BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1
VISKOSITAS
Viskositas merupakan derajat kekentalan sebuah fluida. Viskositas juga dapat dikatakan sebagai gesekan internal yang terjadi pada fluida. Viskositas memberikan gaya perlawanan terhadap sebuah objek yang berada didalam fluida sehingga mengakibatkan interaksi antara objek dan fluida berupa gesekan. Satuan dari viskositas sebuah cairan dinyatakan dalam Poise. Dampak dari viskositas memiliki peran penting untuk perilaku fluida dalam sebuah ruang. Dampak viskositas berpengaruh dalam aliran darah didalam tubuh, pelumas dari bagian-bagian mesin, aliran fluida dalam pipa berongga dan lain-lain. Minyak pelumas mesin harus mengalir secara merata dalam kondisi mesin yang dingin maupun panas, karena itu pelumas dirancang memiliki variasi perubahan temperatur sekecil mungkin terhadap perubahan viskositas. Viskositas darah didalam tubuh akan mempengaruhi distribusi sari-sari makanan yang keseluruh tubuh. (Young, 2008) Beberapa metode dapat digunakan dalam penentuan viskositas sebuah cairan. Metode yang paling umum digunakan dalam laboraturium
adalah
penentuan viskositas dengan metode bola jatuh. Jika sebuah benda berbentuk bola dijatuhkan kedalam fluida kental, misalnya kelereng dijatuhkan dalam kolam renang yang airnya cukup dalam, nampak pada awalnya kelereng bergerak dipercepat. Namun, setelah beberapa saat setelah menempuh jarak tertentu kelereng bergerak dengan kecepatan konstan (bergerak lurus beraturan). Kedaan ini disebabkan karena adanya gaya gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida. (Anwar, 2008)
Universitas Sumatera Utara
6
Untuk benda berbentuk bola jatuh didalam cairan yang memiliki jari-jari R, bergerak dengan kecepatan konstan v relatif terhadap cairan dan 𝜂 menyatakan koefisien kekentalan cairan maka gaya gesekan fluida Fs secara empiris dirumuskan persamaan sebagai : …………(1)
𝐹𝑠 = 6𝜋𝜂𝑅𝑣
dan persamaan (1) disebut sebagai Hukum Stokes. Dengan memilih sumbu vertikal keatas sebagai sumbu positif, maka pada saat kecepatan terminal berlaku : ……..(2)
∑ 𝐹𝑦 = 0
Jumlah gaya yang meliputi sumbu vertikal keatas tersebut adalah gaya keatas 𝐹𝑎 , gaya gesekan fluida 𝐹𝑠 dan gaya berat 𝑊, sehingga persamaan (2) menjadi : 𝐹𝑎 + 𝐹𝑠 = 𝑊 𝜌𝑓 𝑉𝑔 + 6𝜋𝜂𝑅𝑣 = 𝑚𝑏 𝑔 4 4 𝜌𝑓 ( 𝜋𝑅 3 ) 𝑔 + 6𝜋𝜂𝑅𝑣 = 𝜌𝑏 ( 𝜋𝑅 3 ) 𝑔 3 3 4 6𝜂𝑣 = 𝑅 2 𝑔 (𝜌𝑏 − 𝜌𝑓 ) 3 2 𝑔 𝑅 2 (𝜌𝑏 − 𝜌𝑏 )
𝜂=9
𝑣
……(3)
dengan : 𝜂
= koefisien kekentalan fluida (Pa s)
𝑔
= percepatan gravitasi (m/s2)
𝑅
= jari-jari bola (m)
𝜌𝑏
= massa jenis bola (kg/m3)
𝜌𝑓
= massa jenis fluida (kg/m3)
𝑣
= kecepatan terminal (m/s)
Ada beberapa hal yang harus diperhitungkan pemakaian Hukum Stokes dalam eksperimen, yaitu ruang tempat fluida harus jauh lebih luas daripada ukuran
Universitas Sumatera Utara
7
bola, tidak terjadi aliran turbulen didalam cairan dan kecepatan v tidak terlalu besar sehingga aliran fluida masih bersifat laminer.
Gambar 2.1 Gaya – gaya yang terjadi pada keadaan bola jatuh didalam cairan Untuk memperkecil kesalahan perhitungan dalam viskositas metode bola jatuh, Faxen menjabarkan solusi persamaan Oseen yang menghasilkan persamaan: 𝑑 3
𝑑
𝑑
𝜂 = 𝜂𝑠 [1 − 2,104 ( ) + 2,09 ( ) − 0,95( )5 ] ….(4) 𝐷 𝐷 𝐷 Dengan 𝜂 viskositas akhir, 𝜂𝑠 viskositas yang dihasilkan dari eksperimen, 𝑑 diameter bola dan 𝐷 diameter dalam tabung. Persamaan ini berlaku untuk bilangan 𝑑
Reynold < 1 dan rasio diameter 𝑑/𝐷 yang kecil yaitu sekitar 𝐷 < 0,97. Bilangan Reynold 𝑁𝑅 dalam metode bola jatuh dapat ditentukan dengan persamaan :
𝑁𝑅 =
𝜌.𝑣.𝑑 𝜂𝑠
.....(5)
Dengan 𝜌 massa jenis cairan, 𝑣 kecepatan bola relatif terhadap cairan dan 𝑑 diameter bola.
