Jawaban LKM 21 [PDF]

Citation preview

JAWABAN LEMBAR KERJA MAHASISWA (LKM) 21 MEKANIKA FLUIDA (Bagian-1) Nama : Akmal Budi Septian Nim



: 2110038



Kelas



: Pendidikan Fisika 1 B



1) Apa bedanya zat padat dan fluida? Zat Padat : keadaan benda di mana volume dan bentuk tetap. Dalam benda padat, atom/molekul berdekatan, atau "keras", tetapi, tidak mencegah benda padat berubah bentuk atau terkompresi. Dalam fase padat, atom memiliki order ruang karena semua benda memiliki energi kinetik, atom dalam benda padat yang paling keras bergerak sedikit, tetapi gerakan ini tak terlihat.



Fluida



: zat yang berubah bentuk secara kontinu (terus menerus) bila terkena tegangan geser, berapapun kecilnya tegangan geser itu. Gaya geser adalah komponen gaya yang menyinggung permukaan, dan gaya ini yang dibagi oleh luas permukaan tersebut adalah tegangan geser rata-rata permukaan tersebut



2) Apa yang dimaksud kerapatan atau massa jenis suatu benda? Apa satuannya? Mengapa konsep massa jenis sangat penting dalam mempelajari fisika? Berikan contohnya! Massa



jenis



atau



mass



density



adalah



ukuran kerapatan



massa setiap



satuan volume benda. Semakin besar masa jenis benda, maka semakin besar pula masa setiap volumenya. Satuan massa jenis berdasarkan sistem satuan internasional adalah Kg/m3 atau Kg·m−3. Massa dengan satuan Kg dan volume satuannya m3.Konversi satuan lain sebagai berikut. ▪



1 Kg/m3 = 0.001 g/cm3



▪



1 g/cm3 = 1000 Kg/m3



▪



1 liter = 1000 mililiter = 1000 cm3



Mengapa hal ini penting dalam fisika ? sebab dalam fisika banyak sekali persoalan – persoalan yang berhubungan dengan benda yang memiliki sifat fisisnya masing-



masing. Untuk mengetahui sifat



fisisnya



tersebut



diperlukan adanya konsep massa jenis untuk bendabenda tertentu. Hal yang perlu diketahui adalah setiap benda memiliki densitas



massa



berbeda-beda. massa



akan



yang Densitas



menentukan



seberapa rapat atau keras material tersebut. Berikut densitas massa dari berbagai bahan dan material.



3) Apa yang dimaksud dengan berat jenis? Apa bedanya berat jenis dengan massa jenis? Apa satuan dari berat jenis? Berat jenis adalah perbandingan relatif antara massa jenis zat dengan massa jenis sebuah air murni. Berat jenis mempunyai rumus m.g/v atau w/v dengan satuan n/m^3 dengan m adalah massa, g adalah gravitasi v adalah volume w adalah weight (berat). Sebenarnya yang dimaksud dengan berat jenis suatu benda yaitu perbandingan massa jenis dari benda itu kepada massa jenis air. Sehingga bisa diartikan, bahwa berat jenis adalah massa jenis relative dari suatu bahan. Oleh karna itu, berat jenis tidak mempunyai satuan. Perbedaan Massa dan Berat Jenis



Massa Jenis –



Massa jenis adalah besaran scalar (hanya mempunyai Nilai)



–



berupa ukuran kelembaman benda. Semakin besar massa benda maka semakin besarkelembamannya.



–



Besar massa dimanapun akan tetap sama.



Berat Jenis –



Termasuk besaran Vektor (mempunyai nilai dan arah)



–



Ukuran besarnya gaya tarik bumi pada suatu benda.



–



Besarnya tergantung dari besarnya percepatan gravitasi dimana benda itu ada.



Massa jenis (rapat massa) didefinisikan sebagai nilai kerapatan massa pada suatu benda dimana bisa dihitung dengan jalan massa zat persatuan volume dari benda itu sendiri.



4) Apakah nilai massa jenis zat padat dan fluida tergantung pada suhu dan tekanan? Mengapa? Bagaimana dengan massa jenis gas? Apakah massa jenis gas tergantung pada suhu dan tekanan? Mengapa? Jelaskan! Pada persoalan fluida dan zat padat yang bergantung suhu dan tekanan jawbannya adalah hampir tidak bergantung pada suhu dan tekanan. Sebab kebanyakan zat padat dan cairan hanya sedikit mengembang bila dipanaskan dan sedikit menyusut bila dipengaruhi pertambahan tekanan eksternal. Perubahan dalam volume juga relative kecil, sehingga dapat dikatakan bahwa fluida dan zat padat hamper sama sekali tidak bergantung pada suhu dan tekanan. Berbeda dengan massa jenis gas.kerapatan gas sangat bergantung pada tekanan dan suhu, sehingga tekanan dan suhu harus dinyatakan bila memberikan kerapatan gas.



5) Sebuah botol 200 mL diisi air yang suhunya 40C. Bila botol dipanaskan sampai suhu 800C, maka 6 g air akan tumpah dari botol tersebut. Anggap pemuaian botolterlalu kecil bila dibandingkan dengan pemuaian air, sehingga pemuaian botol dapat diabaikan. Berapakah massa jenis air pada suhu 800C ?



6) Apakah benda padat dapat berubah bentuk jika diberi gaya? Apa yang dimaksud dengan benda elastik? Apa yang dimaksud dengan batas elastik dari suatu benda?



Ya berubah bentuk dan akan Kembali ke bentuk semula apabila benda tersebut dikenaik gaya yang tidak begitu besar. Benda Elastis adalah benda yang saat diberikan gaya akan mengalami perubahan bentuk dan saat gayanya dihilangkan benda akan kembali ke bentuk awal. Contoh benda Plastis : Pegas, Karet Sedangakan dengan batas elastic suatu benda maksudnya adalah batas maksimum benda untuk mencapai kelastikannya. Sehingga dengan batas ini sama saja dengan batas tegangan dan regangan maksimal yang dimiiliki suatu benda.



7) Apa yg dimaksud dengan tegangan tarik suatu benda? Coba Anda gambarkan bagaimana gaya-gaya teristribusi secara uniform pada benda tersebut!



Tegangan normal adalah intensitas gaya yang bekerja normal (tegak lurus) terhadap irisan yang mengalami tegangan, dan dilambangkan dengan 𝜎 (sigma). Bila gaya-gaya luar yang bekerja pada suatu batang sejajar terhadap sumbu utamanya dan potongan penampang batang tersebut konstan, tegangan internal yang dihasilkan adalah sejajar terhadap sumbu tersebut. Gaya-gaya seperti itu disebut gaya aksial, dan tegangan yang timbul dikenal sebagai tegangan aksial. Tegangan Tarik (Tensile Stress) Apabila sepasang gaya tarik aksial menarik suatu batang, dan akibatnya batang ini cenderung menjadi meregang atau bertambah panjang. Maka gaya tarik aksial tersebut menghasilkan tegangan tarik pada batang di suatu bidang yang terletak tegak lurus atau normal terhadap sumbunya. Berikut persamaan (rumus) tegangan tarik atau tegangan tekan:



Di mana, •



σ adalah tegangan tarik atau tekan dalam pascal.



•



F adalah gaya dalam newton.



•



A adalah luas penampang dalam meter persegi.



8) Apa yang dimaksud dengan regangan suatu benda? Regangan merupakan perubahan bentuk per satuan panjang pada suatu batang. Semua bagian bahan yang mengalami gaya-gaya luar, dan selanjutnya tegangan internal akan mengalami perubahan bentuk (regangan). Misalnya di sepanjang batang yang mengalami suatu beban tarik aksial akan teregang atau diperpanjang, sementara suatu kolom yang menopang suatu beban aksial akan tertekan atau diperpendek. Perubahan bentuk total (total deformation) yang dihasilkan suatu batang dinyatakan dengan huruf Yunani δ (delta). Jika panjang batang adalah L, regangan (perubahan bentuk per satuan panjang) dinyatakan dengan huruf Yunani ε (epsilon), maka: 𝜀=



∆𝐿 𝐿



Perhatikan Gambar 11-2 pada Buku Fisika untuk Sains dan Teknik (TIPLER) Jilid I halaman 386. Gambar tersebut mendeskripsikan grafik tegangan terhadap regangan suatu benda. Analisislah grafik tersebut dan buatlah kesimpulannya!



