1
PENGUKURAN PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR DENGAN METODE JAEGER
(Pengembangan Alat dan Uji Coba Pemakaiannya)
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan (S.Pd)
Program Studi Pendidikan Fisika
Oleh:
Miranda
NIM : 061424015
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2
6 PRAKATA
Puji Syukur kehadirat Huang Tian (Tuhan Yang Maha Esa), karena atas
berkat-Nya yang begitu melimpah penulis telah berhasil menyelesaikan skripsi ini
dengan judul “PENGUKURAN PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP
TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR DENGAN METODE JAEGER (Pengembangan Alat dan Uji Coba Pemakaiannya.)”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat bagi penulis dalam
memperoleh gelar Sarjana Pendidikan di Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Dalam proses penyusunan hingga terselesaikannya skripsi ini tentu saja tidak
terlepas dari arahan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak, yang tanpa mereka
skripsi ini tidak mungkin terwujud. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan
terimakasih kepada:
1. Drs. Tarsisius Sarkim, M.Ed., Ph.D. selaku dosen pembimbing yang telah,
memberikan arahan dan dukungan dalam penyusunan skripsi ini.
2. Segenap dosen yang telah memberikan bimbingan dan bantuan dalam bentuk
apapun kepada penulis.
3. Mas Agus dan seluruh karyawan Laboratorium Fisika Universitas Sanata Dharma
atas bantuannya yang sangat berarti.
4. Mahasiswa-mahasiswa Pendidikan Fisika angkatan 2009 Universitas Sanata
Dharma yang telah bersedia membantu penulis untuk menggenapi skripsi ini.
7
6. Orang tuaku tercinta, mama Lie Hap Ing dan papa Tan Sin Tjhun atas segala
keringat, doa, dan pengorbanannya, serta dua adikku tersayang, Yo ren dan Yun
Chen atas kehadirannya yang menceriakan.
7. Teman-teman SMA Santo Yosef Pangkalpinang angkatan 2003 yang selalu
menjadi tempat untuk menyalurkan tawa dan kecewa, serta ucapan ini special
untuk sahabatku Camel dan Acong.
8. Teman-teman Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma angkatan 2006,
terutama Rudyanto, Cicilia, Ratna, dan Desi atas ceritanya selama ini.
9. Teman kost “Palem Putri” dan “Putri Ayu”, terutama Ndoel dan Asti yang telah
banyak mendukung dalam kehangatannya.
10.Teman, rekan, dan semua pihak yang telah membantu penulis menyelesaikan
kuliah dan skripsi ini.
Penulis menyadari adanya keterbatasan dan kekurangan dari penulis, sehingga skripsi
ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun
sangat diharapkan. Semoga skripsi in berguna bagi seluruh pembaca, dan dapat
digunakan sebagaimana mestinya.
Yogyakarta
8 ABSTRAK
PENGARUH PENGUKURAN TEMPERATUR TERHADAP TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR DENGAN METODE JAEGER
Alat pengukur tegangan permukaan zat cair dengan metode Jaeger yang
sederhana masih jarang didapati dan jarang dilakukan eksperimen untuk mengetahui
besar tegangan permukaan suatu zat cair, maka penelitian ini dilakukan dengan tujuan
membuat alat pengukur tegangan permukaan zat cair yang sederhana. Alat pengukur
tegangan permukaan zat cair terdiri dari dudukan, pemanas, botol penghasil tekanan,
pipa kapiler, dan pipa manometer.
Pengukuran tegangan suatu zat cair dengan metode Jaeger dapat diperoleh
baik dengan temperatur yang sama ataupun dengan temperatur yang berbeda-beda.
Dari data pengukuran tegangan permukaan zat cair yang telah dilakukan
menunjukkan bahwa alat ini dapat digunakan dan menunjukkan bahwa adanya
perubahan tegangan permukaan zat cair seiring dengan perubahan temperatur.
Manfaat alat sederhana ini, dapat digunakan sebagai metode pembelajaran
yang berbasis eksperimen dapat membuat anak didik lebih percaya atas kebenaran
berdasarkan percobaannya sendiri daripada hanya menerima kata guru atau buku,
9 ABSTRACT
INFLUENCE of TEMPERATURE MEASUREMENT TO TENSION of
HYDROGEN SURFACE WITH THE JAEGER METHOD.
Grader of Tension of hydrogen surface with the simple Jaeger method still seldom be discovered and seldom be conducted by a experiment to know surface tension of a hydrogen, hence this research is conducted with an eye to make the grader of simple hydrogen surface tension. Grader of Tension of hydrogen surface consisted of the desk, heater, bottle of pressure producer, capillary pipe, and manometer pipe.
Tension measurement of a hydrogen with the good obtainable Jaeger method with the same temperature or the temperature which different each other. From data of measurement of tension of hydrogen surface which have been conducted to indicate that this appliance can be used and indicate that the existence of change of tension of hydrogen surface along with temperature change.
10 DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ……….. i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ………. ii
HALAMAN PENGESAHAN ……… iii
PRAKATA ……….. iv
INTISARI ………... vi
ABSTRACT ……….... vii
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ……… viii
DAFTAR ISI ………. ix
DAFTAR GAMBAR ………. xii
DAFTAR TABEL ……….. xiii
BAB I. PENDAHULUAN ……… 1
A. Latar Belakang ………1
B. Perumusan Masalah ………2
C. Tujuan Penelitian ………2
D. Manfaat Penelitian ………..3
BAB II. DASAR TEORI ……….4
A. Metode Eksperimen ………..4
B. Fuida ……….10
11
D. Tegangan Permukaan ………...12
E. Pengaruh suhu ………..15
F. Metode Jaeger ………..19
G. Ketidakpastian Penelitian ……….23
BAB III. METODOLOGI ………...……… 26
A. Cara Kerja Alat ……….26
B. Hasil Percobaan dan Ketidakpastiannya………...30
C. Pengukuran Tegangan Permukaan ………...33
D. Penggunaan Alat Dalam Pembelajaran ………36
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ….………..37
A. Data Hasil Pengukuran ……….37
B. Perhitungan Tegangan Permukaan Zat Cair ……….45
C. Pembahasan ………..51
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ………54
A. Kesimpulan ………54
B. Keterbataasan Penelitian ………...54
C. Saran ………..55
DAFTAR PUSTAKA ……….56
12
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Embun Pagi Hari Sebagai Contoh Tegangan Permukaan ………13
Gambar 2. Koin Yang Diapungkan Pada Permukaan Air ...………..13
Gambar 3. Tegangan Permukaan Zat Cair ...……….15
Gambar 4. Tetes Embun………..15
Gambar 5. Alat Pengukur Tegangan Permukaan Zat Cair Dengan Metode Jaeger ...…….………...18
Gambar 6. Terjadinya Tegangan Pada Gelembung ………19
Gambar 7. Dudukan ………23
13
DAFTAR TABEL
Tabel 1 : Hasil Pengukuran air pada suhu yang berbeda ……….……...…. 37
Tabel 2 : Hasil Pengukuran minyak tanah pada suhu yang berbeda …,,…….…. 39
Tabel 3 : Hasil Pengukuran bensin pada suhu yang berbeda …………..………. 41
Tabel 4 : Rata-rata hasil pengukuran air pada suhu berbeda ………..……. 43
Tabel 5 : Rata-rata hasil pengukuran minyak tanah pada suhu berbeda …..…... 44
Tabel 6 : Rata-rata hasil pengukuran bensin pada suhu berbeda …………..….. 44
Tabel 7 : Besar kerapatan zat cair ………..…. 45
Tabel 8 : Hasil perhitungan tegangan permukaan air dengan suhu berbeda ... 48
Tabel 9 : Hasil perhitungan tegangan permukaan minyak tanah dengan suhu
Berbeda ………... 49
14 BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dewasa ini, alat yang digunakan untuk materi pembelajaran mengenai fluida
tepatnya untuk mengukur tegangan permukaan masih sangat jarang. Karena itu,
sangat baik bila dibuat alat yang dapat mengukur tegangan permukaan zat cair
meskipun sederhana. Dalam percobaan untuk mengukur tegangan permukaan cairan
dengan metode Jaeger, terlihat beberapa persamaan yang di dalamnya tidak
mengandung variable T(temperatur).
Apabila kita menilik dari beberapa buku pegangan siswa ataupun mahasiswa
ada tabel yang isinya merupakan hasil pengukuran tegangan permukaan zat cair dari
suhu yang berbeda. Contoh yang mudah dilihat pada buku-buku fisika mengenai
fluida pada umumnya adalah tegangan permukaan air dengan suhu yang berbeda.
