VISKOMETER STOKES

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Visikositas, merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan didalam fluida. Makin besar visikositas suatu fluida. Makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak didalam fluida tersebut. Visilositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitaif dengan besaran yang disebut koefisien visikositas. Satuan dari SI untuk koefisien visikositas adalah N  atau pascal sekon (pa.s).

Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan v dalam suatu fluida kental yang koefisien visikositasnya  . maka benda tersebut akan mengalami gaya gesekan fluida sebesar fs = k. .v. dengan k adalah konstanta yang bergantung pada bentuk geometris benda. Berdasarkan perhitungan laboratorium. Pada tahun 1845. Sir george stoker menunjukan bahwa untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola nilai k dimasukan kedalam persamaan maka diperoleh persamaan yang dikenal sebagai hukum Stokers.

= 6          R

 

: gaya gesekan stokes (N)

: koefisien visikositas fluida (pa.s)

R: jari-jari bola (m)

: kelajuan bola ( )

Misalnya bola jatuh bebas kedalam fluida. Selamanya geraknya pada bola bekerja beberapa gaya, yaitu gaya berat, gaya ke atas (gaya archimedes), dan gaya stokers. Pada saat bola dijatuhkan dalam fluida. Bola bergerak dipercepat vertikal kebawah. Karena kecepatannya bertambah, maka gaya stokers juga bertambah. Sehingga suatu saat bola berada dalam keadaan seimbang dengan kecepatan tetap. Kecepatan bola pada saat mencapai nilai maksimum dan tetap disebut kecepatan terminal.

Pada saat bola dalam keadaan setimbang maka resultan gaya bekerja pada bola sama dengan nol.

= 0

=

Karena volume bola V =    dan  m = .v, maka :

.1.g (4/3m3) + 6.  3.

6. . .R.v = 4/3 3. b..g – 4/3 3.

Jadi :

1.2 Tujuan

Menentukan koefisien vokositas minyak pelumas

1.3   Alat dan Bahan

~ Gelas ukur                                                     ~ Micrometer skrup
~ Bola plastik                                                   ~ Olie ukuran SAE 40
~ Olie ukuran SAE 20                                      ~ Stopwatch
~ Mistar                                                            ~ Neraca
~ Penjepit                                                         ~ Saringan plastik

1.4   Prinsip Teori

Viskositas ada pada zat cair maupun gas dan pada intinya merupakan gaya gesekan antara lapisan-lapisan yang bersisian pada fluida pada waktu lapisan-lapisan tersebut bergerak satu melewati lainnya. Dengan adanya viskositas, kecepatan lapisan-lapisan fluida tidak seluruhnya sama. Lapisan fluida yang terdekat dengan dinding pipa bahkan sama sekali tidak bergerak (v = 0), sedangkan lapisan fluida pada pusat aliran memiliki kecepatan terbesar. Pada zat cair, viskositas disebabkan akibat adanya gaya-gaya kohesi antar molekul. Tingkat kekentalan suatu fluida dinyatakan oleh koefisien viskositas fluida. Secara matematis, koefisien viskositas bisa dinyatakan dengan persamaan.

Fluida juga sangat dipengaruhi oleh gaya adhesi dan kohesi. Kohesi adalah gaya tarik menarik antara molekul sejenis, sedangkan adhesi adalah gaya tarik menarik antara molekul yang tak sejenis. Gaya adhesi bekerja antara dinding dan lapisan fluida (molekul fluida dan molekul dinding saling tarik menarik). Sedangkan gaya kohesi bekerja di antara selaput fluida (molekul fluida saling tarik menarik).

Karena bagian fluida yang berada di sebelah atas menarik temannya yang berada di sebelah untuk bergeser, sebaliknya bagian fluida yang ada di sebelah bawah menahan temannya yang ada di sebelah atas, maka laju fluida tersebut bervariasi.

Perubahan kecepatan lapisan fluida (v) dibagi jarak terjadinya perubahan l= v/l . v / l dikenal dengan julukan gradien kecepatan. Pelat yang berada di sebelah atas bisa bergerak karena ada gaya tarik (F). Untuk fluida tertentu, besarnya Gaya tarik yang dibutuhkan berbanding lurus dengan luas fluida yang nempel dengan pelat (A), laju fluida (v) dan berbanding terbalik dengan jarak l. Tingkat kekentalan suatu fluida dinyatakan oleh koefisien viskositas fluida. Secara matematis, koefisien viskositas bisa dinyatakan dengan persamaan.

