PENGUKURAN TEGANGAN PERMUKAAN LARUTAN DETERGEN MENGGUNAKAN APITAN KACA DENGAN

(1)

i

PENGUKURAN TEGANGAN PERMUKAAN LARUTAN DETERGEN MENGGUNAKAN APITAN KACA DENGAN

BANTUAN ANALISA FOTO

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh:

Hari Sri Wahyuni NIM: 091424053

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2015

(2)

ii

(3)

iii

(4)

iv

PERSEMBAHAN

Saya persembahkan karya ini kepada:

Hartamta dan Tuti Retnowati Dewi,Rino,Candra,Arum Nenek beserta keluarga besar Bernadeta Kusuma Wijayanti Keluarga besar Prodi Pendidikan Fisika

(5)

v

(6)

vi

(7)

vii ABSTRAK

PENGUKURAN TEGANGAN PERMUKAAN LARUTAN DETERGEN MENGGUNAKAN APITAN KACA DENGAN BANTUAN ANALISA FOTO

Telah dilakukan penelitian mengenai tegangan permukaan cairan menggunakan apitan kaca. Cairan tersebut berupa larutan detergen. Kenaikan cairan yang tampak pada dinding kaca difoto dan dianalisis menggunakan software pengolah foto pada LoggerPro sehingga diperoleh data posisi fungsi kenaikan cairan dan panjang apitan. Data tersebut difit untuk memperoleh nilai tegangan permukaan. Nilai tegangan permukaan larutan detergen 0 gr/ml; 0,1 gr/ml; 0,2 gr/ml; 0,3 gr/ml; 0,4 gr/ml; dan 0,5 gr/ml secara berturut- turut adalah (8,7 ± 0,2) dyne/cm; (7,2 ± 0,1) dyne/cm; (6,9 ± 0,1) dyne/cm; (6,2 ± 0,2) dyne/cm; (5,5 ± 0,2) dyne/cm; dan (4,7 ± 0,1) dyne/cm. Dari penelitian tersebut diketahui bahwa detergen mampu menurunkan tegangan permukaan air.

Kata kunci: tegangan permukaan, kenaikan cairan, larutan detergen.

(8)

viii

ABSTRACT

THE MEASUREMENT OF DETERGENT SOLUTION SURFACE TENSION USING A WEDGE WITH HELP OF PHOTO ANALYZED

A research about of liquids surface tension using a wedge had been done. Liquids form detergent solution. The rise of liquid looked of the plates photographed and was analyzed by using software LoggerPro to get position data function capillary rise and long wedge. Later, data was fiited to get a value surface tension. The value of surface tension of detergent solution 0 gr/ml; 0,1 gr/ml; 0,2 gr/ml; 0,3 gr/ml; 0,4 gr/ml; and 0,5 gr/ml thickness were (8,7 ± 0,2) dyne/cm; (7,2 ± 0,1) dyne/cm; (6,9 ± 0,1) dyne/cm; (6,2

± 0,2) dyne/cm; (5,5 ± 0,2) dyne/cm; and (4,7 ± 0,1) dyne/cm. Finally, this study found detergent solution can of the water surface tension decreases.

Keyword: surface tension, capillary rise, detergent solution.

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala kasih dan karuia- Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini berjudul:

“Pengukuran Tegangan Permukaan Larutan Detergen Menggunakan Apitan Kaca Dengan Bantuan Analisa Foto”, yang diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan Fisika pada Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis baik berupa waktu, tenaga, bimbingan, dorongan, dan sumbang saran yang penulis butuhkan dalam penyelesaian skripsi ini. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Dr. Ign. Edi Santosa, M.S., selaku dosen pembimbing skripsi yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing, mendampingi, memberikan dorongan dan semangat dalam pengerjaan tugas akhir ini.

2. Bapak Ngadiono, selaku petugas Laboratorium Fisika Universitas Sanata Dharma yang telah membantu mempersiapkan peralatan penelitian.

3. Kedua orang tua di Pemalang, Hartamta dan Tuti Retnowati, serta adik-adik Dewi, Rino, Candra, dan Arum yang selalu mendoakan dan memberikan semangat.

4. Nenek yang telah merawat dari kecil dan selalu menemani belajar serta tempat untuk berkeluh kesah.

(10)

x

5. Sahabatku Bernadeta Kusuma Wijayanti yang tak pernah bosan untuk mendengarkan keluh kesah serta memberikan semangat.

6. Teman-teman seperjuangan : Galuh, Laras, Willy, Osri, Gloria, Sandra, Eliya, Agus, Dian, Sherly, Nino, Siska, Felbi dan Heri yang telah membantu lewat sharing dan diskusi.

7. Mas Aji, Mas Mayar, Ihwan, dan mba Nia yang telah membantu dan memberikan masukan dalam pengambilan data serta Kornelis Soge yang telah meminjamkan tripod selama penelitian.

8. Lutfi dan budhe Tati yang telah memberikan dukungan, semangat dan doa.

9. Teman-teman satu angkatan pendidikan fisika yang telah memberikan kenangan manis saat bersama-sama menempuh masa perkuliahan.

10. Sahabat-sahabat dari SMA : Aisah Amin, Adhita Leoni, Ichsan Brilianta serta Adik Citra Pertiwi yang selalu memberikan semangat dan teman berbagi cerita.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini belum sempurna. Untuk itu, kritik dan saran yang membangun akan penulis terima dengan senang hati. Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

Yogyakarta, 29 Juli 2015

Penulis

(11)

xi DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL...

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING...

HALAMAN PENGESAHAN...

HALAMAN PERSEMBAHAN...

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA...

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI...

ABSTRAK...

ABSTRACT...

KATA PENGANTAR...

DAFTAR ISI...

DAFTAR TABEL...

DAFTAR GAMBAR...

i ii iii iv v vi vii viii ix xi xiii xiv BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang...

B. Rumusan Masalah...

C. Batasan Masalah...

D. Tujuan Penelitian...

E. Manfaat Penelitian...

F. Sistematika Penulisan...

1 4 4 4 5 5 BAB II DASAR TEORI

A. Massa Jenis...

B. Tegangan Permukaan dan Kapilaritas...

7 7 BAB III METODE PENELITIAN

A. Persiapan Alat...

B. Penentuan Nilai Massa Jenis Larutan Cairan...

14 16 C. Penentuan Nilai Tegangan Permukaan Larutan Cairan

Menggunakan Apitan Kaca ... 17

(12)

xii BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian...

1. Pengukuran Massa Jenis Cairan...

2. Pengukuran Tegangan Permukaan Larutan Menggunakan Apitan Kaca Dengan Bantuan Analisa Foto...

24 24

33 B. Pembahasan... 40 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan... 48 B. Saran... 48 DAFTAR PUSTAKA...

LAMPIRAN...

49 50

(13)

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 4.1 Nilai massa terhadap berbagai volume pada air... 25 Tabel 4.2

Tabel 4.3

Tabel 4.4

Tabel 4.5

Tabel 4.6

Tabel 4.7

Tabel 4.8

Nilai massa terhadap berbagai volume pada larutan detergen 0,1 gr/ml...

Nilai massa jenis larutan dengan variasi massa detergen pada suhu 27⁰C...

