22 0 469 KB
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR VISCOSITAS ZAT CAIR Dosen Pembimbing: Bapak Johansyah Raviko, ST.
Disusun Oleh : Sindhyvia Irzabella Muliawati
(21901051124)
Rona Prastiogo
(21901051126)
Muhammad Zaenul Mustofa
(21901051128)
Safira Nuha Azhari
(21901051129)
Reza Aprilia
(21901051142)
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ISLAM MALANG TAHUN AJARAN 2020/2021
BAB II VISCOSITAS ZAT CAIR 2.1 Tujuan Percobaan 1.
Menentukan koefisien viscositas zat cair berdasarkan hukum stokes.
2.2 Dasar Teori Jika sebuah bola bergerak di dalam fluida yang diam, maka akan bekerja gaya gesekan pada bola yang menahan gerak bola tersebut. Besar gaya gesek itu diberikan oleh persamaan: F=6πηrV Dimana : η = viskositas fluida r = jari-jari V = kecepatan relatif bola terhadap fluida Hubungan tersebut untuk pertama kalinya dijabarkan oleh Sir Seorge Stokes pada tahun 1845 dan dikenal sebagai hukum stokes. Jika bola tersebut bergerak kebawah ( jauh ) didalam suatu zat cair. Pada saat akan mencapai suatu kecepatan sedemikian hingga bola tersebut tidak lagi mengalami percepatan dan bergerak dengan kecepatan tetep yang dikenal sebagai kecepatan tersebut diberikan oleh persamaan : V=
2
2. r . g ( r−r 0 ) 9π
Sehingga koefisien viskositas zat cair adalah : π=
2
2. r . g ( 0 r−r ) 9V
Dimana: V = kecepatan akhir r = rapat bola 0 r = rapat fluida
Persamaan (3) hanya berlaku untuk suatu ruangan dengan dimensi tak terhingga. Jika bola dalam suatu tabung terhingga dengan jari- jari R, maka Karena pengaruh dinding tabung tersebut kecepatan akhir bola dalam zat cair akan berkurang dengan suatu factor 1/ ( 1 + 2,4 r / R ) dan dari percobaan dapat ditentukan V dengan mengukur jarak jatuh dibagi waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak tersebut sehingga pada akhirnya diperoleh persamaan : η=
0
2 (r−r ) 2. r . g x 9v 1/ (1+2,4 r / R )
Dimana: S = jarak jauh t = waktu yang perlu diperlukan untuk menempuh jarak S 2.3 Alat-alat Tabung gelas berisi zat cair yang akan ditentukan viscositasnya, bola kecil-kecil, caliper micrometer ( mikrometer sekrup ), stopwatch, aerometer, dan neraca.
tembaga
tabung
oli
Gambar 2.1 Alat percobaan Sumber: Lab Teknik UNISMA
Keterangan: 1. Tabung reaksi
36,5 mm
120 cm
Gambar 2.2 tabung reaksi Sumber: https://images.app.goo.gl/ThsR6pxVhhKrK2pZ7 2. Oli ukuran SAE 40 dan oli ukuran SAE 50
Gambar 2.3.3. Oli SAE 40 dan SAE 50 Sumber: https://images.app.goo.gl/rqB878cGfY9nYg9F9
Tabel 2.1 Spesifikasi Oli SAE 40 dan Oli SAE 50 No. 1.
Oli SAE 40
Oli SAE 50
SAE 40 15W-40 yang berarti oli SAE 20W-50 yang berarti oli mampu mampu
mengubah mengubah
kekentalannya
sesuai
kekentalannya sesuai temperatur, temperatur, yakni 20W (winter) pada yakni 15w (winter) pada suhu suhu dingin, dan pada temperatur dingin, dan pada temperatur tinggi kekentalannya akan berubah tinggi
kekentalannya
akan menjadi SAE 50.
berubah menjadi SAE 40. 2.
