Laporan Percobaan 1: Viskositas Cairan Newton
Percobaan
ini bertujuan untuk menentukan koefisien viskositas bermacam-macam cairan
dengan menggunakan Hukum Stokes dan menyelidiki pengaruh temperatur terhadap
viskositas cairan. Viskositas merupakan gesekan antara bagian-bagian atau lapisan-lapisan
cairan atau fluida pada umumnya, yang bergerak satu terhadap yang lain. Gesekan
atau hambatan tersebut ditimbulkan oleh gaya tarik menarik antara
molekul-molekul di suatu lapisan dengan molekul-molekul di lapisan lain.
Viskositas zat cair akan berkurang dengan cepat bila temperatur bertambah.
Percobaan
ini dilakukan dengan menjatuhkan bola baja dengan ukuran yang berbeda ke dalam
viskosimeter yang berisi cairan dengan pengukuran waktu dan jarak tertentu.
Fluida yang digunakan adalah minyak goreng dan oli yang memiliki kerapatan
jenis yang berbeda. Bola baja yang digunakan adalah bola baja berkuran besar
dan kecil yang memilki kerapatan jenis yang bebeda. Penggunaan bola baja
bertujuan untuk mengimbangi kekentalan minyak goreng dan oli sehingga berat
dari bola baja dapat melawan gaya apung fluida yang lebih besar. Luas permukaan
bola baja besar yang lebih luas daripada luas permukaan bola baja kecil
mengakibatkan bola baja besar memiliki kecepatan bergerak yang lebih lambat
daripada bola kecil dalam suatu fluida. Minyak goreng memiliki koefisien
viskositas yang lebih kecil daripada oli, sehingga bola dapat bergerak lebih
cepat dalam minyak goreng daripada dalam oli.
Kata kunci: viskositas, Hukum Stokes,
fluida.
PERCOBAAN
1
VISKOSITAS
CAIRAN NEWTON
1.1 PENDAHULUAN
1.1.1 Tujuan Percobaan
Tujuan dari
percobaan ini adalah untuk menentukan
koefisien viskositas bermacam-macam cairan dengan menggunakan Hukum Stokes.
1.1.2 Latar Belakang
Viskositas
merupakan gesekan antara satu lapisan dengan lapisan lain dengan atau di lam
fluida. Setiap cairan memiliki gaya gesek fluida yang berbeda-beda. Di dalam
viskositas sangat dipengaruhi oleh kecepatan benda yang sedang diteliti.
Viskositas sangat berperan dalam kehidupan sehari-hari, terutama pada
industri-industri kimia.
Gaya gesek
fluida (disebut juga gaya gesek Newton) yang dialami oleh benda berbanding
lurus dengan kecepatan. Cairan dalam hal ini disebut cairan Newton. Koefisien
viskositas cairan pun dipengaruhi oleh suhu, karena semakin tinggi suhu,
semakin kecil koefisien viskositas zat cair tersebut. Pada dasarnya dalam
praktikum viskositas ini mahasiswa dituntut untuk bisa membedakan kecepatan
viskositas yang dilakukan untuk mengukur seberapa kental dan bedanya antara
minyak dengan oli. Viskositas dihasilkan dari perpindahan momentum dari satu
lapisan fluida yang bergerak ke lapisan lain (Angreani, 2010).
Setiap cairan
memiliki gaya gesek fluida yang berbeda. Dalam dunia keteknikkimiaan,
viskositas suatu bahan fluida memiliki peran yang penting. Terutama pada
industri-industri kimia yang banyak menggunakan material cair, dimana perlu
adanya pengatur kecepatan material tersebut dapat mengalir. Aliran suatu
material cair (yang digunakan untuk menghasilkan produk) dan kecepatan aliran
tersebut sangat dipengaruhi oleh viskositas, oleh karena itu percobaan ini
menjadi penting untuk dilakukan. Praktikan
diharapkan dapat memahami dengan baik serta mengaplikasikan prinsip dari percobaan ini pada
saat bekerja di bidang industri nantinya.