Data menunjukkan adanya perbedaan tegangan permukaan pada temperatur yang
berbeda untuk suatu zat cair.
Dengan menggunakan metode Jaeger ini akan dilakukan pengukuran terhadap
tegangan permukaan zat cair dari jenis yang berbeda-beda dengan temperatur yang
berbeda-beda pula untuk memastikan keberadaan variable T, mempengaruhi tegangan
permukaan dari zat cair. Dari hasil pengukuran itu akan terlihat pengaruh temperatur
terhadap tegangan permukaan zat cair. Bila pengukuran tegangan permukaan zat cair
ini dilakukan, diharapkan akan dapat memberi sumbangan di dalam bidang fisika
15
ini dipelajari dalam persamaan tegangan permukaan pun tidak ada yang mengatakan
secara langsung bahwa ada variable T yang mempengaruhi.
B. Perumusan masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan dapat dirumuskan masalah sebagai
berikut:
1. Bagaimanakah alat untuk mengukur tegangan permukaan zat cair pada suhu yang
berbeda dengan metode Jaeger?
2. Bagaimanakah hubungan tegangan permukaan zat cair dengan temperatur yang
didapat dari data pengukuran menggunakan metode Jaeger ini?
3. Bagaimanakah pemakaian alat ini dalam perkuliahan khususnya di dalam
mekanika II mengenai tegangan permukaan zat cair?
C. Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah yang diuraikan di atas maka tujuan dari penelitian ini
adalah:
1. Menggunakan alat yang dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan
zat cair.
2. Menyimpulkan hubungan antara tegangan permukaan zat cair dan temperaturnya.
3. Melakukan pembelajaran fisika mengenai tegangan permukaan zat cair dengan
16 D. Manfaat Penelitian
Bila tujuan penelitian ini dapat dicapai maka diharapkan mahasiswa fisika
khususnya mahasiswa pendidikan fisika Universitas Sanata Dharma memahami
17 BAB II
LANDASAN TEORI
Dalam Bab II ini akan dibahas metode eksperimen yang akan menjadi dasar
pendekatan untuk melakukan percobaan pengukuran temperatur terhadap tegangan
permukaan, pengertian fluida, sifat-sifat fluida, tegangan permukaan, pengaruh
temperatur terhadap tegangan permukaan, cara kerja alat penggukur pengaruh
temperatur terhadap tegangan permukaan dengan metode Jaeger, dan ketidakpastian
yang menghinggapi hasil pengukuran pengaruh temperatur terhadap tegangan
permukaan dengan metode Jaeger.
A. Landasan Teori
1) Metode Eksperimen
Paul Suparno (2007) menyatakan bahwa metode eksperimen adalah
metode mengajar yang mengajak siswa untuk melakukan percobaan sebagai
pembuktian, pengecekan bahwa teori yang sudah dibicarakan itu memang
benar. Jadi, metode ini lebih untuk mengecek supaya siswa makin yakin dan
jelas akan teorinya. Biasanya metode eksperimen bukan untuk menemukan
teori, tetapi lebih untuk menguji teori atau hukum yang sudah ditemukan para
ahli. Namun dalam praktek guru dapat pula melakukan eksperimen untuk
menemukan teorinya atau hukumnya. Dalam hal ini seakan-akan teori atau
hukum belum ditemukan, dan siswa diminta untuk menemukan. Tentu guru
sudah tahu teori atau hukum sebelumnya dan bagi guru arah eksperimen jelas.
Dengan metode ini siswa dapat merasa bangga dan yakin karena seakan-akan
18
Djajadisastra (1982) menyatakan bahwa metode eksperimen
merupakan metode yang mengikuti cara-cara alamiah yang ditempuh manusia
dalam penjelajahannya untuk memahami dunianya. Oleh karena itu, bagi
beberapa jenis mata pelajaran metode eksperimen sangat baik untuk
digunakan sebagai suatu alat guna memberikan pengertian yang tepat
mengenai suatu proses atau kejadian. Walaupun demikian, kita juga harus
hati-hati dengan metode ini karena tidak semua mata pelajaran dapat
disampaikan dengan metode eksperimen.
Djajadisastra (1982) menyatakan bahwa metode eksperimen adalah
suatu cara mengajar yang memberikan kesempatan kepada murid untuk
menemukan sendiri sesuatu fakta yang diperlukannya atau yang ingin
diketahuinya.
Paul Suparno (2007) menyatakan metode eksperimen terbagi menjadi
dua, yaitu eksperimen terbimbing dan eksperimen bebas. Eksperimen
terbimbing, seluruh jalan percobaannya dirancang oleh guru sebelum
percobaan dilakukan oleh siswa. Maka siswa tidak akan bingung tentang
langkah-langkah yang akan dibuat. Data yang harus dikumpulkan dan
kesimpulan mana yang akan mereka tuju cukup jelas. Sedangkan, dalam
eksperimen bebas, guru tidak memberikan petunjuk pelaksanaan percobaan
secara rinci. Dengan kata lain, siswa harus lebih banyak berpikir sendri,
bagaimana akan merangkai rangkaian, apa yang harus diamati, diukur, dan
dianalisis serta disimpulkan.
Dengan demikian metode eksperimen adalah metode pemberian
19
melakukan suatu proses atau percobaan. Dengan metode ini anak didik
diharapkan sepenuhnya terlibat merencanakan eksperimen, melakukan
eksperimen, menemukan fakta, mengumpulkan data, mengendalikan variabel,
dan memecahkan masalah yang dihadapinya secara nyata.
Beberapa kelebihan dan kekurangan dari metode eksperimen.
Kelebihan metode eksperimen:
1. Metode ini dapat membuat anak didik lebih percaya atas kebenaran atau
kesimpulan berdasarkan percobaannya sendiri daripada hanya menerima
kata guru atau buku.
2. Anak didik dapat mengembangkan sikap untuk mengadakan studi
eksplorasi (menjelajahi) tentang ilmu dan teknologi, suatu sikap yang
dituntut dari seorang ilmuwan.
3. Dengan metode ini akan terbina manusia yang dapat membawa
terobosan-terobosan baru dengan penemuan sebagai hasil percobaannya yang
diharapkan dapat bermanfaat bagi kesejahteraan hidup manusia.
Kelemahan metode eksperimen:
1. Tidak cukupnya alat-alat mengakibatkan tidak setiap anak didik
berkesempatan mengadakan eksperimen.
2. Memerlukan jangka waktu yang lama.
3. Metode ini lebih cocok untuk menyajikan bidang-bidang IPA dan
20
(NN. Ragam Metode Pembelajaran Interaktif. Diunduh Desember 2008).
Metode eksperimen seringkali disamakan dengan metode demonstrasi,
padahal dua hal ini berbeda. Beberapa hal di bawah ini menunjukkan
perbedaannya (Djajadisastra, 1982) :
a. Pada metode demonstrasi murid diminta untuk memperhatikan suatu objek
atau proses, sedangkan pada metode eksperimen murid dituntut untuk
menganalisis suatu proses.
b. Pada metode demonstrasi murid cukup dengan mengamati saja maka pada
metode eksperimen murid harus menelitinya sendiri, mengalami kegiatan
itu sendiri,menganalisis dan mengambil kesimpulan sendiri.
Pelaksanaan metode eksperimen adalah sebagai berikut (Djajadisastra, 1982) :
Kegiatan Guru
1) Menetapkan tujuan eksperimen.
2) Mempersiapkan alat-alat yang akan digunakan.
3) Mempersiapkan tempat/kelas yang akan dipakai.
4) Memperhitungkan jumlah murid.
5) Kalau alat-alat cukup, tiap=tiap murid dapat melakukan eksperimen
sendiri-sendiri. Kalau tidak, maka harus terlebih dahulu dibentuk
21
6) Memperhatikan faktor keamanan dari eksperimen yang akan dilakukan,
seperti bahaya kebakaran, gas-gas berbau atau beracun, benda-benda yang
mudah pecah atau meledak.
7) Menjaga disiplin kelas. Harus benar-benar dijaga agar alat-alat atau zat-zat
kimia yang digunakan untuk bereksperimen tidak dipakai untuk main-main
atau hal-hal di luar tujuan pelajaran itu sendiri.
8) Memberikan penjelasan mengenai apa yang harus diperhatikan murid dan apa
yang jangan dilakukan karena akan dapat membahayakan keselamatan baik
yang sedang melakukan eksperimen maupun seluruh kelas.
9) Mengecek apakah semua murid sudah memperhatikan semua alat dengan
sebaik-baiknya dan memahami petunjuk-petunjuk yang telah dikemukakan.