Oli
jenis
ini
masih
dapat Oli jenis ini masih dapat mengalir
mengalir walaupun temperatur (tidak
membeku)
walaupun
turun hingga -25° C, dan saat temperatur turun hingga -20° C, dan suhu naik mencapai 100° C oli saat suhu naik mencapai 100° C oli jenis
ini
masih
mampu jenis
ini
masih
mampu
mempertahankan kekentalannya mempertahankan kekentalannya. di level 12,5 cSt-16.3 cSt. 15,8 mm
3. Bola besar dan kecil
Masa bola kecil = 8 gram
22,6 mm
Masa bola besar = 45 gram Gambar 2.4 Bola besar dan bola kecil Sumber: Lab Teknik UNISMA 4. Tembaga Panjang = 130 cm
Gambar 2.5 Tembaga Sumber: https://images.app.goo.gl/SeN2TLxXJJNaEJDq6 5. Stopwatch
Gambar 2.3.6. Stopwatch Sumber: https://images.app.goo.gl/aEd8qxk4wjy44JnP6
2.4 Cara Percobaan
1. Menentukan rapat bola-bola kecil dengan menimbangnya dan mengukur diameternya atau menurut yang diberikan oleh asisten, dan pengukuran dilakukan 10 kali. 2. Menetukan rapat zat cair dengan aerometer. 3. Menjatuhkan bola kedalam tabung, setelah mencapai kecepatan akhir mencatat waktu tempuh jarak yang ditentukan oleh asisten praktikum. 4. Dengan persamaan (4) menentukan viscositas zat cair tersebut. 2.5 Data Hasil Percobaan Tabel 2.2 Data Hasil Percobaan
No
Masa Bola (gr)
Diameter (cm)
Masa Jenis Fluida
B. Besar
B. Kecil
B. Besar
B. Kecil
Oli SAE 40
Oli SAE 50
1
45
8
2,26
1,628
40
50
2
45
8
2,26
1,628
40
50
3
45
8
2,26
1,628
40
50
4
45
8
2,26
1,628
40
50
5
45
8
2,26
1,628
40
50
Jumlah
225
40
11,3
8,14
200
250
X
45
8
2,26
1,628
40
50
Tabel 2.3 Hasil Percobaan Bola Besar dan Kecil dalam Oli SAE 50
Bola besar dalam oli SAE 50
Bola kecil dalam oli SAE 50
Jarak
Waktu
kecepatan
Jarak
Waktu
kecepatan
(cm)
(dt)
(cm/dt)
(cm)
(dt)
(cm/dt)
1
120
1,59
75,472
120
1,05
114,286
2
120
1,78
67,416
120
1,12
107,143
3
120
1,54
77,922
120
1,42
84,507
4
120
1,52
78,947
120
1,07
112,150
5
120
1,45
82,757
120
1,23
97,561
Jumlah
600
7,88
382,515
600
5,89
515,646
X
120
1,576
76,503
120
1,178
103,129
No
Tabel 2.4 Hasil Percobaan Bola Besar dan Kecil dalam Oli Sae 40
Bola besar dalam oli SAE 40
Bola kecil dalam oli SAE 40
Jarak
Waktu
kecepata
Jarak
Waktu
kecepatan
(cm)
(dt)
n (cm/dt)
(cm)
(dt)
(cm/dt)
1
120
1,69
71,006
120
1,49
80,537
2
120
1,81
66,298
120
1,23
97,561
3
120
1,51
79,470
120
1,01
118,812
4
120
1,35
88,889
120
1,04
115,385
5
120
1,61
74,534
120
1,01
109,091
Jumlah
600
7,97
380,198
600
5,87
521,385
X
120
1,594
76,040
120
1,174
104,277
No
2.6 ANALISA DATA Tabel 2.5 Jari-jari Bola Besar
No
D
r1
r1
r1 - r1
1
2,26
1,13
1,13
0
2
2,26
1,13
1,13
0
3
2,26
1,13
1,13
0
4
2,26
1,13
1,13
0
5
2,26
1,13
