BAB I
PENDAULUAN
1.1
Latar Belakang
Kekentalan atau
viskositas merupakan sifat dari suatu zat cair (fluida) yang disebabkan adanya
gesekan antara molekul-molekul zat cair dengan gaya kohesi pada zat cair
tersebut. Gesekan-gesekan inilah yang menghambat aliran zat cair. Besarnya
kekentalan zat cair (viskositas) dinyatakan dengan suatu bilangan yang
menentukan kekentalan suatu zat cair.
Viskositas memiliki
alat ukur yang disebut viskometer yang berfungsi untuk mengukur koefisien
gliserin, oli atau minyak. Viskositas banyak terdapat dalam kehidupan
sehari-hari seperti sirup, minyak goreng dan oli. Viskositas berguna untuk
kehidupan seperti sirup yang dikentalkan agar tetap awet. (Ginting,Diner.1991)
Suatu zat memiliki kemampuan tertentu sehingga suatu
padatan yang dimasukkan kedalamnya mendapat gaya tekanan yang diakibatkan
peristiwa gesekan antara permukaan padatan tersebut dengan zat cair. Sebagai
contoh, apabila kita memasukkan sebuah bola kecil kedalam zat cair, terlihatlah
batu tersebut mula-mula turun dengan cepat kemudian melambat hingga akhirnya
sampai didasar zat cair. Bola kecil tersebut pada saat tertentu mengalami
sejumlah perlambatan hingga mencapai gerak lurus beraturan. Gerakan bola kecil
menjelaskan bahwa adanya suatu kemampuan yang dimiliki suatu zat cair sehingga
kecepatan bola berubah. Mula-mula akan mengalami percepatan yang dikarenakan
gaya beratnya tetapi dengan sifat kekentalan cairan maka besarnya percepatannya
akan semakin berkurang dan akhirnya nol. Pada saat tersebut kecepatan bola
tetap dan disebut kecepatan terminal. Hambatan-hambatan dinamakan sebagai
kekentalan (viskositas). Akibaat viskositas zat cair itulah yang
menyebabkan terjadinya perubahan yang cukup drastic terhadap kecepatan batu.
Aliran viskos, dalam berbagai masalah keteknikan pengaruh viskositas pada
aliran adaalh kecil, dan dengan demikian diabaikan. Cairan kemudian dinyatakan
sebagai tidak kental (invicid) atau seringkali ideal dan diambil sebesar nol.
Tetapi jika istilah aliran viskos dipakai, ini berarti bahwa viskositas tidak
diabaikan. Untuk benda homoogen yang dicelupkan kedalam zat cair ada tiga
kemungkinan yaitu, tenggelam, melayang, dan terapung. Oleh kaarena itu
percobaan ini dilakukan agar praktikan dapat mengukur viskositas berbagai jenis
zat cair. Karena semakin besar nilai viskositas dari larutan maka tingkat
kekentalan larutan tersebut semakin besar pula.
1.2 Tujuan
1. Mengetahui
faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas
2. Mengetahui
macam-macam metode pengukuran viskositas
3. Dapat
memahami penerapan hukum Stokes
4. Dapat
menentukan viskositas zat cair dengan gaya stokes
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Setiap
zat cair mempunyai karakteristik yang khas, berbeda satu zat cair dengan zat
cair yang lain. Oli mobil sebagai salah satu contoh zat cair dapat kita lihat
lebih kental daripada minyak kelapa. Apa sebenarnya yang membedakan cairan itu
kental atau tidak. Kekentalan atau viskositas dapat dibayangkan sebagai
peristiwa gesekan antara satu bagian dan bagian yang lain dalam fluida. Dalam
fluida yang kental kita perlu gaya untuk menggeser satu bagian fluida terhadap
yang lain. Di dalam aliran kental kita dapat memandang persoalan tersebut
seperti tegangan dan regangan pada benda padat. Kenyataannya setiap fluida baik
gas maupun zat cair mempunyai sifat kekentalan karena partikel di dalamnya
saling menumbuk. Bagaimana kita menyatakan sifat kekentalan tersebut secara
kuantitatif atau dengan angka, sebelum membahas hal itu kita perlu mengetahui
bagaimana cara membedakan zat yang kental dan kurang kental dengan cara
kuantitatif. Salah satu alat yang digunakan untuk mengukur kekentalan suatu zat
cair adalah viskosimeter ( Lutfy, 2007).