1.2 DASAR
TEORI
Beberapa cairan dapat mengalir secara cepat,
sedangkan yang lainnya mengalir secara lambat. Cairan-cairan
yang mengalir secara lambat seperti minyak castor, pelumas, ter, dan sebagainya
mempunyai viskositas yang besar. Cairan
yang mengalir secara cepat seperti air, bensin, alkohol, dan sebagainya
mempunyai viskositas yang kecil. Jadi
dapat dikatakan bahwa viskositas cairan menetapkan kecepatan mengalirnya
cairan. Viskositas cairan tidak lain
dari gaya tahan lapisan cairan dengan lapisan lainnya (Sukardjo, 1990).
Viskositas
berkaitan dengan keadaan atau fase viskeus, yakni fase diantara padat dan cair
yang terjadi sewaktu bahan padat menjadi lembek sebelum menjadi cair sewaktu
dipanaskan. Tidak semua bahan padat mengalami fase viskeus sebelum menjadi
cair. Dalam fase viskeus demikian, mengalirnya bahan tidak leluasa seperti
cairan karena adanya hambatan diantara bagian-bagiannya atau antara lapisan-lapisannya
dalam gerakan aliran. Viskositas tak lain membicarakan masalah gesekan antara
bagian-bagian atau lapisan-lapisan cairan atau fluida pada umumnya, yang bergerak
satu terhadap yang lain. Tentunya gesekan atau hambatan tersebut ditimbulkan
oleh gaya tarik menarik antara molekul-molekul di suatu lapisan dengan molekul-molekul
di lapisan lain. Gaya
interaktif itu terutama ialah gaya elektrostatika, yaitu gaya antara
muatan-muatan listrik (Soedojo, 2004).
Bila tegangan geser diberikan kesuatu bagian pada
suatu fluida yang terkurung, fluida itu akan bergerak dan gradien kecepatan
yang terbentuk akan menggambarkan kecepatan maksimum pada titik tempat tegangan
diberikan. Kalau
tegangan geser persatuan luas pada suatu titik
dibagi dengan gradien kecepatan, nisbah yang diperoleh didefinisikan
sebagai viskositas medium yang bersangkutan.
Oleh karena itu, dapat dilihat bahwa viskositas merupakan ukuran gesekan
fluida internal yang cendrung berlawanan dengan setiap perubahan dinamik dalam
gerak fluida; dengan kata lain jika friksi atau gesekan antara lapisan-lapisan
fluida kecil (viskositas rendah), pemberian suatu gaya geser akan menghasilkan
gradien kecepatan besar. Begitu
viskositas bertambah, tiap lapisan fluida mengimbanginya dengan hambatan gesek (frictional drog) terhadap
lapisan-lapisan yang bersebelahan sehingga gradien kecepatan berkurang. Viskositas adalah suatu sifat yang dalam
sakala makro dinamik dan tidak seimbang. Bahkan meskipun viskositas biasanya
diacukan sebagai sifat tidak seimbang, sifat ini juga merupakan fungsi keadaan
fluida, seperti temperatur, tekanan dan volume, dan boleh digunakan untuk mendefinisikan
keadaan suatu bahan. Viskositas zat cair berbeda sekali dengan viskositas gas,
yakni secara numerik hanya viskositas zat cair jauh lebih besar, dan harga itu
berkurang dengan cepat bila temperatur bertambah. Gejala viskositas gas pada tekanan rendah
terutama disebabkan oleh berpindahnya momentum akibat tumbukan antaara
molekul-molekul yang begerak secara acak dari satu lapisan kelapisan lain yang
berbeda kecepatan. Perpindahan momentum serupa mungkin juga terdapat pada zat
cair, meskipun biasanya tersamar dibalik medan-medan gaya interaktif antara
molekul-molekul zat cair yang tersusun rapat. Kerapatan zat cair itu mempunyai
sifat sedemikian hingga jarak pisah antar molekul rata-rata tidak jauh berbeda
dari rentang efektif medan-medan gaya semacam itu. Dalam jenis teori belakangan
ini, zat cair diandaikan memiliki kisi beraturan; perpindahan momentumnya
akibat molekul-molekul bergetar dalam struktur kisi; bergerak ke lubang (hole) terdekat, atau kombinasi kedua
peristiwa tersebut. Kisi-kisi yang dipilih sangat beragam dari bentuk kubus
hingga yang menyerupai terowongan sejajar. Dalam salah satu teori yang
terkenal, gerakan dari suatu kedudukan pada kisi kesuatu lubang dipandang
setara dengan reaksi kimia yang diaktifkan. Hingga saat ini belum teori yang
berhasil disederhanakan, yang memungkinkan viskositas zat cair dihitung sebelum
dicoba, sehingga kita terpaksa menggunakan teknik-teknik penggunaan empirik. Metode-metode
ini tidak bertentangan dengan teori: metode-metode ini hanya memperbolehkan
sebagian dari tetapan teoritias yang tidak diketahui atau tidak dapat dihitung,
dikira-kira secara empirik dari struktur atau sifat-sifat fisik lain (Reid,
dkk, 1991).
