Alat pengukur tegangan permukaan zat cair dengan metode jaeger - USD Repository

(1)

Skripsi

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh :

Hariyanto

NIM : 011424020

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

(2)

(3)

(4)

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak

memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan

dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah

Yogyakarta, 9 Oktober 2007

Penulis,

(5)

ABSTRAK

ALAT PENGUKUR TEGANGAN PERMUKAAN ZAT

CAIR DENGAN METODE JAEGER

Mengingat belum adanya alat pengukur tegangan permukaan zat cair yang sederhana sebagai media pembelajaran, maka penelitian ini dilakukan dengan tujuan menciptakan alat pengukur tegangan permukaan zat cair. Dengan adanya alat pengukur tegangan permukaan zat cair ini diharapkan dapat diselenggarakan suatu metode pembelajaran yang melibatkan siswa secara aktif dan membawa siswa mengamati gejala fisika secara langsung.

Alat pengukur tegangan permukaan zat cair ini terdiri dari dudukan, pemanas, pengatur suhu, dan bagian utama yang meliputi botol penghasil tekanan, pipa kapiler, pipa manometer. Alat pengukur tegangan permukaan zat cair ini pada dasarnya berprinsip pada hubungan antara tekanan dalam pembentukan gelembung udara di dalam zat cair dengan tegangan permukaan zat cair.

Dari hasil pengukuran tegangan permukaan zat cair yang telah dilakukan menujukan bahwa alat ini dapat digunakan. Hal ini dapat dilihat dari hasil pengukuran.

Dengan menggunakan alat ini dapat pula diselenggarakan suatu metode pembelajaran yang melibatkan siswa secara aktif dan membawa siswa mengamati gejala fisika secara langsung. Metode pembelajaran yang dapat dilakukan dengan

(6)

ABSTRACT

A SURFACE TENSIONMETER OF THE LIQUID

WITH JAEGER METHOD

Considering the non-existance of a simple surface tensionmeter of liquid as teaching media, this research intends to develop a simple surface tensionmeter of liquid. This device is expected to create a teaching media that involves students to be active in abserving physic phenomena directly.

This surface tensionmeter of liquid consists of stay box, heater, temperature controller, and the main parts that covers pressure-creator botlle, capiler pipe, manometer pipe. The basic principle of this surface tensionmeter of liquid is the correlation between the pressure in the formation of liquid bubble in the hydrogen with liquid surface tension.

Measurement result of liquid surface tension using the tensionmeter constructed in the researd. It is showed that this device is reliable.

(7)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat dan karunia-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi berjudul “Alat Pengukur Tegangan

Pemukaan Zat Cair Dengan Motode Jaeger”, sebagai salah satu syarat untuk

menyelesaikan pendidikan strata satu.

Dalam penyusunan skripsi ini penulis telah banyak mendapatkan bantuan

baik moral maupun spiritual dan dukungan yang berupa bimbingan, dorongan,

sarana maupun fasilitas dari berbagai pihak. Untuk itu penyusun mengucapkan

terima kasih kepada :

1. Bpk Drs. T. Sarkim, M.Ed., Ph.D selaku Dosen Pembimbing atas bimbingan,

bantuan dan pengarahan selama penelitian sampai penyusunan skripsi ini.

2. Bpk Drs. Fr. Sinaradi, M.Pd. yang telah membantu dalam menemukan topik

3. Bpk Drs. Domi Saverinus , M.Si. atas saran yang telah diberikan.

4. Bpk. Petrus S. Sugito yang telah banyak membantu dalam proses pembuatan

alat.

5. Mas Agus Yang juga telah banyak membantu dalam proses pembutan alat.

6. Bapak ibuku atas nasehat, dukungan, pengorbanan dan doanya.

7. Kakakku Yuli dan adikku Jaya atas semua dukungan, nasehat dan doanya.

8. Adikku Widi atas semua dukungan, nasehat dan doanya.

9. Saudaraku Deni, Kristian, Wawan, Bowo dan Andre, Wisnu, atas semuanya.

10.Teman-temanku angkatan 2001 semuanya atas pengalaman hidup dalam

(8)

11.Mas Nuryadi dan mbak Watik atas bantuan dan dukungan yang telah

diberikan selama ini.

12.Saudar-saudaraku, Medi dan Teguh atas segala dukunganya.

13.Sigit atas bantuan yang telah diberikan.

14.Teman-teman seperjuangan Desi, Tiyas, Srimujiati, Sabto, Grace, Ida, Andi

atas kebersamaanya.

15.Teman-temanku kos Raja Wali semuanya atas bantuan dan dukungannya.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penyelesaian

skripsi ini sehingga segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat

penulis harapkan. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pembaca pada

(9)

DAFTAR ISI

JUDUL ... i

PERSETUJUAN PEMBIMBING... ii

PENGESAHAN ... iii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... iv

ABSTRAK ... v

ABSTRACT... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI... ix

DAFTAR TABEL... xi

DAFTAR LAMPIRAN... xii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang ... 1

B. Landasan Teori ... 2

1. Metode Demonstrasi ... 2

2. Definisi Fluida... 6

3. Sifat-sifat Fluida... 7

4. Tegangan permukaan ... 8

5. Metode Jaeger ... 11

C. Perumusan Masalah... 13

(10)

E. Manfaat Penelitian ... 14

BAB II. METODOLOGI PENELITIAN... 15

A. Cara Kerja Alat ... 15

B. Teori Ketidakpastian ... 21

1. Hasil Pengukuran Selalu Dihinggapi Ketidakpastian... 21 2. Ketidakpastian Pada Pengukuran……….... 23

3. Angka Berarti... 27

C. Pengukuran Tegangan Permukaan... 27

1. Prosedur Pengukuran Tegangan Permukaan Zat Cair ... 27

BAB III. DATA DAN PEMBAHASAN ... 30

A. Data Hasil Pengukuran... 30

B. Perhitungan Tegangan Permukaan... 36

C. Pembahasan... 40

D. Penggunaan Alat Dalam Pembelajaran……… 42

BAB IV. KESIMPULAN DAN SARAN ... 57

A. Kesimpulan ... 57

B. Keterbatasan Alat ... 57

C. Saran... 58

DAFTAR PUSTAKA ... 59

(11)

DAFTAR TABEL

TABEL 1

Hasil pengukuran pada air dengan suhu berbeda... 30

TABEL 2

Hasil pengukuran pada air dengan suhu tetap... 31

TABEL 3

Hasil pengukuran pada minyak tanah dengan suhu tetap ... 32

TABEL 4

Hasil pengukuran pada minyak pelumas SAE 10 dengan suhu tetap ... 33

TABEL 5

Hasil pengukuran pada bensin dengan suhu tetap... 34

TABEL 6

Rata-rata dari hasil pengukuran beberapa zat cair ... 36

TABEL 7

Besar kerapatan zat cair...

37

TABEL 8

Hasil perhitungan tegangan permukaan pada air dengan suhu berbeda . 39

TABEL 9

Hasil perhitungan tegangan permukaan pada beberapa jenis zat cair

(12)

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1

Biaya Pembuatan Alat Pengukur Tegangan Permukaan...