Nilai tegangan permukaan larutan dengan variasi massa detergen menggunakan apitan kaca pada suhu 27⁰C...

26

28

29

31

32

43

(14)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1

Gambar 2.2 Gambar 2.3

Kenaikan cairan menggunakan tabung pipa kapiler...

Diagram sudut apitan kaca dari atas ...

Apitan kaca dari depan (a)...

8 11 12 Gambar 2.3 Kenaikan cairan menggunakan apitan kaca tampak dari

samping (b)... 12 Gambar 3.1

Gambar 3.2

Skala pelat kaca yang digunakan dalam penelitian...

Rangkaian alat untuk menentukan tegangan permukaan cairan pada apitan kaca...

15 11 17 Gambar 3.3

Gambar 3.4

Gambar 3.5

Foto kenaikan cairan yang tampak pada dinding apitan kaca...

Tampilan awal pada LoggerPro sebelum hasil rekaman foto dimasukkan...

Ikon “set scale” untuk menentukan ukuran sesungguhnya dan “photo distance” untuk menentukan jarak...

18

19

19 Gambar 3.6

Gambar 3.7 Gambar 3.8

Pemberian garis set scale dan kotak isian scale ukuran panjang sesungguhnya...

Pemberian garis photo distance...

Ikon “add point” untuk meberikan titik-titik...

20 21 21 Gambar 3.9

Gambar 3.10

Titik yang membentuk grafik pada sumbu (x) dan sumbu (y) Ikon curve fit untuk fitting data...

22 22

(15)

xv Gambar 3.11

Gambar 4.1

Tampilan pada LoggerPro setelah meng-klik ikon curve fit...

Grafik massa terhadap berbagai volume pada air...

23 25 Gambar 4.2 Grafik massa terhadap berbagai volume pada larutan

detergen 0,1 gr/ml... 27 Gambar 4.3

Gambar 4.4

Gambar 4.5

Gambar 4.6

Grafik massa terhadap berbagai volume pada larutan detergen 0,2 gr/ml...

28

30

31

33 Gambar 4.7

Gambar 4.8

Gambar 4.9

Gambar 4.10

Gambar 4.11

Gambar 4.12

Grafik ketinggian terhadap panjang apitan pada air...

Grafik ketinggian terhadap panjang apitan pada larutan detergen 0,1 gr/ml...

34

35

36

37

38

39

(16)

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Air bergerak naik dari akar menuju batang dan daun pada suatu tanaman. Air tersebut dapat naik karena gejala kapilaritas. Di dalam tanaman terdapat pipa-pipa halus yang disebut kapiler. Di dalam pipa-pipa halus tersebut gejala kapilaritas terjadi [Greulach, 1952].

Eksperimen kapilaritas di laboratorium sering ditunjukkan menggunakan tabung pipa kapiler. Tabung pipa kapiler ini memiliki beberapa diameter yang berbeda dari ukuran besar sampai paling kecil.

Cairan dimasukkan dalam tabung yang berdiameter besar dengan menggunakan corong. Cairan tersebut dengan sendirinya akan mengisi pipa yang lain. Gelembung udara mempengaruhi kenaikan cairan pada tabung yang diameternya sangat kecil. Untuk itu, pada saat mengisikan cairan ke dalam tabung harus dilakukan dengan hati-hati. Salah satu alat untuk mengukur diameter dan naik turunnya cairan pada tabung pipa kapiler yaitu dengan menggunakan katetometer.

Kapilaritas yaitu peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair pada pipa kapiler. Naik atau turunnya cairan dalam suatu pipa kapiler disebabkan oleh gaya adhesi dan kohesi. Adhesi adalah gaya antara molekul yang jenisnya berbeda. Kohesi adalah gaya di antara molekul- molekul dengan jenis yang sama. Besarnya kekuatan relatif gaya adhesi

(17)

dan kohesi bergantung pada tegangan permukaan. Terjadinya fenomena kapilaritas, salah satunya karena peranan penting adanya tegangan permukaan [Giancoli, 2014].

Peranan penting dari tegangan permukaan sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Air sering digunakan untuk mencuci. Air memiliki tegangan permukaan yang tinggi. Hal ini menyebabkan air sulit masuk di antara serat-serat pakaian dan kotoran sulit dibersihkan. Kemudian kita melarutkan detergen ke dalam air. Setelah diberikan detergen, air dapat masuk ke dalam serat pakaian dan kotoran dapat dihilangkan. Dengan demikian detergen menurunkan tegangan permukaan air dan membantu membersihkan kotoran.

Pembuatan detergen pertama kali dikenalkan pada tahun 1950 an.

Detergen merupakan struktur molekul yang berlapis. Lapisan bagian dalam (permukaan minyak) terdiri dari rangkaian hidrokarbon yang tidak basah bila terkena air. Lapisan luar (permukaan air) terdiri atas sekelompok asam sulphonic. Rangkaian alkil asam sulphonic pada detergen berfungsi menurunkan tegangan permukaan pada air. Zat-zat yang memperkecil tegangan permukaan zat cair disebut surfactant [Monk, 2004].

Selain menggunakan tabung pipa kapiler, tegangan permukaan dapat diukur menggunakan peralatan kawat berbentuk U. Alat ini diisi dengan zat cair. Karena adanya tegangan permukaan, dibutuhkan gaya untuk menarik kawat yang bisa digerakkan sehingga dapat menambah luas

(18)

permukaan zat cair. Zat cair yang berada di dalam peralatan kawat merupakan lapisan tipis yang mempunyai permukaan atas dan bawah.

Ditariknya kawat akan menambah panjang permukaan zat cair. Dengan demikian tegangan permukaan zat cair dapat dihitung [Giancoli, 2014].

Pengukuran tegangan permukaan cairan juga dapat menggunakan apitan kaca. Cairan diberikan pada dasar apitan dan naik dalam apitan kaca. Cairan yang tampak pada dinding kaca akan membentuk kurva.

Kurva tersebut diperjelas menggunakan tinta. Kurva tersebut kemudian dijiplak menggunakan kertas grafik [Piva, 2009]. Eksperimen yang dilakukan oleh Piva mengalami kendala. Data yang didapatkan terbatas pada kertas grafik. Untuk itu diperlukan alat yang dapat membantu merekam gambar tersebut.

Fasilitas foto pada kamera dan handphone merupakan alat yang dapat mendokumentasikan peristiwa kapilaritas. Dengan menggunakan foto nilai data yang diperoleh diharapkan lebih banyak. Selain itu juga tersedia peralatan berbasis komputer, perangkat lunak software LoggerPro.

Perangkat lunak ini dapat membantu mengolah gambar yang ditampilkan pada foto. Dengan bantuan peralatan berbasis komputer pelaksanaan eksperimen menjadi relatif lebih mudah dan lebih cepat, hasil eksperimen dapat langsung ditampilkan, proses dapat diikuti secara langsung, hasil pengukuran dapat disimpan dengan mudah, serta hasil pengukuran dapat diolah dan dimanfaatkan lebih lanjut [Santosa, 2012].