10) Murid diminta untuk menyiapkan catatan-catatan untuk mencatat seluruh
proses eksperimen yang akan dilakukan.
11) Menyuruh murid-murid untuk memulai eksperimen mereka.
12) Selama eksperimen dilakukan, guru berkeliling.
13) Bila apa yang dieksperimenkan itu berbeda-beda pada setiap murid atu
kelompok murid, sewaktu berkeliling guru dapat melakukan diskusi mengenai
apa yang dialami atau ditemukan pada saat eksperimen itu dilakukan. Jika apa
yang dieksperimenkan itu adalah mengenai hal yang sama untuk setiap murid
atau kelompok murid, maka diskusi dapat dilakukan setelah eksperimen
22
14) Murid diminta untuk membuat laporan mengenai eksperimen yang telah
dilakukan dan menyerahkannya kepada guru untuk diperiksa.
15) Setelah eksperimen selesai dilakukan, guru harus menjaga dan memerintahkan
pada seluruh keals agar semua alat-alat yang telah dipergunakan disimpan
kembali pada tempatnya. Bila ada yang harus dicuci atau dibersihkan, harus
diberikan petunjuk-petunjuk mengenai bagaimana cara melakukannya. Bila
ada yang harus dibuang, maka harus diperhatikan agar tidak terjadi
pencemaran lingkungan oleh sisa-sisa eksperimen yang dibuang. Hal ini
sangat perlu diperhatikan, lebih-lebih jika zat-zat kimia yang akan dibuang itu
beracun atau membahayakan kesehatan manusia dan makhluk hidup lainnya.
Kegiatan Murid
1) Mendengarkan semua petunjuk guru dengan baik dan cermat.
2) Beberapa orang murid dapat membantu guru mempersiapkan semua alat
yang akan dipergunakan.
3) Mempersiapkan catatan, potlot, ballpoint atau alat tulis lainnya yang
diperlukan. Mungkin bila ada, murid harus menyediakan buku kerja atau
buku laporan.
4) Menerima dan mempersiapkan alat-alat yang akan dipergunakan dalam
eksperimen. Bila eksperimen akan dikerjakan sendiri-sendiri oleh setiap
murid, maka setiap murid seudah harus faham bagaimana cara
menggunakan alat-alat tersebut. Bila dilakukan dalam kelompok, maka
harus ada seorang di antara mereka yang bertanggung jawab sebagai ketua
23
5) Tidak menggunakan alat-alat eksperimen untuk keperluan yang lai, selain
untuk mempelajari eksperimen yang akan dilakukan.
6) Menjaga alat-alat an memperlakukannya dengan hati-hati agar tidak rusak,
jatuh atau menimbulkan bahaya, baik bagi dirinya sendiri maupun bagi
orang lain.
7) Pada saat eksperimen dilakukan, memperhatikan dengan teliti dan cermat,
segala proses yang sedang berlangsung. Mencatat seluruh proses dan bila
ada hal-hal yang tidak dimengerti, segera melaporkannya kepada guru.
Diskusi ini dapat dilakukan pada waktu itu juga atau ditangguhkan untuk
topic dalam diskusi klasikal.
8) Setelah eksperimen dilakukan, semua alat dikembalikan pada tempatnya.
Bila ada sisa-sisa zat-zat kimia yang digunakan, harus benar-benar
diperhatikan pembuangannya agar tidak mencemarkan dan membahayakan
lingkungan hidup di tempat itu.
9) Selalu mencuci tangan bersih-bersih sehabis setiap eksperimen yang
dilakukan, lebih-lebih bila telah mengguanakan zat-zat yang mungkin
mengandung racun atau akan membahayakan kesehatan bila termakan.
10) Menyelesaikan laporan untuk diserahkan kepada guru.
11) Mengikuti diskusi.
B. Fluida
Ranald V. Giles dalam bukunya „Theory and Problems of Fluids Mechanics
24
dan yang menyesuaikan diri dengan bentuk wadah tempatnya. Bila berada dalam
keseimbangan, fluida tidak dapat menahan gaya tangensial atau gaya geser. Semua
fluida memiliki suatu derajat kompresibilitas dan memberikan tahanan kecil
terhadap perubahan bentuk. Fluida dapat digolongkan ke dalam cairan atau gas.
Perbedaan-perbedaan utama antara cairan dan gas adalah
a) Cairan praktis tak kompresibel, sedangkan gas kompresibel dan seringkali
harus diperlakukan demikian.
b) Cairan mengisi volume tertentu dan mempunyai permukaan-permukaan
bebas sedangkan gas dengan massa tertentu mengembang sampai mengisi
seluruh bagian wadah tempatnya.
Giancolli (1997) menyatakan bahwa benda cair tidak mempertahankan bentuk
tetap melainkan mengambil bentuk tempat yang ditempatinya tetapi seperti benda
padat, benda cair tidak dapat langsung ditekan dan perubahan volume yang significant
hanya terjadi jika diberi gaya yang cukup besar. Benda gas tidak memiliki bentuk
maupun volume yang tetap, gas akan menyebar untuk memenuhi tempatnya. Karena
zat cair dan gas tidak mempertahankan bentuk yang tetap, keduanya memiliki
kemampuan untuk mengalir. Dengan demikian keduanya-duanya sering disebut
sebagai fluida.
C. Sifat-sifat Fluida
Giancoli (1997) menyatakan fluida bersifat tidak mempertahankan bentuk yang
tetap, fluida memiliki kemampuan untuk mengalir, sifat penting lainnya dari fluida
yang berada dalam keadaan diam adalah bahwa gaya yang disebabkan oleh tekanan
25 D. Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair
(fluida) yang berada dalam keadaan diam (statis). Contoh yang menarik tetes air
cenderung berbentuk seperti balon (yang merupakan gambaran luasan minimum
sebuah volum) dengan zat cair berada di tengahnya. Hal yang sama terjadi pada jarum
baja yang memiliki rapat massa lebih besar dari air dapat mengambang di permukaan
zat cair. Fenomena ini terjadi karena selaput permukaan zat cair dalam kondisi tegang,
tegangan fluida ini bekerja paralel terhadap permukaan dan timbul dari adanya gaya
tarik menarik antara molekulnya. Air memiliki tegangan permukaan yang besar yang
disebabkan oleh kuatnya sifat kohesi antar molekul-molekul air. Hal ini dapat diamati
saat sejumlah kecil air ditempatkan dalam sebuah permukaan yang tak dapat terbasahi
atau terlarutkan; air tersebut akan berkumpul sebagai sebuah tetesan. Di atas sebuah
permukaan gelas yang amat bersih atau berpermukaan amat halus, air dapat
membentuk suatu lapisan tipis (thin film) karena gaya tarik molekular antara gelas
dan molekul air (gaya adhesi) lebih kuat daripada gaya kohesi antar molekul air.
Giancoli (1997) menyatakan bahwa zat cair berperilaku seperti membran yang
teregang karena tegangan. Sebagai contoh, setetes air di ujung keran atau tergantung
pada dahan kecil layaknya embun pagi hari (gambar di bawah ini), membuat bentuk
yang hamper bulat seperti balon kecil yang berisi air lalu koin yang ketika diapungkan
pada permukaan air tidak tenggelam padahal massa jenisnya lebih besar dibandingkan
26 Gambar 1. Embun pagi hari
Gambar 2. Koin yang diapungkan pada permukaan air
Tegangan permukaan zat cair sejajar dengan permukaan yang muncul dari
gaya tarik-menarik antar molekulnya inilah yang dinamakan tegangan permukaan.
Tegangan permukaan ini didefinisikan sebagai gaya per satuan panjang yang bekerja
melintasi semua garis pada permukaan dan memiliki kecenderungan menarik
permukaan agar tertutup.
Victor L. Streeter dan E. Benjamin Wylie (1999) menyatakan bahwa pada
permukaan temu (interface-antar muka) cairan dan gas atau dua cairan yang tidak
dapat bercampur seolah-olah terbentuk suatu selaput (lapisan khusus) yang
27
sederhana di mana saat kita meletakkan sebuah jarum kecil ataupun klip kertas pada
permukaan air yang tenang nampaklah keberadaan selaput tersebut. Terbentuknya
selaput ini berdasar atas energi permukaan (kerja per satuan luas) yang diperlukan
untuk membawa molekul-molekul ke permukaan. Maka didefinisikan tegangan
permukaan adalah gaya perentang yang diperlukan untuk membentuk selaput tersebut.