6 0

LAMPIRAN 2

Perhitungan Nilai H2 dan h2 ... 61

LAMPIRAN 3

Penghitungan ketidakpastian Hasil pengukuran ...

(13)

BAB 1

PENDAHULUAN

A.Latar belakang

Proses pembelajaran fisika tidak dapat dianggap seperti menuangkan air

dari teko ke gelas kosong. Otak siswa sebagai gelas kosong dan teko berisi air

sebagai lambang otak guru. Belajar fisika dapat diartikan pembangunan gagasan

atau pengetahuan oleh siswa sendiri selain meningkatkan keterampilan dan

pengembangan sikap positif. Belajar fisika tidak hanya cukup mengingat dan

memahami temuan sains. Guru belum dikatakan mengajar kalau siswa belum

belajar, artinya guru dikatakan mengajar kalau konsep atau teori yang disajikan

dapat menjadi bagaian dari stuktur kognitif siswa. Untuk mencapai tujuan ini

diperlukan suatu proses pembelajaran yang dapat membawa siswa terlibat secara

aktif dalam kegiatan praktis yang berbentuk percobaan atau penelitian sederhana.

Salah satu bentuk pengajaran yang dapat melibatkan siswa secara aktif

dalam kegiatan praktis adalah dengan motode eksperimen, karena dengan metode

eksperimen siswa dapat mengamati gejala fisika secara langsung sehingga mereka

memperoleh pemahaman fisika yang lebih baik. Kecuali itu dengaan metode

eksperimen juga dapat membangkitkan rasa ingin tahu, sehingga siswa terdorong

untuk belajar fisika. Jadi metode eksperimen merupakan salah satu metode

pembelajaran yang baik di dalam pembelajaran fisika.

Meskipun metode eksperimen merupakan salah satu metode pembelajaran

yang baik di dalam pembelajaran fisika, tetapi seringkali metode eksperimen

(14)

tidak dapat dilakukan. Hal ini antara lain disebabkan oleh peralatan tidak tersedia,

rumitnya pengoprasian alat dan rumitnya persamaan yang terkait.

Metode eksperimen sering kali juga tidak dapat dilakukan karena

keterbatasan jumlah alat. Namun untuk menyelenggarakan pembelajaran yang

melibatkan siswa secara aktif dan membawa siswa mengamati gejala fisika secara

langsung dapat dilakukan dengan menggunakan metode demonstrasi. Karena

dengan menggunakan metode demonstrasi siswa dapat mengamati secara

langsung langsung suatu obyek, cara melakukan sesuatu atau suatu proses.

Salah satu materi yang seringkali tidak dapat diajarkan dengan

menggunakan metode demonstrasi adalah berkaitan dengan pokok bahasan

tentang fluida. Diantaranya sub pokok bahasan mengenai tegangan permukaan zat

cair, demonstrasi pengukuran tegangan zat cair masih jarang dilakukan. Hal ini

dikarenakan belum terciptanya alat untuk melakukan percobaan tersebut.

Atas dasar kenyataan bahwa metode pembelajaran demonstrasi mengenai

pengukuran tegangan permukaan zat cair masih jarang dilakukan dan dilain pihak

hal ini dirasa lebih baik untuk diberikan pada siswa. Maka perlu dibuat suatu

peralatan yang sederhana, mudah pengoprasiannya dan dapat digunakan untuk

melakukan metode demonstrasi tersebut.

Bila peralatan ini dibuat diharapkan dapat memberikan sumbangan bagi

dunia pendidikan fisika, kususnya bagi penyelenggaraan pendidikan fisika di

(15)

B. Landasan Teori

1. Metode Demonstrasi

Djajadisastra (1982) menyatakan bahwa metode demonstrasi merupakan

suatu metode dimana guru memainkan peranan yang penting karena kejelasan dari

suatu yang dipertunjukan dan diterangkan sangat bergantung dari cara guru itu

memperlihatkannya.

Menurut Djajadisastra (1982) definisi metode demonstrasi adalah suatu

cara menyajikan bahan pelajaran dengan mempertunjukkan secara langsung

obyeknya, atau caranya melakukan sesuatu atau mempertunjukkan prosesnya.

Menurut Hamalik (1980) demonstrasi akan efektif bila mengikuti

prinsip-prinsip sebagai berikut:

a. Setiap langkah dari demonstrasi harus bisa dilihat dengan jelas oleh siswa.

b. Semua penjelasan secara lisan hendakanya dapat didengar denga jelas oleh

semua siswa.

c. Siswa harus tahu apa yang mereka amati.

d. Demonstrasi harus direncanakan dengan teliti.

e. Guru sebagai demonstrator arus mengerjakan tugasnya dengan lancar dan

efektif.

f. Demonstrasi dilaksanakan pada waktu yang tepat.

g. Berikan kesempatan pada siswa untuk melatih apa yang mereka telah amati.

h. Sebelum demonstrasi dimulai hendaknya semua alat telah tersedia.

i. Sebaiknya demonstrasi disertai dengan ringkasannya di papan tulis.

(16)

k. Jika diperkirakan demonstrasi itu sulit supaya sebelumnya dicoba terlebih

dahulu.

l. Perlu ada laporan tentang hasil demonstrasi ini.

Menurut Djajadisastra (1982) dalam pelaksanaan motode demonstrasi guru

memiliki kegiatan sebagai berikut:

a. Mempersiapkan sesuatu yang akan didemonstrasiakan pada tempat yang

paling baik.

b. Mempersiapkan tepat duduk atau tempat berdiri bagi siswa agar semua siswa

dapat mengikuti dengan jelas seluru obyek yang didemonstrasikan atau sluruh

proses yang harus dilihat.

c. Guru memilih tempat berdiri yang tepat agar tidak menghalangi pengelihatan

siswa yang sedang mengamati obyek dalam demonstrasi.

d. Guru memulai demonstrasinya.

e. Selama melakukan demonstrasi, guru memperhatikan pula apakah semua

siswa benar-benar mengikuti, melihat, mendengarkan apa yang sedang

dilakukan guru pada saat itu. Guru tidak boleh begitu terpaku pada kegiatan

demonstrasi yang sedang dilakukan.

f. Guru harus sering-sering menanyakan kepada siswa apakah yang sedang

didemonstrasikan itu jelas terlihat, terdengar dan dimengerti oleh siswa.

g. Dalam beberapa hal, guru dapat meminta siswanya untuk mengulangi

(17)

h. Untuk hal-hal tertentu sesuai dengan jenis mata pelajarannya atau dengan

kepentingan sesuatu yang dipelajari, guru dapat pula menyuruh siswa untuk

mencatat langkah-langkah atau proses dari demonstrasi yang telah dilakukan

i. Bagian yang dipandang terpenting dari sesuatu yang yang dipertunjukan atau

dijelaskan harus diulang beberapa kali agar siswa benar-benar jelas. Untuk

beberapa hal siswa dapat diminta untuk melakukan sesuatu dalam pengawasan

guru.

j. Setelah guru selesai mendemontrasikan seuatu, guru mengajukan beberapa

pertanyaan kepada siswa untuk mengetahui sampai dimana siwa telah dapat

memahami atau mengikuti demonstrasi yang baru lakukan.

k. Memberikan kesempatan bagai siswa untuk bertanya

Sedangkan kegiatan bagi siswa adalah sebagai berikut:

a. Duduk dengan baik atau berdiri mengelilingi suatu obyek yang akan

didemonstrasikan, sesuai dengan pentunjuk guru.

b. Mempersiapkan catatan atau alat-alat yang diperlukan untuk mempraktekkan

kegitan yang didemonstrasikan.

c. Memperhatikan, mengamati dengan seksama seluruh proses demonstrasi.

d. Mencoba melakukan sendiri apa yang didemontrasikan guru dibawah

bimbingan guru.

e. Mencatat hal-hal yang penting yang selalu harus diingat atau diperhatikan bila

melakukan demonstrasi itu lagi.

f. Sesuai dengan bahan pelajaran yang sedang diajarkan pada akhirnya siswa

(18)

g. Menanyakan hal-hal yang kurang dimengerti dari demonstrasi yang telah

dilakukan.