(19)

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dipaparkan di atas, pokok permasalahan yang diangkat dalam skripsi ini dapat dirumuskan sebagai berikut :

1. Bagaimana cara menunjukkan tegangan permukaan cairan menggunakan apitan kaca?

2. Bagaimana pengaruh variasi konsentrasi larutan detergen terhadap tegangan permukaan larutan?

C. Batasan Masalah

1. Kaca yang digunakan dibatasi pada ukuran 15 x 30 cm dan ketebalan 5 mm.

2. Detergen yang digunakan dibatasi pada detergen bubuk berupa

“Attack”.

D. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk :

1. Menunjukkan tegangan permukaan cairan menggunakan apitan kaca.

2. Mengukur variasi nilai tegangan permukaan pada konsentrasi larutan detergen menggunakan apitan kaca dengan bantuan analisis foto.

(20)

E. Manfaat Penelitian 1. Bagi Peneliti

a. Mengetahui cara mencari nilai tegangan permukaan cairan.

b. Mengetahui cara lain dalam menggunakan media untuk mencari nilai tegangan permukaan cairan.

c. Mengetahui cara mengukur nilai tegangan permukaan cairan menggunakan analisis foto.

d. Mengembangkan kemampuan menganalisa foto dengan software LoggerPro.

2. Bagi Pembaca

a. Mengetahui cara mencari nilai tegangan permukaan cairan.

b. Mengetahui cara lain dalam menggunakan media untuk mencari nilai tegangan permukaan cairan.

c. Mengetahui cara mengukur nilai tegangan permukaan cairan menggunakan analisis foto.

F. Sistematika Penulisan 1. BAB I Pendahuluan

Bab I menguraikan latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penelitian.

(21)

2. BAB II Dasar Teori

Bab II berisi teori-teori mengenai massa jenis zat cair, tegangan permukaan, dan kapilaritas pada cairan.

3. BAB III Metode Eksperimen

Bab III menguraikan mengenai alat, metode penelitian, dan cara menganalisa data.

4. BAB IV Hasil dan Pembahasan

Bab IV berisi hasil pengolahan data dan pembahasan dari hasil eksperimen yang diperoleh.

5. BAB V Penutup

Bab V berisi kesimpulan dan saran.

(22)

7

BAB II

DASAR TEORI

A. Massa Jenis

Massa jenis suatu fluida adalah ukuran untuk konsentrasi zat tersebut, dilambangkan dengan huruf Yunani ρ (rho) dan dinyatakan sebagai massa fluida per satuan volume [Olson & Wright, 1993]:

ρ = (1)

dimana:

m: massa fluida V: volume fluida

Massa jenis air pada suhu 277 K (4⁰C) adalah 1000 kg/m³ [Giancoli, 2014].

B. Tegangan Permukaan dan Kapilaritas

Tegangan permukaan terjadi akibat perbedaan gaya tarik-menarik antara molekul-molekul zat cair dekat permukaan dan molekul-molekul yang terletak lebih jauh dari permukaan dalam zat cair yang sama. Kerja diperlukan untuk membawa molekul-molekul ke permukaan. Energi diperlukan untuk membentuk sebuah permukaan yang bebas. Energi per satuan luas permukaan ini disebut koefisien tegangan permukaan (γ) [Olson

& Wright, 1993]:

(23)

γ = (2) dengan W = energi

A = luas permukaan

Tegangan dalam zat cair dapat dihitung dengan menggunakan diagram bebas seperti pada gambar 2.1. Gaya yang timbul di sekeliling tepinya karena tegangan permukaan adalah:

F = 2πR γ (3)

dengan R: jari-jari butir tetesan air γ: tegangan permukaan (dyne/cm)

Untuk suatu zat cair tertentu, tegangan permukaannya tergantung pada temperatur dan juga fluida lain yang bersentuhan di permukaan temu (antarmuka) [Munson, Young, & Okiishi, 2003].

Gambar 2.1. Kenaikan cairan menggunakan tabung pipa kapiler

(24)

Fenomena yang berkaitan dengan tegangan permukaan yaitu kenaikan atau penurunan dari zat cair di dalam sebuah tabung kapiler seperti pada gambar 2.1. Jika sebuah tabung kecil terbuka dimasukkan ke dalam air, permukaan air di dalam tabung akan naik di atas permukaan air di luar tabung. Pada peristiwa ini, terdapat gaya tarik (adhesi) antara dinding tabung dan molekul zat cair yang cukup kuat untuk mengatasi gaya tarik antar molekul (kohesi) dan menariknya ke arah dinding. Oleh karena itu, zat cair tersebut membasahi permukaan dinding.

Molekul dinding tabung mengerahkan gaya ke atas pada molekul cairan.

Permukaan cairan yang menyentuh dinding akan membentuk sudut θ terhadap dinding. Gaya ini mempunyai komponen ke atas sebesar F cos θ.

Dengan demikian gaya yang ke atas diberikan persamaan:

Ty = F cos θ

= 2π R γ cos θ (4)

Gaya tersebut menarik cairan di dalam tabung dengan ketinggian H dan berat sebesar:

w = m g = ρVg

= ρπR²Hg (5)

Ketika dalam keadaan setimbang maka berlaku:

w = Ty

ρπR²Hg = 2π R γ cos θ

(25)

sehingga kenaikan cairan di dalam tabung pipa kapiler diberikan dengan hubungan [Greenslade, 1992]:

(6)

dengan g: percepatan akibat gravitasi bumi (9,8 m/s²)

θ: sudut kontak, karena sudutnya kecil maka nilainya nol H: kenaikan cairan

Dari persamaan (6) terlihat jelas bahwa ketinggian berbanding terbalik dengan jari-jari tabung. Oleh karena itu kenaikan zat cair di dalam sebuah tabung sebagai akibat aksi kapiler semakin jelas terlihat apabila jari-jari tabung semakin kecil.

Sudut kontak θ untuk air, udara, dan permukaan kaca yang bersih pada dasarnya nol. Apabila θ > π/2, zat cair disebut tidak membasahi permukaan (nonwetting). Apabila θ < π/2, kenaikan kapiler akan terjadi. Apabila θ = π/2, baik kenaikan maupun penurunan tidak akan dialami oleh zat cair dalam tabung. Bilamana θ > π/2 zat cair dalam tabung akan mengalami penurunan.

Untuk menerapkan persamaan (6) berlaku bila diameter pipa relatif kecil.

Dengan bertambahnya diameter pipa, jari-jari lengkung akan semakin besar dan kenaikan kapiler berkurang. Kenaikan kapiler tidak mungkin dihitung secara langsung. Jika diameter tabung mendekati 1 cm, kenaikan kapiler air dapat diabaikan.

Kenaikan cairan menggunakan tabung juga terjadi pada cairan yang diberikan pada sepasang apitan kaca. Apitan kaca terbuat dari dua lembar pelat kaca berbentuk persegi panjang yang berukuran sama. Kaca dipasang

(26)

berimpit dan pada salah satu sisinya dijepit menggunakan penjepit. Pada sisi yang lain diberi beberapa potongan mika. Mika ini berfungsi sebagai jarak pemisah antara pelat, sehingga terdapat rongga diantara apitan. Apabila dilihat dari atas maka rongga yang terbentuk oleh apitan kaca tampak seperti segitiga sama kaki, ditunjukkan pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Diagram sudut apitan kaca dari atas (skala tidak proporsional)

Jarak pemisah pelat berubah seiring bertambahnya nilai . adalah jarak horisontal diukur dari titik dimana dua pelat kaca bertemu. Jarak pemisah pelat dapat dihitung dengan persamaan berikut [Piva, 2009]:

(7)

dimana L: panjang apitan sampai ujung tepi mika tebal total jumlah mika

jarak horisontal diukur dari titik dimana dua pelat bertemu

Apitan kaca diletakkan tegak lurus terhadap bidang alasnya. Apitan kaca yang digunakan dalam eksperimen setara dengan tabung pipa kapiler yang disusun berdampingan. Sehingga persamaan (7) dapat disubstitusikan ke dalam persamaan (6) seperti berikut.