Apabila
zat cair tidak kental maka koefesiennya sama dengan nol sedangkan pada zat cair
kental bagian yang menempel dinding mempunyai kecepatan yang sama dengan
dinding. Bagian yang menempel pada dinding luar dalam keadaan diam dan yang
menempel pada dinding dalam akan bergerak bersama dinding tersebut. Lapisan zat
cair antara kedua dinding bergerak dengan kecepatan yang berubah secara linier
sampai V. Aliran ini disebut aliran laminer. Aliran zat cair akan
bersifat laminer apabila zat cairnya kental dan alirannya tidak terlalu
cepat (Sudarjo, 2008).
Pengertian
viskositas fluida (zat cair) adalah gesekan yang ditimbulkan oleh fluida yang
bergerak, atau benda padat yang bergerak didalam fluida. Besarnya gesekan ini
biasa juga disebut sebagai derajat kekentalan zat cair. Jadi semakin besar
viskositas zat cair, maka semakin susah benda padat bergerak didalam zat cair
tersebut. Viskositas dalam zat cair, yang berperan adalah gaya kohesi antar
partikel zat cair (Martoharsono, 2006).
Viskositas
menentukan kemudahan suatu molekul bergerak karena adanya gesekan antar lapisan
material. Karenanya viskositas menunjukkan tingkat ketahanan suatu cairan untuk
mengalir. Semakin besar viskositas maka aliran akan semakin lambat. Besarnya
viskositas dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti temperatur, gaya tarik
antar molekul dan ukuran serta jumlah molekul terlarut. Fluida, baik zat cair
maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan yang berbeda.
Pada zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik
menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan
oleh tumbukan antara molekul. Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan
aliaran fluida yang merupakan gesekan antara molekul – molekul cairan satu
dengan yang lain. Suatu jenis cairan yang mudah mengalir, dapat dikatakan
memiliki viskositas yang rendah, dan sebaliknya bahan-bahan yang sulit mengalir
dikatakan memiliki viskositas yang tinggi (Sarojo,
2009).
Zat cair
maupun gas mempunyai viskositas hanya saja zat cair lebih kental
(viscous) daripada gas, dalam merumuskan persamaan-persamaan dasar
mengenai aliran yang kental akan jelas nanti, bahwa masalahnya mirip dengan
masalah tegangan dan regangan luncur di dalam zat padat. Salah satu macam alat
untuk mengukur viscositas zat-cair adalah viscometer (Sudarjo,
2008).
Cairan
yang mudah mengalir, misalnya air atau minyak tanah, tegangan luncur itu
relatif kecil untuk cepat perubahan regangan luncur tertentu, dan viskositasnya
juga relatif kecil, dan begitu pula sebaliknya(Lutfy, 2007).
Viskositas
(kekentalan) dapat dianggap suatu gesekan dibagian dalam suatu fluida. Karena
adanya viskositas ini maka untuk menggerakkan salah satu lapisan fluida
diatasnya lapisan lain haruslah dikerjakan gaya. Karena pengaruh gaya k,
lapisan zat cair dapat bergerak dengan kecepatan v, yang harganya semakin
mengecil untuk lapisan dasar sehingga timbul gradien kecepatan. Baik zat cair
maupun gas mempunyai viskositas hanya saja zat cair lebih kental (viscous) dari
pada gas tidak kental (Mobile ) (Martoharsono, 2006).