2. Definisi Fluida

Giancolli (1997) menyatakan bahwa tiga keadaan umum atau fase dari

materi adalah, padat, cair dan gas. Ketiga fase tersebut dapat dibedakan sebagai

berikut, benda padat selalu mepertahankan ukuran dan bentuknya yang tetap,

bahkan jika sebuah gaya yang besar diberikan pada sebuah benda padat benda

tersebut tidak langsung berubah bentuk atau ukurannya. Benda cair tidak

mempertahankan bentuk yang tetap melainkan mengambil bentuk tempat yang

ditempatinya tetapi seperti benda padat, benda cair tidak dapat langsung ditekan

dan perubahan volume yang signifikan 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 kedua–duanya sering disebut sebagai fluida.

Menurut Rueben.M (1998) definisi yang lebih tepat untuk membedakan

zat padat dan fluida adalah dari karakteristik deformasi bahan–bahan tersebut. Zat

padat dianggap sebagai bahan yang menunjukan reaksi deformasi yang terbatas

ketika menerima atau mengalami suatu gaya geser.

Rueben.M, 1998; Frank M. White,1988; Mendefinisikan Fluida sebagai

suatu zat yang terus–menerus mengalami perubahan bentuk apabila mengalami

tegangan geser. Fluida tidak mampu menahan tegangan geser tanpa berubah

(19)

3. Sifat-sifat Fluida

Menurut Victor L. Streeter, E. Benjamin Wylei (1990) fluida memiliki

sifat-sifat : viskositas, kerapatan, volume jenis, berat jenis, gravitasi jenis, tekanan

dan tegangan permukaan.

Diantara semua sifat-sifat fluida, viskositas memerlukan perhatian yang

terbesar didalam telaah tentang aliran fluida. Jika tegangan geser τ = F/A maka

t U

μ

τ = (1-1)

Perbandingan U/t adalah laju perubahan bentuk sudut-sudut fluida. Kecepatan

sudut tersebut juga dapat ditulis du/dy, karena keduanya sama-sama menyatakan

perubahan kecepatan dibagi dengan jarak perubahan tersebut. Namun, du/dy

adalah lebih umum, karena berlaku untuk situasi-situasi di mana kecepatan sudut

serta tegangan geser berubah dengan y. Gradien du/dy dapat dibayangkan sebagai

laju sebuah lapisan yang bergerak relatif terhadap lapisan yang berdekataan.

Dalam bentuk deferensial,

dy du

μ

τ= (1-2)

Ini merupakan hubungan antar tegangan geser dan laju perubahan bentuk sudut

untuk ailran fluida satu dimensi. Faktor kesebandinagan hubungan antara

tegangan geser dan laju perubahan bentuk sudut untuk ailran fluida satu dimensi

disebut viskositas. Maka viskositas adalah sifat fluida yang mendasari

diberikannya tahanan terhadap tegangan geser oleh fluida.Viskositas diberi

(20)

dy du/

τ

μ

=

(1-3)

Kerapatan dengan simbol ρ didefinisikan sebagai massanya per volume

satuan. Secara matematis dapat ditulis

v m

=

ρ

(1-4)

Volume jenis

v

_s merupakan kebalikan dari kerapatan ρ, volume yang

ditempati oleh masa suatu fluida. Maka

ρ1

=

s

v

_(1-5)

Massa jenis γ suatu zat adalah berat zat per volume satuan. Massa jenis

berubah bersama lokasi, serta bergantung gravitasi,

γ

=

ρ

g

(1-6)

Gravitasi jenis S suatu zat adalah perbandingan berat zat terhadap berat

air pada kondisi standar dengan volume yang sama.

4.Tegangan Permukaan

Gejala tegangan permukaan pada zat cair dapat diamati dalam peristiwa

kehidupan sehari-hari. Sebagai contoh: setetes air di ujung kran yang menetes atau

embun yang menetes pada daun membuat bentuk hampir bulat seperti bola kecil

yang berisi air, sebuah jarum baja yang dapat diapungkan di permukaan air

walaupun masa jenisnya lebih besar dari pada air. Dalam peristiwa-peristiwa

tersebut menunjukan permukaan zat cair mengalami tegangan dan tegangan ini

bekerja sejajar dengan permukaan, hal ini muncul dari adanya gaya tarik antar

(21)

menguji proses dari sudut pandang molekuler. Molekul-molekul saling

mengerjakan gaya tarik-menarik, baik molekul yang berada di dalam cairan

maupun yang berada di permukaan cairan. Molekul yang berada di dalam cairan

berada dalam keadaan setimbang akibat gaya tarik menarik molekul-molekul yang

lain pada segala arah. Molekul pada permukaan secara normal dalam kondisi

setimbang. Ini benar, sekalipun gaya pada molekul di permukaan hanya

dikerjakan oleh molekul di bawahnya (sepanjang sisinya). Karena terdapat gaya

tarik netto yang mengarah ke bawah, yang cenderung agak menekan lapisan

permukaan, tetapi hanya untuk titik di mana gaya kebawah ini disetimbangkan

oleh gaya keatas (menolak) akibat kontak yang sangat dekat atau tumbukan

dengan molekul di bawahnya. Gaya yang menarik ke bawah inilah yang

menimbulkan adanya tgangan permukaan. Penekanan permukaan ini mengandung

arti pada pokoknya cairan akan meminimalkan luas permukaanya. Tegangan

permukaan diberi simbol

σ

(sigma).

Gambar. 1.1

Menurut Giancolli (1997) tegangan permukaan didefinisikan sebagai gaya

(22)

dengan kecenderungan menarik permukaan agar tertutup. Secara matematis dapat

ditulis:

L F

:

σ

(1-7)

Menurut Munson, Young, Okiishi. (2003) tegangan permukaan merupakan

intensitas gaya tarik molekuler persatuan panjang, sepanjang suatu garis di

permukaan fluida.Tegangan dalam suatu butir tetesan zat cair dapat dihitung

dengan menggunakan diagram benda bebas. Jika butiran bulat tersebut dipotong

separuhnya seperti terlihat pada gambar (Gb1.1).

Gambar. 1.2

Gaya yang timbul di sekeliling tepinya karena tegangan permukaan adalah 2πRσ .