Dalam daerah deformasi elastis terdapat daerah yang grafiknya linear (garis lurus), yaitu OA. Dari O sampai A berlaku hukum Hooke, dan A disebut batas Hukum Hooke. B adalah batas elastis. Dari O ke B, deformasi (perubahan bentuk) pegas adalah elastis. Ini berarti jika tegangan dihilangkan, pegas akan kembali ke bentuk semula. C adalah titik tekuk (yield point). Di atas titik itu hanya dibutuhkan tambahan gaya tarik kecil untuk menghasilkan pertambahan panjang yang besar. Tegangan paling besar yang dapat kita berikan tepat sebelum kawat patah disebut tegangan maksimum (ultimate tensile stress). Di atas titik itu deformasi pegas adalah plastis. Jika tegangan dihilangkan dalam daerah deformasi plastis, misalnya di titik D, pegas tidak akan kembali ke bentuk semula, melainkan mengalami deformasi permanen. E adalah titik patah. Jika tegangan yang kita berikan mencapai titik E, maka pegas akan patah.



9) Apa yang dimaksud modulus Young suatu bahan? Jika Anda ditugaskan untuk menentukan modulus young suatu bahan, bagaimana rancangan percobaan yang harus Anda buat agar modulus Young bahan tersebut dapat dit bisa ditentukan? Menurut Hooke, perbandingan antara tegangan dan regangan suatu benda disebut modulus Young atau modulus elastisitas benda tersebut. Secara matematis, modulus elastisitas dirumuskan sebagai berikut :



Modulus young =



𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛



atau 𝐸 =



𝑟𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛



𝜎 𝜖



=



𝐹𝐿 𝐴∆𝐿



Menurut Hukum Hooke, gaya pemulih pada pegas yang berada dalam batas elastisnya akan selalu memenuhi persamaan berikut : 𝐹 = −𝑘∆𝐿 Tanda minus (–) persamaan di atas menyatakan arah gaya pemulih yang selalu berlawanan dengan pertambahan panjang pegas. Hubungan antara tetapan pegas dan modulus Young/modulus elastisitas dapat dituliskan sebagai berikut



Sehingga, 𝐸=



𝑘∆𝐿. 𝐿 𝑘𝐿 𝐴𝐸 = →𝑘= 𝐴. ∆𝐿 𝐴 𝐿



10) Otot bisep seseorang mempunyai luas penampang maksimum 12 cm2. Berapakah tegangan otot ketika memberikan gaya 400 N? Dik : 𝐴 = 12 𝑥 10−4 𝑚2 𝐹 = 400 𝑁 Dit : 𝜎 = ? 𝐹



400 𝑁



𝑁



Jwb : 𝜎 = 𝐴 = 12 𝑥 10−4 𝑚2 = 33,33 𝑥 10−4 𝑚2 11) Sebuah benda yang massanya 1000 kg digantungkan pada sebuah kawat baja yang panjangnya 3m dengan luas penampang 0,15 cm2 . Berapakah pertambahan panjang kawat baja tersebut jika modulus Young Baja adalah 2,0 x 1011 N/m2? 𝐷𝐼𝐾: 𝑚 = 1000 𝑘𝑔; 𝐿 = 3 𝑚; 𝐴 = 15𝑥10−6 𝑚2 ; 𝐸 = 2,0 x 1011 N/𝑚2 𝐷𝐼𝑇 ∶ ∆𝐿 ? 𝑚



(𝑝𝑎𝑘𝑎𝑖 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑡𝑎𝑠𝑖 10 𝑠2 ) 𝐽𝐴𝑊𝐴𝐵 ∶ 𝐹 = 𝑚𝑔 = 10.000 𝑁 Lalu cari konstanta pegas k → 𝑘 =



𝐸𝐴 𝐿



N



=



(2,0 x 1011 2 )(15𝑥10−6 𝑚2 ) 𝑚 3𝑚 𝐹



Sehingga menurut hukum hooke 𝐹 = −𝑘∆𝐿 → ∆𝐿 = − 𝑘 = − ∆𝑳 = 𝟎, 𝟎𝟏 𝒎



𝑁



= 106 𝑚



104 𝑁 106



𝑁 𝑚



= 0,01 𝑚



12) Apa yang dimaksud dengan tegangan tekan suatu bahan? Apa yang dimaksud dengan kekuatan tarik atau kekuatan kompressi suatu bahan? Tegangan tekan : Apabila sepasang gaya tekan aksial mendorong suatu batang, akibatnya batang ini cenderung untuk memperpendek atau menekan batang tersebut. Maka gaya tarik aksial tersebut menghasilkan tegangan tekan pada batang di suatu bidang yang terletak tegak lurus atau normal terhadap sumbunya. Kekuatan tarik 𝑹𝒎 (juga kekuatan robek) adalah nilai karakteristik material untuk evaluasi perilaku kekuatan. Kekuatan tarik adalah tegangan tarik mekanis maksimum yang dengannya spesimen dapat dimuat. Jika kekuatan tarik terlampaui, material gagal: penyerapan gaya berkurang sampai spesimen material akhirnya robek. Namun material mengalami deformasi plastis (residual) sebelum mencapai nilai kekuatan tarik yang sebenarnya. Kekuatan tarik ditentukan dalam MPa (megapascal) atau N/mm².



13) Apa yang dimaksud dengan gaya geser? Coba Anda gambarkan gaya geser yang sedang bekerja pada suatu benda! Apa yang dimaksud dengan tegangan geser? Apa yang dimaksud dengan regangan geser? Coba Anda gambarkan tegangan geser dan regangan geser yang sedang bekerja pada suatu benda!



Gaya geser : gaya yang bekerja pada benda secara menyinggung atau sejajai bidang yang ditinjau. Penggambaran gaya geser sebagai berikut :



Tegangan geser : hubungan gaya yang menyinggung permukaan benda per luas penampang tempat gaya beraksi. Gaya yang terjadi memiliki arah



sejajar dengan permukaan, sehingga permukaan benda akan bergeser dan timbul tegangan geser. Regangan geser : perbandingan dari perpindahan dari sudut terhadap dimensi memanjang. Penggambaran tegangan geser dan regangan geser yang sedang bekerja pada suatu benda disebut Modulus Geser



14) Apa yang dimaksud dengan Modulus geser atau modulus torsi suatu benda? Modulus geser adalah satu dari beberapa kuantitas untuk pengukuran kekakuan suatu bahan.



Semuanya



bermula



dari



generalisasi Hukum



Hooke:



Modulus



geser menyatakan respons suatu bahan terhadap tegangan geser (seperti memotong sesuatu dengan gunting yang tumpul).



15) Apa yang dimaksud dengan tekanan ? Apa satuannya? Buktikan bahwa 1 atm = 101,523 kPa! Tekanan dapat didefinisikan sebagai besarnya gaya (F) tiap satuan luas bidang yang 𝐹



𝑁



dikenainya. 𝑃 = 𝐴 Satuan Tekanan adalah Pa atau Pascal atau 𝑚2 . Pembuktian bahwa 1 atm = 101,523 kPa



Dalam SI satuan tekanan adalah Pascal (Pa) yang merupakan satuan gaya dibagi satuan luas atau Newton/meter2 . Jadi massa 1 kg yang bekerja pada satuan luas 1 𝑚2 bertekanan: 𝐹



.𝑃=𝐴=



𝑚𝑔 𝐴



=



1.9,8 1



= 9,8 𝑃𝑎



Satuan tekanan yang lain yang populer dalam teknik adalah bar. Bar ini bisa dikatakan sebagai satuan tekanan untuk mendekati tekanan atmosfir berkaitan dengan Pascal. Satu atmosfir ini sekitar 1,01325.105 atau sekitar 105 Pascal, sehingga 1 bar = 105 Pa. Satuan lain yang juga banyak digunakan adalah kgf/cm2 atau ksc (kg per square cm). Massa 1 kg yang menghasilkan tekanan 9,8 Pa pada permukaan 1 m2 tadi adalah sama dengan 1 kgf/m2 (ksm).



