Satuan Pendidikan : SMA
Mata Pelajaran : Fisika
Kelas/Semester : Kelas XI IPA 1, Semester 2 Materi Pembelajaran : Viskositas Zat Cair
Alokasi Waktu : 2 x 45 menit
I. Standar Kompetensi:
2. Menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik sistem kontinu dalam menyelesaikan masalah.
II. Kompetensi Dasar:
2.2 Menganalisis hukum-hukum yang berhubungan dengan fluida statik dan dinamik serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari
III. Indikator:
1. Siswa dapat menuliskan pengertian viskositas.
2. Siswa dapat memberikan contoh penerapan viskositas dalam kehidupan sehari-hari.
3. Siswa dapat menerapkan konsep viskositas dalam pemecahan soal.
4. Siswa dapat berpendapat tentang permasalahan yang berhubungan dengan viskositas.
IV. Tujuan Pembelajaran:
1. Siswa mampu menuliskan pengertian dari viskositas.
2. Siswa mampu memberikan contoh yang berkaitan dengan viskositas. 3. Siswa mampu menyelesaikan soal yang berkaitan dengan viskositas.
V. Materi Pembelajaran
Sebuah bola logam dengan jari-jari r cm dan massa m gram, massa jenis ρ,
jatuh pada zat cair dengan tetapan kekentalan viskositas η. Berdasarkan Stokes, bola tersebut akan mendapat gaya gesekan sebesar
= 6 ηr .
Ketika bola dilepaskan, lajunya masih nol. Sehingga belum ada gaya gesekan. Pada saat itu gaya yang ada adalah gaya berat sebesar
= = = ke bawah dan gaya Archimedes sebesar = = , dengan V adalah volume bola dan g adalah percepatan gravitasi.
Karena > , maka gaya resultan arahnya ke bawah dan bola bergerak ke bawah dipercepat. Sejalan dengan meningkatnya laju bola, maka gaya gesekan yang arahnya ke atas meningkat. Lama-kelamaan akan tercapai keadaan seimbang di mana besarnya gaya berat sama dengan jumlah gaya Archimedes dan gaya gesekan. Atau dapat ditulis dengan persamaan sistematis sebagai berikut:
= + 4 3 = 4 3 + 6 ηr 4 3 = 4 3 + 6 ηr 6 ηr = 4 3 − 4 3
6 ηr = −
Pada saat bola bergerak dengan laju atau kecepatan tetap, bola tersebut mengalami kecepatan terminal. Besarnya kecepatan terminal dapat ditulis dengan persamaan : = 4 3 − 6 ηr = 2 9 η −
Jadi, dengan menurunkan persamaan kecepatan terminal di atas, kita dapat mengetahui persamaan dari koefisien viskositas:
η = 2
9 −
VI. Model dan Metode Pembelajaran Model Pembelajaran: Langsung. Metode Pembelajaran: Ceramah. VII. Kegiatan Pembelajaran
Guru dan siswa melakukan tanya jawab mengenai pengalaman di kehidupan sehari-hari mengenai viskositas sebagai berikut :
1. Mengajukan pertanyaan tentang merek oli apa yang digunakan pada kendaraan siswa ?
2. Mengajukan pertanyaan : “Apakah setiap merek oli mempunyai kekentalan yang berbeda?”
A. Kegiatan Inti
Guru memberikan ceramah tentang viskositas. B. Kegiatan Penutup
Guru dan siswa membuat kesimpulan tentang materi yang telah dipelajari. Guru memberikan latihan soal kepada siswa.
VIII. Sumber Pembelajaran
Kanginan, Marthen. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.
Yogyakarta, November 2012
Peneliti,
Wulan Suka Rinawathi NIM. 091424001 Mengetahui,
Dosen Pembimbing Penelitian
Lembar Kegiatan Siswa
Hubungan Kecepatan Terminal dan Koefisien Viskositas dalam Fluida Kental
Tujuan :
Menyelidiki hubungan antara kecepatan terminal dan koefisien viskositas dalam fluida kental.
Bahan:
Micrometer sekrup, stopwatch, dan penggaris.
Alat :
Tabung tempat percobaan, fluida yang akan digunakan, kelereng.
