Upload
mauhibiya-shofa
View
54
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR
REMOTE LABORATORY
Tekanan Hidrostatik
Nama : Mauhibiya Shofa
NPM : 1106010515
Fakultas : Teknik
Departemen : Teknik Kimia
Kode Praktikum : MR03
Tanggal Praktikum : 8 Maret 2012
Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP IPD)
Universitas Indonesia
Depok, 2012
I. Tujuan Praktikum
Untuk mengukur massa jenis suatu cairan.
II. Prinsip Dasar
Zat yang tersebar di alam dibedakan dalam tiga keadaan (fase), yaitu fase padat, cair dan gas.
Beberapa perbedaan di antara ketiganya adalah: 1) Fase padat, zat mempertahankan suatu bentuk
dan ukuran yang tetap, meskipun suatu gaya yang besar dikerjakan pada benda tersebut. 2) Fase
cair, zat tidak mempertahankan bentuk yang tetap melainkan mengikuti bentuk wadahnya. Tetapi
seperti halnya fase padat, pada fase cair, zat tidak mudah dimampatkan, dan volumenya dapat
diubah hanya jika dikerjakan gaya yang sangat besar. 3) Fase gas, zat tidak mempunyai bentuk
tetap, tetapi akan berkembang mengisi seluruh wadah. Karena fase cair dan gas memiliki
karakter tidak mempertahankan suatu bentuk yang tetap, maka keduanya mempunyai
kemampuan untuk mengalir; dengan demikian keduanya disebut fluida. Fluida adalah zat alir,
yaitu zat yang dalam keadaan biasa dapat mengalir. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan
bahwa jarak antar molekulnya tidak tetap, bergantung pada waktu. Ini disebabkan oleh lemahnya
ikatan antara molekul (gaya kohesi).
Gaya kohesi antar molekul gas sangat kecil jika dibandingkan gaya kohesi antar molekul zat
cair. Keadaan ini menyebabkan molekul-molekul gas menjadi relatif bebas sehingga gas selalu
memenuhi ruang. Sebaliknya molekul-molekul zat cair terikat satu sama lainnya sehingga
membentuk suatu kesatuan yang jelas, meskipun bentuknya sebagian ditentukan oleh wadahnya.
Akibat lainnya adalah kemampuannya untuk dimampatkan. Gas bersifat mudah
dimampatkan sedangkan zat cair sulit. Gas jika dimampatkan dengan tekanan yang cukup besar
akan berubah manjadi zat cair. Mekanika gas dan zat cair yang bergerak mempunyai perbedaan
dalam beberapa hal, tetapi dalam keadaan diam keduanya mempunyai perilaku yang sama dan
ini dipelajari dalam statika fluida.
A. STATIKA FLUIDA
Kerapatan dan Berat Jenis
Kerapatan (densitas) sutau benda, ρ, didefinisikan sebagai massa per satuan volume:
dengan m adalah massa benda dan V adalah volume benda. Dengan demikian, satuan
internasional untuk kerapatan adalah kg/m3, dan dalam cgs adalah g/cm
3. Selain kerapatan,
besaran lain yang sering digunakan dalam menangani persoalan fluida adalah berat jenis. Berat
jenis suatu benda didefinisikan sebagai perbandingan kerapatan benda tersebut terhadap
kerapatan air pada suhu 40
C. Dengan demikian berat jenis merupakan besaran murni tanpa
dimensi maupun satuan.
Tekanan Fluida
Gaya merupakan unsur utama dalam kajian mekanika benda titik. Dalam mekanika fluida,
unsur yang paling utama tersebut adalah tekanan. Tekanan adalah gaya yang dialami oleh suatu
titik pada suatu permukaan fluida persatuan luas dalam arah tegak lurus permukaan tersebut.
Secara matematis, tekanan (P) didefinisikan melalui hubungan
dimana dF adalah gaya yang dialami oleh elemen luas dA dari permukaan fluida. Satuan tekanan
adalah N/m2 atau pascal (Pa).
Secara mikroskopik, gaya merupakan pertambahan momentum per satuan waktu yang
disebabkan oleh tumbukan molekul-molekul fluida di permukaan tersebut. Permukaan ini bisa
berupa permukaan batas antara fluida dengan wadahnya, tetapi ia bisa pula berbentuk permukaan
imajiner yang kita buat pada fluida. Tekanan merupakan besaran skalar, bukan suatu besaran
vektor seperti halnya gaya.
Hubungan Tekanan dengan Kedalaman
Dengan menggunakan hukum newton, kita dapat menurunkan persamaan yang
menghubungkan tekanan dengan kedalaman fluida:
P0 adalah tekanan di permukaan.
B. TEKANAN HIDROSTATIK
Statika fluida (hidrostatik) merupakan cabang ilmu yang mempelajari fluida statis.
Statika fluida mencakup kajian kondisi fluida dalam keadaan stabil (setimbang). Anikouchine
dan Sternberg (1981) mengatakan bahwa tekanan air pada setiap arah pada suatu badan air
memiliki besaran yang sama, air akan bergerak dari daerah bertekanan tinggi ke daerah
bertekanan lebih rendah. Tekanan hidrostatik dapat digambarkan sebagai berikut:
Dimana,
P = tekanan hidrostatik (tekanan/unit area)
ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
g = percepatan gravitasi bumi (g = 9.8 m/s2)
h = kedalaman fluida dari permukaan (m)
Tekanan hidrostatik adalah tekanan zat cair yang diukur berdasarkan berat kolom air yang
diukur dalam atmosfer (atm). Hal ini disebabkan karena adanya gaya gravitasi yang
menyebabkan zat cair dalam suatu wadah tersebut selalu tertarik ke bawah. Makin tinggi zat cair
dalam wadah, maka makin berat zat cair itu sehingga makin besar tekanan yang dihasilkan zat
cair pada dasar wadah.
Pada percobaan ini tekanan di dasar tabung lebih besar dibanding dengan di atas tabung
untuk menopang berat cairan di tabung. Massa cairan di tabung ini dapat dituliskan menjadi :
dan beratnya adalah
dengan, A = luas penampang tabung (m2)
Apabila Po adalah tekanan pada bagian atas tabung dan P adalah tekanan yang terdapat pada
dasar tabung, maka gaya ke atas yang disebabkan oleh beda tekanan adalah PA – PoA. Maka
didapatkan suatu persamaan sebagai berikut :
dengan,
P = tekanan pada bagian atas (Pa)
Po = tekanan pada dasar tabung (Pa)
III. PERALATAN
a. Piranti sensor tekanan
b. Silinder pejal ( d = 12.1 mm )
c. Termometer
d. Bejana (d = 16 mm)
e. Piranti penggerak silinder
f. Camcorder
g. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis.
Gambar 1. Sebuah tabung berisi cairan
IV. PROSEDUR PERCOBAAN
Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di bagian bawah
halaman ini.
a. Mengaktifkan web cam.
b. Memperhatikan tampilan video dari peralatan yang digunakan
c. Menurunkan bandul sejauh 1 cm.
d. Mengaktifkan motor dengan mengeklik radio button di sebelahnya.
e. Mengukur tekanan air dengan mengklik icon ukur!
f. Mengulangi langkah 1 hingga 3 dengan menurunkan bandul sejauh 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 dan
9 cm.
V. TUGAS DAN EVALUASI
a. Pada penurunan bandul yang ke berapa hingga ke berapa yang mengakibatkan bandul
tercelup di cairan ?
b. Ketika bandul diturunkan dan telah tercelup cairan, hitunglah perubahan kenaikan air dari
satu langkah penurunan bandul ke langkah penurunkan bandul berikutnya.
c. Buatlah grafik yang menunjukan hubungan penurunan bandul dengan tekanan yang
terukur di dasar tabung !
d. Hitunglah nilai kerapatan zat cair (ρ) yang digunakan, dengan menggunakan persamaan
(2).
P0 adalah tekanan yang terukur pada saat bandul tidak tercelup.
e. Buatlah analisis dari hasil percobaan ini.
VI. PENGOLAHAN DATA DAN EVALUASI
Berdasarkan teori yang menyatakan bahwa tekanan hidrostatik bergantung pada massa jenis
suatu zat / fluida, ketinggian dan percepatan gravitasi menentukan apakah bandul tersebut
tercelup atau belum tercelup tergantung pada seberapa besar dari penurunan bandul yang di
variasikan. Pada penurunan bandul 1-3 cm, tidak menyebabkan perubahan tekanan yang terlalu
besar, akan tetapi saat bandul diturunkan mulai dari 4 cm, perbedaan tekanan terlihat mencolok
dan begitu besar. Hal ini menandakan bahwa bandul sudah mulai tercelup. Kemudian setelah
bandul diturunkan mulai dari 5–9 cm, tekanan yang ditimbulkan semakin besar. Hal ini
disebabkan oleh pengaruh ketinggian dari bandul yang semakin besar dan berat fluida yang
dipindahkan pun semakin besar yang mempengaruhi besar dari tekanan. Langkah pertama yang
harus dilakukan adalah menghitung rata-rata dari masing-masing tekanan pada masing-masing
penurunan bandul. Berikut adalah perhitungannya,
Penurunan
(cm)
Tekanan
(KPa)
Rata-rata
(P)
1.0 10368.2
10492.23 1.0 10573.3
1.0 10535.2
2.0 10591.2
10545.77 2.0 10561.6
2.0 10484.5
3.0 10560.6
10551.07 3.0 10539.4
3.0 10553.2
4.0 10654.7
10704.37 4.0 10700.1
4.0 10758.3
5.0 10876.7
10800.57 5.0 10767.8
5.0 10757.2
6.0 11207.6
11058.2 6.0 11042.7
6.0 10924.3
7.0 11007.8
11018.7 7.0 11016.2
7.0 11032.1
8.0 11143.1 11158.27
8.0 11183.3
8.0 11148.4
9.0 11249.9
11290.03 9.0 11300.6
9.0 11319.6
Berdasarkan persamaan (2), dimana P = P0 + ρ g h, maka
∆P = ρ g h
y = mx + b
Y X Y2 X2 XY
10492.23 0.01 110086890.4 0.0001 104.9223
10545.77 0.02 111213264.9 0.0004 210.9154
10551.07 0.03 111325078.1 0.0009 316.5321
10704.37 0.04 114583537.1 0.0016 428.1748
10800.57 0.05 116652312.3 0.0025 540.0285
11058.2 0.06 122283787.2 0.0036 663.492
11018.7 0.07 121411749.7 0.0049 771.309
11158.27 0.08 124506989.4 0.0064 892.6616
11290.03 0.09 127464777.4 0.0081 1016.1027
97619.21 0.45 1059528387 0.0285 4944.1384
Dengan,
Sehingga, m = 10529.65
Berdasarkan
∆P = ρ g h
y = mx + b
maka, nilai
ρ = 10529.65 / 9.8
ρ = 1074.45 kg/m3
Untuk tekanan mula-mula, di ukur pada keadaan silinder belum tercelup. Keadaan
silinder belum tercelup (0 cm) sampai pada penurunan 4 cm, oleh karena itu, rata-rata tekanan
mula-mula P0 adalah
= (10492.23 + 10545.77 + 10551.07 + 10704.37) / 4
= 10573.36 kPa
Berikut adalah grafik rata-rata tekanan, P (kPa) terhadap penurunan bandul (cm)
Penurunan
(cm) Rata-rata (P)
10492.23 1
10545.77 2
10551.07 3
10704.37 4
10800.57 5
11058.2 6
11018.7 7
11158.27 8
11290.03 9
VII. ANALISIS DATA
1. Analisis Percobaan
Percobaan kali ini MR03, yaitu Tekanan Hidrostatik, dilakukan dengan tujuan untuk
menghitung besar dari massa jenis zat cair yang digunakan dalam percobaan. Pada saat
percobaan, terlebih dahulu praktikan diharuskan untuk mengaktifkan web cam. Hal ini
dilakukan agar praktikan dapat melihat alat praktikum secara langsung, karena praktikum ini
memerlukan gambaran visual pada saat praktikum dilaksanakan. Dalam video akan terlihat
gambar dari peralatan yang digunakan, dan kita dapat memastikan bahwa alat bekerja dengan
baik dengan jalan melihat adanya pergerakan pada silinder pada saat dilakukan penurunan
silinder. Penurunan silinder dilakukan setiap 1 cm. Hal ini dilakukan untuk mengetahui besar
dari tekanan yang dihasilkan tiap penurunan 1 cm silinder. Dalam satu kali penurunan, akan
didapatkan 3 buah data pengamatan. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan variasi data,
10000
10200
10400
10600
10800
11000
11200
11400
1 2 3 4 5 6 7 8 9
rata
-rat
a te
kan
an (
kPa)
penurunan bandul (cm)
Grafik Perubahan Tekanan terhadap Penurunan Bandul
Tekanan, P (kPa) terhadap penurunan (cm)
sehingga tingkat keakuratan dari hasil pengukuran semakin baik. Langkah awal yang dilakukan
yaitu melakukan percobaan perhitungan tekanan dengan tidak memberikan penurunan pada
silinder (h = 0). Hal ini dilakukan untuk mendapatkan perkiraan tekanan awal (Po). Pada saat
silinder diberikan penurunan sebesar 1 cm, 2 cm, 3 cm, dan 4 cm dalam visualisasi video
menunjukkan bahwa silinder belum tercelup ke dalam zat cair. Hal ini mengindikasikan bahwa
data tekanan pada saat h = 1 cm sampai h = 4 cm merupakan tekanan awal (atau disebut
sebagai tekanan lingkungan ). Pada saat silinder diberikan penurunan sebesar 5 cm hingga 9
cm, terlihat dalam visualisasi video bahwa silinder sudah tercelup ke dalam bejana berisi
cairan.