2.2
ARDUINO
Arduino merupakan developing board open source didalamnya terdapat prosesor Atmel AVR (pada umumnya microcontroller) yang langsung dapat diprogram dari
Universitas Sumatera Utara
8
komputer. Arduino dilengkapi port USB, terimplementasi menggunakan adapter USB-to-serial chip seperti FTDI FT232 sehingga mikrokontroller pada papan Arduino langsung dapat diprogram melalui komputer yang sebelumnya script program ditulis pada Arduino IDE. Sebuah program untuk Arduino ditulis menggunakan bahasa pemrograman Arduino
(Arduino
programming
language)
berdasarkan
Wiring(http://wiring.org.co/) dan program disimpan dalam file yang disebut sketch (www.arduino.cc). Dalam penulisan program, Arduino IDE memiliki software library dimana fungsi-fungsi yang biasa ditulis untuk memprogram sebuah chip mikrokontroller AVR terangkum dalam library membuat penulisan program lebih mudah. Papan Arduino menyediakan pin I/O mikrokontroller yang dapat dihubungkan dengan komponen-komponen atau rangkaian-rangkaian eksternal. Seperti pada salah satu jenis papan Arduino yaitu Arduino Uno Rev.3 seperti pada gambar (2.b) menggunakan chip AVR Atmega328P memiliki pin I/O mikrokontroller dengan 14 pin digital I/O dimana 6 pin dari digital I/O dapat menghasilkan pulsa PWM (Pulse Width Modulation) dan 6 pin analog I/O yang memiliki resolusi 10 bit register.
Gambar 2.2 Arduino Uno Rev.3
Universitas Sumatera Utara
9
Arduino Uno Rev.3 memiliki kelebihan selain harganya yang relatif murah, sudah
memiliki
koneksi
USB,
interface
USB
terimplementasi
dari
LUFA(Lightweight USB Framework for AVRs) projek sehingga mudah untuk saling share program untuk keperluan projek.
2.3
SENSOR LDR (LIGHT DEPENDENT RESISTOR)
Cahaya merupakan sebuah fenomena mekanika-quantum. Cahaya berasal dari partikel diskrit yang disebut sebagai foton. Foton memiliki panjang gelombang 𝜆, kecepatan c = 3x108 m/s, frekuensi 𝜔 = 34
2𝜋𝑐 𝜆
, energy 𝐸 =
ℎ𝑐 𝜆
dengan h = 6.67x10-
ℎ
Js, serta momentum 𝑃 = 𝜆. Diantara kesemuanya, penting untuk mengingat
bahwa adanya hubungan antara energi dan panjang gelombang. Dalam semua hal, energi dari foton menentukan bagaimana untuk mendeteksinya. (Wilson Jon.S, 2005) Cahaya merupakan bentuk energi yang sangat efisien untuk stimulasi dari variasi hasil pendeteksian. Sebagai contoh dari sekian banyak stimulasi tersebut adalah jarak, pergerakan, temperatur dan komposisi kimia. Cahaya memiliki sifat elektromagnetik, baik itu dianggap sebagai sebuah propagasi energi kuantum atau sebagai gelombang elektromagnetik sendiri. Sensor LDR merupakan resistor yang nilai hambatannya berubah karena adanya perubahan intensitas cahaya yang diterima. Besar kecilnya nilai hambatan LDR bergantung pada besar kecilnya intensitas cahaya yang diterima oleh LDR. Secara normal, hambatan yang dimiliki oleh LDR sangat tinggi dalam keadaan intensitas cahaya yang sangat rendah, namun pada umumnya LDR memiliki hambatan sebesar 10MΩ. LDR difabrikasi dari berbagai campuran material semikonduktor. Material semikon-duktor yang digunakan bahan pembuatan LDR antara lain Timbal Sulfida (PbS), Indium Sulfida (InSb) dan Cadmium Sulfida(CdS). Diantara jenis-jenis LDR yang paling sering dijual dipasaran adalah LDR berbahan CdS karena harganya yang murah seperti pada gambar (2.b).
Universitas Sumatera Utara
10
Oleh karenanya, dengan karakteristik dari LDR yang telah dijelaskan sebelumnya, maka LDR dapat dimanfaatkan sebagai penerima cahaya dalam perancangan sistem.