1,13
0
11,3
5,65
5,65
0
r1 5,65 r1 = n = 5 =1,13 cm
r1r1 n
r1 =
=
0 =0 cm 5
r 1 0 x 100 %=0 % r 1,13 1 Rn = x 100% = r1 = r1 r = 1,13 0 dengan Rn = 0 % 1 Tabel 2.6 Jari-jari Bola Kecil
No
D
r1
r1
r1 - r1
1
1,628
0,814
0,814
0
2
1,628
0,814
0,814
0
3
1,628
0,814
0,814
0
4
1,628
0,814
0,814
0
5
1,628
0,814
0,814
0
8,14
4,07
4,07
0
r1 4,07 r1 = n = 5 =0,814 cm
r1r1 n
r1 =
=
0 =0 cm 5
r 1 0 x 100 %=0 % r 0,814 1 Rn = 100% = r1 = r1 r = 0,814 0 dengan Rn = 0 % 1
2.7 Rapat Massa Bola Tabel 2.7 Rapat Massa Bola Besar
No
1
1 – 1
1
7,45
7,45
0
2
7,45
7,45
0
3
7,45
7,45
0
4
7,45
7,45
0
5
7,45
7,45
0
37,25
37,25
0
m 4 = V V = 3 r3
Massa (kontans) = 45 gr Jari-jari (konstan) = 1,13 cm 45
= 4 (3,14 ) .¿ ¿ 3 37,25 3 1 = n = 5 =7,45 gr / cm
1 1 1 =
n
=
0 3 =0 gr /cm 5
1 0 x 100 %=0 % Rn = 1 100% = 7,45
1 = 1 1 = 7,45 0 gr/cm3 Tabel 2.8 Rapat Massa Bola Kecil
No
1
1 – 1
1
3,54
3,54
0
2
3,54
3,54
0
3
3,54
3,54
0
4
3,54
3,54
0
5
3,54
3,54
0
17,7
17,7
0
m 4 = V V = 3 r3
Massa (kontans) = 8 gr Jari-jari (konstan) = 0,814 8
= 4 (3,14 ) .(0,814)3 3
=3,54 gr /cm
3
17,7 3 1 = n = 5 =3,54 gr /cm
1 1 =
n
=
0 3 =0 gr /cm 5
1 0 x 100 %=0 % 3,54 1 Rn = 100% =
1 = 1 1 = 3,54 0 gr/cm3
2.8 Pengukuran Waktu
Tabel 2.9 Hasil Pengukuran Waktu Bola Besar dalam Oli SAE 50
No
t1
t1
t1– t1
1
1,59
1,576
0,014
2
1,78
1,576
0,204
3
1,54
1,576
0,036
4
1,52
1,576
0,056
5
1,45
1,576
0,126
7,88
7,88
0,436
t 1 7,88 t1 = n = ( 5 =1,576 detik )
t1t1 t1 =
n
=
(
0,436 =0,0872 detik ) 5
t 1 0,0872 ( x 100 %=5,5 %) Rn = t 1 100% = 1,576 t1 = t1t1 = 1,576 0,0872 cm/detik Tabel 2.10 Hasil Pengukuran Waktu Bola Kecil dalam Oli SAE 50
No
t1
t1
t1– t 1
1
1,05
1,178
0,128
2
1,12
1,178
0,058
3
1,42
1,178
0,242
4
1,07
1,178
0,108
5
1,23
1,178
0,052
5,89
5,89
0,588
t 1 5,89 t1 = n = ( 5 =1,178 detik )
t 1t 1 n
t1 =
( =
0,588 =0,1176 detik ) 5
t 1 0,1176 ( x 100 %=9,98 %) Rn = t 1 100% = 1,178 t1 = t 1 t1 = 1,178 0,1176 cm/detik Tabel 2.11 Hasil Pengukuran Waktu Bola Besar dalam Oli SAE 40
No
t1
t1
t1– t 1
1
1,69
1,594
0,096
2
1,81
1,594
0,216
3
1,51
1,594
0,084
4
1,35
1,594
0,244
5
1,61
1,594
0,016
7,97
7,97
0,656
t 1 7,97 t1 = n = ( 5 =1,594 detik )
t1t1 t1 =
n
=
(
0,656 =0,1312 detik ) 5
t 1 0,1312 ( x 100 %=8,23 % ) Rn = t 1 100% = 1,594 t1 = t1 t1 = 1,594 0,1312 cm/detik
Tabel 2.12 Hasil Pengukuran Waktu Bola Kecil dalam Oli SAE 40
No
t1
t1
t1– t 1
1
1,49
1,174
0,316
2
1.23
1,174
0,056
3
1,01
1,174
0,164
4
1,04
1,174
0,134
5
1,1
1,174
0,074
5,87
5,87
0,744
t 1 5,87 t1 = n = ( 5 =1,174 detik )
t 1t 1 t1 =
n
=
(
0,744 =0,1488 detik ) 5