Fluida juga sangat dipengeruhi oleh gaya adhesi dan kohesi. Kohesi adalah gaya tarik menarik antara molekul sejenis, sedangkan adhesi adalah gaya tarik menarik antara molekul yang tak sejenis. Gaya adhesi bekerja antara dinding dan lapisan fluida

(molekul fluida dan molekul dinding saling tarik menarik).

Karena bagian fluida yang berada di sebelah atas menarik temannya yang berada di sebelah untuk bergeser, sebaliknya bagian fluida yang ada di sebelah bawah menahan temannya yang ada di sebelah atas, maka laju fluida tersebut bervariasi. Bagian fluida yang berada di sebelah atas bergerak dengan laju (v) yang lebih besar, sedangkan yang lain yang berada di sebelah bawah bergerak dengan v yang lebih kecil, demikian seterusnya.

Perubahan kecepatan lapisan fluida (v) dibagi jarak terjadinya perubahan l= v/l . v / l dikenal dengan julukan gradien kecepatan. Pelat yang berada di sebelah atas bisa bergerak karena ada gaya tarik (F). Untuk fluida tertentu, besarnya Gaya tarik yang dibutuhkan berbanding lurus dengan luas fluida yang nempel dengan pelat (A), laju fluida (v) dan berbanding terbalik dengan jarak

Dalam fluida ternyata gaya yang dibutuhkan (F), sebanding dengan luas fluida yang bersentuhan dengan setiap lempeng (A), dan dengan laju (v) dan berbanding terbalik dengan jarak antar lempeng (l). Besar gaya F yang diperlukan untuk menggerakan suatu lapisan fluida dengan kelajuan tetap v untuk luas penampang keping A adalah

F = ηAvl

Dengan viskositas didefinisikan sebagai perbandingan regangan geser (F/A) dengan laju perubahan regangan geser (v/l).

Dengan kata lain dapat dikatakan bahwa :

Makin besar luas keping (penampang) yang bersentuhan dengan fluida, makin besar gaya F yang diperlukan sehingga gaya sebanding dengan luas sentuh (F ≈ A). Untuk luas sentuh A tertentu, kelajuan v lebih besar memerlukan gaya F yang lebih besar, sehingga gaya sebanding dengan kelajuan (F ≈ v).

Viskositas dalam aliran fluida kental sama saja dengan gesekan pada gerak benda padat. Untuk fluida ideal, viskositas η = 0 sehingga kita selalu menganggap bahwa benda yang bergerak dalam fluida ideal tidak mengalami gesekan yang disebabkan fluida. Akan tetapi, bila benda tersebut bergerak dengan kelajuan tertentu dalam fluida kental, maka benda tersebut akan dihambat geraknya oleh gaya gesekan fluida benda tersebut. Besar gaya gesekan fluida telah dirumuskan:

F = η A v = A η v = k η v

Koefisien k tergantung pada bentuk geometris benda. Untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola dengan jari-jari (r), maka dari perhitungan laboraturium ditunjukan bahwa

k = 6 π r

maka

F = – 6 π η r v

Persamaan itulah yang hingga kini dikenal dengan Hukum Stokes.

Dengan menggunakan hukum stokes, maka kecepatan bola pun dapat diketahui melalui persamaan (rumus) :

v = 2 r2g (ρ – ρ0)9η

Persamaan di atas dapat diubah, menjadi:

η = 2 r2g (ρ – ρ0)9v

Penurunan persamaan di atas, akan menjadi:

η= 2 r2g (ρ – ρ0)9v

η= 2 r2g (ρ – ρ0)9(s/t)

η= 2 r2g (ρ – ρ0)9st

η=2 r2g (ρ – ρ0)1 : 9st; s = d = jarak

η= 2 tr2g (ρ – ρ0)9d

9ηd=2 tr2g (ρ – ρ0)

2 tr2g ρ – ρ0=9ηd

tr2=9ηd2gρ – ρ0; r = jari-jari tabung, d = jarak

Satuan Sistem Internasional (SI) untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 = Pa.s (pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk koefisien viskositas adalah dyn.s/cm2 = poise (P). Viskositas juga sering dinyatakan dalam sentipoise (cP). 1 cP = 1/100 P.