Gaya ini harus diimbangi oleh perbedaan tekanan (ΔP) antara tekanan dalam P_i

dan tekanan luar Pe yang bekerja pada permukaan bundaran.

Jadi 2πRσ =ΔPπR2 (1-8)

2

R R

P

=

_ππ σ

Δ

(1-9)

σ

R

2

R pπ Δ

Pe

(23)

R

P

=

2σ

Δ

(1-10)

R e i

P

=

−

=

2σ

Δ

(1-11)

Dari hasil ini jelas bahwa tekanan di dalam butiran tersebut lebih besar

dari pada tekanan yang mengelilinginya.

5.Metode Jaeger

Metode Jaeger merupakan suatu metode yang dipergunakan untuk

mengukur tegangan permukaan suatu fluida. Metode Jaeger sebagai berikut:

Sebuah pipa kapiler dengan mulut kecil dicelupkan dalam zat cair yang akan

diukur tegangan permukaannya(Gb1.2).

Gambar. 1.3

Keterangan gambar

1. Pipa kapiler

2. Botol penghasil tekanan

3. Pipa manometer

4. Corong

H _h

4

5

3 2

(24)

5. Tempat zat cair yang diukur

Pipa kapiler tersebut dihubungkan dengan sebuah botol melalui suatu manometer

yang berisi zat cair dengan masa jenis d. Dengan meneteskan air dari corong

kedalam botol maka tekanan udara dalam pipa kapiler akan naik dan akan

menekan kebawah zat cair yang berada di dalam pipa kapiler. Ketika tekanan

udara dalam pipa kapiler cukup besar maka akan timbul gelembung udara dalam

zat cair dan besar tekanan udara tersebut adalah:

r

g

h

ρ

+

2σ

(1-12)

Dengan ρmasa jenis dari zat cair yang diukur tegangan permukaanya dan

r adalah radius dari gelembung udara yang besarnya sepadan dengan jari – jari

pipa kapilernya.

Jika perbedaan ketinggian zat cair pada manometer H dan h merupakan

ketinggian zat cair yang berada di dalam pipa kapiler, maka

r

H

Hdg

=

ρ

+

2σ

atau

σ

=

₂1

rg

(

Hd

−

h

ρ

)

(1-12)

Karena 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.

Menurut Munson, Young, Okiishi. (2003) nilai untuk suatu zat cair

tertentu tegangan permukaannya targantung pada teperatur dan juga fluida lain

(25)

berkurang jika temperatur meningkat, dengan kata lain nilai tegangan permukaan

berbanding terbalik dengan temperatur.

C. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, dapat dirumuskan

masalah sebagai berikut:

1. Bagaimanakah alat untuk mengukur tegangan permukaan zat cair dengan

menggunakan metode Jaeger?

2. Berapa besar tegangan permukaan zat cair yang diperoleh dengan

menggunakan alat ini?

3. Berapa besar ketelitian pengukuran tegangan permukaan zat cair dengan

menggunakan alat ini?

4. Bagaimanakah pemakaian alat ini dalam pembelajaran fisika?

D. Tujuan Penelitian

Berdasarkan rumusan masalah yang diuraikan di atas maka tujuan dari

penelitian ini adalah:

1. Dibuat alat yang dapat digunakan untuk mengukur berapa besar tegangan

permukaan zat cair.

2. Menghitung besar tegangan permukaan zat cair dengan menggunakan alat

yang telah dibuat.

3. Menghitung besar ketelitan hasil pengukuran tegangan permukaan zat cair

dengan menggunakan alat yang telah dibuat.

(26)

E. Manfaat Penelitian

Bila tujuan Penelitian ini dapat dicapai maka dapat dipakai sebagai alat

pengajaran fisika di Perguruan Tinggi dan khususnya di Universitas Sanata

(27)

BAB II

METODOLOGI

A.Cara Kerja Alat Pengukur Tegangan Permukaan

Dalam bab ini akan dibicarakan cara kerja alat pengukur tegangan

permukaan, kegunaan dan keterbatasan alat tersebut. Sebelum membahas cara

kerja alat pengukur tegangan permukaan terlebih dahulu akan dibahas bagian–

bagian alat dan fungsinya. Alat pengukur tegangan permukaan ini terdiri dari dua

bagian yang pertama adalah dudukan ( seperti terlihat pada gambar 1.3 ), dudukan

ini berfungsi untuk menempatkan bagian yang kedua yaitu bagian utama ( seperti

terlihat pada gambar 1.4 ), pemanas, pengatur suhu.

Gambar 1.4

3

6 5

7 4

1

8 2

3

6 5

7 4

1

8

(28)

Gambar 1.5

Gambar 1.6 9

12

13

15 14

10

11

16

(29)

Keterangan nama bagian alat :

1. Dudukan

2. Kabel power

3. Sensor suhu

4. Kabel pemanas

5. Seven segmen

6. Saklar

7. Pengatur suhu pemanasan

8. water pas

9. Corong

10.Kran

11.Botol penghasil tekanan

12.Pipa kapiler

13.Jangka sorong

14.Pipa manometer

15.Pengatur titik nol

16.Bekerglass

17.Elemen pemanas

(30)

Fungsi dari masing – masing bagian alat:

1. Dudukan

Dudukan berfungsi untuk menempatkan bagian utama, pemanas,

pengatur suhu,

2. Kabel power

Kabel power berfungsi untuk mengalirkan arus listrik dari sumber arus

listrik.

3. Sensor suhu

Alat ini berfungsi untuk mendeteksi suhu pada zat cair yang diukur

tegangan permukaannya.

4. Kabel pemanas

Kabel ini berfungsi untuk mengalirkan arus listrik kedalam elemen

pemanas.

5. Sevensegmen

Sevensegmen berfungsi untuk menampilkan besar suhu yang terukur.

6. Saklar

Saklar berfungsi untuk untuk menghidupkan atau mematikan pemanas.

7. Pengatur pemanas

Alat ini berfungsi untuk mengatur suhu sesuai dengan yang

dikehendaki.

8. Water pas

Alat ini berfunsi untuk kerataan penempatan alat pengukur tegangan

(31)

9. Corong

Coron berfungsi untuk menampung air yang akan dialirkan dalam

botol peghasil tekanan.

10. Kran

Kran berfungsi untuk mengatur aliran air yang mengalir dari corong

kedalam botol penghasil tekanan.

11. Botol penghasil tekanan

Botol ini berfungsi untuk menghasilkan tekanan udara yang akan

menekan zat cair di dalam manometer.

12. Pipa kapiler

Pipa ini berfungsi untuk menghubungkan botol penghasil tekanan dan

pipa manometer dengan bekerglas.

13. Jangka sorong

Jangka sorong berfungsi untuk mengukur perubahan ketinggian zat

cair yang terjadi baik pada pipa manometer maupun pada bekerglas.

14. Pipa manometer

Pipa manometer ini berfungsi untuk mengetahui besar tekanan yang

dihasilkan oleh botol penghasil tekanan.

15. Pengatur titik nol

Pengutur titik nol berfungsi untuk mengatur referensi pengukuran

(32)

16. Bekerglas

Bekerglas berfungsi untuk menampung zat cair yang digunakan untuk

pemanasan.