Perlu diingat bahwa satuan ksm, ksc dan psi menggunakan massa bukan berat. Jadi 1 psi adalah tekanan yang ditimbulkan oleh (gaya berat dengan) massa 1 lb (pound) dalam bidang kerja seluas (tegak lurus) 1 inci persegi. Dalam notasi biasanya digunakan f (force) untuk membedakan dari m (mass) untuk konversi massa ke berat dengan faktor 1. Jadi 1 psi maksudnya adalah 1 lbf/in𝑐 2 (pound force per square inch). Demikian pula 1 ksc atau 1 kgf/𝑐𝑚2 adalah tekanan yang ditimbulkan oleh massa 1 kg dalam luas 1 𝑐𝑚2 . Demikian pula dengan ksc; 1 ksm = 1 kgf/𝑚2 = 1 kgf/104 𝑐𝑚2 = 10−4 ksc. Oleh karena itu 1 ksc = 9,8 104 Pa. Satuan berikutnya adalah mmHg atau Torr yang mengacu pada tekanan atmosfir juga, yaitu 1 atm = 760 mmHg. Karena perbandingan massa jenis air dengan air raksa adalah 1:13,595 maka 1 atm juga = 1,03323.104 mm 𝐻2 O. Karena massa jenis air = 1 kg/1000 𝑐𝑚3 , berarti untuk mendapatkan tekanan 1 ksc harus dibentuk melalui 1 kg air yang berada dalam tabung (luas 1 𝑐𝑚2 ) setinggi 1000 cm (104 mm). Jadi 1 ksc = 104 mm 𝐻2 O. 16) Apa yang dimaksud dengan modulus limbak (bulk modulus) suatu bahan? Jelaskan! Modulus bulk adalah perbandingan tegangan dan ragangan volume yang dihasilkan. Secara matematis mobulus bulk didefinisikan sebagai berikut :



17) Apa yang dimaksud dengan kompressibilitas suatu bahan? Jelaskan makna fisisnya bila suatu bahan memiliki nilai kompressibits kecil atau besar! kompressibilitas suatu bahan perubahan volume yang dialami saat mengalami perubahan tekanan. Volume umumnya berkurang ketika tekanan diterapkan ke suatu sistem atau objek. Namun, kadang-kadang terjadi sebaliknya: perubahan tekanan dapat menyebabkan ledakan di mana sistem meningkatkan volume, atau ketika perubahan fase terjadi. 1



∆𝑉



Karena rumusannya adalah 𝑘 = 𝐵 = − 𝑉𝑃 Maka kompresibilitas suatu bahan atau material apabila memiliki nilai kompresibilitas yang besar maka bahan tersebut makin mudah ditekan karena



∆𝑉 𝑉



besar perubahannya



dalam fungsional terhadap tekanan. Artinya apabila nilai k besar maka benda tersebut akan meningkatkan volumenya akibat perubahan tekanan yang terjadi pada benda tersebut. Begitu pun sebaliknya.



18) Perhatikan Gambar 11-4 pada Buku Fisika untuk Sains dan Teknik (TIPLER) Jilid I halaman 390. Buktikan bahwa tekanan di dasar sebesar 𝑃 = 𝑃0 + 𝜌𝑔ℎ! Tekanan akan sebanding lurus dengan ketinggian yang makin tinggi atau dengan kedalaman yang makin dalam, sehingga tekanan dalam kedua hal tersebut akan semakin besar. Pada gambar 11-4 dimana gambar tersebut menunjukkan gambar tabung yang bervolume 𝐴ℎ. Dengan A adalah luas penampang dan h ketinggian tabung.



Telah diketahui sebelumnya bahwa untuk menentukan kerpatan jenis cairan bisa 𝑚



dengan 𝜌 = 𝑉 . Sehingga massa cairan dalam tabung tersebut adalah 𝑚 = 𝜌𝑉. Karena Volume disini merupakan perkalian luas penampang dengan ketinggian maka 𝑚 = 𝐴ℎ𝜌 Sehingga apabila dihubungkan dengan tekanan maka 𝑃 =



𝑚𝑔 𝐴



=



𝐴ℎ𝜌𝑔 𝐴



= ℎ𝑔𝜌



𝑗𝑖𝑘𝑎 𝑃0 adalah tekanan di bagian atas dan P adalah tekanan di dasar, maka gaya neto keatas yang disebabkan oleh beda tekanan ini adalah 𝑃𝐴 − 𝑃0 𝐴. Dengan membuat gaya keatas neto ini sama dengan berat kolom, maka 𝑃 = 𝑃0 + ℎ𝑔𝜌 (𝜌 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛)



19) Jelaskan Hukum Pascal dan penggunaannya dalam kehidupan nyata! Hukum pascal adalah salah satu hukum dalam ilmu fisika yang berhubungan dengan zat cair dan gaya-gaya yang ada padanya. Mempelajari Fisika tidak lengkap jika tidak mengetahui bunyi hukum Pascal. Bunyi hukum pascal adalah: Tekanan yang diberikan pada suatu zat cair didalam suatu wadah, akan diteruskan ke segala arah dan sama besar Penggunaan hukum pascal dalam kehidupan sehari-hari: 1. Dongkrak Hidrolik



2. Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil



3.



Rem Hidrolik



20) Pengisap besar pada sebuah dongkrak hidrolik mempunyai jari-jari 20 cm. Berapakah gaya yang harus diberikan pada pengisap kecil yang berjari-jari 2 cm untuk mengangkat sebuah mobil yang massanya 2000 kg?



Dik : 𝑟1 = 2 𝑐𝑚; 𝑟2 = 20 𝑐𝑚; 𝑚 = 2000 𝑘𝑔 Dit : 𝐹1 = ? 𝐹



𝐹



Jwb : 𝐴1 = 𝐴2 = 1



𝐹1 2𝜋𝑟1 2



2



𝑚𝑔



= = 2𝜋𝑟 2( 2π kedua ruas di coret )



𝐹1 0,0004



2



=



20000 0,04



𝐹1 = 2000 𝑁 21) Apa yang dimaksud dengan Tekanan gauge atau tekanan tolok? Apakah tekanan yang terukur pada ban mobil termasuk tekanan gauge? Mengapa? Jelaskan! Tekanan gauge merupakan kelebihan tekanan di atas tekanan atmosfir. Dalam hal ini tekanan yang terukur dalam ban mobil termasuk teknanan gauge. Sebab Ketika ban mobil kempes, tekanan dalam ban = tekanan atmosfir (Tekanan atmosfir = 1,01 x 105 Pa = 101 kPa). Jika ingin mengunakan ban tersebut sehingga mobil yang “dikendarai” bisa digunakan, maka dirimu harus mengisi ban tersebut dengan udara. Ketika ban diisi udara, tekanan ban pasti bertambah. Nah, ketika tekanan ban menjadi lebih besar dari 101 kPa, maka kelebihan tekanan tersebut disebut juga tekanan gauge.



22) Bagaimana prinsip kerja barometer dalam



mengukur tekanan udara luar?



Jelaskan dan gambarkan! Berkat



penemuan



dari



fisikawan



bernama



Evangelista Torricelli, tekanan atmosfer dapat diukur menggunakan alat yang disebut barometer. Tahun diciptakannya alat tersebut sekitar 1643 dan mulai dimanfaatkan pada abad 19. Nama tersebut merupakan gabungan dua kata dari bahasa Yunani yaitu ‘baros’ yang bermakna bobot dan ‘metron’ yang bermakna ukuran. Sejak dikenal luas, pengembangan terus dilakukan dan tetap digunakan sampai sekarang



Prinsip dan Prosedur Kerja Barometer Prinsip kerja barometer menggunakan teori fisika khususnya tentang hukum kontinuitas, tekanan dan manometer. Alat tersebut didesain dengan tabung kaca setinggi minimal 84 cm. Pada bagian pangkal dibiarkan terbuka sedangkan bagian ujung lain dipasangi dengan reservoir merkuri. Secara garis besar, barometrik bekerja dengan cara menyeimbangkan massa merkuri terhadap tekanan udara. Persis seperti cara kerja timbangan yang Anda sering jumpai. Berikut prosedur kerja 2 jenis barometrik yaitu air raksa dan aneroid: 1. Prosedur Kerja Barometer Air Raksa •



Pertama, alat diposisikan dengan tegak menggunakan bantuan reservoir yang terlebih dahulu diisi dengan air raksa;



•



Selanjutnya, bagian tabung yang kosong akan menghasilkan efek vakum;



•



Ketiga, proses pengukuran tekanan udara akan dimulai saat air raksa menunjukan pergerakan;



•



Apabila air raksa lebih berat dibandingkan tekanan udara di luar, maka level air raksa dalam tabung akan mengalami penurunan;



•



Apabila tekanan air raksa lebih kecil dibandingkan tekanan udara di luar, maka akan mengalami kenaikan level dalam tabung. 2. Prosedur Kerja Barometer Aneroid



•



Pertama, strip pada kedua sisi lempengan logam aneroid dihubungkan ke aliran listrik sebab jenis ini memiliki bentuk berupa cakram tipis dari logam;



•



Selanjutnya, pembacaan tekanan udara terjadi apabila terjadi variasi jarak antara 2 strip pada lempengan logam;



•



Apabila terjadi kenaikan maupun penurunan tekanan udara, maka lempengan logam akan ikut memuai atau menyusut.