Suatu
jenis cairan yang mudah mengalir dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah,
dan sebaliknya bahan – bahan yang sulit mengalir dikatakan memiliki viskositas
yang tinggi. Pada hukum aliran viskositas, Newton menyatakan hubungan antara
gaya – gaya mekanika dari suatu aliran viskos sebagai geseran
dalam (viskositas) fluida adalahkonstan sehubungan dengan
gesekannya. Hubungan tersebut berlaku untuk fluida Newtonian, dimana
perbandingan antara tegangan geser (s) dengan kecepatan geser (g) nya
konstan. Parameter inilah yang disebut dengan viskositas. Aliran viskos dapat
digambarkan dengan dua buah bidang sejajar yang dilapisi fluida tipis diantara
kedua bidang tersebut. Suatu bidang permukaan bawah yang tetap dibatasi oleh
lapisan fluida setebal h, sejajar dengan suatu bidang permukaan atas
yang bergerak seluas A. Jika bidang bagian atas itu ringan, yang berarti tidak
memberikan beban pada lapisan fluida dibawahnya, maka tidak ada gaya tekan
yang bekerja pada lapisan fluida. Suatu gaya F dikenakan pada bidang
bagian atas yang menyebabkan bergeraknya bidang atas dengan kecepatan konstan
v, maka fluida dibawahnya akan membentuk suatu lapisan – lapisan yang saling
bergeseran. Setiap lapisan tersebut akan memberikan tegangan geser (s)
sebesar F/A yang seragam dengan kecepatan lapisan fluida yang
paling atas sebesar v dan kecepatan lapisan fluida paling bawah sama
dengan nol, maka kecepatan geser (g) pada lapisan fluida di suatu tempat pada
jarak y dari bidang tetap dengan tidak adanya tekanan fluida (Kanginan,
2006).
Lapisan-lapisan
gas atau zat cair yang mengalir saling berdesakan karena itu terdapat gaya
gesek yang bersifat menahan aliran yang besarnya tergantung dari kekentalan zat
cair. Gaya gesek tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus: G = ŋ
A (Ginting, 2011).
Adapun jenis cairan
dibedakan menjadi dua tipe, yaitu cairan newtonian dan non newtonian.
1. Cairan Newtonian
Cairan
newtonian adalah cairan yg viskositasnya tidak berubah dengan berubahnya gaya
irisan, ini adalah aliran kental (viscous) sejati. Contohnya : Air, minyak,
sirup, gelatin, dan lain-lain. Shear rate atau gaya pemisah viskositas
berbanding lurus dengan shear stresss secara proporsional dan viskositasnya
merupakan slope atau kemiringan kurva hubungan antara shear rate dan shear
stress. Viskositas tidak tergantung shear rate dalam kisaran aliran
laminar (aliran streamline dalam suatu fluida). Cairan Newtonian ada 2
jenis, yang viskositasnya tinggi disebut “Viscous” dan yang viskositasnya
rendah disebut “Mobile” (Dogra, 2006).
2. Cairan
Non-Newtonian
yaitu
cairan yang viskositasnya berubah dengan adanya perubahan gaya irisan dan
dipengaruhi kecepatan tidak linear.
Metode
Penentuan Kekentalan
Untuk menentukan
kekentalan suatu zat cair dapat digunakan dengan cara:
1. Cara
Ostwalt / Kapiler
Viskositas
dari cairan yang ditentukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan bagi cairan
tersebut untuk lewat antara 2 tanda ketika mengalir karena gravitasi melalui
viskometer Ostwald. Waktu alir dari cairan yang diuji dibandingkan dengan waktu
yang dibutuhkan bagi suatu zat yang viskositasnya sudah diketahui (biasanya
air) untuk lewat 2 tanda tersebut
(Lutfy, 2007).
Berdasarkan hukum
Heagen Poiseuille.