Kegiatan untuk mengukur tegangan permukaan cairan adalah dengan menaikkan
tekanan di dalam tetes kecil cairan. Untuk tetes kecil yang berbentuk bola dengan
jari-jari r, tekanan dalam p yang perlu untuk mengimbangi gaya tarik yang disebabkan
oleh tegangan permukaan dihitung dalam gaya-gaya yang bekerja pada suatu benda
setengah bola bebas sebagai berikut:
p ……(1)
p = …….(2)
Hugh D. Young dan Roger A. Freedman (2002) menyatakan bahwa tegangan
permukaan adalah saat permukaan cairan berperilaku seperti lapisan yang memiliki
tegangan. Molekul-molekul cairan memberikan gaya tarik satu dengan yang lainnya
dan juga terdapat gaya total yang besarnya nol pada molekul di dalam volume cairan,
tetapi molekulpermukaan ditarik ke dalam volume (gambar di bawah ini). Sehingga
cairan cenderung memperkecil luas permukaannya, hanya dengan meregangkan
28
Gambar 3. Tegangan permukaan zat cair
Contoh indah yang dapat kita lihat adalah tetesan air hujan yang jatuh bebas
berbentuk bola karena bentuk bola memiliki luas permukaan yang lebih kecil untuk
volume tertentu dibandingkan dengan bentuk-bentuk yang lain.
Gambar 4. Tetes Embun
E. Pengaruh suhu terhadap tegangan permukaan
Partikel zat cair terikat tetapi tidak kaku. Mereka mampu bergerak dengan
bebas satu sama lain. Ketika suhu meningkat, getaran dari moolekul-molekul
meningkat menyebabkan jarak antara molekul-molekul meningkat. Ketika cairan
29
menurun, jarak antara molekul-molekul menjadi lebih kecil. Ketika mencapai titik
beku molekul biasanya akan mengunci ke dalam tatanan spesifik yang disebut
kristalisasi dan obligasi di antara mereka menjadi lebih kaku.
(http://www.Wikipedia.com/zat-cair.html)
Victor L. Streeter dan E. Benjamin Wylie di dalam bukunya “Mekanika
Fluida” (1999) menyatakan bahwa tegangan permukaan air berubah dari kurang lebih
31
Hugh D. Young dan Roger A. Freedman di dalam bukunya “Fisika Universitas
Jilid I” (2002) menyatakan bahwa pada umumnya tegangan permukaan fluida
mengalami penurunan saat terjadi kenaikan suhu. Suhu berhubungan dengan energi
gerak molekul dalam bahan. Saat suhu bertambah dan molekul cairan bergerak lebih
cepat, pengaruh interaksi antar molekul akan berkurang pada geraknya dan tegangan
permukaan akan berkurang. Contohnya: untuk mencuci pakaian dengan benar-benar
bersih, air harus dipaksa melalui ruang sempit di antara serat pakaian, yang sulit untuk
dilakukan akibat adanya tegangan permukaan. Hal ini akan menjadi lebih mudah
dilakukan dengan menurunkan nilai (tegangan permukaan). Oleh karena itu, air yang
panas (1000C) lebih baik dipakai untuk mencuci karena memiliki
dibandingkan dengan menggunakan air yang bersuhu 200C karena
namun yang terbaik adalah dengan menggunakan air sabun pada suhu 200C karena
32
Ditampilkan tabel nilai tegangan permukaan hasil percobaan:
Cairan yang bersentuhan dengan udara Suhu (0C) Tegangan permukaan
(mN/m) atau (dyne/cm)
Benzena 20 28,9
Karbon tetraklorida 20 26,8
Etanol 20 22,3
Metode Jaeger merupakan suatu metode yang dipergunakan untuk mengukur
tegangan permukaan suatu fluida. Metode Jaeger sebagai berikut:
Sebuah kapiler dengan mulut kecil dicelupkan dalam zat cair yang akan diukur
33
4 1
2
H 5 h
3
Gambar 5: Alat pengukur tegangan permukaan zat cair dengan metode Jaeger
Keterangan gambar:
1. Pipa kapiler
2. Botol penghasil tekanan
3. Pipa manometer
4. Corong
5. Tempat zat cair yang diukur.
Keterangan mengenai simbol-simbol persamaan:
d = massa jenis air di dalam manometer (kg/m3).
= massa jenis zat cair dalam tabung reaksi yang dihitung tegangan permukaannya
(kg/m3)
34
= ketinggian air pada tabung reaksi (m)
Pipa kapiler dihubungkan dengan sebuah botol melalui suatu manometer yang
berisi zat cair dengan massa jenis d. Dengan meneteskan air dari corong ke dalam
botol maka tekanan udara dalam pipa kapiler akan naik dan akan menekan ke bawah
zat cair yang berada di dalam pipa kapiler.
Ketika tekanan udara dalam pipa kapiler cukup besar maka akan timbul
gelembung udara dalam zat cair.
Pi Po
Gambar 6. Terjadinya tegangan pada gelembung
Gaya di sekeliling tepi akibat tegangan permukaan sebesar (2 . Di mana 2
adalah keliling lingkaran (tetesan) dan adalah tegangan permukaan. Gaya ini
diimbangi oleh perbedaan tekanan ( ) antara tekanan dalam Pi dan tekanan luar Po
yang bekerja pada permukaan tetesan.
Fdownward = Fupward
(2 = (Pi– Po) r2
2 = (Pi– Po) r
35
Jika perbedaan ketinggian zat cair pada manometer H, maka P = , di
mana d merupakan massa jenis air di manometer. h merupakan ketinggian zat cair
yang berada di dalam pipa kapiler, maka P = . Sehingga diperoleh persamaan :
…….(4)
…….(5)
Keterangan:
h = ketinggian air pada tabung reaksi (m)
= massa jenis dari zat cair yang diukur tegangan permukaannya (kg/m3)
r = radius gelembung udara yang besarnya sepadan dengan jari-jari pipa kapilernya
(m).
g = percepatan gravitasi (m/s2)
= tegangan permukaan (N/m)
Dengan mengetahui H dan h pada saat pembentukan gelembung udara maka
kita dapat menghitung besar tegangan permukaan zat cair tersebut. Pada metode ini
gelembung dibentuk pada zat cair yang suhunya dapat dikontrol dengan mudah oleh
karena itu dapat ditentukan tegangan permukaan zat cair sebagai fungsi dari suhu.
Hugh D. Young dan Roger A. Freedman (2002) menyatakan bahwa pada
umumnya tegangan permukaan fluida mengalami penurunan saat terjadi kenaikan
36 G. Ketidakpastian Pengukuran
Djonoputro (1980) menyatakan bahwa pengukuran memegang peranan penting
sekali dalam pertumbuhan dan perkembangan ilmu terapan maupun murni. Di dalam
melakukan pengukuran besaran fisika, pengukuran yang dilakukan tidaklah pernah
terjadi untuk diri kita sendiri karena pengukuran tersebut biasanya diteruskan ke dunia
luar agar orang lain memdapatkan manfaatnya, baik untuk keperluan ilmu atau pun
keperluan praktis. Misalnya, kita menentukan panjang dan lebar suatu meja untuk
mengetahui luasnya sehingga dapat memesan jumlah cat yang cukup atau modulus
kekenyalan besi kita ukur agar dapat merencanakan pembuatan rel kereta api dengan
tepat.
Djonoputro (1980) menyatakan bahwa di dalam dunia ilmu kita lazim menulis
bilangan dengan notasi eksponen dan satuan dengan sistem internasional (SI).
Misalnya mengukur tebal daun meja kita lakukan dengan menggunakan jangka sorong
dan hasilnya adalah 2,13 cm. Hasil ini dilaporkan dalam bentuk t = [t] dengan
catatan t = lambing besaran fisika yang diukur, = hasil pengukuran dan [t] = satuan
besaran yang diukur. Jadi, t = 2,13 cm atau 2,13 x 10-2 m. Manfaat notasi tersebut lebih
singkat dan jelas. Peringkat besar t pun jelas, yakni terlihat pada eksponen bilangan 10.
Dikatakan t memiliki peringkat besaran 10-2. Ketelitian pengukuran juga tampak, yakni
jumlah angka yang digunakan dalam pelaporan ini ada 3. Makin banyak angka yang
digunakan makin teliti pengukuran tersebut.
Djonoputro (1980) juga menyatakan bahwa bila orang lain dengan
menggunakan alat yang sama dalam keadaan serupa untuk suatu pengukuran yang
37
memberikan jaminan bahwa hasil pengukuran itu didapat tanpa hadirnya suatu
ketidakpastian. Perbedaan hasil pengukuran tersebut disebabkan:
1. Pengukuran adalah suatu tindakan manusia dan kita tahu bahwa manusia tidaklah
sempurna.