Fluida yang riil memiliki gesekan internal yang besarnya
tertentu (viskositas). Viskositas ada pada zat cair
maupun gas, dan pada intinya merupakan gaya gesekan antara lapisa-lapisan yang
bersisian pada fluida pada waktu lapisan-lapisan tersebut bergerak satu
melewati yang lainnya. Pada zat cair, viskositas terutama disebabkan oleh gaya
kohesi antar molekul. Viskositas cairan berbeda-beda, dan dapat dinyatakan
secara kuantitatif oleh koefesien viskositas h (huruf kecil dari abjad yunani ’eta’) yang didefinisikan sebagai
berikut. Satu lapisan tipis fluida ditempatkan antara dua lempeng yang
rata. Satu lempeng diam dan yang lainnya
bergerak dengan laju konstan. Fluida yang langsung bersentuhan dengan setiap
lempeng ditahan pada permukaan oleh gaya adhesi antara zat cair dan
lempeng. Permukaan
atas fluida bergerak dengan kecepatan v yang sama dengan lempeng di
atas, sementara fluida yang bersentuhan dengan lempeng yang diam tetap diam. Untuk menggerakkan lempeng yang atas diperlukan gaya V yang untuk
fluida tertentu ternyata f sebanding dengan luas fluida yang bersentuhan dengan
setiap lempeng A dan dengan laju V, dan berbanding terbalik dengan jarak L,
antar lempeng : Foc V A / L. Konstanta pembanding untuk persamaan ini
didesenisikan sebagai koefesien viskositas (Giancoli, 2001).
Viskositas dari cairan dapat ditentukan
dengan bermacam-macam cara. Cara-cara ini berdasarkan hukum stokes atau poiseuille. Alat yang
dipakai disebut viskosimeter. Viskosimeter bola jatuh berdasarkan hukum stokes
sedang viskosimeter ostwald berdasarkan hukum poiseuille (Sukardjo, 1990).
1.3 METODOLOGI
PERCOBAAN
1.3.1 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan
dalam percobaan ini adalah :
1.
Viskometer
bola jatuh, sebagai alat pengukur viskositas.
2. Dua buah bola baja atau besi dengan ukuran besar dan
kecil, sebagai beban yang akan digunakan (media untuk mengetahui viskositas)
dan alat untuk mengetahui kecepatan yang terjadi pada fluida.
3.
Pinset,
sebagai alat untuk menjepit dan pengangkat suatu beban.
4. Stopwatch, berfungsi sebagai penghitung waktu bola
besi saat mulai dilepaskan sampai jatuh ke dasar.
5. Meteran, berfungsi sebagai alat pengukur minyak goreng
dan oli ketika dimasukkan ke dalam viskometer.
6.
Neraca
ohaus, berfungsi untuk menghitung massa dari bola baja besar dan kecil,
menghitung massa minyak goreng dan oli.
7.
Mikrometer
sekrup, untuk menghitung diameter bola baja besar dan kecil.
8.
Minyak
goreng dan oli, sebagai cairan atau fluida tempat jalannya bola baja untuk
sampai ke dasar viskometer.
1.3.3 Prosedur Kerja
1. Menimbang massa masing-masing bola baja.
2. Mengukur diameter masing-masing bola baja besar dan
bola baja kecil.
3. Menimbang gelas ukur kosong pada neraca ohaus.
4. Mengisi minyak goreng ke dalam gelas ukur sebanyak 80
ml.