Barometer sebagai alat penentu tekanan udara memang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Berkat alat tersebut, para ahli dapat mengetahui pola iklim suatu daerah dan memprediksi



cuaca. Dengan begitu, Anda bisa memperoleh informasi mengenai prakiraan cuaca harian hingga beberapa bulan yang akan datang. 23) Banyak sekali satuan tekanan yang sering digunakan, yaitu : atm, cmHg, Pa, N/m2, torr, bar. Coba Anda ubah 1 atm ke dalam satuan-satuan tekanan yang lain! Pengubahan 1 atm sebagai berikut : = 1.01325 𝑏𝑎𝑟 = 101325 𝑃𝑎 = 760 𝑇𝑜𝑟𝑟 = 760 𝑐𝑚𝐻𝑔 = 101325



𝑁 𝑚2



24) Perhatikan Gambar 11-9 pada Buku Fisika untuk Sains dan Teknik (TIPLER) Jilid I halaman 393. Gambar tersebut mendeskripsikan grafik perubahan tekanan terhadap ketinggian di atas permukaan bumi. Analisislah grafik tersebut dan buatlah kesimpulan! Tekanan sendiri timbul karena adanya tarikan kebawah dari pusat graviasi bumi. Dalam hal ini jelas ketinggian yang relative kecil pasti memiliki tekanan yang lebih besar dibandingkan dengan ketinggian relative besar. Sehingga dalam grafik terlihat bahwa makin tinggi jarak permukaan bumi dari permukaan laut maka tekanannya makin kecil.



Kesimpulannya tekanan berbanding terbalik dengan ketinggian yang makin tinggi pada permukaan bumi.



25) Rancanglah suatu percobaan untuk membuktikan adanya Gaya Apung atau Gaya Archimedes pada suatu fluida! Dan presentasikan rancangan percobaan Anda! Buktikan bahwa besarnya gaya apung atau gaya Archimedes pada suatu benda dalam fluida sama dengan berat fluida yang didesak oleh benda tersebut! Judul Percobaan



: Hukum Archimedes



Tujuan Percobaan : Untuk membuktikan peristiwa tenggelam, melayang dan mengapungnya suatu benda dan Menentukan massa jenis benda. Landasan Teori



1. HUKUM ARCHIMEDES Hukum Archimedes mengatakan bahwa “Jika suatu benda dicelupkan ke dalam sesuatu zat cair, maka benda itu akan mendapat tekanan keatas yang sama besarnya dengan beratnya zat cair yang terdesak oleh benda tersebut”. Ketika suatu benda dimasukkan ke dalam air, ternyata beratnya seolah-olah berkurang. Peristiwa ini tentu bukan berarti ada massa benda yang hilang, namun disebabkan oleh suatu gaya yang mendorong benda yang arahnya berlawanan dengan arah berat benda. Seorang ahli Fisika yang bernama Archimedes mempelajari hal ini dengan cara memasukkan dirinya pada bak mandi. Ternyata, ia memperoleh hasil, yakni beratnya menjadi lebih ringan ketika di dalam air. Gaya ini disebut gaya apung atau gaya ke atas (Fa). gaya apung sama dengan berat benda di udara dikurangi dengan berat benda di dalam air. Persamaan Hukum Archimedes :



Fa = Wu–Wa keterangan Fa = gaya apung atau gaya ke atas (N), Wu = gaya berat benda di udara (N), Wa = gaya berat benda di dalam air (N) Besarnya gaya apung ini bergantung pada banyaknya air yang didesak oleh benda tersebut. Semakin besar air yang didesak maka semakin besar pula gaya apungnya. Hasil penemuannya dikenal dengan Hukum Archimedes yang menyatakan bahwa apabila suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair, baik sebagian atau seluruhnya, benda akan mendapat gaya apung (gaya ke atas) yang besarnya sama dengan berat zat cair yang didesaknya (dipindahkan) oleh benda tersebut. Secara matematis ditulis : FA = ρ.g.V Keterangan : FA = Tekanan Archimedes = N/M2 ρ = Massa Jenis Zat Cair = Kg/M3 g = Gravitasi = N/Kg V = Volume Benda Tercelup = M3



2. KEADAAN BENDA



Tiga keadaan benda di dalam zat cair :



1. Benda terapung Benda dikatakan terapung jika berat jenis benda lebih kecil daripada berat jenis zat cair dan Berat benda sama dengan gaya ke atas zat cair. Pada peristiwa mengapung, hanya sebagian volum benda yang tercelup di dalam fluida sehingga volum fluida yang berpindah lebih kecil dari volum total benda yang mengapung. Karena Vt (volum benda yang tercelup) lebih kecil daripada Vb (volum benda total), maka syarat benda mengapung adalah:



Gaya apung Fa sama dengan berat benda w atau Fa = w



serta massa jenis benda harus lebih kecil daripada massa jenis fluida atau ρb < ρf SECARA UMUM



KETERANGAN



•



pb, rata-rata = pf



pb = massa jenis benda



•



w = Fa



pf = massa jenis fluida w = berat benda Fa = gaya Apung



2.Benda melayang Benda dikatakan melayang jika berat jenis benda sama dengan berat jenis zat cair dan berat benda sama dengan gaya ke atas zat cair Pada peristiwa melayang, volum fluida yang dipindahkan (volum benda yang tercelup) sama dengan volum total benda yang melayang. Karena Vt (volum benda yang tercelup) sama dengan Vb (volum benda total), maka syarat benda melayang adalah: gaya apung Fa sama dengan berat benda w atau Fa = w massa jenis benda harus sama dengan massa jenis fluida atau ρb = ρf



SECARA UMUM



KETERANGAN



•



pb, rata-rata > pf



pb = massa jenis benda



•



w > Fa



pf = massa jenis fluida w = berat benda Fa = gaya Apung



3. Benda Tenggelam Benda dikatakan tenggelam jika berat jenis benda lebih besar daripada berat jenis zat cair dan berat benda lebih besar daripada gaya ke atas zat cair. Pada peristiwa tenggelam, volum benda yang tercelup di dalam fluida sama dengan volum total benda yang mengapung, namun benda bertumpu pada dasar bejana sehingga ada gaya normal dasar bejana pada benda sebesar N. Karena Vt (volum benda yang tercelup) sama dengan Vb (volum benda total), maka syarat benda tenggelam adalah



Gaya apung Fa lebih kecil daripada berat benda w atau Fa < w massa jenis benda harus besar daripada jenis fluida atau ρb > ρf



SECARA UMUM •



pb, rata-rata < pf



•



w = Fa



KETERANGAN pb = massa jenis benda pf = massa jenis fluida w = berat benda Fa = gaya Apung



3. PENURUNAN RUMUS



RUMUS GAYA APUNG



Hukum Archimedes Berlaku Untuk



Fa = Mfg



Semua Fluida



Fa = pfVbfg



Vbf adalah volum



benda yang tercelup dalam FLUIDA Fa = M.f.g



Secara



sistematis,



Fa = pf.Vb.fg



archimedes



Fa = F2 – F1 karena F2 > F1



sebagai berikut :



dapat



hukum ditulis



= pf gh2 A – pf gh1 A = pf gA (h2 – h1)



FA = ρa Va g



= pf gAh sebab h2 – h1 = h



FA = gaya angkat ke atas pada



= pf gVbf



benda (N)



Sebab Ah = Vbf adalah volum



ρ a = massa jenis zat cair



silinder yang tercelup dalam fluida



(kg/m3)



PERHATIKAN



Va = volume zat cair yang



pf Vbf = massa Fluida (Mf)



terdesak (m3)



pf gVbf = berat Fluida yang



g = percepatan gravitasi bumi



dipindahkan benda (Mfg)



(m/s)



26) Sebuah gabus mempunyai kerapatan 200 kg/m3. Carilah bagian volume gabus yang tenggelam bila gabus sedang terapung dalam air! Diketahui : ρb = massa jenis benda 200 kg/m³ ρcair = Massa jenis zat cair = 1000 kg/m³ Ditanyakan : Vb = Volume gabus yang tenggelam = .... Penyelesaian :



Vb tengelam = 200/1000 Vb tengelam = 1/5 bagian Kesimpulan : Bagaian Benda yang tenggelam dalam air adalah 1/5 bagian 27) Sebuah balok dari bahan yang tidak diketahui jenisnya mempunyai berat 3 N jika ditimbang di udara dan mempunyai berat 1,89 N jika ditimbang dalam air. Bahan apakah balok tersebut? Diketahui: wbu= 3 N; wba= 20 N; ρa=1000 kg/m³ Ditanyakan: ρb ? Dijawab:



Langkah awal mencari gaya keatas (Fa): Fa=wbu-wba = 3 – 1,89 = 1,11 N



Langkah selanjutnya mencari volume balok (Vb): Fa = ρa.Vb.g⇒ anggap percepatan gravitasi (g)= 10 m/s² Vb = Fa ρa.g



Vb = 1,11 1000.10 Vb = 1,11 10000 Vb = 0,000111 m³



Maka sudah bisa mencari massa jenis benda: ρb = m V dengan massa (m) = wbu = 3 = 0,3 kg g ρb = 0,3



10



= 2.702.702 kg/m³ (Semen)



0,000111



28) Apa yang dimaksud dengan tegangan permukaan suatu fluida? Bagaimana cara merancang percobaan untuk membuktikan keberadaan tegangan permukaan suatu fluida? Rancanglah percobaan tersebut dan presentasikan! Apa yang dimaksud dengan koefisien tegangan permukaan suatu fluida? Jelaskan!



Tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang yang harus dikerjakan sejajar permukaan untuk mengimbangi gaya tarikan kedalam pada cairan. Hal tersebut terjadi karena pada permukaan, gaya adhesi (antara cairan dan udara) lebih kecil dari pada gaya khohesi antara molekul cairan sehingga menyebabkan terjadinya gaya kedalam pada permukaan cairan (Giancoli,2001). Tegangan permukaan didefenisikan sebagai kerja yang dilakukan dalam memperluas permukaan cairan dengan suatu satuan luas. Satuan untuk tegangan permukaan (Y) adalah J.m-2 atau dyne.cm-1. Metode yang paling umum untuk mengukur tegangan permukaan adalah kenaikan atau penurunan cairan dalam pipa kapiler (Francis Weston, 1994).



Percobaan untuk membuktikan keberadaan tegangan permukaan suatu fluida Uraian Bahan 1. Air Suling (Ditjen POM,1979) Nama Resmi



: Aqua destillata



Nama Lain



: Air Suling



RM / BM



: H2O / 18,02



Pemerian



: Cairan jernih, tidak berwarna, tidak berbau, tidak mempunyai rasa



Penyimpanan



: Dalam wadah tertutup baik



Kegunaan



: Sebagai Pelarut



2. Parafin (Ditjen POM,1979) Nama Resmi



: Parafin



Nama lain



: Paraffinum



Berat molekul



: 0.84–0.89



Pemerian



: Hablur tembus cahaya atau agak buram; tidak berwarna atau putih, tidak berbau, tidak berasa, agak berminyak. Mineral yang sangat sangat halus putih



Kelarutan



: Tidak larut dalam air dan dalam etanol; mudah larut dalam kloroform, dalam eter, dalam minyak menguap, dalam hampir semua jenis minyak lemak hangat; sukar larut dalam etanol mutlak



Penyimpanan



: Dalam wadah tertutup rapat dan cegah pemaparan terhadap panas berlebih



Kegunaan



: Sebagai surfaktan



3. Polysorbatum 80 (Ditjen POM,1979:) Nama Resmi



: Polysorbatum 80



Nama Lain



: Polisorbat 80, tween 80



Pemerian



: Cairan kental, transparan, tidak berwarna hampir tidak mempunyai rasa



Kelarutan



: Mudah larut dalam air, dalam etanol (95%)P dalam etil asetat P dan dalam methanol P, sukar larut dalam parafin cair P dan dalam biji kapas P



Penyimpanan



: Dalam wadah tertutup rapat



Kegunaan



: Sebagai surfaktan



Prosedur Kerja (Anonim, 2013) Tentukan tegangan permukaan zat-zat berikut ini dengan metode kenaikan kapiler: 1. Air 2. Larutan tween 80 dengan konsentrasi 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 dan 10,0 mg/100 ml air 3. Parafin cair



METODE KERJA 1 Alat dan Bahan A. Alat Alat yang digunakan pada percobaan ini yaitu batang pengaduk, botol semprot, cawan petri, Erlenmeyer, gelas ukur, gelas kimia, Mistar penggaris, pipa kapiler, dan pipet tetes. B. Bahan Bahan yang digunakan pada percobaan ini yaitu Aquadest,parafin cair dan tween 80,.



2 Cara Kerja 1. Pembuatan larutan Tween 80 0,5% - 10% a) Disiapkan alat dan bahan b) Ditimbang tween 80 sebanyak 0,5 gr, 1,5 gr – 10 gr c) Dilarutkan dalam 100 mL air suling 2. Penentuan tegangan permukaan a) Disiapkan alat dan bahan b) Diambil 10 mL air suling, paraffin cair, dan larutan tween 80 0,5%10% c) Dimasukkan dalam cawan petri d) Dicelup pipa kapiler sampai cairan sampel naik dan diukur ketinggiannya e) Dihitung tegangan permukaan



HASIL DAN PEMBAHASAN A. Data Pengamatan No



Sampel



H



ρ



(r) cm



(g) cm



1.



Air



1 𝑐𝑚



0,997



0,0575 cm



𝟗𝟖𝟎 𝑐𝑚/𝑠



(𝛾)𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 28,09 𝑑𝑦𝑛𝑒 /𝑐𝑚2



2.



Parafin Cair



0,8 𝑐𝑚



0,89



0,0575 cm



𝟗𝟖𝟎 𝑐𝑚/𝑠



20,06 𝑑𝑦𝑛𝑒 /𝑐𝑚2



3.



0,9 𝑐𝑚



1,08



0,0575 cm



𝟗𝟖𝟎 𝑐𝑚/𝑠



27,38 𝑑𝑦𝑛𝑒



1%



0,8 𝑐𝑚



1,08



0,0575 cm



𝟗𝟖𝟎 𝑐𝑚/𝑠



/𝑐𝑚2



2%



0,9 𝑐𝑚



1,08



0,0575 cm



𝟗𝟖𝟎 𝑐𝑚/𝑠



24,34 𝑑𝑦𝑛𝑒/



3%



0,9 𝑐𝑚



1,08



0,0575 cm



𝟗𝟖𝟎 𝑐𝑚/𝑠



𝑐𝑚2



4%



1,3 𝑐𝑚



1,08



0,0575 cm



𝟗𝟖𝟎 𝑐𝑚/𝑠



5%



1,2 𝑐𝑚



1,08



0,0575 cm



27,38 𝑑𝑦𝑛𝑒/ 𝑐𝑚2



𝟗𝟖𝟎 𝑐𝑚/𝑠



6%



1 𝑐𝑚



1,08



0,0575 cm



𝟗𝟖𝟎 𝑐𝑚/𝑠



7%



1,2 𝑐𝑚



1,08



0,0575 cm



𝟗𝟖𝟎 𝑐𝑚/𝑠



8%



1,1 𝑐𝑚



1,08



0,0575 cm



𝟗𝟖𝟎 𝑐𝑚/𝑠



9%



0,9 𝑐𝑚



1,08



0,0575 cm



𝟗𝟖𝟎 𝑐𝑚/𝑠



10%



1 𝑐𝑚



1,08



0,0575 cm



𝟗𝟖𝟎 𝑐𝑚/𝑠



Tween 80 0,5%



27,38 𝑑𝑦𝑛𝑒/ 𝑐𝑚2 39,55 𝑑𝑦𝑛𝑒/ 𝑐𝑚2 36,51 𝑑𝑦𝑛𝑒/ 𝑐𝑚2 30,42 𝑑𝑦𝑛𝑒/ 𝑐𝑚2 36,51 𝑑𝑦𝑛𝑒/ 𝑐𝑚2 33,47 𝑑𝑦𝑛𝑒/ 𝑐𝑚2 27,38 𝑑𝑦𝑛𝑒/ 𝑐𝑚2 30,42 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2



Keterangan : h



= Ketinggian cairan



ρ



= Bobot Jenis



(r) cm



= Jari-jari Pipa Kapiler



(g) cm



= Gaya Gravitasi



FI IV,1193 : BJ TWEEN 80 : 1,06& 1,09 Dik. Diameter pipa kapiler 1,1 − 1,2mm



1,1 + 1,2 2 𝑑 = 1,15mm 𝑟 = 0,575 𝑚𝑚 = 0,575 𝑐𝑚 𝑔 = 9,8 𝑚/𝑠 = 980 𝑐𝑚/𝑠 Perhitungan a) Tween 80% 1



𝑇𝑤𝑒𝑒𝑛 80 1% 𝛾 = 2 . 𝑟. ℎ. 𝜌. 𝑔 =



1 2



0,0575 𝑥 0,8 𝑥 1,08 𝑥 980



= 24,34 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2



1 𝑇𝑤𝑒𝑒𝑛 80 2% 𝛾 = . 𝑟. ℎ. 𝜌. 𝑔 2 =



1 2



0,0575 𝑥 0,9 𝑥 1,08 𝑥 980



= 27,38 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2



1 𝑇𝑤𝑒𝑒𝑛 80 3% 𝛾 = . 𝑟. ℎ. 𝜌. 𝑔 2 =



1 2



0,0575 𝑥 0,9 𝑥 1,08 𝑥 980



= 27,38 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2



1 𝑇𝑤𝑒𝑒𝑛 80 4% 𝛾 = . 𝑟. ℎ. 𝜌. 𝑔 2 =



1 2



0,0575 𝑥 1,3 𝑥 1,08 𝑥 980



= 39,55 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2



1 𝑇𝑤𝑒𝑒𝑛 80 5% 𝛾 = . 𝑟. ℎ. 𝜌. 𝑔 2



= 1,15𝑚𝑚



=



1 2



0,0575 𝑥 1,2 𝑥 1,08 𝑥 980



= 36,51 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 1 𝑇𝑤𝑒𝑒𝑛 80 6% 𝛾 = . 𝑟. ℎ. 𝜌. 𝑔 2 =