17. Elemen pemanas

Elemen pemanas berfungsi untuk menghasilkan panas untuk menaikan

suhu zat cair yang diukur tegangan permukaannya.

18. Tabung reaksi berfungsi untuk menampung zat cair yang akan diukur

tegangan permukaann.

Prinsip kerja alat pengukur tegangan permukaan sebagai berikut: air yang

dialirkan dari corong kedalam botol penghasil tekanan akan menekan udara yang

ada di dalam botol, sehingga tekanan udara di dalam botol akan menjadi naik.

Karena tekanan udara dalam botol naik maka tekanan udara dalam pipa kapiler

dan pipa manometer juga akan naik, karena kedua pipa tersebut saling

berhubungan. Jika air terus dialirkan maka tekanan udara akan terus naik sehingga

udara akan menekan zat cair yang di dalam manometer, besar tekanan udara

tersebut adalah Hdg. Udara tersebut juga akan menekan zat cair yang berarada

didalam pipa kapiler. Ketika 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:

r

g

h

ρ

+

2σ

Sehinga hubungan antara besara tekanan udara pada saat terjadi

gelembung dengan tegangan permukaan pada zat cair yang akan diukur sebagai

(33)

Hdg

g

h

ρ

+

2_rσ

=

g

h

Hdg

r

ρ

σ

=

−

2

(

Hdg

h

g

)

r

ρ

σ

=

−

2

(

Hdg

h

g

)

r

ρ

σ

=

−

2

1

(

ρ

)

σ

=

rg

Hd

−

h

2

1

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 menggunakan persamaan

)

(

2

1

ρ

σ

=

rg

Hd

−

h

Untuk mengukur tegangan permukaan zat cair pada suhu yang berbeda–

beda dapat dilakukan dengan mengatur suhu yang dikehendaki, kemudian

pemanas dihidupkan setelah mencapai suhu yang dikehendaki pemanas akan mati

secara otomatis.

B. Teori Ketidakpastian

1. Hasil pengukuran selalu dihinggapi ketidakpastian

Djonoputro menyatakan didalam melakukan pengukuran besaran fisika,

(34)

diteruskan kedunia luar agar orang lain memperoleh faedahnya, baik untuk

keperluan ilmu atuapun keperluan praktis.

Selanjutnya menurut Djonoputro 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 3,21 cm. Hasil ini dilaporkan dalam bentuk t = {t}[t]

dengan catatan t = lambang besaran fisika yang di ukur, {t}= hasil pengukuran

dan [t] = satuan besaran yang diukur. Jadi t = 3,21 cm atau 3,21 x 10-2 m. Faedah

notasi demikian singkat dan jelas. Peringkat besar t pun jelas, yakni tercermin

pada eksponen bilangan 10. Dikatakan t memiliki peringkat besaran 10-2.

Ketelitian pengukuran juga tampak, yakni jumlah angka yang digunakan dalam

pelaporan (disini 3). Makin banyak angka yang di gunakan makin teliti

pengukuran tersebut.

Djonoputro juga menyatakan bahwa kita tidak dapat memberikan jaminan

bahwa hasil pengukuran itu tanpa suatu ketidakpastian atau kesalahan. Adanya

ketidakpastian hasil pengukuran disebabkan oleh, pertama karena pengukuran

adalah suatu tindakan manusia dan kita tahu bahwa manusia tidaklah sempurna.

Kedua, alat yang digunakan pun buatan manusia, jadi juga tidak sempurna.

Ketidakpastian tidak dapat dielakkan. Karena itu selain menyajikan hasil

pengukuran, kita juga harus membuat taksiran megenai ketidakpastian yang

melekat pada hasil pengukuran itu dan melaporkannya dengan jujur. Dengan

demikian orang dapat menilai dan mempercayai hasil pengukuran itu dengan

(35)

2. Ketidakpastian Pada Hasil Percobaan

Djonoputro menyatakan ketidakpastian tentu terdapat pada setiap

pengukuran, baik itu merupakan pengukuran tunggal maupun pengukuran

berulang, x = x ± Δ x. Disini Δ x dinamai ketidakpastian mutlak dan sudah barang

tentu satuannya sama dengan besaran x. Ketidakpastian mutlak dihubungkan

dengan ketepatan pengukuran :

Makin kecil ketidakpastian mutlak yang tercapai, makin tepat

pengukuran tersebut

Misal Pengukuran panjang L = ( 6,40 ± 0,005 ) mm adalah pengukuran yang

memiliki ketepatan lebih tinggi dari pada yang menghasilkan L = ( 6,4 ± 0,05 )

mm. Demikian pula arus I = ( 6,4 ± 0,1 ) A dikatakan ‘diketahui dengan ketepatan

yang lebih tinggi dari pada arus I = ( 6,4 ± 0,3 ) A.’

Djonoputro juga menyatakan bahwa cara lain menyatakan ketidakpastian

suatu besaran ialah dengan menyebut ketidakpastian relatifnya, yakni

x

x _{; yang}

jelas tidak bersatuan. Sering kali ketidakpastian relative dinyatakan dalam % (atau

‰ ) dengan mengalikan hasil pengukuran dengan 100 % ( atau 1000 ‰).

Ketidakpastian relative dihubungkan dengan ketelitian pengukuran ;

Makin kecil ketidakpastian relative , makin tinggi pengukuran tersebut

Misal

Beda potensial V1 = ( 5,0 ± 0,05 ) volt. Ketidakpastian mutlak disini 0,05

volt sedangkan ketidakpastian relative pengukuran ini adalah

0 , 5

05 ,

0 _{atau 1%. Kalau}

(36)

(10,0 ± 0.05) volt, ketidakpastian mutlak tetap sama seperti tadi, namun

ketidakpastian relativ pengukuran kedua ini 0 , 10 05 . 0

atau 5 %. Karena ketidakpastian

relativ ini lebih kecil dari ketidakpastian relativ pengukuran pertama, dikatakan

pengukuran beda potensial yang kedua lebih teliti (memiliki ketelitian yang lebih

besar) dari pada pengukuran pertama (dua kali lebih besar). Untuk dapat

mengukur V1 dengan ketelitian yang sama dengan ketelitian yang dicapai

pengukuran V2 haruslah

1 1

V V

= 0,5% atau V1 = 0,5 % x 5,0 volt =

40 1

volt. Maka

diperlukan voltmeter dengan hitungan terkecil 20

1

volt ( minimum ); dengan kata

lain, diperlukan alat yang lebih tepat.

Menurut Djonoputro, apabila kita melakukan pengukuran tugal maka

ketidak pastian pengukuran ditentukan oleh skala alat ukur yang digunakan.

Besar ketidakpastiannya adalah ½ dari skala terkecil alat ukur yang digunakan.