ŋ = Π P r4t
8
VL
Hukum
poiseuille juga digunakan untuk menentukan distribusi kecepatan dalam arus
laminer melalui pipa slindris dan menentukan jumlah cairan yamg keluar perdetik
(Sarojo, 2006)
2. Cara Hopper
Berdasarkan
hukum Stokes pada kecepatan bola maksimum,terjadi keseimbangan sehingga gaya
gesek = gaya berat – gaya archimides. Prinsip kerjanya adalah menggelindingkan
bola ( yang terbuat dari kaca ) melalui tabung gelas yang berisi zat cair yang
diselidiki. Kecepatan jatuhnya bola merupakan fungsi dari harga resiprok
sampel. Berdasarkan hukum stoke yaitu pada saat kecepatan bola
maksimum,terjadi kesetimbangan sehingga gaya gesek sama dengan gaya berat
archimedes. Dalam fluida regangan geser selalu bertambah dan tanpa batas
sepanjang tegangan yang diberikan.Tegangan tidak bergantung pada regangan geser
tetapi tergantung pada laju perubahannya. Laju perubahan regangan juga
disebut laju regangan( D. Young , 2009).
Laju perubahan
regangan geser = laju regangan
Rumus yang di
atas dapat defenisikan viskositas fluida, dinotasikan dengan η (eta), sebagai
rasio tegangan geser dengan laju regangan :
η = Tegangan
geser
Laju
regangan
Mempelajari
gerak bola yang jatuh ke dalam fluida kental, walaupun ketika itu hanya untuk
mengetahui bahwa gaya kekentalan pada sebuah bola tertentu di dalam suatu
fluida tertentu berbandingan dengan kecepatan relatifnya. Bila fluida
sempurna yang viskositasnya nol mengalir melewati sebuah bola, atau apabila
sebuah bola bergerak dalam suatu fluida yang diam, gari-garis arusnya akan
berbentuk suatu pola yang simetris sempurna di sekeliling bola itu. Tekanan
terhadap sembarang titik permukaan bola yang menghadap arah alir datang tepat
sama dengan tekanan terhadap titik lawan. Titik tersebut pada permukaan bola
menghadap kearah aliran, dan gaya resultan terhadap bola itu nol (Sudarjo,
2008).
BAB III
METODOLOGI
METODOLOGI
3.1 Alat
Alat yang digunakan dalam praktkum adalah
viskometer brook field, beaker glass 500ml, batang pengaduk, spindel.
3.2 Bahanel
Bahan-bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah epung kanji dan
aquadest.
3.3 Variabel Peneitian
3,3,1
Variabel Manipulasi
Variabel manipulasinya
adalah konsentrasi
3.3.2
Variabel Respon
Variabel responnya
adalah viskositas.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Percobaan
4.1.1
Data Percobaan Viskositas
SAMPEL
|
Massa (gr)
|
Spindel
|
Cp
|
RPM
|
Torque
|
Kadar
|
LARUTAN TEPUNG KANJI
|
5,0115 gr
|
61
|
5,4
|
30
|
2,50%
|
1,00%
|
62
|
6,3
|
30
|
6,70%
|
|||
15,6071 gr
|
62
|
7,39
|
30
|
74%
|
3,12%
|
|
62
|
E
|
30
|
E
|
|||
20,1594 gr
|
64
|
1862
|
30
|
74,4
|
4,03%
|
|
64
|
E
|
30
|
E
|
|||
25,0714 gr
|
63
|
1790
|
30
|
71,60%
|
5,01%
|
|
63
|
992,8
|
30
|
99,20%
|
VISKOSITAS
|
KADAR %
|
6,3
|
0,01002
|
7,39
|
0,03121
|
1862
|
0,04031
|
992,8
|
0,05014
|
4.2 Grafik dan Analisa Grafik
4.2.1
Grafik Analisa Vikositas
4.3 Pembahasan
Fluida,
baik zat cair maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan
yang berbeda. Viskositas alias kekentalan sebenarnya merupakan gaya gesekan
antara molekul-molekul yang menyusun suatu fluida. Jadi molekul-molekul yang
membentuk suatu fluida saling gesek-menggesek ketika fluida fluida tersebut
mengalir. Pada zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya
tarik menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas
disebabkan oleh tumbukan antara molekul (Bird, 1993).
Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contohnya air.
Sebaliknya, fluida yang lebih kental biasanya lebih sulit mengalir, contohnya
minyak goreng, oli, madu, dan lain-lain. Hal ini bias dibuktikan dengan
menuangkan air dan minyak goreng diatas lanyai yang permukaannya miring. Pasti
hasilnya air lebih cepat mengalir dari pada minyak goreng atau oli. Tingkat
kekentalan suatu fluida juga bergantung pada suhu. Semakin tinggi suhu
zat cair, semakin kurang kental zat cair tersebut. Misalnya ketika ibu
menggoreng ikan di dapur, minyak goreng yang awalnya kental, berubah menjadi
lebih cair ketika dipanaskan. Sebaliknya, semakin tinggi suhu suatu zat gas,
semakin kental zat gas tersebut.
Perlu
diketahui bahwa viskositas atau kekentalan hanya ada pada fluida rill (rill =
nyata). Fluida rill / nyata adalah fluida yang kita jumpai dalam kehidupan
sehari-hari, seperti air sirup, oli, asap knalpot, dan lainnya. Fluida rill
berbeda dengan fluida ideal. Fluida ideal sebenarnya tidak ada dalam kehidupan
sehari-hari. Fluida ideal hanya model yang digunakan untuk membantu kita dalam
menganalisis aliran fluida (fluida ideal ini yang kita pakai dalam pokok bahasan
fluida dinamis) (Bird, 1993).
Satuan sistem internasional (SI) untuk koifisien viskositas adalah Ns/m2 =
Pa.S (pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk SI koifisien
viskositas adalah dyn.s/cm2 = poise (p). Viskositas juga sering dinyatakan
dalam sentipolse (cp). 1 cp = 1/1000 p. satuan poise digunakan untuk mengenang
seorang Ilmuwan Prancis, almarhum Jean Louis Marie Poiseuille.
1 poise = 1 dyn. s/cm2 = 10-1 N.s/m2
Fluida
adalah gugusan molukel yang jarak pisahnya besar, dan kecil untuk zat cair.
Jarak antar molukelnya itu besar jika dibandingkan dengan garis tengah molukel
itu. Molekul-molekul itu tidak terikat pada suatu kisi, melainkan saling
bergerak bebas terhadap satu sama lain. Jadi kecepatan fluida atau massanya
kecapatan volume tidak mempunyai makna yang tepat sebab jumlah molekul yang
menempati volume tertentu terus menerus berubah (While, 1988).
BAB V
PENUTUP
PENUTUP
5.1
Kesimpulan
Berdasarkan
praktikum yang telah dilakukan dan teori yang diketahui, disimpulkan bahwa
viskositas sangat mempengaruhi kecepatan benda untuk mewati suatu fluida,
semakin kental fluida tersebut, semakin lama waktu yang dibutuhkan benda untuk
melewatinya.
5.2 Saran
Pada
praktikum kali ini bahan acuan yang digunakan jangan hanya berupa minyak kelapa
tanpa ada bahan perbandingan lainnya ( seperti air, oli, dll) sehingga kami
tidak bias melihat contoh dari perbedaan viskositas pada zat cair secara
lansung, maka dari itu diharapkan untuk praktium selanjutnya hal tersebut diatas
bisa diperhatikan.
DAFTAR PUSTAKA
Dogra. 2006. Kimia
Fisika dan Soal-Soal. Malang. Universitas Malang
D . Young, Hugh.
2009. Fisika Universitas. Erlangga. Jakarta.
Ginting, Tjurmin.
2011. Penuntun Praktikum Kimia Dasar. LDB UNSRI.Indralaya.
Kanginan, Marthen.
2006. Fisika. Erlangga. Jakarta.
Lutfy, Stokes.
2007. Fisika Dasar I. Erlangga. Jakarta.
Martoharsono,
Soemanto. 2006. Biokimia I. Universitas Gajah Mada. Yogyakarta.
Sarojo, Ganijanti
Aby. 2006. Seri Fisika Dasar Mekanika. Salemba Teknika. Jakarta.
Sudarjo,
Randy. 2008. Modul Praktikum Fisika Dasar I. Universitas Sriwijaya.
Inderalaya.