Rumusan Masalah : ________________________________________________________
Hipotesis : (Tuliskan dugaan-dugaan terhadap masalah di atas)
_______________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________
Variabel :
a. Yang dijaga konstan : __________________________________________________ b. Yang dimanipulasi : ____________________________________________________ c. Yang merespon : ___________________________________________________
Percobaan:
1. Siapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
2. Lakukan beberapa kali langkah berikut sampai anda dapat dinyatakan memahami percobaan oleh guru anda :
a. Pastikan stopwatch sudah siap digunakan. Masukkan kelereng yang telah diketahui volumenya ke dalam tabung yang telah berisi fluida. Tandai dan cermati rentang lintasan saat kelereng bergerak konstan. Nyalakan stopwatch
b. Pastikan anda benar-benar memahami saat kelereng bergerak konstan di dalam fluida. Lakukan percobaan yang sama dengan langkah 2a selama 5 kali. Hitung nilai masing-masing kecepatan terminal. Lalu hitung rata-ratanya. Catat hasil pengukuran pada lembar kertas yang sudah disediakan.
3. Jika anda sudah benar-benar memahami tujuan percobaan, buatlah rancangan percobaan hubungan antara kecepatan terminal dan koefisien viskositas dalam fluida kental dengan menggunakan fluida yang berbeda. Rancangan berupa skema percobaan, langkah percobaan dan tabel. Perikasakan dahulu rancangan pada guru, jika sudah disetujui, tulis rancangan percobaan pada lembar kertas yang sudah disediakan.
4. Lakukan analisis data dengan menghitung nilai koefisien viskositas fluida yang digunakan. Samakah nilai koefisien viskositas setiap fluida? (tulis jawaban di bawah tabel yang telah kamu buat)
5. Samakah nilai kecepatan terminal(vT) pada fluida yang berbeda-beda? Mengapa hal ini bisa terjadi? (tulis jawaban di bawah tabel yang telah kamu buat)
6. Buat grafik hubungan antara kecepatan terminal dan koefisien viskositas dalam fluida kental !
Kesimpulan :
Tulislah kesimpulan dari hasil percobaan yang telah dilakukan pada lembar kertas yang sudah disediakan.
NO y (cm) y (m) t (s) v(m/s) 1 2 3 4 5 RANCANGAN PERCOBAAN Skema percobaan Langkah percobaan
Tabel hasil pengamatan Hasil percobaan fluida 1:
Hasil percobaan fluida 2 :
Hasil percobaan fluida 3 :
Tujuan :
Menyelidiki hubungan antara kecepatan terminal dan koefisien viskositas dalam fluida kental.
Bahan:
Micrometer sekrup, stopwatch, dan penggaris.
Alat :
Tabung tempat percobaan, fluida yang akan digunakan, kelereng.
Rumusan Masalah : Bagaimanakah hubungan antara kecepatan terminal dan koefisien viskositas dalam fluida?
Hipotesis : (Tuliskan dugaan-dugaan terhadap masalah di atas)
Semakin besar koefisien viskositas suatu fluida maka semakin besar gaya gesek yang terjadi sehingga kecepatannya semakin kecil.
Variabel :
a. Yang dijaga konstan : Tabung tempat percobaan, kelereng, penggaris serta stopwatch.
b. Yang dimanipulasi : koefisien viskositas ( fluida ) c. Yang merespon : kecepatan terminal
Percobaan:
1. Siapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
2. Lakukan beberapa kali langkah berikut sampai anda dapat dinyatakan memahami percobaan oleh guru anda :
c. Pastikan stopwatch sudah siap digunakan. Masukkan kelereng yang telah diketahui volumenya ke dalam tabung yang telah berisi fluida. Tandai dan cermati rentang lintasan saat kelereng bergerak konstan. Nyalakan stopwatch
d. Pastikan anda benar-benar memahami saat kelereng bergerak konstan di dalam fluida. Lakukan percobaan yang sama dengan langkah 2a selama 5 kali. Hitung nilai masing-masing kecepatan terminal. Lalu hitung rata-ratanya. Catat hasil pengukuran pada lembar kertas yang sudah disediakan.