1 2



0,0575 𝑥 1 𝑥 1,08 𝑥 980



= 30,429𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 1 𝑇𝑤𝑒𝑒𝑛 80 7% 𝛾 = . 𝑟. ℎ. 𝜌. 𝑔 2 =



1 2



0,0575 𝑥 1,2 𝑥 1,08 𝑥 980



= 36,51 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 1 𝑇𝑤𝑒𝑒𝑛 80 8% 𝛾 = . 𝑟. ℎ. 𝜌. 𝑔 2 =



1 2



0,0575 𝑥 1,1 𝑥 1,08 𝑥 980



= 33,47 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 1 𝑇𝑤𝑒𝑒𝑛 80 9% 𝛾 = . 𝑟. ℎ. 𝜌. 𝑔 2 =



1 2



0,0575 𝑥 0,9 𝑥 1,08 𝑥 980



= 27,38 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 1 𝑇𝑤𝑒𝑒𝑛 80 10% 𝛾 = . 𝑟. ℎ. 𝜌. 𝑔 2 =



1 2



0,0575 𝑥 1 𝑥 1,08 𝑥 980



= 30,429 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2



b) Parafin cair 1 2



𝑃𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑛 𝛾 = . 𝑟. ℎ. 𝜌. 𝑔 =



1 2



0,0575 𝑥 0,8 𝑥 0,62 𝑥 980



= 13,97 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2



c) Air 1 𝐴𝑖𝑟 𝛾 = . 𝑟. ℎ. 𝜌. 𝑔 2 =



1 2



0,0575 𝑥 1 𝑥 0,997 𝑥 980



= 28,09 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2



•



Kurva Tegangan Permukaan



TEGANGAN PERMUKAAN 45 40 35 30 25



TEGANGA N…



20 15 10 5 0 0



5



10



15



B. Pembahasan



Tegangan permukaan yaitu tegangan yang terjadi karena adanya gaya atau tarikan ke bawah karena molekul ke bawah yang menyebabkan permukaan cairan berkontraksi dan berada dalam keadaan tegang.Tegangan antar muka adalah tegangan yang terjadi antara dua zat cair yang tidak sejenis. Pada umumnya zat cair memiliki permukaan mendatar, tetapi apabila zat cair bersentuhan dengan zat padat atau dinding bejana, maka permukaan bagian tepi yang bersentuhan dengan dinding akan melengkung. Gejala melengkungnya permukaan zat cair disebut dengan ministus.



Ada dua jenis miniskus yaitu miniskus cekung dan miniskung cembung. Miniskus cekung terjadi jika gaya tarik menarik antara partikel zat cair dipermukaan dengan partikel zat padat (gaya adhesi) lebih besar dari pada gaya tarik menarik antara partikelpartikel zat cair (gaya kohesi). Dalam kehidupan sehari-hari tegangan permukaan cairan banyak dimanfaatkan dalam hubungannya dengan kemampuan cairan tersebut membasahi benda. Detergen sintesis modern misalnya, di desain untuk meningkatkan kemampuan air membasahi kotoran yang melekat pada pakaian, yaitu dengan menurunkan tegangan sehingga hasil cucian menjadi bersih. Demikian pula alkohol dan jenis obat antiseptik lainnya, selain dibuat agar memiliki daya bunuh kuman yang baik juga memiliki tegangan permukaan rendah agar membasahi seluruh permukaan luka. Pada percobaan ini dilakukan dengan metode kenaikan kapiler. Tegangan permukaan adalah gaya atau tarikan kebawah yang menyebabkan permukaan cairan berkontraksi den benda dalam keadaan tegang. Hal ini disebabkan oleh gaya-gaya tarik yang tidak seimbang pada antar muka cairan. Gaya ini biasa segera diketahui pada kenaikan cairan biasa dalam pipa kapilerdan bentuk suatu tetesan kecil cairan. tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yang berada dalam keadaan diam (statis). Besarnya tegangan permukaan diperngaruhi oleh beberapa faktor, seperti jenis cairan, suhu, dan, tekanan, massa jenis, konsentrasi zat terlarut, dan kerapatan. Jika cairan memiliki molekul besar seperti air, maka tegangan permukaannya juga besar. salah satu factor yang mempengaruhi besarnya tegangan permukaan adalah massa jenis/ densitas (D), semakin besar densitas berarti semakin rapat muatan – muatan atau partikel-partiekl dari cairan tersebut. Kerapatan partikel ini menyebabkan makin besarnya gaya yang diperlukan untuk memecahkan permukaan cairan tersebut. Hal ini



karena partikel yang rapat mempunyai gaya tarik menarik antar partikel yang kuat. Sebaliknya caiarn yang mempunyai densitas kecil akan mempunyai tegangan permukaan yang kecil pula. Konsentrasi zat terlarut (solut) suatu larutan biner mempunyai pengaruh terhadap sifat-sifat larutan termasuk tegangan muka dan adsorbsi pada permukaan larutan. Telah diamati bahwa solut yang ditambahkan kedalam larutan akan menurunkan tegangan muka, karena mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih besar daripada didalam larutan. Sebaliknya solut yang penambahannya kedalam larutan menaikkan tegangan muka mempunyai konsentrasi dipermukaan yang lebih kecil daripada didalam larutan. Cara kerja dari metode kenaikan kapiler ini yaitu disiapkan alat dan bahan yang akan digunakan. Diambil 10 mL air suling, paraffin cair, dan larutan tween 80 0,5%10% kemudian dimasukkan ke dalam cawan petri. Dicelup pipa kapiler sampai cairan sampel naik dan diukur ketinggiannya. Dihitung tegangan permukaan. Adapun hasil percobaan yang diperoleh yaitu pada pada tween 80 1% yaitu 24,34 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 , 2% yaitu 27,38 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 , 3% yaitu 27,38 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 , 4% yaitu 39,55 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 , 5% yaitu 36,51 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 , 6% yaitu 30,42 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 , 7% yaitu 36,51 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 , 8% yaitu 33,47 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 , 9% yaitu 27,38 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 , dan 10% yaitu 30,42 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 . Parafin cair yaitu



13,97 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 dan Air yaitu



28,09 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 . Dari hasil kurva diperoleh tegangan permukaan larutan tween 80 konsentrasi 0,5 %- 10 % tidak konstan terkadang naik terkadang juga turun, sehingga dari kurva tersebut tidak bisa didapatkan nilai KMK. Adapun penambahan tween 80, hasil tegangan permukaan akanberbeda-beda, tergantung pada konsentrasinya. Pada hasil praktikum pengaruh pertambahan tween dapat mempengaruhi tegangan permukaan dari air.



29) Apa yang diamaksud dengan gaya adhesi dan gaya kohesi pada suatu cairan? Kapan permukaan suatu cairan dalam pipa sempit itu bersifat cekung dan kapan bersifat cembung? Jelaskan! Adhesi adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara partikel-partikel yang tidak sejenis. Gaya adhesi akan mengakibatkan sebuah zat dapat menempel pada zat lain, akan tetapi bukan merupakan gaya magnet atau gaya gravitasi bumi. Kohesi adalah gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang sejenis. Berbeda dengan gaya adhesi, maka gaya kohesi akan mengakibatkan sebuah zat tidak dapat menempel pada zat yang lain. Untuk Kapan permukaan suatu cairan dalam pipa sempit itu bersifat cekung dan kapan bersifat cembung? Permukaan air berbentuk cembung terjadi jika kohesi lebih besar daripada adhesi (kohesi adhesi). Sedangkan Permukaan air berbentuk cekung terjadi jika adhesi lebih besar daripada kohesi (adhesi kohesi).



30) Apa yang dimaksud dengan gerakan kapiler atau kapilaritas? Rancanglah percobaan untuk menunjukkan fenomena kapilaritas ini dan presentasikan! Buktikan bahwa naiknya permukaan cairan dalam pipa kapiler dapat dinyatakan :ℎ =



2𝛾 𝒄𝒐𝒔 𝜃𝑐 𝜌𝑔𝑟



!



Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa yang diameternya sangat kecil). Contoh peristiwa kapilaritas antara lain naiknya minyak tanah pada sumbu kompor, naiknya air dari akar ke daun pada tumbuhan melalui pembuluh xylem, Basahnya dinding dalam rumah ketika dinding luar basah terkena air, dll. Permukaan zat cair (contohnya air dan raksa) pada bejana berhubungan yang memiliki pipa kapiler dapat dilihat pada gambar di bawah ini,



Sedangkan pada bejana berhubungan yang tidak memiliki pipa kapiler bila diisi dengan zat cair sejenis dan dalam keadaan diam, maka tinggi permukaan zat cair pada setiap bejana adalah sama. Keadaan itu disebut dengan “asas bejana berhubungan”.



Pembuktian rumus : Apabila gaya kohesi cairan lebih besar dari gaya adhesi, maka permukaan cairan akan melengkung ke atas. Ketika kita memasukan tabung atau pipa tipis (pipa yang diameternya lebih kecil dari wadah), maka akan terbentuk bagian cairan yang lebih tinggi (Lihat digambar di bawah). Dengan kata lain, cairan yang ada dalam wadah naik melalui kolom pipa tersebut. Hal ini disebabkan karena gaya tegangan permukaan total sepanjang dinding tabung bekerja ke atas. Ketinggian maksimum yang dapat dicapai cairan adalah ketika gaya tegangan permukaan sama atau setara dengan berat cairan yang berada dalam pipa. Jadi, cairan hanya mampu naik hingga ketinggian di mana gaya tegangan permukaan seimbang dengan berat cairan yang



ada dalam pipa.



Sebaliknya, jika gaya adhesi lebih besar daripada gaya kohesi cairan, maka permukaan cairan akan melengkung ke bawah. Ketika kita memasukan tabung atau



pipa tipis (pipa yang diameternya lebih kecil dari wadah), maka akan terbentuk bagian cairan yang lebih rendah. Tegangan permukaan menarik pipa ke arah bawah karena tidak seimbang oleh gaya tegangan permukaan yang lain. Sesuai dengan hukum III Newton tentang aksi reaski, pipa akan melakukan gaya yang sama besar pada zat cair, tetapi dalam arah berlawanan. Gaya inilah yang menyebabkan zat cair naik. Zat cair berhenti naik ketika berat zat cair dalam kolam yang naik sama dengan gaya ke atas yang dikerjakan pada zat cair.



w=F Jika massa jenis zat cair adalah ρ, tegangan permukaan γ, sudut kontak θ, kenaikan zat cair setinggi h, dan jari-jari pipa kapiler adalah r, maka berat zat cair yang naik dapat ditentukan melalui persamaan berikut.



w=mg w=ρVg w = ρ π r2 h g



Komponen gaya vertikal yang menarik zat cair sehingga naik setinggi h adalah: F =(γ cosθ) (2π r) → F = 2π r γ cosθ Jika nilai F kita ganti dengan ρπr2hg, maka persamaannya menjadi seperti berikut.



Keterangan:



h: kenaikan/penurunan zat cair dalam pipa (m) γ: tegangan permukaan N/m θ: sudut kontak (derajat)



ρ: massa jenis zat cair (hg/m3) r : jari-jari pipa (m)



31) Berapa tinggi air akan naik dalam pipa kapiler yang berjari-jari 0,1 mm jika sudut kontaknya adalah nol? Dengan memakai 𝛾 = 0,073𝑁/𝑚 untuuk air, didapat: 𝑁 2 (0,0073 𝑚) cos 0°



ℎ= (1000



𝑘𝑔 𝑁 ) (0,0001 𝑚) (9,81 ) 𝑘𝑔 𝑚3



= 0,149 𝑚 = 14,9 𝑐𝑚



33) Seekor serangga air berjalan di permukaan danau. Apa yang menahan serangga itu sehingga ia tidak tenggelam? Ada dua jenis aliran fluida, yaitu aliran turbulen dan aliran nonturbulen. Jelaskan perbedaan kedua aliran tersebut! Rahasia serangga bisa berjalan diatas air adalah karena konsep tegangan air dari materi mekanika fluida. serangga dapat berjalan diatas permukaan air itu disebabkan karena adanya tegangan permukaan air.Tegangan permukaan disebabkan oleh interaksi molekul-molekul zat cair dipermukaan zat cair. Di bagian dalam cairan sebuah molekul dikelilingi oleh molekul lain disekitarnya, tetapi di permukaan cairan tidak ada molekul lain dibagian atas molekul cairan itu. Hal ini menyebabkan timbulnya gaya pemulih yang menarik molekul apabila molekul itu dinaikan menjauhi permukaan, oleh molekul yang ada di bagian bawah permukaan cairan. Sebaliknya jika molekul di permukaan cairan ditekan, dalam hal ini diberi jarum, molekul bagian bawah permukaan akan memberikan gaya pemulih yang arahnya ke atas, sehingga gaya pemulih ke atas ini dapat menopang tubh serangga tetap di permukaan air tanpa tenggelam. Aliran Laminer dan turbulen adalah dua istilah yang digunakan secara luas dalam dinamika fluida. Ketika fluida (cairan atau gas) melewati setiap pipa atau tabung bisa terjadi dalam bentuk aliran laminer atau aliran turbulen. Aliran Laminar dapat digambarkan sebagai aliran cairan setiap kali masing-masing dan setiap partikel milik cairan meluncur secara lancar tanpa saling silang. Aliran turbulen adalah aliran fluida yang ditandai dengan terbentuknya pusaran aliran (turbulensi) karena kecepatannya yang tidak.sama di seluruh lapisan



permukaan fluida. Aliran turbulen ini biasanya terjadi pada aliran yang luas penampangnya semakin kecil. Sedangkan Aliran laminar atau aliran non turbulen adalah aliran fluida yang kecepatannya di sluruh lapisan relatif sama (tidak terjadi pusaran).



Perbedaannya adalah: •



Aliran laminer halus sedangkan aliran turbulen tidak.



•



Partikel fluida dalam aliran laminer tidak saling silang sedangkan partikel aliran turbulen saling silang dalam aliran fluida



•



Kecepatan konstan terjadi pada setiap titik dalam aliran laminer sedangkan disisi lain pada aliran turbulen kecepatan yang berbeda



34) Dalam bab ini, kita hanya akan membahas aliran fluida yang nonturbulen dalam keadaan tunak (steady state), yaitu fluida yang nonviskos (tak kental) dan inkompressibel. Jelaskan maksud dari kedua istilah tersebut! Fluida inviscid adalah fluida yang tidak viscous. Viskositas muncul karena adanya tegangan geser atau gesekan fluida. Fluida seperti udara mempunyai viskositas kecil sehingga dapat diabaikan. Tegangan normal pada fluida inviscid tidak tergantung pada arah. Aliran inviscid digunakan dalam mengembangkan persamaan Bernoulli. Fluida yang incompressible adalah fluida yang kerapatannya konstan terhadap perubahan tekanan. Contoh fluida incompressible adalah air.



35) Perhatikan Gambar 11-15 pada Buku Fisika Untuk Sains dan Teknik (TIPLER) Jilid I halaman 401 . Gambar tersebut mendeskripsikan aliran fluida inkompressibel dalam pipa yang luas penampangnya berubah-rubah. Buktikan bahwa 𝐴1 𝑣1 = 𝐴2 𝑣2 ! Pada bayangan bagian kiri menunjukkan volume fluida yang mengalir ke dalam pipa di titik 1 dalam waktu ∆𝑡. jika kelajuan fluida di titik ini adalah 𝑣1 dan luas penampang pipa adalah 𝐴1 . maka volume yang mengalir ke dalam pipa dalam waktu ∆𝑡 adalah ∆𝑉 = 𝐴1 𝑣1 ∆𝑡



Karena diasumsikan fluida adalah inkompresibel, maka volume fluida yang sama harus mengalir keluar pipa di titik 2 seperti di tiik 1. Karena volume ini sama di kedua titik maka, ∆𝑉1 = ∆𝑉2 𝐴1 𝑣1 ∆𝑡 = 𝐴2 𝑣2 ∆𝑡 𝐴1 𝑣1 = 𝐴2 𝑣2 36) Untuk aliran fluida inkompressibel : 𝐴𝑣 = 𝐾 (konstan). Persamaan ini sering disebut persamaan kontinuitas. Mengapa disebut persamaan kontinuitas? Jelaskan! Karena pada fluida inkompresibel besaran 𝐴𝑣 sama ditiap titik, sehingga dapat dikatakan besaran 𝐴𝑣 konstan di setiap titik. Kekonstanan ini dinamakan laju aliran volume 𝑙𝑣 pada fluida inkomprsibel. 37) Darah mengalir dalam pembuluh darah yang jari-jarinya 1,0 mm dengan kecepatan 30 cm/s. Berapakah laju aliran volumenya? 𝑙𝑣 = 𝑣𝐴 = (0,3



𝑚 𝑚3 ) 𝜋(10−6 𝑚2 ) = 9,42 𝑥 10−7 𝑠 𝑠



38) Darah mengalir dari pembuluh darah yang besar dengan jari-jari 0,3 mm dengan kelajuan 10 cm/s ke dalam pembuluh darah yang jari-jarinya 0,2 mm akibat penebalan dinding pembuluh darah (arteriosclerosis). Berapakah kelajuan darah di pembuluh darah yang kecil? A1V1 = A2V2 V2 = A1.v1/A2 V2= (0,3 cm)(10 cm/s) / (0,2 cm) V2= 22,5 cm/s 39) Perhatikan Gambar 11-17 pada Buku Fisika Untuk Sains dan Teknik (TIPLER) Jilid I halaman 403. Gambar tersebut mendeskripsikan fluida yang bergerak dalam pipa yang ketinggian dan luas penampangnya berubah. Buktikan bahwa : 1



𝑃 + 𝜌𝑔𝑦 + 2 𝜌𝑣 2 = 𝑘!