2. Alat yang digunakan pun buatan manusia, jadi otomatis juga tidak sempurna.
Ketidakpastian tidak dapat dielakkan. Karena itu selain menyajikan hasil
pengukuran, kita juga harus membuat tafsiran mengenai ketidakpastian yang
melekat pada hasil pengukuran itu dan melaporkannya dengan jujur. Dengan
demikian orang dapat menilai dan mempercayai hasil pengukuran itu dengan
wajar.
Pengukuran yang berulang kemungkinan mendapatkan hasil yang berbeda
sehingga sudah sepatutnya kita bersikap kurang percaya terhadap hasil pengukuran
tunggal. Semakin banyak pengukuran yang kita lakukan, semakin besar kepercayaan
kita akan hasilnya. Secara intuisi kita merasa bahwa dengan pengulangan, kita
mendapat informasi lebih banyak tentang nilai benar x, hingga kita dapat mendekati
nilai itu dengan teliti. Di samping itu, saat kita mendapatkan hasil pengukuran kita
tidak bisa lepas dengan penulisan hasil pengukuran itu dengan tepat termasuk angka
berarti yang masuk di dalam hasil pengukuran itu.
Djonoputro (1980) menyatakan bahwa sebenarnya tidak ada sesuatu cara yang
dapat dikatakan tepat dalam menuliskan hasil pengukuran, karena banyak bergantung
pada selera orang. Namun dengan mempertimbangkan jumlah nilai berarti pada
ketelitian, dapatlah dengan mempertimbangkan jumlah nilai berarti pada ketelitian,
38
a. Ketelitian 10% memberikan “hak” atas 2 angka berarti.
b. Ketelitian 1% memberikan “hak” atas 3 angka berarti.
39 BAB III
METODOLOGI
A. Cara Kerja Alat Pengukur Tegangan Permukaan
Bab kedua ini akan menjelaskan cara kerja alat pengukur tegangan permukaan
baik dari segi kegunaannya dan keterbatasan yang dimiliki oleh alat ini. Di bawah ini ada
beberapa gambar bagian-bagian alat pengukur tegangan permukaan zat cair dengan
metode Jaeger dan juga akan kita singgung dulu mengenai nama dari bagian-bagian alat
ini.
Gambar 7. Dudukan.
Dudukan berfungsi untuk penyanggah bagian lain dan tempat keberadaan
40
1. Kabel power berfungsi untuk mengalirkan arus listrik dari sumber listrik.
2. Kabel heater berfungsi untuk mengalirkan arus listrik ke elemen pemanas yang
masukkan ke dalam beker gelas.
3. Pengatur pemanas berupa termometer berfungsi untuk mengatur suhu sesuai dengan
yang diinginkan.
4. Waterpas berfungsi untuk mengetahui apakah penempatan alat pengukur tegangan
permukaan sudah rata.
Gambar 8. Bagian utama dari Alat pengukur tegangan permukaan zat cair
Gambar (8) mencakup beberapa bagian alat, yaitu:
1. Corong berfungsi untuk menampung air yang akan dialirkan ke dalam botol penghasil
41
2. Kran berfungsi untuk mengatur jalannya aliran air yang mengalir dari corong ke
dalam botol penghasil tekanan.
3. Botol penghasil tekanan berfungsi untuk menghasilkan tekanan udara yang pada
akhirnya akan menekan zat cair yang ada di dalam pipa manometer..
4. Pipa kapiler berfungsi untuk menghubungkan botol penghasil tekanan dengan pipa
manometer dan juga beker gelas.
5. Jangka sorong berfungsi untuk mengukur perubahan ketinggian zat cair yang berada
di pipa manometer dan beker gelas.
6. Pipa manometer berfungsi untuk mengetahui besar tekanan yang dihasilkan oleh botol
penghasil tekanan.
7. Pengatur titik nol berfungsi untuk mengatur referensi pengukuran akan perubahan
ketinggian zat cair pada pipa manometer.
8. Beker gelas berfungsi untuk menampung zat cair yang digunakan untuk pemanasan.
9. Elemen pemanas berfungsi untuk menghasilkan panas yang akan digunakan untuk
menaikkan suhu zat cair yang diukur tegangan permukaannya.
42
penghasil tekanan, pipa kapiler, dan pipa manometer yang saling terhubung itu naik.
Bila air yang berada di corong tersebut terus menerus dialirkan ke dalam botol
penghasil tekanan dan saat tekanan udara dalam pipa kapiler cukup besar maka akan
timbul gelembung udara dalam zat cair yang akan diukur tegangan permukaannya dan
besar tekanan udara tersebut adalah
Sehingga hubungan antara besar tekanan udara pada saat terjadi gelembung
dengan tegangan permukaan pada zat cair yang akan diukur sebagai berikut:
Untuk menghitung besar tegangan permukaan harus tahu perubahan
ketinggian zat cair baik pada pipa manometer(H) maupun pada ketinggian zat cair di
dalam pipa kapiler (h) saat terjadi gelembung udara, untuk itu harus diukur dengan
menggunakan jangka sorong . Dari hasil pengukuran tersebut kita dapat menghitung
besar tegangan permukaan dengan mengunakan persamaan
43
Untuk mengukur tegangan tegangan permukaan zat cair pada suhu yang
berbeda-beda dapat dilakukan degan mengatur suhu yang dikehendaki, kemudian
pemanas dihidupkan setelah mencapai suhu yang dikehendaki pemanas akan mati
secara otomatis.
C. Hasil percobaan dan ketidakpastiannya
Djonoputro (1980) menyatakan ketidakpastian tentu terdapat pada setiap
pengukuran, baik itu merupakan pengukuran tunggal maupun pengukuran berulang, x
= x . Di sini dinamai ketidakpastian mutlak dan sudah barang tentu satuannya
sama dengan besaran x. Ketidakpastian mutlak dihubungkan dengan ketepatan
pengukuran:
Semakin kecil ketidakpastian mutlak yang tercapai maka semain tepat pula
pengukuran tersebut. Misalkan pengukuran panjang L = (6,40 0,005) mm adalah
pengukuran yang memiliki ketepatan lebih tinggi daripada pengukuran
yangmenghasilkan L = (6,40 0,05) mm. Demikian pula untuk arus I = (6,4 0,1) A
dikatakan diketahui dengan ketepatan yang lebih tinggi dari pada arus I = (6,4 0,3)
A.
Djonoputro (1980) juga menyatakan bahwa cara lain untuk menyatakan
ketidakpastian suatu besaran ialah dengan menyebut ketidakpastia relatifnya, yakni ;
yang jelas tidak bersatuan. Seringkali ketidakpastian relative dinyatakan dalam %
dengan mengalikan hasil pengukuran dengan 100%. Ketidakpastian relative
dihubungkan dengan ketelitian pengukuran; Semakin kecil ketidakpastian relative
44
volt. Ketidakpastian mutlak disini 0,05 volt sedangkan ketidakpastian relative
pengukuran ini adalah atau 1%. Kalau voltmeter ini dipakai mengukur beda
potensial yang lebih besar, misalkan V2 = (10,0 0,005) volt, ketidakpastian mutlak
tetap sama seperti tadi, namun ketidakpasitan relative pengukuran kedua ini atau
5%.Karena ketidakpastian relative ini lebih kecil dari ketidakpastian relative
pengukuran pertama, dikatakan pengukuran beda potensial yang kedua lebih teliti
(memiliki ketelitian yang lebih besar) daripada pengukuran pertama (dua kali lebih
besar). Untuk dapat mengukur V1 dengan ketelitian yang sama denganketelitian yang
dicapai pada pengukuran V2 haruslah = 0,5% atau V1 = 0,5% x 5,0 volt = volt.
Maka diperlukan voltmeter dengan hitungan terkecil (minimum) volt, dengan kata
lain diperlukan alat yang lebih tepat.
Djonoputro (1980) menyatakan apabila kita melakukan pengukuran tunggal
maka ketidakpastian pengukuran ditentukan oleh skala alat ukur yang digunakan.
Besar ketidakpastiannya adalah ½ dari skala terkecil alat ukur yang digunakan.