3. Jika anda sudah benar-benar memahami tujuan percobaan, buatlah rancangan percobaan hubungan antara kecepatan terminal dan koefisien viskositas dalam fluida kental dengan menggunakan fluida yang berbeda. Rancangan berupa skema percobaan, langkah percobaan dan tabel. Perikasakan dahulu rancangan pada guru, jika sudah disetujui, tulis rancangan percobaan pada lembar kertas yang sudah disediakan.
4. Lakukan analisis data dengan menghitung nilai koefisien viskositas fluida yang digunakan. Samakah nilai koefisien viskositas setiap fluida? (tulis jawaban di bawah tabel yang telah kamu buat)
5. Samakah nilai kecepatan terminal(vT) pada fluida yang berbeda-beda? Mengapa hal ini bisa terjadi? (tulis jawaban di bawah tabel yang telah kamu buat)
6. Buat grafik hubungan antara kecepatan terminal dan koefisien viskositas dalam fluida kental !
Kesimpulan :
Tulislah kesimpulan dari hasil percobaan yang telah dilakukan pada lembar kertas yang sudah disediakan.
NO y (cm) y (m) t (s) v(m/s) 1 46 0,46 1,9 0,24 2 39 0,39 1,8 0,21 3 38 0,38 2,3 0,16 4 57 0,57 1,7 0,33 5 41 0,41 1,35 0,30 RANCANGAN PERCOBAAN Skema percobaan Langkah percobaan
1. Siapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
2. Ukur diameter kelereng dan massa kelereng, lalu catat hasil pengukuran pada lembar kertas yang sudah disediakan.
3. Dari hasil pencatatan diameter kelereng, hitung dan catat volume kelereng tersebut. 4. Masukkan kelereng yang telah diketahui volumenya ke dalam tabung yang telah berisi fluida. Sebelum memasukkan kelereng, pastikan stopwatch sudah siap digunakan. Nyalakan stopwatch saat kelereng mulai bergerak dengan kecepatan konstan, tandailah pada daerah kelereng yang bergerak konstan lalu matikan stopwatch beberapa saat kemudian.
5. Ukur jarak dan waktu yang ditempuh kelereng ketika kelereng bergerak dengan kecepatan konstan pada lembar kertas yang sudah disediakan.
8. Lakukan analisis data dengan menghitung nilai koefisien viskositas fluida yang digunakan. Samakah nilai koefisien viskositas setiap fluida? (tulis jawaban di bawah tabel yang telah kamu buat)
9. Buat grafik hubungan koefisien viskositas dengan kecepatan terminal dalam fluida! 10. Buatlah kesimpulan dari hasil percobaan yang kamu peroleh !
Tabel hasil pengamatan Hasil percobaan fluida 1 :
NO y (cm) y (m) t (s) v(m/s) 1 46 0,46 1,9 0,24 2 39 0,39 1,8 0,21 3 38 0,38 2,3 0,16 4 57 0,57 1,7 0,33 5 41 0,41 1,35 0,30
Hasil percobaan fluida 2 :
NO y (cm) y (m) t (s) v(m/s) 1 23 0,23 3 0,077 2 23 0,23 2,9 0,079 3 20 0,20 2,9 0,068 4 21 0,21 3,1 0,067 5 23 0,23 2,9 0,079
Hasil percobaan fluida 3 :
NO y (cm) y (m) t (s) v(m/s) 1 18 0,18 1,2 0,15 2 16 0,16 1,3 0,12 3 22 0,22 1,3 0,17 4 20 0,20 1,2 0,167 5 18 0,18 1,2 0,15
Fluida 1: η = 9 2 2 ν g r (ρ − ρ ) η =
24 , 0 8 , 9 01 , 0 9 2 2 (5039,8 − 1529) η = 3,186 Pa. s Fluida 2 : η = 9 2 2 ν g r (ρ − ρ ) η =
074 , 0 8 , 9 01 , 0 9 2 2 (5039,8 − 920,5) η = 12,12 Pa. s Fluida 3: η = 9 2 2 ν g r (ρ − ρ ) η =
15 , 0 8 , 9 01 , 0 9 2 2 (5039,8 − 800) η = 6,15 Pa. sKESIMPULAN :
Semakin kental suatu fluida maka kecepatan aliran fluida semakin lambat.
Semakin besar nilai η maka nilai VTsemakin kecil.
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0 2 4 6 8 10 12 14 VT ( m/s) η ( Pa.s )