(27)

(8)

Persamaan (8) dapat dituliskan sebagai berikut:

(9)

Dari persamaan tersebut diketahui bahwa kenaikan cairan pada suatu titik tertentu yang berjarak dari titik bertemunya kedua kaca berbanding terbalik.

Semakin kecil nilai maka kenaikan cairan semakin tinggi dan curam. Pada nilai tertentu tinggi cairan berada pada titik tertinggi. Semakin besar nilai , cairan akan turun dan landai. Cairan akan terus turun dan pada nilai tertentu cairan akan konstan.

Gambar 2.3 (a) Apitan kaca dari depan (b) Kenaikan cairan menggunakan apitan kaca tampak dari samping

(28)

Kontak sudut θ antara permukaan cairan dengan dinding pelat yang terbentuk sangat kecil. Sehingga nilainya dianggap nol dan cos θ bernilai satu. Maka persamaan (9) dituliskan sebagai berikut:

(10)

(29)

14

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai tegangan permukaan cairan menggunakan apitan kaca. Kaca yang digunakan berukuran 15 x 30 cm dengan ketebalan setiap kaca 5 mm. Apitan kaca diletakkan dengan posisi berdiri tegak lurus terhadap bidang alasnya. Pada salah satu sisi tepi apitan kaca diberikan 6 potong plastik mika berukuran 1 x 30 cm dengan ketebalan 0,42 mm. Setiap sisi tepi apitan kaca dijepit menggunakan “klip binder”. Jarak antar penjepit adalah 6 cm. Secara umum penelitian ini dibagi ke dalam 3 tahapan, yaitu: tahapan pertama menyiapkan alat-alat yang digunakan, tahap kedua menentukan massa jenis cairan, kemudian tahap ketiga adalah mengukur tegangan permukaan cairan.

A. Persiapan Alat

Dalam penelitian mengukur nilai tegangan permukaan dibutuhkan beberapa alat. Adapun alat-alat tersebut adalah sebagai berikut:

1. Gelas ukur

Gelas ukur berfungsi sebagai tempat untuk mengukur banyaknya cairan yang digunakan. Gelas ukur yang digunakan berukuran 10 ml.

2. Neraca digital

Neraca digital digunakan untuk menimbang cairan dan bahan terlarut.

3. Thermometer

Thermometer berfungsi untuk mengukur suhu cairan. Karena suhu cairan berpengaruh terhadap tegangan permukaan.

(30)

4. Pipet

Pipet digunakan untuk memindahkan cairan dari gelas ke dasar apitan.

5. Micrometer sekrup

Micrometer ini berfungsi untuk mengukur ketebalan mika.

6. Kaca apitan

Apitan yang digunakan berupa kaca. Apitan terdiri dari dua lembar kaca berukuran 15 x 30 cm dan ketebalan 5 mm. Di dalam apiatan diberikan potongan mika berukuran 1 x 30 cm sebanyak enam potong. Ketebalan enam mika tersebut adalah 0,42 mm. Mika ini berfungsi sebagai jarak pemisah antara apitan, sehingga terdapat rongga diantara apitan.

Gambar 3.1. Skala pelat kaca yang digunakan dalam penelitian

7. Cairan

Cairan yang digunakan dalam penelitian ini berupa larutan detergen yang dibuat dari air dan detergen.

(31)

8. Kaca sebagai alas

Kaca tersebut berfungsi untuk menempatkan apitan agar dapat berdiri tegak lurus.

9. Kamera

Kamera Casio digunakan untuk memfoto kurva kenaikan cairan yang tampak pada dinding kaca.

10. Tripod

Tripod digunakan untuk meletakkan kamera. Tripod dapat diatur sehingga kamera dapat dipasang tegak lurus terhadap apitan kaca.

B. Penentuan Nilai Massa Jenis Larutan Cairan

Cairan yang digunakan dalam penelitian ini adalah larutan detergen yang dibuat dari air dan bubuk detergen. Pengukuran pertama adalah air tanpa detergen. Kemudian pengukuran kedua adalah air dengan penambahan detergen. Detergen dilarutkan dalam air dengan variasi massa detergen.

Setelah diukur volume dan massanya, cairan tersebut dapat ditentukan massa jenisnya dengan menggunakan grafik dan mengikuti persamaan (1) berikut ini:

ρ =

(32)

C. Penentuan Nilai Tegangan Permukaan Cairan Menggunakan Apitan Kaca

Penentuan nilai tegangan permukaan cairan dilakukan dengan cara memfoto kenaikan cairan yang tampak pada dinding apitan. Digunakan kamera untuk memfoto kenaikan cairan. Hasil foto kemudian dianalisis menggunakan software LoggerPro. Rangkaian alat yang dipakai saat penelitian ditunjukkan pada gambar 3.2.

Gambar 3.2. Rangkaian alat untuk menentukan tegangan permukaan cairan menggunakan apitan kaca

Keterangan:

1. Kaca apitan 2. Mika 3. Cairan 4. Klip penjepit 5. Kertas penutup 6. Penggaris 7. Kaca sebagai alas

(33)

Gambar 3.3. Foto kenaikan cairan yang tampak pada dinding apitan kaca

Langkah penentuan tegangan permukaan cairan pada apitan kaca adalah sebagai berikut:

1. Kaca dibersihkan (dicuci) kemudian dikeringkan dengan kain lap.

2. Letakkan potongan plastik mika pada salah satu sisi tepi apitan.

3. Rangkai alat seperti pada gambar 3.2.

4. Berikan cairan pada dasar apitan menggunakan pipet sampai berhenti naik yaitu ketika cairan pada alas apitan tumpah.

5. Ambil gambar kurva cairan yang terlihat pada dinding apitan dengan difoto.

6. Hasil foto kemudian ditampilkan ke dalam LoggerPro untuk dianalisis dengan cara memilih menu insert  picture, kemudian pilih “picture with photo analysis” seperti pada gambar 3.4 berikut.

(34)

Gambar 3.4 Tampilan awal pada LoggerPro sebelum hasil foto dimasukkan

7. Untuk menentukan ukuran yang sesungguhnya digunakan ikon “set scale”, untuk mengambil data, digunakan ikon “photo distance” untuk memberikan jarak yang ditentukan ditandai dengan lingkaran merah dan ungu pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 Ikon “set scale” untuk menentukan ukuran sesungguhnya dan “photo distance” untuk menentukan jarak

(35)

8. Untuk memberikan set scale, ditarik garis pada gambar penggaris dari ujung penggaris ke ujung lainnya (ditunjukkan dengan garis berwarna hijau). Kemudian nilai jarak sesungguhnya pada penggaris dimasukkan pada kotak isian scale yang ditunjukkan pada gambar 3.6.

Gambar 3.6 Pemberian garis set scale dan kotak isian scale ukuran panjang sesungguhnya

9. Untuk memberikan photo distance, ditarik garis pada dasar pelat kaca yaitu dari ujung “klip binder” yang satu ke “klip binder” yang lainnya.

Seperti ditunjukkan pada gambar 3.7.

(36)

Gambar 3.7 Pemberian garis photo distance

10. Untuk menganalisis foto dilakukan dengan memberikan titik-titik disepanjang kurva yang tampak pada apitan. Titik-titik ini dibuat dengan meng-klik “add point” pada bagian analisis foto. Setelah itu secara otomatis kursor akan berfungsi sebagai pemberi titik.

Gambar 3.8 Ikon “add point” untuk meberikan titik-titik.

(37)

11. Sumbu (x) dan sumbu (y) setiap titik pada kurva cairan secara otomatis tercatat pada LoggerPro.

Gambar 3.9 Titik yang membentuk grafik pada sumbu (x) dan sumbu (y)

12. Jejak titik tersebut kemudian difit dengan persamaan grafik inverse sesuai dengan persamaan (10). Dengan meng-klik ikon “curve fit” seperti ditunjukkan pada gambar 3.10 maka akan mucul kotak yang menyediakan berbagai persamaan grafik yang dibutuhkan.

Gambar 3.10 Ikon curve fit untuk fitting data

(38)

13. Setelah memilih ikon curve fit akan muncul tampilan seperti pada gambar 3.11. General Equation menyediakan berbagai persamaan untuk memfit grafik. Pilih Define Function untuk persamaan (10) yang belum tersedia.

Gambar 3.11 Tampilan pada LoggerPro setelah meng-klik ikon curve fit

(39)

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk menunjukkan dan mengukur tegangan permukaan cairan menggunakan apitan kaca. Berikut tahapan-tahapan yang dilakukan pada saat penelitian:

1. Pengukuran Massa Jenis Cairan

Cairan bervolume 10 ml ditimbang menggunakan neraca digital.

Cairan tersebut berupa larutan detergen yang terdiri dari air dan detergen.

Pengukuran tersebut untuk memperoleh nilai massa jenis cairan. Detergen dilarutkan dalam air dengan variasi massa detergen. Bubuk detergen tersebut diberikan sebanyak 0 gram, 1 gram, 2 gram, 3 gram, 4 gram, dan 5 gram. Bubuk detergen dibiarkan beberapa saat sampai larut dalam air.

Larutan tersebut ditimbang, setiap cairan memiliki massa yang berbeda- beda meskipun volumenya sama. Suhu tiap cairan diukur menggunakan thermometer dan diperoleh hasil yang sama untuk semua cairan yaitu T = 27⁰C. Berikut pengukuran massa jenis masing-masing larutan cairan:

(40)

a. Air tanpa detergen

Air tanpa detergen ditimbang massanya. Berikut tabel penimbangan air.

Tabel 4.1. Nilai massa terhadap berbagai volume pada air No V (ml) m (gr)

1 1 0,741

2 2 1,614

3 3 2,557

4 4 3,701

5 5 4,646

6 6 5,674

7 7 6,638

8 8 7,613

9 9 8,620

10 10 9,764

Dari tabel di atas kemudian dicari nilai massa jenisnya menggunakan grafik berikut.

Gambar 4.1. Grafik massa terhadap berbagai volume pada air

(41)

Dari grafik tersebut didapatkan nilai massa jenis air sebesar (1,00

± 0,01) gr/ml.

b. Larutan detergen dengan variasi massa detergen 1) Larutan detergen 0,1 gr/ml

Bubuk detergen 1 gram dilarutkan dengan air 10 ml sehingga diperoleh konsentrasi larutan 0,1 gr/ml. Setelah detergen larut dalam air, kemudian ditimbang massanya. Berikut tabel penimbangan dari larutan detergen 0,1 gr/ml.

Tabel 4.2. Nilai massa terhadap berbagai volume pada larutan detergen 0,1 gr/ml

No V (ml) m (gr)

1 1 1,113

2 2 2,195

3 3 3,176

4 4 4,309

5 5 5,316

6 6 6,269

7 7 7,334

8 8 8,368

9 9 9,58

10 10 10,706

(42)

Gambar 4.2. Grafik massa terhadap berbagai volume pada larutan detergen 0,1 gr/ml

Dari grafik tersebut didapatkan nilai massa jenis larutan detergen 0,1 gr/ml sebesar (1,05 ± 0,01) gr/ml.

2) Larutan detergen 0,2 gr/ml

(43)

Tabel 4.3.Nilai massa terhadap berbagai volume pada larutan detergen 0,2 gr/ml

No V (ml) m (gr)

1 1 1,194

2 2 2,219

3 3 3,501

4 4 4,600

5 5 5,618

6 6 6,656

7 7 7,829

8 8 8,850

9 9 9,920

10 10 11,788

(44)

.

No V (ml) m (gr)

1 1 1,237

2 2 2,403

3 3 3,541

4 4 4,763

5 5 5,886

6 6 7,001

7 7 8,059

8 8 9,181

9 9 10,460

10 10 12,658

(45)

Bubuk detergen 4 gram dilarutkan dengan air 10 ml sehingga diperoleh konsentrasi larutan 0,4 gr/ml. Setelah detergen larut dalam air, kemudian ditimbang massanya. Berikut tabel penimbangan dari larutan detergen 0,4 gr/ml..

(46)

No V (ml) m (gr)

1 1 1,350

2 2 2,486

3 3 3,735

4 4 4,952

5 5 6,053

6 6 7,088

7 7 8,398

8 8 9,983

9 9 12,283

10 10 13,088

(47)

No V (ml) m (gr)

1 1 1,581

2 2 2,669

3 3 3,856

4 4 5,366

5 5 6,841

6 6 8,038

7 7 9,274

8 8 10,816

9 9 12,632

10 10 13,420

(48)

Dari grafik tersebut didapatkan nilai massa jenis larutan detergen 0,5 gr/ml sebesar (1,36 ± 0,02)gr/ml.

2. Pengukuran Tegangan Permukaan Larutan Menggunakan Apitan Dengan Bantuan Analisa Foto

Larutan yang telah diberikan di dasar apitan akan naik ke atas secara perlahan-lahan. Larutan tersebut akan membentuk kurva yang tampak pada dinding kaca. Kurva yang tampak kemudian difoto menggunakan kamera. Hasil foto dianalisis menggunakan software pengolah foto pada LoggerPro. Hasil analisis foto berupa data posisi panjang dasar apitan dan data kenaikan larutan. Berikut hasil analisis tiap masing-masing larutan.

(49)

a. Air tanpa detergen

Setelah dilakukan proses penganalisisan foto menggunakan software LoggerPro, diperoleh grafik seperti pada gambar 4.7 berikut:

Gambar 4.7. Grafik ketinggian terhadap panjang apitan kaca pada air

Grafik difit menggunakan persamaan

sesuai persamaan (10) pada dasar teori

Dari kedua persamaan tersebut diperoleh nilai:

A =

Nilai A pada grafik diperoleh = (5,94 ± 0,09) cm. Nilai A disubstitusikan ke dalam persamaan (10) untuk mendapatkan nilai

(50)

tegangan permukaan. Dari hasil perhitungan seperti yang disajikan pada lampiran 2 dengan nilai massa jenis (ρ) air (1,00 ± 0,01) gr/ml, percepatan gravitasi bumi (g) 9,8 m/s², total tebal mika (b) 0,42 mm, dan panjang apitan kaca (L) 14 cm diperoleh nilai tegangan permukaan air sebesar : γ = (8,7 ± 0,2) dyne/cm.

b. Larutan detergen dengan variasi massa detergen 1) Larutan detergen 0,1 gr/ml

Gambar 4.8. Grafik ketinggian terhadap panjang apitan kaca pada larutan detergen 0,1 gr/ml

(51)

Cara yang sama dengan nilai A sebesar (4,66 ± 0,05) cm dan massa jenis larutan sebesar (1,05 ± 0,01) gr/ml diperoleh nilai tegangan permukaan larutan detergen 0,1 gr/ml sebesar :

γ = (7,2 ± 0,1) dyne/cm.

γ = (6,9 ± 0,1) dyne/cm.

(52)

γ = (6,2 ± 0,2) dyne/cm.

(53)

γ = (5,5 ± 0,2) dyne/cm.

(54)

γ = (4,7 ± 0,1) dyne/cm.

(55)

B. Pembahasan

Cairan yang diberikan pada tabung pipa kapiler akan mengalami gejala kapilaritas. Gejala kapilaritas ini terjadi karena peranan penting dari tegangan permukaan. Kenaikan cairan pada tabung pipa kapiler terjadi bila diameter pipa relatif kecil. Dengan bertambahnya diameter pipa, jari-jari lengkung akan semakin besar dan kenaikan cairan berkurang.

Pada penelitian ini dilakukan pengukuran tegangan permukaan cairan menggunakan apitan kaca. Kaca yang digunakan dalam penelitian ini berukuran 15 x 30 cm dengan ketebalan setiap kaca 5 mm. Apitan kaca tersebut diletakkan dengan posisi berdiri tegak lurus terhadap bidang alasnya.

Kaca yang digunakan sebagai apitan dibersihkan dengan dicuci terlebih dahulu, kemudian dikeringkan dengan kain lap kering. Kaca dikondisikan benar-benar bersih, tidak ada bekas apapun yang menempel pada kaca.

Setelah itu, letakkan potongan plastik mika yang berukuran 1 x 30 cm sebanyak 6 potong dengan ketebalan 0,42 mm pada salah satu sisi tepi kaca.

Pada penelitian ini diletakkan pada sisi tepi kanan. Setelah tertata dengan rapi, jepit kaca menggunakan “klip binder”. Jarak antar penjepit adalah 6 cm.

Pantulan kamera akan terlihat dikaca, untuk itu tutup bagian kaca menggunakan kertas berukuran 25 x 10 cm pada sisi kanan, yaitu sisi terdekat dari potongan mika untuk menutup bayangan yang tertangkap kaca. Letakkan penggaris sebagai skala ukur disisi tepi kiri kaca dengan menyisipkan pada penjepit. Kemudian letakkan kaca dengan posisi tegak lurus pada bidang alas yang telah disiapkan. Pada penelitian ini alas yang digukanan berupa kaca

(56)

berukuran 20 x 20 cm. Setelah semua tertata, siapkan kamera yang diletakkan pada tripod. Tripod ini membantu kamera agar gambar yang diperoleh tidak miring. Kamera diletakkan tepat tegak lurus di depan kaca dengan posisi jarak antara sisi kanan dan kiri serta atas dan bawah kaca besarnya sama.

Cahaya dalam ruangan pun mempengaruhi hasil gambar. Untuk itu kondisikan cahaya dalam ruangan terang. Berikan cairan secara perlahan pada dasar apitan kaca. Cairan perlahan-lahan akan naik pada sisi kaca yang lebih sempit, pada penelitian ini yaitu pada sisi tepi kiri kaca. Ketika cairan berhenti naik, ambil gambar foto yang tampak pada kaca menggunakan kamera.

Cairan yang digunakan dalam penelitian ini berupa larutan detergen.

Larutan tersebut terdiri dari air dan detergen. Detergen dilarutkan dalam air dengan variasi massa detergen. Bubuk detergen tersebut diberikan sebanyak 0 gram, 1 gram, 2 gram, 3 gram, 4 gram, dan 5 gram.

Setelah gambar pada dinding apitan kaca difoto, kemudian eksperimen yang dilakukan yaitu mengolah lebih lanjut hasil dari foto menggunakan software LoggerPro. Hasil foto dianalisis dengan cara memberi titik-titik pada

bagian tepi kurva cairan yang terbentuk. Titik-titik dibuat dengan meng-klik ikon “add point” pada bagian analisis foto. Secara otomatis kursor akan berfungsi sebagai pemberi titik. Sebelum membuat titik-titik tersebut, terlebih dahulu membuat garis acuan dengan meng-klik “set scale”. Dengan cursor yang muncul tarik garis pada acuan yang digunakan. Kemudian isikan nilai panjang acuan tersebut pada jendela scale yang muncul. Pada penelitian ini

(57)

sebesar 30 cm. Setelah itu tekan pilihan “ photo distance” dan kemudian drag kursor yang muncul dari posisi awal sampai posisi akhir dari jarak yang ditentukan.

Pemberian titik-titik dilakukan dengan cermat dan hati-hati untuk mengurangi kesalahan. Jika posisi titik yang dibuat tidak tepat maka akan mempengaruhi hasil akhir. Setelah selesai, secara otomatis akan muncul grafik pada layar. Sumbu (x) adalah jarak x dari titik dimana dua pelat bertemu dan sumbu (y) adalah tingginya dari kenaikan cairan. Kemudian grafik tersebut difit menggunakan persamaan (10).

Kurva yang tampak pada gambar menjelaskan bahwa kenaikan cairan H pada suatu titik tertentu yang berjarak x dari titik bertemunya kedua kaca berbanding terbalik. Semakin bertambah nilai x, maka jarak antar kaca juga bertambah besar. Begitu juga sebaliknya, semakin kecil nilai x maka jarak antar kaca semakin kecil. Pada apitan kaca ini, sepanjang apitan kaca terdiri dari ribuan kapiler. Berbeda dengan tabung pipa kapiler, dengan satu pipa maka satu diameter. Semakin kecil nilai x cairan semakin tinggi dan curam.

Pada nilai x tertentu, ketinggian berada pada titik tertinggi. Cairan pada apitan nilainya akan turun seiring bertambahnya nilai x. Pada nilai x tertentu cairan semakin turun dan landai.

Dari penelitian yang telah dilakukan didapatkan nilai tegangan permukaan kenaikan cairan menggunakan apitan kaca dari masing-masing cairan dengan suhu cairan 27⁰C. Nilai tegangan permukaan ditunjukkan pada tabel berikut:

(58)

Tabel 4.7. Nilai massa jenis larutan dengan variasi massa detergen pada suhu 27⁰C

No

Massa detergen (gram)

Massa jenis cairan (gr/ml)

1 0 1,00 ± 0,01

2 1 1,05 ± 0,01

3 2 1,13 ± 0,02

4 3 1,20 ± 0,04

5 4 1,31 ± 0,05

6 5 1,36 ± 0,02

Tabel 4.8. Nilai tegangan permukaan larutan dengan variasi massa detergen menggunakan apitan kaca pada suhu 27⁰C

No

Tegangan permukaan (dyne/cm)

1 0 8,7 ± 0,2

2 1 7,2 ± 0,1

3 2 6,9 ± 0,1

4 3 6,2 ± 0,2

5 4 5,5 ± 0,2

6 5 4,7 ± 0,1

Air murni nilai tegangan permukaannya tinggi. Pada larutan detergen 0,1 gr/ml nilai tegangan permukaannya berkurang sedikit. Ketika ditambahkan detergen lagi, nilai tegangan permukaan semakin menurun. Peristiwa ini karena detergen berdifusi di dalam cairan dan mempunyai efek menurunkan tegangan permukaan. Lapisan detergen yang berupa molekul rangkaian alkil asam sulphonic berfungsi menurunkan tegangan permukaan pada air. Zat-zat yang memperkecil tegangan permukaan zat cair disebut surfactant [Monk, 2004].

(59)

Untuk mencuci pakaian dengan benar-benar bersih, air harus dipaksa melalui ruang sempit di antara serat pakaian. Hal ini membutuhkan penambahan luas permukaan air yang sulit dilakukan akibat adanya tegangan permukaan. Pekerjaan ini akan lebih mudah dilakukan dengan menurunkan nilai tegangan permukaan. Karena itu air detergen lebih baik digunakan untuk mencuci. Semakin banyak detergen yang digunakan, maka akan semakin mudah kotoran dibersihkan.

Nilai tegangan permukaan air pada suhu 20 ⁰C sebesar 72,8 dyne/cm dan larutan sabun sebesar 25 dyne/cm [Giancoli, 2014]. Besarnya nilai tegangan permukaan air murni pada penelitian terpaut jauh dengan nilai tegangan permukaan pada sumber. Hal ini bisa dikarenakan ada berbagai faktor yang mempengaruhi pada saat penelitian dilakukan. Salah satunya adalah suhu yang digunakan berbeda.

Saat pengukuran massa jenis air yang diberi bubuk detergen mengalami beberapa kendala. Sehingga pengukuran sedikit sulit dilakukan. Pada saat detergen dilarutkan dalam air, detergen meninggalkan endapan pada cairan.

Hal itu tampak pada hasil nilai ralat ketelitian massa jenis di penambahan detergen 3 gram dan 4 gram. Endapan tersebut mempengaruhi larutan ketika ditimbang. Pada saat larutan diberikan di dasar apitan, endapan juga tertinggal di dasar apitan.

Pada umumnya penelitian yang sering dilakukan dilaboratorium menggunakan tabung pipa kapiler. Tabung pipa kapiler ini memiliki beberapa diameter yang berbeda. Satu pipa merupakan satu diameter. Jumlah diamater

(60)

pipa pun terbatas. Setiap pipa ada jarak pemisahnya. Ketika memasukkan cairan ke dalam tabung digunakan corong agar tidak tumpah. Selain itu harus hati-hati agar tidak muncul gelembung udara. Gelembung udara ini menyebabkan pipa yang berdiameter kecil sulit terisi cairan. Ada beberapa alat untuk mengukur diameter dan ketinggian cairan dalam pipa kapiler. Salah satunya menggunakan katetometer. Ketika mengukur pandangan tidak boleh terganggu karena cairan yang tampak dalam lensa katetometer tidak begitu jelas. Hal ini mempengaruhi keakuratan data yang diperoleh. Ketika selesai digunakan, tabung pipa kapiler ini harus dibersihkan dengan cara ditiup agar tidak ada sisa cairan yang tertinggal. Sisa cairan ini menimbulkan gelembung udara yang akan mempengaruhi penggunaan berikutnya.

Pada penelitian yang telah dilakukan Piva menggunakan apitan kaca.

Penelitian ini lebih mudah dilakukan. Cairan diberikan pada dasar apitan menggunakan pipet. Cairan akan naik di dalam apitan dan membentuk kurva.

Kurva yang tampak pada dinding apitan kemudian diperjelas menggunakan spidol atau tinta. Gambar dari kurva tersebut dijiplak menggunakan kertas grafik. Data yang diperoleh mengikuti data yang tertera pada kertas grafik.

Sehingga data yang diperoleh pun terbatas pada kertas grafik. Untuk mengatasi keterbatasan tersebut, dibutuhkan alat yang dapat membantu merekam gambar kenaikan cairan yang tampak pada dinding. Maka foto merupakan salah satu alat yang dapat membantu mengatasi permasalahan tersebut.

(61)

Penelitian mengukur nilai tegangan permukaan pada cairan dengan menggunakan apitan kaca sangat mudah dilakukan. Kendala pada penelitian yang dilakukan oleh Piva adalah kerbatasan data pada kertas grafik. Untuk itu dibutuhkan alat yang dapat membantu penelitian ini. Foto merupakan alat yang bisa merekam gambar pada apitan kaca. Dengan menggunakan foto maka data yang diperoleh lebih banyak. Selain itu ada program pengolah data berupa software LoggerPro yang membantu untuk mengolah data. Pada LoggerPro terdapat pengolah data untuk menganalisis foto. Dari analisis tersebut menghasilkan grafik sesuai yang kita butuhkan dengan prosess fitting data.

Penelitian ini bisa dilakukan dimana saja. Alat-alat yang digunakan pun sederhana dan mudah dicari. Kita bisa menggunakan barang bekas yang ada di rumah. Apitan kaca ini berbeda dengan tabung pipa kapiler. Jika tabung pipa kapiler, satu pipa kapiler adalah satu diameter. Maka dalam satu apitan kaca terdapat lebih dari satu diameter. Dengan nilai diameter berbeda-beda kita bisa mendapatkan banyak data. Dengan banyaknya data yang diperoleh, diharapkan lebih teliti.

Apitan kaca ini dapat dibongkar sehingga mudah untuk dibersihkan.

Selain itu dalam pembersihannya cukup menggunakan kain lap kering.

Penelitian ini juga tidak terganggu dengan adanya gelembung udara yang mempengaruhi kenaikan cairan pada apitan. Ketika hal itu terjadi cukup menjepit dan menekan apitan lebih kuat. Satu apitan bisa digunakan untuk

(62)

berbagai cairan dalam waktu yang relatif singkat. Hal ini karena kaca lebih mudah dibersihkan dan lebih cepat kering.

Penelitian kapilaritas menggunakan apitan kaca dapat digunakan sebagai media pembelajaran di sekolah menengah maupun di universitas. Hal ini dikarenakan alat-alatnya yang sederhana, harganya murah, dan mudah dilakukan oleh siapa pun. Selain itu resiko yang terjadi pun sangat minim terjadi. Proses yang mudah dilakukan ini membuat siswa senang dan tidak merasa takut.

(63)

48

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Telah dilakukan penelitian terhadap tegangan permukaan kenaikan cairan menggunakan apitan kaca. Cairan tersebut berupa larutan detergen. Dari hasil analisis diperoleh nilai tegangan permukaan tiap-tiap larutan. Berikut hasil pengukuran larutan detergen 0 gr/ml; 0,1 gr/ml; 0,2 gr/ml; 0,3 gr/ml; 0,4 gr/ml; dan 0,5 gr/ml secara berturut-turut adalah (8,7 ± 0,2) dyne/cm; (7,2 ± 0,1) dyne/cm; (6,9 ± 0,1) dyne/cm; (6,2 ± 0,2) dyne/cm; (5,5 ± 0,2) dyne/cm;

dan (4,7 ± 0,1) dyne/cm. Dari penelitian tersebut diketahui bahwa detergen mampu menurunkan tegangan permukaan air. Semakin banyak detergen yang diberikan maka nilai tegangan permukaan semakin kecil.

B. Saran

Bagi pembaca yang berminat melakukan penelitian lebih lanjut, penulis menyarankan untuk:

1. Menggunakan detergen cair sebagai bahan pelarut.

2. Menggunakan demonstrasi peristiwa kapilaritas pada apitan kaca untuk menjelaskan materi tegangan permukaan cairan di sekolah menengah maupun di universitas.

(64)

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli, Douglas C. 2014. Fisika Prinsip Dan Aplikasi Jilid 1 Edisi Ketujuh.

Jakarta: Erlangga.

Monk, Paul. 2004. Physical Chemistry Understanding Our Chemical World.

UK: John Wiley & Sons, Ltd.

V. A. Greulach. The Rise of Water in Plants, Scientific American, Oktober 1952, p. 78.

Olson, Reuben M., Wright, Steven J. 1993. Dasar – Dasar Mekanika Fluida Teknik Edisi Kelima. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.

Munson, Bruce R., Young, Donald F., Okiishi, Theodore H. 2003. Mekanika Fluida Jilid 1 Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga.

M. Piva Andrews. Capillary Rise in a Wedge, The Physics Teacher, vol. 47, 2009, pp. 528-530.

Thomas B. Greenslade. Capillary Phenomena, The Physics Teacher, vol.30,1992, pp. 300.

Santosa, Edi. 2012. Eksperimen Fisika Berbasis Komputer. Yogyakarta : Universitas Sanata Dharma.

(65)

50

LAMPIRAN 1

EKSPERIMEN TEGANGAN PERMUKAAN CAIRAN MENGGUNAKAN TABUNG PIPA KAPILER

1. Nilai massa jenis dan tegangan permukaan air tanpa detergen menggunakan tabung pipa kapiler

Tabel 1.1. Nilai massa terhadap berbagai volume pada air No V (ml) m (gr)

1 3 2,1

2 6 5,1

3 9 8,1

4 12 11,2

5 15 14,2

6 18 17,2

7 21 20,2

8 24 23,7

9 27 26

10 30 29,1

Gambar 1.1 Grafik massa terhadap berbagai volume pada air

(66)

Dari grafik diperoleh nilai massa jenis air sebesar (1,00 ± 0,01) gr/ml.

Gambar 1.2 Grafik ketinggian terhadap diameter pipa kapiler pada air

Dari grafik di atas diperoleh nilai A sebesar (0,09 ± 0,02) cm. Dengan mensubstitusikan ke dalam persamaan (10) dan massa jenis sebesar (1,00

± 0,01) gr/ml didapatkan nilai tegangan permukaan air menggunakan tabung pipa kapiler sebesar (6,6 ± 0,1) dyne/cm.

(67)

2. Nilai massa jenis dan tegangan permukaan larutan detergen dengan variasi massa detergen menggunakan tabung pipa kapiler

a. Larutan detergen 0,1 gr/ml

No V (ml) m (gr)

1 3 2,5

2 6 5,4

3 9 8,4

4 12 11,6

5 15 14,9

6 18 17,7

7 21 20,6

8 24 23,9

9 27 26,7

10 30 29,7

Gambar 1.3 Grafik massa terhadap berbagai volume pada larutan detergen 0,1 gr/ml

(68)

Dari grafik diperoleh nilai massa jenis larutan detergen 0,1 gr/ml sebesar (1,01 ± 0,01) gr/ml.

Gambar 1.4 Grafik ketinggian terhadap diameter pipa kapiler pada larutan detergen 0,1 gr/ml

Dari grafik di atas diperoleh nilai A sebesar (0,08 ± 0,02) cm. Dengan mensubstitusikan ke dalam persamaan (10) dan massa jenis sebesar (1,01 ± 0,01) gr/ml didapatkan nilai tegangan permukaan larutan detergen 0,1 gr/ml menggunakan tabung pipa kapiler sebesar (5,9 ± 0,1) dyne/cm.

(69)

b. Larutan detergen 0,2 gr/ml

No V (ml) m (gr)

1 3 3,1

2 6 6,2

3 9 8,5

4 12 12,3

5 15 15,4

6 18 18,4

7 21 20,9

8 24 24,5

9 27 27,1

10 30 29,6

(70)

Gambar 1.6 Grafik ketinggian terhadap diameter pipa kapiler pada lautan detergen 0,2 gr/ml

(71)

c. Larutan detergen 0,3 gr/ml

No V (ml) m (gr)

1 3 3,9

2 6 6,7

3 9 9,9

4 12 12,3

5 15 16,7

6 18 19,9

7 21 21,7

8 24 25,9

9 27 28,6

10 30 30,9

(72)

Gambar 1.8 Grafik ketinggian terhadap diameter pipa kapiler pada larutan detergen 0,3 gr/ml

Berikut perbandingan nilai tegangan permukaan air menggunakan apitan kaca dan tabung pipa kapiler dengan suhu 27⁰C ditunjukkan pada tabel 1.7 dan nilaitegangan permukaan larutan detergen dengan variasi massa detergen menggunakan tabung pipa kapiler ditunjukkan pada tabel 1.8.

Tabel 1.7. Nilai tegangan permukaan air dengan suhu 27⁰C

No Alat

Tegangan permukaan (dyn/cm)

1 Apitan kaca 8,7 ± 0,2

2 Tabung pipa kapiler 6,6 ± 0,1

(73)

Tabel 1.8. Nilai tegangan permukaan larutan detergen dengan variasi massa detergen menggunakan tabung pipa kapiler pada suhu 27⁰C

No

Tegangan permukaan (dyne/cm)

1 1 5,9 ± 0,1

2 2 5,3 ± 0,1

3 3 4,5 ± 0,1

(74)

LAMPIRAN 2

CONTOH PERHITUNGAN NILAI DAN RALAT TEGANGAN PERMUKAAN MENGGUNAKAN APITAN KACA

1. Berikut salah satu contoh perhitungan pada gambar 4.7. Pada gambar 4.7 di dapatkan nilai A pada grafik sebesar (5,94 ± 0,09) cm. Nilai A disubtitusikan ke dalam persamaan (10) dengan nilai massa jenis air (ρ) air (1,00 ± 0,01) gr/ml, percepatan gravitasi bumi (g) 9,8 m/s², total tebal mika (b) 0,42 mm, dan panjang apitan kaca (L) 14 cm sehingga diperoleh nilai tegangan permukaan sebagai berikut:

2. Contoh perhitungan ralat untuk gambar 4.7 =

Δ = 0,02 x = 0,02 x 8,7 = 0,2 .