Djonoputro (1980) menyatakan jika Z = Z ( y , x ) dengan x = x , y = y
di mana dan ditentukan oleh nilai skala terkecil maka hubungana antara
dan serta dapat dicari dengan persamaan berikut:
Dalam persamaan tersebut variabel-variabel yang terukur jari-jari pipa kapiler
45
cair pada beker gelas h. Ketiga variable-variabel yang lain tidak dilakukan
pengukuran sehingga besar variable-variabel tersedbut dapat dianggap tepat atau tidak
memiliki ketidakpasitan. Sehingga besar ketidakpastian tegangan permukaan dapat
dihitung dengan persamaan berikut:
…….(6)
x 100% …….(7)
(Hariyanto, 2007, dalam Djonoputro, 1980)
Djonoputro (1980) juga menyatakan bahwa di dalam melakukan pengukuran,
jika dimungkinkan melakkan pengukuran secara berulang sebaiknya dilakukan. Hal
ini dikarenakan dengan melakukan pengulangan kita dapat menggantikan nilai yang
sebenarnya (x0) dengan nilai rata-rata ( N), dan simpangan atau deviasi ( dengan
standar deviasi atau simpangan baku (sN). Dengan demikian nilai benar yang kita cari
berada dalam selang antara N - sN dan N + sN ; atau, “ ada jaminan 68 persen
simpangan nilai rata-rata N terhadap x0 tidak lebih daripada sN”.
Ada lagi satu keuntungan dengan dilakukannya pengukuran beulang, yakni
ketidakpastian pada nilai rata-rata N, sesungguhnya bukanlah sN, melainkan ,
46
dinamai simpangan baku nilai rata-rta terhadap x0. Pengertian SN oleh jelas
merupakan keuntungan, karena lebih kecil daripada SN. Dengan demikian
Djonoputro menyimpulkan bahwa
a. Pengukuran tunggal memberikan hasil yang patut diragukan.
b. Pengulangan pengukuran membawa tiga macam keuntungan:
1. X0 dapat diganti dengan .
2. dapat diganti dengan SN.
3. Ketidakpastian pada adalah yang lebih kecil dari SN.
Dengan demikian hasil pengukuran yang diulang N kali kita laporkan sebagai
berikut:
di mana x = = , dan
D. Pengukuran Tegangan Permukaan
1. Prosedur pengukuran tegangan permukaan zat cair
Dalam melakukan pengukuran tegangan permukaan zat cair dengan alat
ini kita dapat lakukan pengukuran zat cair yang berbeda-beda dengan suhu tetap
47
percobaan berikut hanya akan dijelaskan langkah-langkah percobaan pengukuran
tegangan permukaan zat cair yang sama dengan suhu yang berbeda.
Pertama-tama siapkan alat dan bahan yang diperlukan:
Alat Pengukur Tegangan Permukaan Zat Cair Pada Suhu Berbeda Dengan
Metode Jaeger
Zat cair yang akan diukur
Air
Es
Lap
Langkah-langkah melakukan pengukuran tegangan permukaan zat cair yang sama
dengan suhu berubah-ubah:
1. Letakan alat sedemikian rupa sehingga alat terletak dengan rata, kerataan letak
alat dapat dilihat melalui waterpas.
2. Isilah pipa manometer dengan air yang akan digunakan sebagai manometer
dengan ketinggian 6 cm.
3. Masukkan air ke dalam beker gelas.
4. Masukkan zat cair yang akan diukur tegangan permukaannya kedalam tabung
reaksi. Masukkan tabung reaksi ke dalam beker gelas, pada saat pengisian ini
kran harus terbuka.
5. Atur kenaikan suhu sesuai yang dikehendaki dengan melihat kenaikan
48
6. Untuk mendapatkan suhu mulai dari nol derajat maka taruh es ke dalam beker
gelas beserta termometer yang telah disiapkan. Namun, jika memulai dengan
suhu ruangan tidak perlu menggunakan es.
7. Untuk menaikkan suhunya, nyalakan pemanas dengan memasukkan elemen
pemanas ke dalam beker gelas.
8. Setelah suhu sesuai dengan yang dikehendaki kran ditutup, kemudian
masukkan air ke dalam corong.
9. Kran kemudian dibuka secara perlahan-lahan dan amati tabung reaksi yang
berada dalam beker gelas dan pipa manometer, pada saat terjadi gelembung
udara pada zat cair yang diukur tegangan permukaannya, ukur perubahan
ketinggian zat cair baik pada beker gelas maupun pada pipa manometer
dengan menggunakan jangka sorong. Catat perubahan ketinggian pada tabung
reaksi sebagai h dan catat perubahan ketinggian pada pipa manometer
dikalikan dua sebagai H. (Ketinggian yang terukur pada pipa manometer
merupakan setengah dari perubahan ketinggian sesungguhnya).
10. Lakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan
11. Untuk zat cair yang berbeda serta suhu yang berbeda-beda ulangi
49 E. Penggunaan Alat Dalam Pembelajaran
Dalam mendapatkan manfaaat di perkuliahan mengenai tegangan permukaan
zat cair dan sesuai dengan alasan pembuatan alat ini maka diperlukan metode
pembelajaran dengan menggunakan alat ini. Pembelajaran dengan menggunakan alat
ini dapat dilakukan dengan eksperimen dan untuk itu diperlukannya sebuah buku
50 BAB IV
DATA DAN PEMBAHASAN
A. Data Hasil Pengukuran
Dalam penelitian ini zat cair ang digunakan adalah air, minyak tanah, dan bensin
terhadap suhu yang berbeda. Perubahan suhu dari suhu 0o C sampai dengan 90o C.
Hasil pengukuran yang telah dilakukan sebagai berikut:
Tabel 1 : Hasil Pengukuran air pada suhu yang berbeda.
No Suhu (oC) H (m) H (m)
1 0 oC 85,00 76,50
85,15 76,75
84,75 76,50
2 10 oC 84,60 76,00
84,25 75,75
85,00 76,20
3 20 oC 84,60 76,15
84,75 76,15
84,25 76,00
4 30 oC 87,00 80,00
86,90 80,00
51
5 40 oC 90,00 83,10
90,00 82,90
90,25 83,10
6 50 oC 89,50 83,10
89,30 83,00
89,40 83,15
7 60 oC 90,00 83,75
90,05 83,75
89,80 83,60
8 70 oC 90,00 84,00
89,90 84,05
90,05 84,00
9 80 oC 90,00 84,15
90,00 84,10
90,10 84,10
10 90 oC 88,00 82,20
87,90 82,20
52
Tabel 2 : Hasil Pengukuran minyak tanah pada suhu yang berbeda.
No Suhu (oC) H (m) H (m)
1 0 oC 64,00 75,50
64,50 75,75
64,20 75,50
2 10 oC 64,50 76,50
64,10 76,45
64,25 76,60
3 20 oC 64,50 76,50
64,50 76,80
64,40 76,40
4 30 oC 65,00 77,75
65,15 77,75
64,80 77,50
5 40 oC 65,70 78,15
65,50 78,15
65,70 78,25
53
66,40 79,00
66,40 79,20
7 60 oC 65,00 77,50
64,80 77,50
65,10 77,20
8 70 oC 65,50 78,25
65,20 78,20
65,40 78,35
9 80 oC 67,00 80,50
66,75 80,40
67,10 80,50
10 90 oC 68,00 82,00
68,15 82,20
54
Tabel 3 : Hasil Pengukuran bensin pada suhu yang berbeda.
55
88,40 98,80
7 60 oC
82,50 92,50
82,50 92,50
82,40 92,25
Nilai rata-rata pengukuran dapat dicari dengan cara berikut:
Hasil pengukuran air pada suhu 0oC (table 1) :
Menentukan nilai ketidakpastian dari hasil pengukuran:
56
Hasil pengukuran dapat ditulis sebagai berikut:
Hasil pengukuran suhu dan zat cair yang lain dilakukan perhitungan yang sama.
Tabel 4 : Rata-rata hasil pengukuran air pada suhu berbeda.
57
Tabel 5 : Rata-rata hasil pengukuran minyak tanah pada suhu berbeda.
Temperatur (oC)
Tabel 6 : Rata-rata hasil pengukuran bensin pada suhu berbeda.
58
B. Perhitungan Tegangan Permukaan Zat Cair
Dari hasil pengukuran yang telah dilakukan untuk mendapat besar tegangan
permukaan pada masing-masing keadaan perlu dilakukan perhitungan. Untuk
melakukan perhitungan kita juga perlu mengetahui besaran-besaran lain, yaitu gaa
gravitasi (g), jari-jari mulut kapiler(r), massa jenis zat cair sebagai manometer (d),
massa jenis at cair yang akan diukur.