Djonoputro menyatakan jika Z = Z ( y, x ) dengan x = (x + Δx) ,

y = ( y + Δy ) dimana Δx dan Δy ditentukan oleh nilai skala terkecil maka

hubungan antra Δ Z dan Δx serta Δy dapat dicari dengan persaman berikut:

y y z x x z y x Z Z y x y x Δ ∂ ∂ + Δ ∂ ∂ = − = , , ) , (

σ (2-1)

Sehingga ketidakpastian untuk pengukuran tegangan permukaan ini dapat

ditentukan sebagai berikut:

)

(

2

1

ρ

(37)

ρ

σ

rgHd

₂1

rgh

2

1

−

=

(2-3)

Dalam persamaan tersebut varibel-variabel yang terukur adalah jari-jari pipa

kapiler r , perubahan ketinggian zat cair pada pipa manometer H, perubahan

ketinggian zat cair pada bekerglas h. Ketiga variabel tersebut memilki

ketidakpastian Δr, ΔH, Δh. Sedangkan variabel-varibel yang lain tidak dilakukan

pengukuran sehingga besar variabel-variabel tersebut dapat dianggap tepat atau

tidak memiliki ketidak pastian. Sehingga besar ketidakpastian tegangan

permukaan dapat dihutung dengan persamaan berikut:

h h H H r r h H r h H r h H r h H r Δ ∂ ∂ + Δ ∂ ∂ + Δ ∂ ∂ = − = Δ , , , , , , ) , , ( σ σ σ σ σ

σ (2-4)

h rg H rgd r gH

gHd − Δ + Δ + Δ

= Δσ ρ ρ 2 1 2 1 2 1 2 1 (2-5)

(

ρ

)

ρ ρ σ σ h Hd rg h rg H rgd r gh gHd − Δ + Δ + Δ − = Δ 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 (2-6)

Djonoputro juga menyatakan bahwa didalam melakukan pengukuran, jika

dimungkinkan melakukan pengukuran secara berulang sebaiknya dilakukan. Hal

ini dikarenakan dengan melakukan pengulangan kita dapat menggantikan nilai

yang sebenarnya (x ) dengan nilai rata-rata (₀ N _

x ), dan simpangan atau deviasi

(∂_x)dengan standar deviasi atau simpangan baku (s ). Dengan demikian nilai _N

benar yang kita cari berada dalam selang antara N _N _

s

-x dan N _N _

s

(38)

jaminan 68 persen simpangan nilai rata-rata N _

x terhadap x tidak lebih daripada ₀

N

s ”.

Djonoputro ada lagi satu keuntungan dengan dilakukannya pengukuran

berulang, yakni ketidak pastian pada nilai rata-rata N _

x , sesungguhnya bukanlah

N

s

, melainkan

N

_ X

s

_{, yang ternyata}

N s_N

N=

_ X

s

_(2-7)

N

_ X

s

_dinamai_{simpangan baku nilai rata-rata}_terhadap

0

x . Pengertian

s

_Noleh

N

_ X

s

_{jelas merupakan keuntungan, karena}

N

_ X

s

_{lebih kecil daripada}

s

_N.Dengan

demikian Djonoputro menyimpulkan bahwa:

a. Pengukuran tuggal memberikan hasil yang patut diragukan.

b. Pengulangan pengukuran membawa tiga macam keuntungan:

1) x dapat diganti dengan ₀ N _

x .

2) ∂_x dapat diganti dengan

s

N.

3) Ketidakpastian pada N _

x adalah

N

_ X

s

_{yang lebih kecil dari}

s

_N.

Dengan demikian hasil pengukuran yang diulang N kali kita laporkan sebagai

berikut:

Δx,

x ± dimana

N x Σ x x i N _ =

(39)

(

)

(

N 1

)

N x x Σ 1 N x Σ x Σ N N 1 s Δx 2 _ N i 2 i 2 i x _ N − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = − − =

= (2-9)

3. Angka berearti

Djonoputro menyatakan bahwa sebenarnya tidak ada sesuatu cara yang

dapat dikatakan tepat dalam menuliskan hasil pengukura, karena banyak

bergantung pada selera orang. Namun dengan mempertimbangkan jumlah nilai

berarti pada ketelitian, dapatlah disarankan penulisan sebagai berikut:

a. Ketelitian 10 % memberikan ” hak ” atas 2 angka berarti.

b. Ketelitian 1 % memberikan ” hak ” atas 3 angka berarti.

c. Ketelitian 1 ‰ memberikan ” hak ” atas 4 angka berarti.

C. 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

atau mengukur satu jenis zat cair dengan suhu yang berfareasi. Adapun

langkah-langkahnya sebagai berikut;

a. Langkah-langkah melakukan pengukuran tegangan permukaan zat cair yang

berbeda dengan suhu tetap:

1. Letakan alat sedimikian rupa sehingga alat terletak dengan rata,

kerataan letak alat dapat dilihat dari water pas.

2. Isilah pipa manometer degan zat cair yang akan digunakan sebagai

(40)

3. Masukan zat cair yang akan diukur tegangan permukaannya kedalam

bekerglas.Pada saat pengisian ini kran harus terbuka.

4. Atur titik enol pada pipa manometer dengan jalan membuka lubang

buangan pada botol penghasil tekanan.

5. Kran ditutup kemudian air dimasukkan kedalam corong.

6. Kemudian kran dibuka secara berlahan-lahan dan amati bekerglas dan

pipa manometer, pada saat terjadi gelembung udara pada zat cair

yang diukur tegangan pemukaannya, ukur perubahan ketinggian zat

cair baik pada bekerglas maupun pada pipa manometer dengan

menggunakan jangka sorong, catat perubahan ketinggian pada

bekerglas 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)

7. Lakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan

)

(

2

1

ρ

σ

=

rg

Hd

−

h

b. Langkah-langkah melakukan pengukuran tegangan permukaan zat cair yang

sama dengan suhu berubah-ubah:

kertaan letak alat dapat dilihat dari water pas.

(41)

4. Atur kenaikan suhu sesuai yang dikehendaki dengan menggunakan

tombol pengatur suhu.

5. Nyalakan pemanas dengan menekan saklar pemanas

6. Setelah suhu sesuai dengan yang dikehendaki kran ditutup, kemudian

masukan air kedalam corong.

yang diukur tegangan permukaannya, ukur perubahan ketinggian zat

manometer dikalikan dua sebagai H. ( Ketinggian yang terukur pada

sesungguhnya )

)

(

2

1

ρ

σ

=

rg

Hd

−

h

(42)

BAB III

DATA DAN PEMBAHASAN

A. Data Hasil Pengukuran

Dalam penelitian ini zat cair yang diukur tegangan permukaannya adalah

air, dalam percobaan ini suhu diubah-ubah, mulai dari suhu 0 sampai dengan o

o

90 .Hasil pengukuran yang telah dilakukan sebagai berikut:

Tabel 1: Hasil pengukuran pada air dengan suhu berbeda

No Suhu (ºC) H (m) h (m)