t 1 0,1488 ( x 100 %=112,67 %) Rn = t 1 100% = 1,174 t1 = t1 t1 = 1,174 0,1488 cm/detik 2.9 Pengukuran Kecepatan Tabel 2.13 Hasil Pengukuran Kecepatan Bola Besar dalam Oli SAE 50
No
V1
V1
V1– V 1
1
75,472
76,503
1,031
2
67,416
76,503
9,087
3
77,922
76,503
1,419
4
78,947
76,503
2,444
5
82,759
76,503
6,256
382,515
382,515
20,238
V1 =
V 1 382,515 =76,503 cm/detik n = 5
V1 V1 V1 =
n
20,238 =4,048 cm/detik 5
=
V 1 4,048 x 100 %=5,29 % V 76,503 1 Rn = 100% = V1 = V 1 V1 = 76,503 4,048 cm/detik Tabel 2.14 Hasil Pengukuran Kecepatan Bola Kecil dalam Oli SAE 50
No
V1
V1
V1– V 1
1
114,286
103,129
11,156
2
107,143
103,129
4,014
3
84,507
103,129
18,622
4
112,150
103,129
9,020
5
97,561
103,129
5,568
515,646
515,646
48,381
V 1 515,646 =103,129 cm /detik V1 = n = 5
V1 V1 V1 =
n
=
48,381 =9,676 cm/detik 5
V 1 9,676 x 100 %=9,38 % V Rn = 1 100% = 103,129
Tabel 2.15 Hasil Pengukuran Kecepatan Bola Besar dalam Oli SAE 40
No
V1
V1
V1– V 1
1
71,006
76,040
5,034
2
66,298
76,040
9,741
3
79,470
76,040
3,431
4
88,889
76,040
12,849
5
74,534
76,040
1,505
380,198
380,198
32,560
V 1 380,198 =76,04 cm/ detik V1 = n = 5
V1 V1 n
V1 =
=
32,560 =6,512 cm/detik 5
V 1 6,512 x 100 %=8,56 % V Rn = 1 100% = 76,04 V1 = V 1 V1 = 76,040 6,512 cm/detik Tabel 2.16 Hasil Pengukuran Kecepatan Bola Kecil dalam Oli SAE 40
No
V1
V1
V1– V 1
1
80.537
104.277
23.740
2
97.561
104.277
6.716
3
118.812
104.277
14.535
4
115.385
104.277
11.108
5
109.091
104.277
4.814
521.385
521.385
60.912
V 1 521,385 =104,277 cm /detik V1 = n = 5
V1 V1 n
V1 =
=
60,912 =12,182cm/detik 5
V 1 12,182 x 100 %=11,68 % V Rn = 1 100% = 104,277 V1 = V 1 V1 = 104,277 12,182 cm/detik 2.10 Perhitungan 1. Perhitungan untuk percobaan bola besar dan kecil pada oli SAE 50 a. Perhitungan untuk percobaan Bola Besar pada oli SAE 50 diketahui:
r (jari-jari bola besar)
= 1,13
t (waktu bola besar pada oli SAE 50) = 1,576
detik
m (massa bola besar)
= 45
gr
o (rapat masa di SAE 50)
= 50
gr/cm3
(rapat masa bola besar)
= 7,45
gr/cm3
S (jarak)
= 120
cm
g (gravitasi)
= 9,81
m/detik2
R (jari-jari tabung)
= 1,125
cm
Volume bola: 4 4 3 V = 3 r = 3 (3,14) x (1,13)3 = 6,04 cm3 r 0 3 x 6,04=0 cm V = 3 r V = 3 x 1,13
V 1 0 x 100 %=0 % V 6,04 1 Rn = x 100% =
cm
V = V V = 6,04 0 cm3
Rapat Bola Besar m 45 3 = V = 6,04 =7,45 gr /cm =
( ∆mm + 2 ∆Vρ ) = ( 450 +2 6,040 ) x 7,45=0 gr /cm
3
= = 7,45 0 gr/cm3
Viscositas zat cair oli SAE 50 1 2,4r 2 r 2 gt = 9s 2 ( - o) R =2 =
2
(1,13) x 981 x (1,576) 1+ ( 2,4 x 1,13 ) (7,45−50)( ) 9 x 120 x 2 1,125
3948,32 3,712 (−42,55 ) =−256,634 poise 2160 1,125
r R 2r t ∆|ρ−ρ0| r R ρ− ρ r t | | 0 = + + +2x4 = 2.
