11
Lembar Kegiatan Siswa Indikator : 1. menggunakan viskometer dua kumparan 2. memahami konsep – konsep dasar mengenai viskositas suatu fluida 3. mengitung besarnya viskositas suatu fluida melalui grafik 1. Judul dan Tujuan Kegiatan a. Judul : Viskometer dua kumparan b. Tujuan : 1) Siswa dapat mengunakan viskometer dua kumparan 2) Siswa dapat memahami secara mendalam tentang viskositas 3) Siswa dapat menghitung besarnya viskositas dari grafik c. Pengantar Materi Sebuah benda yang bergerak jatuh didalam fluida mengalami tiga macam gaya, yaitu gaya gravitasi atau gaya berat ( ), gaya apung ( ) atau gaya Archimedes , dan gaya gesek ( ). Arah ketiga gaya tersebut ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar 1. Gaya – gaya yang bekerja pada sebuah benda yang begerak jatuh didalam fluida Suatu gaya yang bekerja didalam fluida ditunjukkan pada Gambar 2. Tegangan vektor adalah vektor gaya yang dibagi dengan luas area tempatnya bekerja. Tegangan normal ( ) bekerja tegak lurus terhadap area tersebut dan tegangan geser ( ) bekerja tangensial terhadap area tersebut. Tegangan geser inilah yang menghasilkan pergerakan fluida. Tegangan geser ini dihitung dengan persamaan : =
( 1)
Gambar 2. Gaya-gaya yang bekerja pada fluida Viskositas (kekentalan fluida) dari suatu fluida menghasilkan tegangan geser didalam suatu aliran yang menyebabkan terhambatnya suatu benda bergerak didalam fluida. Bergeraknya benda dalam fluida mengalami kecepatan dimana kita meyebutnya ⁄ sebagai gradien kecepatan dan r di ukur tegak lurus terhadap suatu permukaan. Koefisien viskositas ( )adalah tangensial terhadap permukaan tersebut. Secara matematis dituliskan sebagai berikut : (2)
=
Maka koefisien Viskositas merupakan perbandingan antara tegangan geser dengan kecepatan =
(3)
/
Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Semakin tinggi viskositas suatu fluida maka semakin besar hambatanya dan semakin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut Benda yang bergerak dalam fluida kental mengalami gaya gesek yang besarnya dinyatakan dengan persamaan : = =K
(4)
Untuk benda berbentuk bola K = 6 Maka besarnya gaya gesek (
) dapat dirumuskan sebagai berikut : =6
(5)
Jika sebuah benda berbentuk bola bergerak jatuh dalam suatu fluida kental, kecepatannya akan bertambah karena pengaruh gravitasi bumi yang lebih besar daripada kedua gaya penghambatnya ( + ). Percepatan bola secara berangsur-angsur akan berkurang karena pengaruh perubahan yang semakin besar seiring dengan semakin besarnya kecepatan bola hingga resultan gaya yang bekerja pada bola sama dengan nol. Tepat sehingga mencapai kecepatan terkecil yang tetap (kecepatan terminal). =0
-W=0
+
=
6
=
=
− (
− )
(6)
Pada benda berbentuk bola, volumenya Vbola =
(
terminal=
Untuk mencari massa jenis benda
=
=
(
)
(7)
)
dan untuk massa jenis fluida
(8) =
Dengan adalah koefisien viskositas (Ns/m2), r adalah jari- jari bola (m), adalah massa jenis bola besi (kg/m3), 1 adalah massa jenis zat cair (kg/m3), vt dalah kecepatan terminal (m/s) dan g adalah percepatan gravitasi (m/s2). Ketika objek yang bergerak jatuh didalam fluida sudah mengalami kecepatan terminal, nilai viskositas dari fluida tersebut ditentukan melalui persamaan (8) 2. Bahan dan Alat Bahan Oli Kabel Kumparan 1600 Wdg Pipa transparan Alat Digital storage oscilloscope Laptop dengan software Freewave3 Sinyal generator Bola besi 3. Prosedur Percobaan 1. Menyiapkan alat yang akan di gunakan
0.23 m
Gambar 3. Rancangan alat 2. Susunlah alat seperti gambar di atas kemudian pasang kumparan pada pipa dengan jarak masing-masing kumparan 10 cm dengan posisi dari atas, positif kumparan 1 dipasang pada positif osiloskop dan sinyal generator, negatif kumparan 2 dipasang pada negatif osiloskop dan sinyal generator. Jarak kumparan 1 dari mulut tabung adalah 0.23 m. Untuk melihat hasil percobaannya dapat direkam mengunakan laptop dengan software freewave yang disambungkan melalui osiloskop dan data yang diperoleh berupa grafik sinusoidal 3. Nyalakan osiloskop dan sinyal generator, pasang frekuensi pada 60 Hz, Volt/Div pada 200 mV dan Time/Div pada 1 ms dan nyalakan juga laptop kemudian buka program software freewave pada laptop 4. Masukkan bahan uji (oli) dalam tabung dengan tinggi bahan uji pada tabung 70 cm.Untuk massa fluida dan bola besi harus tetap supaya hasilnya bagus dalam pengukuran. Masukkan bola besi ke mulut tabung ukur waktu jatuhnya bola besi menggunakan alat viskometer, saat bola besi dijatuhkan klik tombol record untuk merekam perubahan amplitudo pada grafik sinusoidal kemudian setelah bola besi sampai didasar wadah klik tombol off dan simpan dalam file . Lakukan percobaan dengan jarak yang berbeda - beda pertama jarak antar kumparan 10 cm dan jatuhkan bola besi sebanyak 4 kali , rekam masing- masing waktu jatuhnya bola kemudian catat waktu saat bola besi melewati kumparan 1 sebagai dan saat melewati kumparan 2 adalah Lakukan percobaan sampai dengan jarak 90 cm sama seperti yang dilakukan sebelumnya dengan selisih jarak antar kumparan adalah 10 cm 5. Catat data yang diperoleh dalam Tabel 1 6. Buatlah grafik jarak kumparan terhadap waktu, dimana sumbu adalah variabel waktu dan sumbu adalah variabel jarak kumparan. Hitung kecepatan terminalnya mengunakan persamaan grafik gradient Gradiennya ( ) adalah kecepatan terminalnya
4. Hasil pengamatan Tabel 1. Hasil Pengamatan s (m) 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Jarak (m)
Grafik Data
t (s) 4 5 7 8 9 10 12
1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
y = 0,076x - 0,003
0
2
4
6
8
Waktu (s)
Gambar 1. Grafik jarak terhadap waktu 5. Hitung nilai viskositasnya Untuk mengitung viskositasnya menggunakan persamaan (5) 6. Kesimpulan Diketahui : Jari bola besi 6 × 10 m massa bola besi 8.33 × 10 kg bola besi sebesar 9.04 × 10 m massa fluida 0.34071 kg volume fluida (oli) 3 × 10 m = 0.076 m/s Ditanya: = ⋯? Jawab :
10
12
14
0.34071 3 × 10 = 1135.7 kg/m =
.
×
= . × = 9214.60 kg/m =
=
=
2
9
0.58 0.68
( −
.
×
.
( .
) (
)
–.
. )
= 0.85 Ns/m Sehingga didapatkan koefisien viskositas dari oli mesran sebesar 0.85 Ns/m
Soal Evaluasi 1. Ketika sebuah benda berbentuk bola pejal dijatuhkan ke dalam suatu fluida. Bola akan bergerak di dalam fluida dan akhirnya mencapai kecepatan terminal. Apakah yang di maksud dengan kecepatan terminal? 2. Mengapa saat bola besi melewati kumparan, tegangan (amplitudo grafik sinusoidalnya meningkat? 3. Berikut ini adalah sebuah gambar bola pejal yang bergerak jatuh di dalam fluida. Gambarkan gaya - gaya yang bekerja pada benda sebelum mencapai kecepatan terminal dan saat mencapai kecepatan terminal !
4. Berikut ini adalah grafik posisi sebuah bola yang bergerak didalam fluida terhadap waktu. Berdasarkan grafik tersebut, tentukanlah kecepatan terminal bola tersebut! 60
C
jarak (m)
50 40 30
B
A
20
B
10 0A 0
2
4
6
8
10
12
waktu (s)
5. Tentukan koefisien viskositas minyak , jika sebuah bola besi jatuh didalam minyak goreng, dengan jari- jari bola besi adalah 4 cm, massa jenis bola besi 6000 kg/m3, massa jenis minyak 300 kg/m3 dan bola besi mengalami kecepatan terminal sebesar 3 m/s . (g = 9,8 m/s2)
Lembar Kuisioner No
1
2
3
PERTANYAAN Apakah mengukur viskositas dengan menggunakan viskometer dua kumparan merupakan hal yang baru bagi anda? Apakah mengunakan viskometer dua kumparan untuk mengukur viskositas fluida menarik bagi anda? Apakah penggunaan viskometer dua kumparan mempermudah anda dalam menentukan kecepatan terminal untuk menghitung viskositas fluida?
4
Apakah penggunaan viskometer dua kumparan mempermudah anda dalam memahami pengertian viskositas?
5
Apakah langkah – langkah pembelajaran yang di buat dalam LKS untuk mengukur viskositas mudah anda pahami?
6
Apakah setelah belajar menentukan viskositas fluida dengan menggunakan viskometer dua kumparan anda termotivasi untuk belajar fisika?
Ya
Tidak
Alasan