1 0º (95,30 ± 0,025) x 10-3 (88,15 ± 0,025) x 10-3

2 10º (95,30 ± 0,025) x 10-3 (88,65 ± 0,025) x 10-3

3 20º (91,60 ± 0,025) x 10-3 (85,20 ± 0,025) x 10-3

4 30º (91,70 ± 0,025) x 10-3 (8550 ± 0,025) x 10-3

5 40º (91,10 ± 0,025) x 10-3 (85,.20 ± 0,025) x 10-3

6 50º (90,80 ± 0,025) x 10-3 (85,35 ± 0,025) x 10-3

7 60º (90,40 ± 0,025) x 10-3 (85,00 ± 0,025) x 10-3

8 70º (90,40 ± 0,025) x 10-3 (85,35 ± 0,025) x 10-3

9 80º (89,50 ± 0,025) x 10-3 (85,15 ± 0,025) x 10-3

10 90º (89,50 ± 0,025) x 10-3 (85,60 ± 0,025) x 10-3

Untuk pengukuran tegangan permukaan zat cair yang berbeda maka suhu

harus tetap, dalam penelitian ini suhunya sesuai dengan suhu ruangan. Sedangkan

zat cair yang diukur adalah air, air, bensin, minyak tanah, minyak pelumas SAE

10. Hasil pengukurannya sebagai berikut:

(43)

Tabel 2: Hasil pengukuran pada air dengan suhu tetap

Pengukuran H (m) h (m)

1

91,40 x 10-3 84,90 x 10-3 2

91,40 x 10-3 84,75 x 10-3 3

91,30 x 10-3 84,80 x 10-3 4 91,50 x 10-3

84,75 x 10-3 5

91,20 x 10-3 84,60 x 10-3 6

91,20 x 10-3 84,70 x 10-3 7

91,10 x 10-3 84,90 x 10-3 8

91,50 x 10-3 84,60 x 10-3 9

91,40 x 10-3 84,50 x 10-3 10

91,30 x 10-3 84,70 x 10-3

(44)

Tabel 3: Hasil pengukuran pada minyak tanah dengan suhu tetap

1

52,90 x 10-3 63,10 x 10-3 2

53,30 x 10-3 63,30 x 10-3 3

53,60 x 10-3 63,50 x 10-3 4

53,40 x 10-3 63,40 x 10-3 5

53,70 x 10-3 63,40 x 10-3 6

53,20 x 10-3 63,30 x 10-3 7

53,10 x 10-3 63,20 x 10-3 8

53,50 x 10-3 63,30 x 10-3 9

53,30 x 10-3 63,30 x 10-3 10

53,00 x 10-3 63.00 x 10-3

(45)

Tabel 4: Hasil pengukuran pada minyak pelumas SAE 10 dengan suhu tetap:

1

34,90 x 10-3 35,05 x 10-3 2

34,90 x 10-3 35,05 x 10-3 3

34,85 x 10-3 34,90 x 10-3 4

35,00 x 10-3 35,10 x 10-3 5

34,50 x 10-3 34,95 x 10-3 6

34,85 x 10-3 35,00 x 10-3 7

35,10 x 10-3 35,10 x 10-3 8

35,15 x 10-3 35,20 x 10-3 9

35,15 x 10-3 35,20 x 10-3 10

34,60 x 10-3 35,45 x 10-3

(46)

Tabel 5: Hasil pengukuran pada bensin dengan suhu tetap

1

50,30 x 10-3 55,20 x 10-3 2

50,40 x 10-3 54,50 x 10-3 3

51,00 x 10-3 53,70 x 10-3 4

51,10 x 10-3 54,20 x 10-3 5

50,40 x 10-3 54,20 x 10-3 6

50,50 x 10-3 54,90 x 10-3 7

50,60 x 10-3 54,10 x 10-3 8

50,60 x 10-3 54,60 x 10-3 9

51,10 x 10-3 54,70 x 10-3 10

50,60 x 10-3 54,60 x 10-3

∑ 506,60 x 10-3 ∑ 544,70 x 10-3

Jadi nilai rata-rata hasil dari pengukuran tersebut dapat dicari dengan cara

berikut:

Unuk hasil pengukuran air (lihat tabel 2).

N H Σ H _ = 10 10 3 , 913 H 3 _ −

= x H 91,33x10 3 m

_ − = N Σ h _ _h = 10 10 x 847,2 h 3 _ −

= h 84,72x10 3 m

_

−

(47)

Sedangkan untuk menentukan nilai ketidakpastian dari hasil pengukuran kita

lakukan perhitungan sebagai berikut:

(

)

1 N H Σ H Σ N N 1 ΔH 2 i 2 i − − =

(

)

1 10 913,3 81 , 288 x 10 10 1 ΔH 2 2 − − = 9 834116,9 -83411,85 x 10 10 1

ΔH =

9 834116,9 -834118,5 10 1

ΔH =

9 1,6 10

1

ΔH =

m 10 x 0,042 ΔH 0,42 x 0,1 ΔH 0,177778 0,1 ΔH 3 -= = =

(

)

1 N h Σ h Σ N N 1 Δh 2 i 2 i − − =

(

)

1 10 847,2 94 , 71774 x 10 10 1 ΔH 2 − − = 9 717747,8 -717749,4 10 1

ΔH =

9 1,6 10

1

(48)

m 10 x 0,042 h 0,42 x 0,1 Δh 0,177778 0,1 Δh 3 -= Δ = =

Sehingga hasil pengukuran dapat ditulis sebagai berikut:

m 10 x 0,042 84,72 Δh h m 10 x 0,042 91,33 ΔH H 3 --3 ± = ± ± = ±

Untuk hasil pengukuran yang lain dilakukan perhitungan yang sama, sehingga

hasilanya sebagai berikut:

Tabel 6: Rata-rata dari hasil pengukuran beberapa zat cair

Nama Zat Car H (m) h (m)

Air

(91,33 ± 0,042) x 10-3 (84,70 ± 0,042) x 10-3 Minyak tanah

(53,30 ± 0,082 )x 10-3 (63,28 ± 0,047) x 10-3 Minyak Pelumas SAE 10

(34,90 ± 0,069 x )10-3 (35,10 ± 0,049) x 10-3 Bensin

(50,66 ± 0,094) x 10-3 (54,47 ± 0,136)x 10-3

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 gaya gravitasi (g) ,jari-jari mulut pipa kapeler (r), masa jenis zat caiar

(49)

Tabel 7: Besar kerapatan zat cair

Nama Zat Car ρ (kg/m3)

Air

1000 Minyak tanah

804 Minyak Pelumas SAE 10

917 Bensin

881

Dalam percobaan ini zat cair yang diukur tegangaan permukaannya adalah

air maka ρ= 1000 kg/m3, untuk mempermudah dalam perhitungan maka zat cair

yang digunakan sebagaia manometer juga air sehinnga d = 1000 kg/m3.Dan

untuk jarai-jari pipa kapiler r = 2,30 x 10-3± 25 x 10-5, sedangkan g = 9,8 m/s2

Perhitungan tersebut sebagai berikut:

Perhitungan pada saat t = 0º

H = 95,30 x 10-3± 25 x 10-5m

h = 88,15 x 10-3 ± 25 x 10-5m

) (

2

1

ρ

σ

= rg Hd − h

)

kg/m

1000

m

x10

88,15

1000kg/m

m

10

x

(95,30

m/s

9,8

m

x10

2,30

3 2 3 3 3 3

2

1 − −

−

=

σ

)

kg/m

m

88,15

kg/m

m

95,30

(

m/s

9,8

m

10

x

1,15

-3 2 3

−

3

=

σ

)

kg/m

m

(7,15

m/s

m

10

x

11,27

−3 2 3

=

σ

)

kg/m

m

m/s

m

10

x

80,580

−3 2 3

=

σ

)