0 0,0872 0 0 0 + + +2 x 4 + 1,125 1,576 −42,55 1,13 1,125
= 0,0556 poise 1 0,0556 x 100 %=−0,022 % −256,634 Rn = 100% = = = −256,634 0,0556 | poise b. Perhitungan untuk percobaan Bola Kecil pada oli SAE 50 diketahui:
r (jari-jari bola kecil)
= 0,814
cm
t (waktu bola kecil pada oli SAE 50)= 1,178
detik
m (massa bola kecil)
= 8
gr
o (rapat masa di SAE 50)
= 50
gr/cm3
(rapat masa bola kecil)
= 3,54
gr/cm3
S (jarak)
= 120
cm
g (gravitasi)
= 9,81
m/detik2
R (jari-jari tabung)
= 1,125
cm
Volume bola: 4 4 3 V = 3 r = 3 (3,14) (0,814)3 = 2,258 cm3 r 0 3 2,258=0 cm V = 3 r V = 3 0,814
V 1 0 x 100 %=0 % V Rn = 1 100% = 2,258 V = V V = 2,258 0 cm3
Rapat bola kecil m 8 3 = V = 2,258 =3,54 gr /cm 0 x 3,54=0 gr /cm ( ∆mm + 2 ∆Vρ ) = 08 + 2 2,258
=
= = 3,54 0 gr/cm3
Viscositas zat cair oli SAE 50
2r 2 gt 1 2,4 r = 9 s 2 ( - o) R (0,814)2 x 981 x (1,178) =2 (3,54−50)¿ 9 x 120 x 2
3
= 1531,42 (−46,46 ) 2,9536 =−86,481 poise 2160 1,125 2r t ∆|ρ−ρ0| = r + t + |ρ− ρ0| + 2 x 4
=2
r R R r
0 0,1176 0 0 0 + + +2 x 4 + 0,814 1,178 −46,46 0,814 1,125
= 0,0998 poise 0,0998 x 100 %=−0,115 % Rn = 100% = −86,481 = = - 86,481 0,0998 poise 2. Perhitungan untuk percobaan bola besar dan kecil pada oliSAE 40 a. Perhitungan untuk percobaan bola besar pada oli SAE 40 diketahui:
r (jari-jari bola besar)
= 1,13
t (waktu bola besar pada oli SAE 40) = 1,594
detik
m (massa bola besar)
= 45
gr
o (rapat masa di SAE 40)
= 40
gr/cm3
(rapat masa bola besar)
= 7,45
gr/cm3
S (jarak)
= 120
cm
g (gravitasi)
= 9,81
m/detik2
R (jari-jari tabung)
= 1,125
cm
Volume bola: 4 4 V = 3 r3 = 3 (3,14) (1,13)3 = 6,04 cm3 r 0 x 6,04=0 cm3 V = 3 r V = 3 1,13
V 1 0 x 100 %=0 % Rn = V 1 100% = 6,04
cm
V = V V = 6,04 0 cm3
Rapat Bola Besar m 45 3 = V = 6,04 =7,45 gr /cm =
( ∆mm + 2 ∆Vρ ) = 450 +2 6,040 x 7,45=0 gr /cm
3
= = 7,45 0 gr/cm3
Viscositas zat cair oli SAE 40
2r 2 gt 1 2,4 r = 9 s 2 ( - o) R 2
(1,13) x 981 x (1,594) =2 (7,45−40)¿ 9 x 120 x 2
=
3993,41 3,712 (−32,55 ) =−198,562 poise 2160 1,125
r R 2r t ∆|ρ−ρ0| R = r + t + |ρ− ρ 0| + 2 x 4 r =2
0 0,1312 0 0 0 + + +2 x 4 + 1,13 1,594 −32,25 1,13 1,125
= 0,0823 poise 0,0823 x 100 %=−0,0414 % Rn = 100% = −198,562 = = - 198,562 0,0823 poise b. Perhitungan untuk percobaan Bola Kecil pada oli SAE 40 diketahui:
r (jari-jari bola kecil)
= 0,814
cm
t (waktu bola kecil pada oli SAE 40)= 1,174
detik
m (massa bola kecil)
= 8
gr
o(rapat masa di SAE 40)