Gambar 2.3 LDR (Light Dependent Resistor)
2.4
ARDUINO USB HOST SHIELD
Arduino USB Host Shield merupakan papan rangkaian tambahan yang digunakan dalam berbagai projek berplatform Arduino. USB Host Shield memuat semua sirkuit digital logic dan analog yang dibutuhkan untuk menjalankan fungsi pengendali peripheral/host full-speed USB pada papan Arduino. Dengan fitur yang dimiliki oleh USB Host Shield memungkinkan arduino dalam mengendalikan perangkat-perangkat USB slave seperti flashdrive, kamera digital, bluetooth dogle, Smartphone dan lain-lain. Antarmuka serial pada USB Host Shield dapat digunakan untuk komunikasi dengan chip host controller, sehingga USB Host Shield menghubungkan pin SPI(Serial Peripheral Interface) perangkat Arduino pada IC MAX3421E. Sebuah port USB tipe A female connector terhubung dengan IC MAX3421E seperti gambar (2.d), dan dibekali tegangan 5V seperti pada umumnya port USB. Salah satu jenis USB HOST SHIELD yang banyak digunakan adalah USB Host Shield yang diproduksi oleh Sprakfun.
Universitas Sumatera Utara
11
Gambar 2.4 USB Host Shield
2.5
LASER (LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION)
LASER merupakan mekanisme suatu alat dalam memancarkan radiasi gelombang elektromagnetik biasanya berbentuk cahaya yang dapat dilihat oleh mata normal maupun tidak. LASER terjadi karena adanya proses pancaran stimulasi energi foton yang berinteraksi dengan bahan aktif LASER. Cahaya LASER memiliki karakteristik yang unik dibandingkan cahaya yang lain. Cahaya laser memiliki tingkat divergensi yang sangat rendah, dapat melintasi jarak yang sangat jauh dan menghasilkan berkas cahaya sangat kecil. Cahaya LASER digunakan dalam berbagai aplikasi sesuai dengan sumber daya, bahan pembuatan dan panjang gelombang cahaya yang dihasilkan oleh laser. Untuk keperluan medis biasanya digunakan sinar LASER terbuat dari bahan aktif GaN (Galium Nitrogren) memiliki panjang gelombang yang pendek berkisar 375 – 475 nm, meiliki daya yang besar 30 – 100 W sehingga mampu menghasilkan energi foton yang besar dan memiliki daya tembus tinggi terhadap objek. Dalam penggunaan sehari-hari misalnya LASER mainan, pointer dalam presentasi, memiliki panjang gelombang yang lebih besar berkisar 600 – 800 nm, memiliki daya yang lebih kecil 1-5 mW menghasilkan energi foton yang lebih kecil sehingga cukup aman untuk digunakan dalam keperluan sehari-hari dibandingkan jenis-jenis
Universitas Sumatera Utara
12
LASER yang lain yang memiliki panjang gelombang yang lebih pendek dengan energi foton yang lebih besar. (www.bgu.ac.il/~glevi/website/Guides/Lasers.pdf)
Gambar 2.5 LASER pointer 2.6
ANDROID
Android merupakan sistem operasi berbasis Linux yang sebagian besar ditargetkan untuk perangkat mobile layar sentuh seperti smartphone dan computer tablet. Android bekerja dalam sebuah jenis kernel yang disebut monolithic yang merupakan kernel Linux termodifikasi. Android dibangun menggunakan bahasa pemrograman Java dan OOP (Object Oriented Programming) dan untuk susunan antarmuka pengguna menggunakan bahasa pemrograman berbasis XML. Setelah antarmuka pengguna dibentuk, maka Java digunakan untuk menjalankan fungsi dari antarmuka yang disusun sebelumnya menggunakan XML code. Sampel dari antarmuka pada Android Smartphone ditunjukkan seperti pada gambar (2.f). Karena dibangun berdasarkan OOP maka aplikasi yang dibuat bersifat lebih fleksible untuk dikostumasi sesuai dengan keinginan pengguna.(DiMarzio J.F, 2008)
Universitas Sumatera Utara
13
Gambar 2.6 Android 4.3 (Jelly Bean) pada Samsung Galaxy Nexus Dalam perkembangannya, Android Smartphone kini mampu digunakan untuk mengendalikan beberapa perangkat rumah tangga seperti sakelar lampu, stop kontak daya dan thermostat. Beberapa pengembang perangkat yang menggunakan mikrokontroller juga telah mengembangkan beberapa projek dalam memanfaatkan Android Smartphone untuk mengendalikan mikrokontroller . Dalam pengaplikasian USB host, Android versi minimal 4.0 lebih memadai karena pada sudah terdapat USB host API(Application Protocol Layer) sehingga lebih mudah untuk menjalankan komunikasi data serial USB baik secara Synchronous maupun Asynchronous dengan perangkat-perangkat lain yang menggunakan komunikasi serial untuk proses pertukaran data.
Universitas Sumatera Utara