40) Apa yang dimaksud dengan Hukum Toricelli? Jelaskan dan gambarkan! Teorema Torricelli menyatakan bahwa kecepatan semburan air melalui lubang yang berjarak h dari permukaan air sama dengan kecepatan jatuh bebas air dari ketinggian h.



41) Apa yang dimaksud dengan efek venturi? Jelaskan dan gambarkan!



Efek venturi adalah suatu penurunan dari tekanan fluida yang terjadi ketika fluida tersebut bergerak melalui suatu pipa yang menyempit. Efek tersebut pertama kali ditemukan oleh Giovanni Battista Venturi pada abad ke-19. Kecepatan fluida dipaksa meningkat untk mempertahankan debit fluida yang sedang bergerak tersebut, sementara tekanan pada bagian sempit ini harus turun akibat pemindahan dari energi potensial tekanan menjadi suatu arus energi kinetik.



42) Air bergerak melalui sebuah pipa dengan kecepatan 4 m/s pada tekanan 200 kPa. Pipa menyempit menjadi setengah diameternya mula-mula. Berapa kelajuan dan tekanan air dalam pipa yang sempit? Dik : v₁ = 4 m/s; P₁ = 200 kPa = 200000 Pa; 2D₁ = D₂ → 2r₁ = r₂ Dit : v₂ = ............? P₂ = ............? Jwb : a. Mencari kecepatan di pipa kecil A₁ • v₁ = A₂ • v₂ r₁² • v₁ = r₂² • v₂ (2r)² • 4 = r² • v₂ 4r² • 4 = r² • v₂ 16r² = r² • v₂ v₂ = 16 m/s



b. Mecnari tekanan di pipa kecil P₁ + ρ • g • h₁ + ½ • ρ • v₁² = P₂ + ρ • g • h₂ + ½ • ρ • v₂² P₁ + ½ • ρ • v₁² = P₂ + ½ • ρ • v₂²



200000 + ½ • 1000 • 4² = P₂ + ½ • 1000 • 16² 200000 + 8000 = P₂ + 128000 208000 - 128000 = P₂ P₂ = 80000 Pa P₂ = 80 kPa



43) Berikan contoh nyata efek venturi dalam kehidupan sehari-hari atau dalam teknologi! 1. Karburator 2. Venturimeter 3. Tabung pitot 4. Penyemprot parfum 5. Gaya angkat pesawat terbang 6. Minuman Dengan Pipet atau Penyedot



44) Ketika Anda memukul bola pingpong dengan bet, anda akan melihat bahwa gerakan bola pingpong akan melengkung, mengapa hal ini terjadi? Jelaskan! Dalam kerangka bola, bola sebetulnya tidak hanya bergerak stationer tetapi juga bergerak dengan memutar pada porosnya. Karena bola pada kenyataannya ketika dipukul kedepan pasti ada gaya hambat oleh udara maka hal ini membuat bola tersebut bergesekan dengan udara. Karena bola menyeret udara disekitarnya maka bola memubat kelajuan di salah satu sisinya lebih besar dari pada sisi lainnya. Akibat hal tersebut tampak bola seperti melengkung ketika dihempaskan ke depan.



45) Apa yang dimaksud dengan aliran viskos? Aliran viscous merupakan aliran yang dipengaruhi oleh kekentalan fluida atau dikatakan sebagai aliran yang real. Aliran viskos di mana kekentalan nya diperhitungkan.



46) Apa yang dimaksud dengan koefisien viskositas untuk fluida? Koefisien viskositas merupakan nilai kekentalan fluida. Semakin besar nilai koefisien viskositasnya, maka semakin kental pula fluida tersebut.



47) Apa yang dimaksud dengan Hukum Poiseuille? Jelaskan! Hukum Poiseuille menyatakan bahwa cairan yang mengalir melalui saluran pipa akan berbanding langsung dengan penurunan tekanan sepanjang pipa dan pangkat empat jari-jari pipa. Hukum Poiseuille sangat berguna untuk menjelaskan mengapa pada penderita usia lanjut mengalami pingsan (akibat tekanan darah meningkat); mengapa daerah akral/ujung suhunya dingin. Namun demikian hukum Poiseuille ini hanya bisa berlaku apabila aliran zat cair itu laminer dan harga Re (Reynold) = 2000



48) Apa yang dimaksud dengan Bilangan Reynolds? Jelaskan! Bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya inersia (vsρ) terhadap gaya viskos (μ/L) yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan ini digunakan untuk mengidentikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar dan turbulen. Namanya diambil dari Osborne Reynolds (1842–1912) yang mengusulkannya pada tahun 1883.



Bilangan Reynold merupakan salah satu bilangan tak berdimensi yang paling penting dalam mekanika fluida dan digunakan, seperti halnya dengan bilangan tak berdimensi lain, untuk memberikan kriteria untuk menentukan dynamic similitude. Jika dua pola aliran yang mirip secara geometris, mungkin pada fluida yang berbeda dan laju alir yang berbeda pula, memiliki nilai bilangan tak berdimensi yang relevan, keduanya disebut memiliki kemiripan dinamis.



49) Mengapa pesawat bisa terbang? Jelaskan! Pesawat bisa terbang karena ada momentum dari dorongan horizontal mesin pesawat (engine), kemudian dorongan engine tersebut akan menimbulkan perbedaan kecepatan aliran udara dibawah dan diatas sayap pesawat. Kecepatan udara diatas sayap akan lebih besar dari dibawah sayap di karenakan jarak tempuh lapisan udara yang mengalir di atas sayap lebih besar dari pada jarak tempuh di bawah sayap, waktu tempuh lapisan udara yang melalui atas sayap dan di bawah sayap adalah sama . Menurut hukum Bernoully , kecepatan udara besar menimbulkan tekanan udara yang kecil. sehingga tekanan udara di bawah sayap menjadi lebih besar dari sayap pesawat bagian atas. Sehingga akan timbul gaya angkat (lift) yang menjadikan pesawat itu bisa terbang. Pesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kelajuan udara yang melalui sayap pesawat tersebut, berbeda dengan roket yang terangkat ke atas karena aksi-reaksi antara gas yang disemburkan roket dengan roket itu sendiri. Roket menyemburkan gas ke belakang (ke bawah), sebagai reaksinya gas mendorong roket ke atas. Jadi



roket tetap dapat terangkat ke atas meskipun tidak ada udara, pesawat terbang tidak dapat terangkat jika tidak ada udara. Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dari pada bagian depan, dan sisi bagian atas yang lebih melengkung dari pada sisi bagian bawahnya. Gambar di bawah adalah bentuk penampang sayap yang disebut dengan aerofoil.



Garis arus pada sisi bagaian atas lebih rapat daripada sisi bagian bawahnya, yang berarti laju aliran udara pada sisi bagian atas pesawat (v2) lebih besar daripada sisi bagian bawah sayap (v1). Sesuai dengan asas Bernoulli



Tekanan pada sisi bagian atas pesawat (p2) lebih kecil daripada sisi bagian bawah pesawat (p1) karena laju udara lebih besar. Beda tekanan p1 – p2 menghasilkan gaya angkat sebesar: F1-F2 = (p1-p2)A , dengan A merupakan luas penampang total sayap.



Pesawat dapat terangkat keatas jika gaya angkat lebih besar daripada berat pesawat, jadi apakah suatu pesawat dapat atau tidak tergantung pada berat pesawat, kelajuan pesawat dan ukuran sayapnya. Makin besar kecepatan pesawat, makin besar kecepatan udara dan ini berarti bertambah besar sehingga gaya angkat (F1-F2 > mg), Jika pesawat telah berada pada ketinggian tertentu dan pilot ingin mempertahankan ketinggiannya (melayang di udara), maka kelajuan pesawat harus diatur sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama dengan berat pesawat (F1-F2 = mg).