bawah. VI-8

PRAKTIKUM FISIKA MEKANIKA, FLUIDA & PANAS MODUL VI Suhu kolom udara pada percobaan sama dengan suhu ruang, sedangkan suhu kolom udara pada percobaan 4 tidak diambil dari pengukuran tetapi diturunkan ( melihat tabel ) titik didih air pada tekanan barometer rata-rata. 1. Tuliskan suhu ruang rata-rata ( percobaan 1 dan 5 ) dalam skala Kelvin ( T 1 )!. Tuliskan tekanan ruang rata-rata ( percobaan 1 dan 5 ) dalam satuan mmhg! 3. Cari dalam tabel suhu didih air pada tekanan barometer rata-rata dan tuliskan hasil ini pada lembar kerja ( T )! 4. Tuliskan volume ( dalam bentuk panjang AB x r mm 3 ), tekanan ( mmhg ) dan suhu Kelvin-nya! Suhu untuk percobaan a, b dan c sama yaitu T 1, sedangkan suhu untuk percobaan 4 a, b dan c sama yaitu T. Volume dan tekanan untuk percobaan a, b dan c masing-masing diberi notasi V ( 1a ), P ( 1a ); V ( 1b ), P ( 1b ); V ( 1c ), P ( 1c ). Sedangkan untuk percobaan 4 a, b dan c masing-masing diberi notasi V( a ), P ( a ); V ( b ), P ( b ); V ( c ), P ( c ). 5. Tuliskan nilai-nilai ini pada kolom yang telah disediakan dan lengkapi perhitungan selanjutnya! 6. Setelah melihat hasil perhitungan tekanan kali volume ( PV ), tuliskan pendapat saudara! 7. Bagaimana pendapat saudara setelah melihat hasil perhitungan tekanan kali PV volume bagi suhu ( )! T 8. Hitung koefisien muai ruang udara dan bandingkan harga koefisien muai ruang hasil perhitungan dengan koefisien muai kubik udara menurut literatur! 9. Jika jari-jari lubang pipa kapiler adalah 0, mm, hitung berapa mol udara yang digunakan pada percobaan ini! VI-9