5. Menimbang gelas ukur yang berisi minyak goreng 80 ml
tadi di neraca ohaus, menghitung massanya.
6. Masukkan oli ke dalam gelas ukur sebanyak 80 ml.
7. Masukkan minyak goreng dan oli yang telah ditimbang
massanya tadi ke dalam viskometer masing-masing, dengan tinggi masing-masing 50
cm.
8. Masukkan bola baja besar ke dalam viskometer yang
berisi minyak goreng. Mengamati kecepatan laju bola dengan stopwatch menghitung
waktunya.
9. Memasukkan bola baja kecil ke dalam viskometer yang
berisi minyak goreng. Mengamati kecepatan laju bola.
10. Melakukan percobaan 9 dan 10 pada viskometer yang
berisi oli.
1.4 HASIL DAN
PEMBAHASAN
1.4.1
Hasil Pengamatan
Tabel
1.1 Hasil Pengamatan Pada
Bola
|
NO
|
Bola
|
Massa
(gr)
|
Diameter
(mm)
|
Jari-jari
(mm)
|
Volume
(mm3)
|
|
1.
2.
|
Besar
Kecil
|
8,3
1,8
|
13,16
8,32
|
6,58
4,16
|
1192,74
301,40
|
Tabel
1.2 Hasil Pengamatan Pada
Fluida
|
NO
|
Fluida
|
Massa
gelas ukur kosong
|
Massa
gelas ukur berisi
|
Massa
Fluida
|
Volume
(ml)
|
|
1.
2.
|
Minyak
goreng
Oli
|
122,4
gr
126
gr
|
194,8
gr
192,8
gr
|
72,4
gr
66,8
gr
|
80
80
|
Tabel
1.3 Hasil Pengamatan
Waktu Jatuhnya Bola Pada Oli
|
NO
|
Jarak
(cm)
|
Waktu
(s)
|
|
|
Bola
Besar
|
Bola
Kecil
|
||
|
1.
2.
3.
|
160
128
88
|
3,52
2,69
1,93
|
5,16
2,58
1,99
|
Tabel
1.4 Hasil Pengamatan
Waktu Jatuhnya Bola Pada Minyak Goreng
|
NO
|
Jarak
(cm)
|
Waktu
(s)
|
|
|
Bola
Besar
|
Bola
Kecil
|
||
|
1.
2.
3.
|
140
90
60
|
2,20
1,29
1,10
|
3,25
1,27
0,80
|
1.4.2 Pembahasan
Viskositas
dapat dianggap sebagai gesekan dalam fluida. Dalam percobaan ini, untuk
mengukur viskositas fluida digunakan viskosimeter bola jatuh yang menggunakan
Hukum Stokes. Tabung viskosimeter yang telah diisi fluida dimasukkan bola baja
ke dalamnya sehingga diketahui kecepatan bola baja tersebut. Fluida yang
digunakan adalah minyak goring dan oli yang memiliki kerapatan jenis berbeda
sehingga viskositas keduanya dapat dibandingkan. Bola baja yang digunakan
adalah bola baja berkuran besar dan kecil yang memilki kerapatan jenis yang
bebeda sehingga dapat mempengaruhi koefisien fluida. Dari perhitungan diperoleh
kerapatan bola baja besar yaitu 6,958 gram/cm3 dan kerapatan bola baja
kecil yaitu 5,9721 gram/cm3.
Percobaan
ini dilakukan dengan pengukuran waktu yang dilakukan bola baja dalam menempuh
jarak tertentu. Penggunaan bola baja bertujuan untuk mengimbangi kekentalan
minyak goreng dan oli sehingga berat dari bola baja dapat melawan gaya apung
fluida yang lebih besar. Jika bola baja beratnya ringan, bola tidak dapat
bergerak lurus karena gaya apung fluida yang lebih besar. Bola baja kecil
memiliki kecepatan yang lebih besar daripada kecepatan bola baja besar dalam
suatu fluida. Hal ini dikarenakan luas permukaan bola baja besar lebih besar
daripada luas permukaan bola baja kecil, sehingga bola baja besar memiliki
kecepatan bergerak yang lebih lambat. Dari hal tersebut dapat diketahui luas
permukaan benda mempengaruhi kecepatan bergerak benda dalam suatu fluida.
Kecepatan
bergerak bola baja dalam minyak goreng
lebih cepat daripada dalam oli. Hal ini dikarenakan bola akan lebih cepat
bergerak pada cairan yang kerapatannya lebih kecil yaitu minyak goreng. Dari
hasil perhitungan diperoleh kerapatan jenis minyak goreng yaitu 0,905 gram/mL
dan kerapatan jenis oli yaitu 0,835 gram/mL. Jarak yang ditempuh bola baja
dalam minyak goreng divariasikan antara 60-140 cm dan dalam oli divariasikan
antara 88-160 cm. Dari hasil perhitungan diperoleh gaya bola besar pada minyak
goreng yaitu 7074,655 dyne, 7075,599 dyne, dan 7074,862 dyne, sedangkan gaya
bola kecil pada minyak goreng yaitu 1496,64 dyne, 1496,269 dyne, dan 1496,559
dyne. Dari hasil perhitungan diperoleh juga gaya bola besar pada oli yaitu
7157,329 dyne, 7157,081 dyne, dan 7157,079 dyne, sedangkan gaya bola kecil pada
oli yaitu 1517,438 dyne, 1517,219 dyne, dan 1517,325 dyne.
Minyak
goreng memiliki koefisien viskositas yang lebih kecil daripada oli, sehingga
bola dapat bergerak lebih cepat dalam minyak goreng daripada dalam oli. Hal
ini sesuai dengan Hukum Stokes yaitu koefisien viskositas berbanding terbalik dengan
kecepatan bergerak benda dalam suatu fluida. Pada minyak goreng, kecepatan
bergerak bola besar berkisar 54,545cm/s-69,767cm/s dan kecepatan bergerak bola
kecil berkisar 43,077cm/s-75cm/s. Pada oli, kecepatan bergerak bola besar
berkisar 45,454cm/s-47,584cm/s dan kecepatan bergerak bola kecil berkisar
31,008cm/s–49,612 cm/s. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi viskositas suatu
fluida yaitu suhu, tekanan, dan densitas fluida. Semakin tinggi suhu, maka
viskositas fluida semakin rendah.
1.5 PENUTUP
1.5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat
diambil dalam percobaan ini adalah :
1. Hukum
yang berlaku pada viskositas adalah hukum Stokes.
2. Gaya
gesek fluida atau gaya gesek Newton berbanding lurus dengan kecepatan.
3. Viskositas
minyak goreng dari bola besar adalah 8,968 poise; 8,181 poise; dan 10,463
poise. Bola kecil sebesar 4,433 poise; 2,694 poise; dan 2,546 poise.
4. Viskositas
oli dari bola besar adalah 12,702 poise; 12,133 poise; dan 12,662 poise. Bola
kecil sebesar 6,244 poise; 3,902 poise; dan 4,378 poise.
5. Gaya
yang didapat masing-masing bola besar dan bola kecil terhadap minyak goreng dan
oli adalah 7074,655 dyne; 7075,599 dyne; 7074,862 dyne; 1496,640 dyne; 1496,269
dyne; 1496,559 dyne; dan 7157,329 dyne; 7157,081 dyne; 7157,079 dyne; 1517,438
dyne; 1517,219 dyne; dan 1517,325 dyne.
1.5.2 Saran
Saran
yang dapat diberikan pada percobaan ini adalah sebaiknya praktikan lebih teliti
dalam melakukan perhitungan waktu.
NB: File diatas ada beberapa yang dihilangkan seperti gambar, karena tidak bisa copy paste langsung. Namun bagi kawan-kawan yang ingin mendownload filenya bisa mendownload file yang aslinya dengan gambar. Silakan download disini
0 komentar:
ANDA SUKA DENGAN ISI ARTIKEL BLOG SAYA?? JANGAN LUPA UNTUK DI KOMEN, LIKE DAN FOLLOW YA. DAN INGAT, HARUS SOPAN. . .
HARAP MENULIS NAMA BILA KOMEN, AGAR KITA LEBIH SALING MENGENAL. SALAM BLOGGING. . .