Tabel 7 : Besar kerapatan zat cair
Nama zat cair
(kg/m3)
Air 1000
Minyak tanah 804
Bensin 881
Dalam percobaan ini zat cair yang diukur tegangan permukaanna adalah air
maka kg/m3. Untuk mempermudah perhitungan maka zat cair yang
digunakan sebagai manometer juga air sehingga d = kg/m3. Jari-jari pipa kapiler
( r ) = 2,3 x 10-3 x 10-5, sedangkan g = 9,8 m/s2. Perhitungan tersebut sebagai
berikut :
Perhitungan pada saat t = 0oC
H = (84,967
59
Perhitungan besar ketidakpastian hasil percobaan
60
Dalam bentuk persen:
Ketidakpastian dari hasil pengukuran sebesar
Dengan melakukan perhitungan seperti dia tas untuk semua zat cair
61
Tabel 7 : Hasil perhitungan tegangan permukaan air dengan suhu berbeda.
Temperatur (oC) Tegangan permukaan (N/m)
0 9,449 x 10-2 N/m
10 9,730 x 10-2 N/m
20 9,501 x 10-2 N/m
30 7,815 x 10-2 N/m
40 7,945 x 10-2 N/m
50 7,120 x 10-2 N/m
60 7,044 x 10-2 N/m
70 6,724 x 10-2 N/m
80 6,667 x 10-2 N/m
90 6,537 x 10-2 N/m
62
Tabel 9 : Hasil perhitungan tegangan permukaan minyak tanah dengan suhu berbeda.
Temperatur (oC) Tegangan permukaan (N/m)
63
Grafik 2. Tegangan permukaan minyak tanah terhadap temperatur
Tabel 10 : Hasil perhitungan tegangan permukaan bensin dengan suhu berbeda.
Temperatur (oC) Tegangan permukaan (N/m)
0 (5,578 0,328 ) 10-2
N/m
10 (3,939 ) 10-2
N/m
20 (3,387 ) 10-2
N/m
30 (3,278 ) 10-2
N/m
40 (2,359 ) 10-2
N/m
50 (1,473 ) 10-2
N/m
60 (1,181 ) 10-2
64
Grafik 3. Tegangan permukaan bensin terhadap temperatur
C. Pembahasan
Dari data terlihat bahwa semakin rendah temperature suatu zat air maka
tegangan permukaan zat cair semakin besar sebaliknya semakin tinggi temperature
suatu zat cair maka tegangan permukaan zat cair semakin kecil baik dalam zat cair
berupa air, minyak tanah, dan bensin.
Dalam uji coba pemakaian alat pengukur tegangan permukaan zat cair dengan
metode Jaeger bersama sembilan orang mahasiswa Pendidikan Fisika angkatan 2009
Universitas Sanata Dharma, percobaan berjalan lancar. Adanya keterlibatan mereka
dalam metode eksperimen ini membuat mereka tidak lagi bertanya-tanya apakah ada
65
mengukur tegangan permukaan zat cair dengan suhu yang berbeda. Para mahasiswa
dapat lebih mengerti bahwa ada beragam alat pengukur besarnya tegangan permukaan
zat cair dengan beragam metode dan uji coba pemakaian alat pengukur tengan
permukaan zat cair yang mereka gunakan hanyalah salah satu dari beberapa alat
pengukur besarnya tegangan permukaan zat cair.
Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan bersama Mahaiswa Pendidikan
Fisika Universitas Sanata Dharma angkatan 2009 pada tanggal 1 Febuari 2010 bahwa
mahasiswa-mahasiswa memiliki minat untuk mengetahui pengukuran tegangan
permukaan zat cair pada suhu yang berbeda dengan metode Jaeger. Mereka mampu
melakukan percobaan tegangan permukaan berdasar pada petunjuk praktikum dan
pengarahan yang diberikan oleh penulis. Sebelum praktikan memulai, penulis bertanya
kepada Sembilan orang praktikan mengenai factor-faktor yang memepengaruhi
tegangan permukaaan suaatu zat cair seperti beberapa factor yang dijawab di luar
ketelitian pembacaan skala, yaitu: suhu dan tekanan.
Melihat data-data yang dihasilkan oleh para praktikan bahwa tegangan
permukaan yang menyebabkan benda-benda tertentu tidak tenggelam dalam air dan
semakin tinggi suhu maka tegangan permukaan zat cair semakin turun.
Beberapa masukan dari para praktikan terhadap percobaan pengukuran
tegangan permukaan zat cair pada suhu berbeda dengan metode Jaeger, yaitu:
percobaan sebaiknya dilakukan berulang-ulang supaya mendapatkan hasil yang lebih
akurat, percobaan minimal dilakukan oleh dua orang, percobaan ini memerlukan
ketelitian dalam membaca skala-skala pada jangka sorong agar hasil lebih optimal,
persiapan alat dan bahan harus lebih diperhatikan, pemanas yang otomatis sehingga
66
Hasil Ujicoba Praktikan:
Suhu (oC) H (m) x 10-2 h (m) x 10-2 (N/m) x 10-3
30 3.435 6.375 55.79
40 3.810 7.620 32.68
50 3.850 7.700 33.81
60 3.950 7.900 59.73
70 3.940 7.880 41.70
80 3.975 7.950 38.32
90 4.075 8.150 45.08
67 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan data yang diperoleh dan pembahasan dari grafik, maka dapat ditarik
kesimpulan, yaitu:
1. Alat pengukur tegangan permukaan dengan menggunakan metode Jaeger telah
dibuat (Skripsi Haryanto, 2007) yang dapat mengukur tegangan permukaan suatu
zat cair dengan suhu tetap dapat mengukur tegangan permukaan zat cair dengan
temperatur yang berbeda.
2. Semakin rendah temperatur suatu zat cair maka tegangan permukaan akan
semakin besar, sedangkan semakin tinggi temperatur suatu zat cair maka tegangan
permukaan akan semakin kecil.
3. Alat pengukur tegangan permukaan suatu zat cair dengan metode Jaeger dapat
digunakan sebagai media pembelajaran fisika melalui metode eksperimen
mengenai tegangan permukaan zat cair pada pokok bahasan Fluida dalam
perkuliahan.
B. Keterbatasan Penelitian
Beberapa keterbatasan alat pengukur tegangan permukaan suatu zat cair dalam
68
1. Ketelitian alat pengukur tegangan permukaan suatu zat cair dengan metode Jaeger
yang telah dibuat masih kurang, hal ini terlihat dari presentase ketidakpastian
tegangan permukaan suatu zat cair yang telah diperoleh.
2. Kerumitan pengoperasian alat dalam masalah menghentikan pemanas pada
temperature yang diinginkan. Sebelum temperatur yang diinginkan tercapai
(kira-kira 2oC), pemanasnya harus dimatikan terlebih dulu karena temperatur zat cair
akan tetap naik meskipun pemanas sudah dimatikan.
C. Saran
Bila alat pengukur tegangan permukaan suatu zat cair dengan menggunakan metode
Jaeger yang telah dibuat ingin diperbaiki, maka perlu diperhatikan :
1. Sistem penghentian pemanas dan pembacaan temperatur suatu zat cair yang
diukur sebaiknya lebih praktis dan dengan ketelitian yang cukup baik.
2. Untuk mempermudah penelitian, selang air yang menghubungkan corong dengan
botol penghasil tekanan sebaiknya bisa dibuat lebih lurus sehingga tidak terjadi
kesendatan saat kran dibuka.
3. Percobaan bisa diujicobakan dengan menentukan tegangan permukaan zat cair dari
suhu yang tinggi ke suhu yang rendah, contohnya, dari 90oC ke 0oC karena panas
69
Daftar Pustaka
Djajadisastra, J. 1982, Metode-Metode Mengajar, Bandung: Angkasaria
Djonoputro, Darmawan. 1980, Teori Ketidakpastian, Bandung: ITB
Giancoli D.C. 1997. Fisika. Jkarta: Erlangga
Giles,R.V. 1991. Theory and Problems of Fluids Mechanics and Hydarulics,
Singapura: McGraw-Hill,Inc.
Hariyanto. 2007. Alat Pengukur Tegangan Permukaan Zat Cair Dengan Metode
Jaeger. Yogyakarta: USD. (Skripsi).
http://www.engineeringtoolbox.com/fuels-boiling-point-d_936.html
http://www.1lmu.blogspot.com/2008/12/ragam-metode-pembelajaran-interaktif.html
http://www.Wikipedia.com/zat-cair.html
Munson B. R, Young D. F, Okiishi T. H. 2003. Mekanika Fluida. Jakarta:
Erlangga
Suparno, Paul. 2007. Metodologi Pembelajaran Fisika. Yogyakarta: Universitas
Sanata Dharma.