1.5   Prosedur Percobaan

  1. Menyiapkan alat dan perlengkapan lain telah diberikan  spesifkasi datanya.

Gelas ukur A berisi olie SAE 20 dengan massa = ……..  gr

Dan volume = ……… ml untuk menentukan p1

Gelas ukur   B berisi olie SAE 40 dengan massa = …….  Gr

Dan volume = ……… ml untuk menentukan p1

  1. Mengukur jari – jari bola dengan micrometer skrup lalu timbang beratnya dengan neraca untuk menentukan p2
  2. Memberikan tanda dan mengukur jarak yang akan ditempuh bola pada alat  ukur (d)
  3. Menjatuhkan bola perlahan-lahan pada gelas ukur A dan catat waktunya dengan memakai stopwatch, untuk jarak (d)yang telah doberi tanda lakukan 3x ulangan
  4. Mengulangi d untuk gelas ukur B
  5. Membuat hasil pengamatan dalam Tabel

BAB  II

METODOLOGI

1.1  Data Pengamatan

No OBJEK Massa

(gr)Volume

(ml)Jarak

(cm)Waktu

(detik)Massa

Bola

(gr)Jari-jari

Bola

(cm)1OLI SAE

20206,2825016T1= 26,2

T2= 25,2

T3= 25,40,10 gr2,572OLI SAE 40204,2525016T1= 27

T2= 26,2

T3= 27,20,10 gr2,57

1.2  Tugas

1.  Apa yang dimaksud dengan koefisien viscositas suatu zat

2.  Hitunglah koefisien voscositas ( kekentalan ) olie SAE 20 dan SAE 40

Jawab :

  1. Koefisien viscositas suatu zat adalah
  1. A.  Dik                        :     M oli SAE 20 = 206,28 gr = 0,20628 kg

V oli SAE             = 250 ml = 0,25 L

D bola  pelastik = 5,140 cm

r bola  plastik = 2,57 cm = 0,00257

M bola plastik = 0,10 gr = 0,00010 kg

Dit            :     η

Vbola             = 4/3

= 4/3  3,14  (2,57  10-3)

                                                = 27,65  10-6

V                     = jarak  waktu

= 0,16  25,6

= 4,096 m/s

ρ oli SAE 20          = M oli SAE 20  V oli SAE 20

= 0,20628 kg  0,25 L

= 5,157  10-2

= 0,05157 kg L

= 5,157  10-2 kg L

ρ bola plastik         = M bola plastik  V bola plastik

= 1  10-4  27,65  10-6

= 27,65  10-10

= 2,765  10-9 kg L

= 61,54 m/s2 ( 5,156  10-2)

40,14 m3/s

317,30  10-2 m/s2

40,14 m3/s

= 7,904 10-2

B. Dik            :           M oli SAE 40              = 204,25 gr      = 0,20425 kg

V oli SAE 40              = 250 ml          = 0,25 L

D bola  pelastik           = 5,140 cm

r bola  plastik               = 2,57 cm        = 0,00257

M bola plastik             = 0,10 gr          = 0,00010 kg

Dit             :           η

Vbola              = 4/3

= 4/3  3,14  (2,57  10-3)2

                                                                                = 27,65  10-6

                                                V                     = jarak  waktu

= 0,16  80,4

= 12,86  m/s

                              ρ bola plastik         = M bola plastik  V bola plastik

= 1  10-4  27,65  10-6

= 27,65  10-10

                                                                                = 2,765  10-9 kg L

                              ρ oli SAE 40          = M oli SAE 40  V oli SAE 40

= 0,20425 kg  0,25 L

= 5,157  10-2

= 0,05106 kg L

= 5,106  10-2 kg L

=

=  0,0249

=  2,49  10-2

BAB III

KESIMPULAN

Dari hasil yang kami dapatkan dapat disimpulkan semakin kecil nilai koefisien viskositas zat cair kecepatan terminal benda padat yang tercelup didalamnya akan semakin besar dikarenakan gesekan pada gerak benda padat semakin kecil.

BAB IV

DAFTAR PUSTAKA

Nasri M.Z,MS. 2012. PENUNTUN PRAKTIKUM FISIKA DASAR.Jambi: Universitas Jambi.

WWW.Google.com

1 Komentar (+add yours?)

  1. Brama nalendra
    Mei 15, 2013 @ 12:32:26

    Bagus sekali. . . Sangat membantu

    Balas

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: