KOEFISIEN PERGESERAN ZAT CAIR

B-1

II. Alat-Alat Percobaan dan Fungsinya

1. Bola-bola kecil : untuk dijatuhkan ke dalam tabung berisi gliserin sehingga waktu

jatuhnya dapat diketahui.

2. Tabung berisi gliserin : untuk tempat bola dijatuhkan atau tempat lintasan

bola.

3. Sendok penyaring : untuk mengambil kembali bola di dasar tabung.

4. Mikrometer sekrup : untuk mengukur diameter bola.

5. Jangka sorong : untuk mengukur diameter tabung.

6. Areometer : untuk mengukur massa jenis zat cair dalam tabung.

7. Stopwatch : untuk mengukur waktu jatuh bola.

8. Penggaris : untuk mengukur tinggi tabung atau jarak lintasan bola.

9. Termometer : untuk mengukur suhu zat cair dalam tabung.

III. Tinjauan Pustaka

Jika sebuah benda yang berbentuk bola bergerak ke bawah dalam suatu fluida (zat cair atau gas yang

homogen), maka benda tersebut akan mengalami suatu gaya gesek yaitu gaya gesekan Stokes. Kaidah gaya

gesekan Stokes yaitu :

Fs = -6πηrv ……………………………………………………… (1)

Dengan :

Fs = Gaya gesekan Stokes

η = koefisien pergeseran zat cair

r = Jari-jari bola

v = kecepatan relatif bola terhadap fluida

Berdasarkan kaidah Stokes tersebut, maka gaya gesekan Stokes berbanding lurus dengan kecepatan

bola. Jadi makin besar kecepatan bola maka gaya gesekan Stokes Fs makin besar pula.

Setiap benda yang berada dalam suatu fluida akan mengalami gaya ke atas Archimedes yang besarnya :

FA= ρfgV

FA= ρfg¾πr3 …………………………………………………………….(2)

Dengan :

FA = Gaya Archimedes ke atas

ρf = massa jenis fluida

g = percepatan gravitasi

r = jari-jari bola

Maka jika sebuah benda dilepaskan dalam suatu zat cair tanpa kecepatan awal, sehingga gerakan ke

bawah hanya disebabkan oleh gaya gravitasi saja, maka gaya luar yang bekerja pada benda dapat dinyatakan

sebagai :

ii

Gaya luar yang bekerja pada bola tersebut dapat dinyatakan sebagai :

F = mg - Fs – FA

F = mg - 6πηrv – ρfg¾πr3 …………………………………………………(3)

Dari persamaan (3) terlihat bahwa makin besar nilai v, makin kecil nilai F sehingga pada keadaan tunak

F=0, pada saat itu :

mg - 6πηrv – ρfg¾πr3 = 0

ρ bola g3/4πr3 - 6πηrv – ρfg¾πr3 = 0

sehingga :

v = 2r 2 g(ρbola - ρ f ) ………………………………………………………(4)

9η

Jika jarak “t” detik, bola menempuh jarak d, maka :

tr2 = 9ηd …………………………………………………….(5)

2g(ρbola - ρf)

Dalam penerapan hukum Stokes diperlukan syarat-syarat sebagai berikut :

1. Ruang tempat zat cair tidak terbatas

2. Tidak terjadi turbulensi pada zat cair

3. Kecepatan bola v tidak besar

Pada praktikum, syarat (1) tidak dapat dipenuhi karena jari-jari bola tidak jauh lebih kecil dibandingkan

dengan jari-jari tabung tempat fluida. Sehingga kecepatan bola v perlu dikoreksi. Rumus koreksi tersebut

dinyatakan sebagai :

v kor = v(1+k(r/R)) ………………………………………………………….(6)

Dengan :

v kor = kecepatan hasil koreksi

v = kecepatan hasil percobaan

r = jari-jari bola

R = jari-jari tabung tempat zat cair

k = konstanta koreksi

Karena kecepatan v = d/t, maka koreksi dapat pula dilakukan terhadap t sebagai :

t = to(1+k(r/R))

dengan :

to = waktu jatuh bola sebenarnya

t = waktu jatuh bola hasil percobaan

V. Tugas Pendahuluan

1. Jelaskan dalam teori dasar apa yang dimaksud dengan koefisien pergeseran zat cair. Buktikan dan

jelaskan rumus-rumus yang mendasari percobaan.

Jawab :

Koefisien pergeseran zat cair adalah suatu nilai yang menyatakan gaya gesekan

yang dialami oleh suatu benda yang berbentuk bola yang bergerak di dalam

ii

suatu za t cair , jadi fluida tersebut mempunyai viskositas. Besar kecilnya

nilai koefisien pergeseran zat cair tersebut bergantung pada kekentalan atau

viskositas dari zat cair tersebut. Bukti dari adanya koefisien pergeseran zat cair

adalah ketika bola dimasukkan ke dalam tabung yang berisi gliserin, maka bola

tersebut bergerak dengan kecepatan tetap, walaupun bola tersebut terkena

percepatan gravitasi g. Hal ini terjadi karena ada gaya gesek Stokes yang

arahnya berlawanan dengan arah jatuh bola. Gaya gesek Stokes terjadi karena

ada koefisien pergeseran zat cair. Besarnya koefisien pergeseran zat cair

berbanding lurus dengan gaya gesek Stokes, dan berbanding terbalik dengan

kecepatan relatif bola terhadap fluida dan jari-jari bola.

Rumus-rumus yang mendasari percobaan :

FS = - 6 πηrv ………………………………………………………….(1)

Dengan :

FS = Gaya gesekan Stokes

η = Koefisien pergeseran zat cair

r = Jari-jari bola

v = kecepatan relatif bola terhadap fluida

FA = ρfg¾πr3 …………………………………………………………. (2)

Didapat dari penurunan rumus :

FA = ρfgV

Dengan :

FA = Gaya Archimedes ke atas

ρf = Massa jenis fluida

g = Percepatan gravitasi

V = Volume bola

r = Jari-jari bola

F = mg – FS – FA

Diturunkan menjadi :

F = mg - 6πηrv - ρfg¾πr3 ………………………………………………(3)

Dengan :

F = gaya total yang bekerja pada bola

m = massa bola

g = percepatan grafitasi

r = jari-jari bola

v = kecepatan relatif bola terhadap fluida

ρf = massa jenis fluida

Pada keadaan F= 0, maka :

mg - 6πηrv - ρfg¾πr3 = 0

ρ bola g¾πr3 - 6πηrv - ρfg¾πr3 = 0

Sehingga :

v = 2r2g(ρbola - ρf ) ………………………………………………… (4)

ii

9η

Jika jarak “t” detik, bola menempuh jarak d, maka :

tr2 = 9ηd ……………………………………………………. (5)

2g(ρbola - ρf)

v kor = v(1+k(r/R)) …………………………………………………………. (6)

Dengan :

v kor = kecepatan hasil koreksi

v = kecepatan hasil percobaan

r = jari-jari bola

R = jari-jari tabung tempat zat cair

k = konstanta koreksi

Karena kecepatan v = d/t, maka koreksi dapat pula dilakukan terhadap t sebagai

t = to(1+k(r/R))

dengan :

to = waktu jatuh bola sebenarnya

t = waktu jatuh bola hasil percobaan

INTISARI PERCOBAAN

Zat cair memiliki gaya kohesi antar molekul yang lebih besar dibandingkan dengan gas, sehingga zat cair

dapat membentuk suatu kesatuan yang jelas meskipun bentuknya sebegian besar ditentukan oleh

wadahnya.Selain dari pada itu zat cair sulit dimampatkan sedangkan gas mudah dimampatkan. Zat cair

memiliki gaya gesek yang bergantung pada 2 hal, yang pertama adalah Viskositas (kekentalan),viskositas

berbanding lurus dengan gaya gesek, makin besar viskositas makin besar gaya gesek, dan makin kecil

viskoitas makin kecil gaya gesek.Untuk dapat mengetahui harga viskositas suatu cairan secara kuantitatif

dapat digunakan alat ukur yang dinamakan Viskosimetri.Sedangkan zat cair yang akan diukur viskositasnya

dapat juga dilakukan dengan melakukan prosedur yang telah ditentukan. Hal yang kedua adalah keepatan

benda, sama halnya dengan viskositas,kecepatan benda berbanding lurus dengan gaya gesek,makin cepat

benda makin besar gaya geseknya,dan makin lambat benda makin kecil gaya gesek.Pernyataan diatas juga

berhasil dikuatkan dengan kaidah Stokes,yang berbunyi jika V semakin besar maka F semakin besar pula

(Fs = -6πηrv).

ii

ii

ii