= 40
gr/cm3
(rapat masa bola kecil)
= 3,54
gr/cm3
S (jarak)
= 120
cm
g (gravitasi)
= 9,81
m/detik2
R (jari-jari tabung)
= 1,125
cm
Volume bola: 4 4 V = 3 r3 = 3 (3,14) (0,814)3 = 2,258 cm3 r 0 2,258=0 cm 3 0,814 V = 3 r V = 3
V 1 0 x 100 %=0 % Rn = V 1 100% = 2,258 V = V V = 2,258 0 cm3
Rapat bola kecil m 8 3 = V = 2,258 =3,54 gr /cm 0 x 3,54=0 gr /cm ( ∆mm + 2 ∆Vρ ) = 08 + 2 2,258
=
= = 3,54 0 gr/cm3
3
Viscositas zat cair oli SAE 40
2r 2 gt 1 2.4 r = 9 s 2 ( - o) R =2 =
2
(0,814) x 981 x (1,174) 1+ ( 2,4 x 0,814 ) (3,54−40)( ) 9 x 120 x 2 1,125
1526,22 2,9536 (−36,46 ) =−67,636 poise 2160 1,125
r R 2r t ∆|ρ−ρ0| r R ρ− ρ r t | | 0 = + + +2x4 =2
0 0,1488 0 0 0 + + +2 x 4 + 0,814 1,174 −36,46 0,814 1,125
= 0,1267 poise
0,1267 x 100 %=−0,187 % Rn = 100% = −67,636 = = -67,636 0,1267 poise 2.11 Kesimpulan Dari percobaan menentukan kofisien viskositas zat cair di atas dapat diketahui: 1. Jika semakin kental suatu fluida, maka semakin besar pengaruhnya terhadap penurunan kecepatan bola yang jatuh di dalamnya. 2. Semakin besar massa bola yang dijatuhkan kedalam fluida, maka semakin besar pula kecepatan bola tersebut. 3. Semakin kecil diameter bola yang dijatuhkan kedalam fluida, maka semakin besar pula kecepatan benda tersebut. Maka data yang di dapat adalah sebagai berikut: 1. Dari hasil analisa, maka dapat disimpulkan : a. Viscositas zat cair pada Oli SAE 50
Pada Bola Besar
0,0556 poise η=¿−256,634 dengan Rn = −0,022 % Rn 0,022% menunjukkan angka koreksi atau angka ketidakpastian sebesar 0,022%.
Pada Bola Kecil
η=¿−86,4810,0998 poise dengan Rn = −0,115 % Rn 0,115% menunjukkan angka koreksi atau angka ketidakpastian sebesar 0,115%. b. Viscositas zat cair pada Oli SAE 40
Pada Bola Besar η=¿−198,562 0,0823∨ poise
dengan Rn = -0,0414 % Rn
0,0414%
menunjukkan
angka
koreksi
atau
angka
ketidakpastian sebesar 0,0414%.
Pada Bola Kecil
η=¿−67,636 0,1267 poise dengan Rn = -0,187 % Rn 0,187% menunjukkan angka koreksi atau angka ketidakpastian sebesar 0,187%. 2.12 Daftar Simbol Tabel 2.16 Simbol Simbol
Keterangan
Satuan
F
Gaya
N
Π
Phi
-
H
Viskositas fluida
poise
R
Jari-jari
cm
V
Kecepatan
m/s
G
Gravitasi
m/s2
o
Rapat massa di SAE
gr/cm3
Rapat bola
gr/cm3
S
Jarak jatuh
cm
T
Waktu
detik/second
Δ
Delta
-
∑
Sigma
-
P
Rapat massa
gr/cm3
R
Jari-jari tabung
cm
Rn
Kesalahan relatif
%
2.13 Daftar Pustaka 1. Penuntun Praktikum Fisika Dasar Universitas Islam Malang