Victor L. Streeter & Steve J. Wright. 1993. Dasar-Dasar Mekanika fluida Teknik.
71
Uji Coba Percobaan Pengukuran Tegangan Permukaan Zat Cair Pada Suhu Berbeda Dengan Metode Jaeger
A. Tujuan
Mahasiswa memahami pengertian tegangan permukaan
Mahasiswa mengetahui adanya perbedaan besar tegangan permukaan Zat cair
dengan suhu berbeda
B. Alat dan Bahan
Alat Pengukur Tegangan Permukaan Zat Cair Pada Suhu Berbeda Dengan
Metode Jaeger
Zat cair yang akan diukur
Air
Es
Lap
C. Dasar Teori A. Fluida
Victor L. Streeter dan E. Benjamin Wylie (1999) dalam bukunya „Mekanika
Fluida‟ menyatakan Fluida(zat alir) adalah zat (substance) yang berubah bentuk secara
kontinu (terus-menerus) bila terkena tegangan geser (shear stress), betapapun kecilnya
tegangan geser itu. Gaya geser adalah komponen gaya yang menyinggung permukaan
72
pada permukaan itu. Tegangan geser pada suatu titik adalah nilai batas perbandingan
gaya geser terhadap luas dengan berkurangnya luas hingga menjadi titik tersebut.
Giancolli (1997) menyatakan bahwa benda cair tidak mempertahankan bentuk
tetap melainkan mengambil bentuk tempat yang ditempatinya tetapi seperti benda
padat, benda cair tidak dapat langsung ditekan dan perubahan volume yang significant
terjadi jika diberi gaya yang cukup besar. Benda gas tidak memiliki bentuk maupun
volume yang tetap, gas akan menyebar untuk memenuhi tempatnya karena zat cair dan
gas tidak mempertahankan bentuk yang tetap, keduanya memiliki kemampuan untuk
mengalir dengan demikian keduanya-duanya sering disebut sebagai fluida.
B. Sifat-sifat Fluida
Giancoli (1997) menyatakan fluida bersifat tidak mempertahankan bentuk yang
tetap, fluida memiliki kemampuan untuk mengalir, sifat penting lainnya dari fluida
yang berada dalam keadaan diam adalah bahwa gaya yang disebabkan oleh tekanan
fluida selalu bekerja tegak lurus terhadap permukaan yang bersentuhan dengannya.
Victor L. Streeter dan E. Benjamin Wylie (1999) dalam bukunya „Mekanika
Fluida‟ fluida memiliki sifat yang berubah bentuk secara kontinu (terus-menerus) bila
terkena tegangan geser (shear stress), betapapun kecilnya tegangan geser itu.
C. Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair
(fluida) yang berada dalam keadaan diam (statis). Contoh yang menarik tetes air
cenderung berbentuk seperti balon (yang merupakan gambaran luas minimum sebuah
volum) dengan zat cair berada di tengahnya. Hal yang sama terjadi pada jarum baja
73
zat cair. Fenomena ini terjadi karena selaput zat cair dalam kondisi tegang, tegangan
fluida ini bekerja paralel terhadap permukaan dan timbul dari adanya gaya tarik
menarik antara molekulnya. Air memiliki tegangan permukaan yang besar yang
disebabkan oleh kuatnya sifat kohesi antar molekul-molekul air. Hal ini dapat diamati
saat sejumlah kecil air ditempatkan dalam sebuah permukaan yang tak dapat terbasahi
atau terlarutkan (non-soluble); air tersebut akan berkumpul sebagai sebuah tetesan. Di
atas sebuah permukaan gelas yang amat bersih atau bepermukaan amat halus air dapat
membentuk suatu lapisan tipis (thin film) karena gaya tarik molekular antara gelas dan
molekul air (gaya adhesi) lebih kuat ketimbang gaya kohesi antar molekul air.
Giancoli (1997) menyatakan bahwa zat cair berperilaku seperti membran yang
teregang karena tegangan. Sebagai contoh, setetes air di ujung keran yang menetes atau
tergantung pada dahan kecil layaknya embun pagi hari (gambar di bawah ini),
membuat bentuk yang hamper bulat seperti balon kecil yang berisi air lalu koin yang
ketika diapungkan pada permukaan air tidak tenggelam padahal massa jenisnya lebih
besar dibandingkan massa jenis air.
Permukaan zat cair yang berperilaku seakan-akan mengalami tegangan ini yang
bekerja sejajar dengan permukaan yang muncul dari gaya tarik-menarik antar
molekulnya inilah yang dinamakan tegangan permukaan. Tegangan permukaan ini
didefinisikan sebagai gaya per satuan panjang yang bekerja melintasi semua garis pada
permukaan dan memiliki kecenderungan menarik permukaan agar tertutup.
Contoh sederhana di mana saat kita meletakkan sebuah jarum kecil ataupun
klip kertas pada permukaan air yang tenang nampaklah keberadaan selaput tersebut.
Terbentuknya selaput ini berdasar atas energi permukaan (kerja per satuan luas) yang
74
tegangan permukaan adalah gaya perentang yang diperlukan untuk membentuk selaput
tersebut. Kegiatan untuk mengukur tegangan permukaan cairan adalah dengan
menaikkan tekanan di dalam tetes kecil cairan. Untuk tetes kecil yang berbentuk bola
dengan jari-jari r, tekanan dalam p yang perlu untuk mengimbangi gaya tarik yang
disebabkan oleh tegangan permukaan dihitung dalam gaya-gaya yang bekerja pada
suatu benda setengah bola bebas sebagai berikut:
p ……(1)
p = …….(2)
Gambar 1. Tegangan permukaan zat cair
Contoh indah yang dapat kita lihat adalah tetesan air hujan yang jatuh bebas
berbentuk bola karena bentuk bola memiliki luas permukaan yang lebih kecil untuk
volume tertentu dibandingkan dengan bentuk-bentuk yang lain.
75
Victor L. Streeter dan E. Benjamin Wylie di dalam bukunya “Mekanika
Fluida” (1999) dinyatakan bahwa tegangan permukaan air berubah dari kurang lebih
0,074 N/m pada 200C sampai 0,059N/m pada 1000C.
Hugh D. Young dan Roger A. Freedman di dalam bukunya “Fisika Universitas
Jilid I” (2002) , menyatakan bahwa pada umumnya tegangan permukaan fluida
mengalami penurunan saat terjadi kenaikan suhu. Suhu berhubungan dengan energi
gerak molekul dalam bahan. Saat suhu bertambah dan molekul cairan bergerak lebih
cepat, pengaruh interaksi antar molekul akan berkurang pada geraknya dan tegangan
permukaan akan berkurang. Contohnya: untuk mencuci pakaian dengan benar-benar
bersih, air harus dipaksa melalui ruang sempit di antara serat pakaian, yang sulit untuk
dilakukan akibat adanya tegangan permukaan. Hal ini akan menjadi lebih mudah
dilakukan dengan menurunkan nilai (tegangan permukaan). Oleh karena itu, air yang
panas (1000C) lebih baik dipakai untuk mencuci karena memiliki
dibandingkan dengan menggunakan air yang bersuhu 200C karena
namun yang terbaik adalah dengan menggunakan air sabun pada suhu 200C karena
.
Ditampilkan tabel nilai tegangan permukaan hasil percobaan:
Cairan yang bersentuhan dengan udara Suhu (0C) Tegangan permukaan
76
Benzena 20 28,9
Karbon tetraklorida 20 26,8
Etanol 20 22,3
Gliserin 20 63,1
Raksa 20 465,0
Minyak Zaitun 20 32,0
Air Sabun 20 25,0
Air 0 75,6
Air 20 72,8
Air 60 66,2
Air 100 58,9
Oksigen -193 15,7
Neon -247 5,15
Helium -269 0,12
E. Metode Jaeger
Metode Jaeger merupakan suatu metode yang dipergunakan untuk mengukur
77
Sebuah kapiler dengan mulut kecil dicelupkan dalam zat cair yang akan diukur
tegangan permukaannya
4 1
2
H 5 h
3
Gambar 5: Alat pengukur tegangan permukaan zat cair dengan metode Jaeger
Keterangan gambar:
1. Pipa kapiler
2. Botol penghasil tekanan
3. Pipa manometer
4. Corong
5. Tempat zat cair yang diukur.
Keterangan mengenai simbol-simbol persamaan:
d = massa jenis air di dalam manometer (kg/m3).
= massa jenis zat cair dalam tabung reaksi yang dihitung tegangan permukaannya