2. Analisis Hasil
Langkah pertama yang harus dilakukan yaitu menghitung nilai rata-rata tekanan yang kita
dapatkan berdasarkan data pengamatan untuk tiap 1 cm penurunan silinder. Rumus yang
digunakan dalam perhitungan rata-rata diatas yaitu sebagai berikut. Pada praktikum kali ini,
tiap 1 cm penurunan silinder didapatkan 3 buah data tekanan. Sehinggga perhitungan akan
menjadi sebagai berikut.
Perhitungan selanjutnya yaitu mencari nilai dari tekanan awal Po (tekanan udara normal atau
tekanan lingkungan). Tekanan ini diindikasikan pada saat percobaan dilakukan, yaitu tekanan
ketika silinder belum tercelup ke dalam bejana yang berisi cairan. Dari pengamatan yang
dilakukan praktikan, diketahui bahwa silinder belum tercelup ke dalam bejana ketika silinder
diberikan penurunan hingga sebesar 4 cm. Dari pernyataan tersebut, dapat disimpulkan bahwa
tekanan awal akan dihitung berdasarkan besar dari tekanan pada saat penurunan 1 cm, sampai 4
cm, yaitu dengan jalan merata-ratakan ketiga data tersebut. Menurut perhitungan yang telah
dilakukan yaitu
Po= 10573.36 kPa
Langkah selanjutnya adalah menentukan massa jenis cairan yang digunakan yaitu
dengan persamaan
P = Po + ρgh
Dengan bantuan metode kuadrat terkecil, nilai ρ (massa jenis) dapat ditentukan dan
menghasilkan besar massa jenisnya
ρ = 1074.45kg/m3
dan dengan persamaan yang sama, bisa ditentukan pula kenaikan cairan pada dinding
tabung.
3. Analisis Grafik
Pada praktikum tekanan hidrostatik ini, didapatkan satu buah grafik, yaitu grafik
hubungan antara Tekanan ( P ) terhadap besar penurunan silinder. Berdasarkan grafik tersebut
menunjukkan bahwa besar tekanan hidrostatik sebanding dengan besar penurunan bandul atau
kedalaman suatu zat dalam fluida. Grafik hubungan antara tekanan dengan penurunan bandul
10000
10200
10400
10600
10800
11000
11200
11400
1 2 3 4 5 6 7 8 9
rata
-rat
a te
kan
an (
kPa)
penurunan bandul (cm)
Grafik Perubahan Tekanan terhadap Penurunan Bandul
Tekanan, P (kPa) terhadap penurunan (cm)
Dari grafik diatas terlihat bahwa grafik tersebut menunjukkan hubungan yang linear.
Yang artinya semakin besar penurunan yang diberikan kepada silinder, maka akan semakin besar
juga besar tekanan ( P ) yang dihasilkan. Namun, ada suatu hal yang menarik dari grafik diatas,
yaitu terlihat pada besar penurunan 1 cm sampai 4 cm. Pada ketiga penurunan ini tidak
menunjukkan suatu hubungan linear, malahan lebih cenderung kepada suatu hal konstan (tidak
terdapat besar kenaikan tekanan yang mencolok). Dari hal ini, kita dapat menyimpulkan bahwa
besar tekanan yang ditunjukkan pada ketiga kondisi tersebut merupakan tekanan udara
normal/tekanan lingkungan, yang kita anggap sebagai tekanan awal ( Po ). kemudian setelah
penurunan silinder sebesar 5 cm hingga 9 cm, grafik menunjukkan hubungan yang linear, yang
berarti silinder sudah mulai tercelup ke dalam bejana berisi zat cair.
VIII. KESIMPULAN
a. Massa jenis zat cair yang digunakan dalam percobaan ini yaitu 1074.45 kg/m3.
b. Sebelum bandul tercelup ke dalam bejana berisi zat cair, tekanan yang terbaca
merupakan tekanan udara luar, yang merupakan tekanan awal ( Po).
c. Berdasarkan grafik, diketahui bahwa Tekanan (P) berbanding lurus dengan besar
penurunan bandul (hubungan yang linear).
d. Besarnya tekanan hidrostatik tidak bergantung pada bentuk dari bejana yang
digunakan.
e. Hidrostatik dipengaruhi oleh tekanan awal (P0), massa jenis zat cair, percepatan
gravitasi (g), dan ketinggian dari fluida (h).
REFERENSI
Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engineers, Third Edition, Prentice Hall, NJ,
2000.
Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition, John
Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.