![Hukum Stokes [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/hukum-stokes.jpg)
16 0 436 KB
MODUL II : HUKUM STOKES
BAB I PENDAHULUAN
Tujuan 1. Memahami bahwa benda yang bergerak di dalam fluida akan mendapatkan gaya
gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida . 2. Menentukan koefisien kekentalan (viskositas) dari suatu zat cair dengan menggunakan Hukum Stokes .
Dasar Teori
Setiap benda yang bergerak dalam suatu fluida (zat cair atau gas) akan mendapat gaya gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida tersebut . Gaya gesekan ini sebanding dengan kecepatan relative benda terhadap flu ida . F = konstanta V k «««««««.«..(1) Khusus untuk benda yang berbentuk bola dan bergerak di dalam fluida yang tetap sifat-sifatnya, gaya gesekan yang dialami benda dirumuskan sebagai berikut : F = -6...r . v ««««««««««.(2) Dimana : F = gaya gesekan yang bekerja pada bola = koefisien kekentalan dari fluida
r = jari-jari bola v = kecepatan relative bola terhadap fluida - = tanda negatif menunjukkan arah gaya F berlawanan dengan arah kecepatan Rumus di atas dapat dikenal dengan Hukum
Stokes.
Syarat-syarat yang diperlukan
agar Hukum Stokes dapat berlaku : 1. Ruang tempat fluida terbatas
2. Tidak ada turbulensi di dalam fluida 3. Kecepatan v tidak besar sehingga aliran masih linier
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
MODUL II : HUKUM STOKES
Jika
sebuah benda padat berbentuk bola dilepas pada permukaan zat cair, bola
tersebut akan mendapatkan percepatan . Dengan bertambah besarnya kecepatan bola, maka gaya stokes yang bekerja padanya juga bertambah besar sehingga akhirnya bola akan bergerak dengan kecepatan tetap, yaitu setelah terjadi keseimbangan antara gayagaya berat, Archimedes, dan Stokes pada bola tersebut . Apabila bola bergerak dengan kecepatan tetap, maka persamaan yang berlaku : V=
atau
=
Dimana : V = kecepatan kecepatan tetap bola b = densitas bola f = densitas fluida g = percepatan gravitasi t = waktu yang diperlukan bola untuk menempuh jarak d d = jarak jatuh yang ditempuh bola, dipilih sedemikian rupa sehingga bola telah dapat dianggap bergerak beraturan
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
MODUL II : HUKUM STOKES
BAB II PROSEDUR PERCOBAAN
1. Alat dan bahan
a. Bola b. Hydrometer / thermometer c. Gelang kawat / karet gelang d. Mistar gulung e. Stop watch f .
Larutan gliserin
g. Neraca timbangan h. Mikrometer sekrup i.
2.
Saringan (berbentuk sendok)
Cara Kerja
a. Ukur diameter tiap-tiap bola sebanyak 5 kali dan timbang . b. Catat temperatur zat cair sebelum dan sesudah percobaan dengan alat hydrometer / thermome t hermometer ter . c. Tempatkan gelang kawat / karet gelang melingkar di tabung kira-kira 5 cm dari bawah permukaan zat cair dan sebuah karet gelang lagi di bagian bawah kira-kira 5 cm dari dasar tabung . d. Ukur jarak jatuh d (jarak antara kedua kawat) . e. Masukkan sendok saringan ke dalam tabung, tunggu zat cair seimbang . f .
Ukur waktu jatuh t untuk tiap-tiap bola (sebanyak ditentukan oleh assisten) .
g. Hitunglah dengan persamaan 3 untuk masing-masing bola . h. Hitinglah F dengan persamaan 2 untuk masing-masing bola . i.
Berilah penjelasan mengenai hasil yang Anda dapatkan .
j.
Apa maksud pengukuran temperatur zat cair sebelum dan sesudah percobaan .
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
MODUL II : HUKUM STOKES
BAB III DATA HASIL PERCOBAAN
Suhu awal = 3 10C Suhu akhir = 30,50C Jarak
= 25,3 cm
Bola I
y
n-1 1 2 3 4 5 n=5
Diameter (mm) 5,26 5,38 5,26 5,09 5,09
Massa (g) 0,4 0,4 0,5 0,5 0,4
Waktu (s) 1 1,3 1,2 1,3 1,1
Diameter (mm) 0,044 0,164 0,044 0,126 0,126
7
7
7
7
7
Diameter
Waktu (s) 0,18 0,12 0,02 0,12 0,08
7
Massa
Massa (g) 0,04 0,04 0,06 0,06 0,04
7
7
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
7
7
MODUL II : HUKUM STOKES
Waktu
7
7
y
Bola II
n-1 1 2 3 4 5 n=5
Diameter (mm) 8,45 7,42 8,00 8,33 8,46
Massa (g) 1,3 1,2 1,3 1,2 1,2
Diameter (mm) 0,318 0,712 0,132 0,198 0,328
Massa (g) 0,06 0,04 0,06 0,04 0,04
Waktu (s) 0,04 0,04 0,04 0,06 0,06
7
7
Massa
Waktu (s) 0,4 0,4 0,4 0,3 0,3
7
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
7
7
7
7
MODUL II : HUKUM STOKES
7
Diameter
7
7
Waktu
7
7
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
MODUL II : HUKUM STOKES
Bola III
y
n-1 1 2 3 4 5 n=5
Diameter (mm) 8,03 9,25 9,13 8,27 8,18
Massa (g) 3,1 3 3,2 3 3
Waktu (s) 0,3 0,4 0,4 0,4 0,4
Diameter (mm) 0,542 0,678 0,558 0,302 0,392
Massa (g) 0,04 0,06 0,14 0,06 0,06
7
7
7
7
7
7
Diameter
7
Massa
Waktu (s) 0,08 0,02 0,02 0,02 0,02
7
7
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
7
MODUL II : HUKUM STOKES
Waktu
7
7
Perhitungan : 1) Volume masing-masing bola y
3
3
V1 = 4/3..r = 4/3. 3,14. (0,261 ± 0,863%)
3
= 4/3. 3,14. (0,018 ± 2,589%) = (0,075 ± 2,5 89%) cm
y
3
3
V2 = 4/3..r = 4/3. 3,14. (0,407 ± 1,857%)
3
= 4/3. 3,14. (0,067 ± 5,57 1%) = ( 0,281 ± 5,57 1%) cm
y
V3 = 4/3..r 3 = 4/3. 3,14. (0,429 ± 2,578%)3 3
= 4/3. 3,14. (0,079 ± 7,734%) = ( 0,33 1 ± 7,734%) cm
2) Massa jenis bola y
y
y
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
MODUL II : HUKUM STOKES
3
3) Viskositas (Diket . f = 1,26 g/cm ), (Ref = 4,5 centipoise) y
% Kesalahan =
y
% Kesalahan =
y
% Kesalahan =
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
MODUL II : HUKUM STOKES
4) Kecepatan y
y
y
5) Gaya gesek y
F1 = -6...r .v = -6. 3,14.(0,161 ± 4,773%) . (0,261 ± 0,863%) . (5 ± 4,773%) = (-3,958 ± 4,773%) dyne
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
MODUL II : HUKUM STOKES
y
F2 = -6...r .v = -6. 3,14.(0,082 ± 5,833%) . (0,407 ± 1,857%) . (5,004 ± 5, 833%) = (-3,146 ± 5,833%) dyne
y
F3 = -6...r .v = -6. 3,14.(0,243 ± 7,734%) . (0,429 ± 2,578%) . (5,004 ± 7,734%) = (-9,828 ± 7,734%) dyne
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
MODUL II : HUKUM STOKES
BAB IV PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN
A. PEMBAHASAN
Koefisien viskositas setiap bola bakelit berbeda, karena adanya perbedaan diameter sehingga mengakibatkan massa jenis setiap bola pun berbeda . Gaya gesekan pada setiap benda di dalam fluida dipengaruhi oleh koefisien viskositas dari setiap benda dan diameter bola tersebut . Jika
sebuah benda padat berbentuk bola dilepas pada permukaan zat cair maka
bola tersebut akan mendapat percepatan. Dengan bertambah besarnya kecepatan bola, maka gaya stokes yang bekerja padanya juga bertambah besar sehingga akhirnya bola akan bergerak dengan kecepatan tetap, yaitu setelah terjadi keseimbangan antara gayagaya berat, Archimedes, dan Stokes pada bola tersebut . Viskositas yaitu gaya gesekan pada fluida . Viskositas kecil untuk zat cair yang mudah mengalir, seperti minyak tanah . Viskositas besar untuk molas dan gliserin . Hukum Poiseuille yaitu ³Debit suatu zat cair yang mempunyai kekentalan lewat pipa, berbanding langsung dengan selisih tekanan di ujung dan pangkal pipa, berbanding lurus dengan radius pipa berpangkat 4 serta berbanding terbalik dengan kekentalan zat .´ cair .´
Hukum Stokes berbunyi ³ Jika zat cair yang mempunyai kekentalan mengalir melalui bola secara secara streamline atau bila bola bergerak bergerak di dalam zat cair yang diam, diam, maka bekerjalah gaya gesekan terhadap bola itu .´ Turbulensi adalah keadaan ulak / pergolakan yang terjadi masuknya benda pada
fluida. Aliran berturbulensi adalah aliran yang bergerak ke segala arah dalam satu pusaran. Dalam percobaan Hukum Stokes, objek yang paling baik adalah bola bakelit, karena bentuknya yang tidak rata atau mulus, sehingga gesekan fluida yang diterima oleh bakelit lebih maksimal, jika dibandingkan dengan lempengan yang hanya dua sisi mendapatkan mendapatkan gesekan. Pengukuran temperatur yang dilakukan sebelum dan sesudah percobaan untuk mengetahui apakah ada perubahan suhu selama percobaan . Temperatur mempengaruhi LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
MODUL II : HUKUM STOKES
koefisien kekentalan dari fluida, semakin tinggi temperatur gliserin, kekentalan semakin berkurang.
B. KESIMPULAN y
Faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas : b
Fluida yang digunakan
b
Luas penampang
b
O bjek
yang digunakan
y
Temperatur sedikit banyak ikut mempengaruhi kekentalan dari fluida .
y
Bola bakelit yang bergerak pada suatu fluida akan mendapatkan gaya gesekan
akibat dari adanya viskositas, dan besarnya gaya tersebut berbanding lurus dengan koefisien viskositas. y
Fluida adalah cairan zat yang mempunyai kekentalan.
y
O bjek
yang paling baik dalam percobaan Hukum Stokes adalah bola bakelit,
karena bentuknya yang tidak rata, sehingga gesekan fluida yang diterima oleh bakelit lebih maksimal, jika dibandingkan dengan lempengan yang hanya dua sisi mendapatkan gesekan .
TUGAS AKHIR 1.
Jelaskan
apa yang dimaksud dengan viskositas, turbulensi, hukum Poiseuille, dan
hukum Stokes ? y
Viskositas adalah suatu kekentalan dari suatu fluida dimana kekentalan ini dapat menentukan aliran pada fluida tersebut .
y
Turbulensi adalah gerak bergolak tidak teratur yang merupakan merupakan ciri gerak zat cair/
suatu keadaan cairan/ fluida dalam keadaan tidak tenang terjadi golakan . y
Hukum Poiseuille adalah hukum yang menyatakan bahwa cairan yang mengalir melalui saluran pipa berbanding langsung dengan selisih tekanan di ujung & pangkal pipa, berbanding lurus dengan radius pipa berpangkat 4, serta berbanding terbalik dengan kekentalan zat cair .
y
Hukum Stokes adalah suatu hukum yang dapat digunakan untuk menentukan viskositas dari suatu fluida .
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
MODUL II : HUKUM STOKES
2. Mengapa dalam percobaan hukum Stokes objek yang paling baik adalah bola bakelit ? merata disetiap titi k Bola bakelit merupakan objek yang paling baik karena perjalanan merata sehingga kecepatannya merata tidak terlalu besar sehingga aliran masih linier dalam percobaan hukum Stokes .
3. Apa maksud dari pengukuran temperatur zat cair sebelum dan sesudah percobaan ? Maksud pengukuran temperatur zat cair sebelum dan sesudah percobaan adalah untuk mengetahui apakah terjadi perubahan panas yang akan diakibatkan oleh gaya gesekan bola dengan fluida.
4. Buatlah grafik viskositas ! 0
y
emperatur akhi a khirr = 30,5 C Temperatur
y
Sumbu X = 6, 9
y
Sumbu Y = 19,6
y
Ref . viskositas = 4,5 centipoise/ 4,5 x 10 poise
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
-5