/m

m

m/s

kg

x10

580

,

80

−3 2 2 3

=

σ

N/m

x10

8,058

−2

=

(50)

Perhitungan besar ketidakpastian hasil percobaan h rg H rgd r gH

gHd − Δ + Δ + Δ

= Δσ ρ ρ 2 1 2 1 2 1 2 1

(

95,30x10 m 88,15x10

)

4,2x10 m. kg/m 1000 m/s 9,8 2 1 2 1 2

1 ₂ ₃ ₋₃ ₋₃ ₋₅

− =

Δ

− gh r

d H

g ρ

= 4.9

(

7,15

)

4,2x10−5

=1471,47x10−5

5 3

2

3_9,8_m/s ₁₀₀₀_kg/m _4,2_x₁₀

m10 x 2,30 2 1 2

1 _ΔH ₌ − −

rgd

= 47,334x10−5

2.30xm10 39.8m/s21000kg/m3 4.2x10 5 2

1 2

1 ₋ ₋

= Δh rgρ

= 47,334x10−5

5 5 5 10 334 , 47 10 334 , 47 10 47 ,

1471 − + − + −

=

Δσ x x x

5 10 147 , 1566 − =

Δσ x

dalam bentuk persen

0 0 2 2 100 10 058 , 8 10 566 , 1 − − = Δ x x σ σ 0 0 43 . 19 = Δ σ σ 210 566,1− =

(51)

Jadi ketidakpastian dari hasil pengukuran tersebut sebesar 1,943 x 10-2

Dengan melakukan perhitungan seperti di atas untuk semua keadan maka

diperoleh hasil sebagai berikut:

Tabel 8: Hasil perhitungan tegangan permukaan pada air dengan suhu berbeda

Suhu

(ºC)

Rata-rata

Tegangan

Permukaan

Hasil Pengukuran

(σ ) (N/m3 )

Tegangan

Permukaan Dari

Tabel Konstanta

(σ) (N/m3 )

Selisih Hasil

Pengukuran

(σ -σ pengukuran)

(N/m3 )

Selisih Hasil

Pengukuran

(σ -σ pengukuran) %

0º 8,058 x 10-2 7,56 x 10-2 -0,498 x 10-2 6,58

10º 7,494 x 10-2 7,42x 10-2 -0,074 x 10-2 0,99

20º 7,212 x 10-2 7,28 x 10-2 -0,068 x 10-2 0,93

30º 6,987 x 10-2 7, 12 x 10-2 0,133 x 10-2 1,86

40º 6,649 x 10-2 6,96 x 10-2 0,311 x 10-2 4,46

50º 6,142 x 10-2 6,79 x 10-2 0,648 x 10-2 9,54

60º 6,085 x 10-2 6,62 x 10-2 0,535 x 10-2 8,08

70º 5,691 x 10-2 6,44 x 10-2 0,749 x 10-2 11,63

80º 4,902 x 10-2 6,26 x 10-2 1,358 x 10-2 21,69

(52)

Tabel 9: Hasil perhitungan tegangan permukaan pada beberapa jenis zat cair

dengan suhu tetap

Zat cair Rata-rata

Tegangan

Permukaan (σ )

Hasil

Pengukuran

(N/m3)

Tegangan

Permukaan Dari

Tabel

konstanta(σ)

(N/m3)

Selisih Hasil

Pengukuran

(σ

-σpengukuran)

(N/m3 )

Selisih Hasil

Pengukuran

(σ

-σ pengukuran)

%

Air 7,47 x 10-2 7,2 x 10-2 -0,27 x 10-2 3.75

Minyak

Tanah

2,75 x 10-2 2,80x 10-2 0,05x 10-2 1.78

Minyak

Pelumas

SAE 10

3,06 x 10-2 3,60 x 10-2 0,54 x 10-2 15

Bensin 3,01 x 10-2 2,88 x 10-2 -0,13 x 10-2 4.51

C. Pembahasan

Dari tabel 8 dapat kita lihat bahwa hasil pengukurun tegangan permukaan

menggunakan alat ini memiliki selisih dengan tegangan permukaan dari tabel

konstanta. Persentase besar selisih hasil pengukuran tidak sama, selisih yang

terbesar adalah 28.45 %,ini terjadai pada pengukuran tegangan permukaan dengan

suhu 90º. Dan selisih yang terkecil adalah 0.93 %, terjadai pada pengukuran

(53)

pengukuran tegangan permukaan menggunakan alat ini lebih baik pada suhu

berkisar antara 10º sapai dengan 40º.

Dari tabel 8 juga dapat dilihat bahwa selisih nilai pengukuran semakin

besar dengan bertambahnya suhu, hal ini menimbulkan pertanyaan apakah

temperatur berpengaruh terhadap besar tegangan permukaan ataukah ada ralat

sistem terhada alat ini terkait dengan variabel suhu.

Sedangkan dari tabel 8 hasil pengukuran tegangan permukaan pada

beberapa jenis zat cair dengan suhu tetap dapat kita lihat bahwa selisih hasil

(54)

D. Penggunaan Alat Dalam Pembelajaran

Agar alat ini berguna didalam proses belajar dan mengajar fisika, sesuai

dengan alasan pembuatan alat ini maka diperlukan suatu metode pembelajaran

dengan menggunakan alat ini. Pembelajaran dengan menggunakan alat ini dapat

dilakukan dengan melakukan eksperimen, dan untuk itu diperlukan sebuah

panduan kegiatan bagi mahasiswa, panduanya sebagai berikut:

LEMBAR KERJA MAHASISWA

Materi Pokok : Tegangan Permukaan Zat Cair

Petunjuk

Dalam mempelajari materi ini anda akan melakukan kegitan, antara lain

merumuskan hipotesis, mengamati percobaan, menulis data, menjawab

pertanyaan secara bertahap dan menarik kesimpulan. Kegiatan-kegitan tersebut

disusun secara bertahap dan saling berkaitan, oleh karena itu semua kegiatan

harus dilakukan secara berurutan.

Kegitan Belajar

A. Dasar Teori

1.1Difinisi Fluida

Tiga keadaan umum atau fase dari materi adalah, padat, cair dan gas.

Ketiga fase tersebut dapat dibedakan sebagai berikut, benda padat mepertahankan

ukuran dan bentuknya yang tetap, bahkan jika sebuah gaya yang besar diberikan

pada sebuah benda padat benda tersebut tidak langsung berubah bentuk atau

ukurannya. Benda cair tidak mempertahankan bentuk yang tetap melainkan

(55)

cair tidak dapat langsung ditekan dan perubahan volume yang signifikan 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 kedua–duanya sering disebut

sebagai fluida.

Fluida didifinisikan sebagai suatu zat yang terus–menerus mengalami

perubahan bentuk apabila mengalmi tegangan geser. Fluida tidak mampu

menahan tegangan geser tanpa berubah bentuk.

1.2Sifat-sifat Fluida

Kerapatan dengan simbol ρ didefinisikan sebagai massanya per volume

satuan. Secara matematis dapat ditulis

v m

=

ρ

dengan m adalah masa benda dan v adalah volume benda. Kerapatan adalah suatu

sifat karakteristik setiap bahan murni.

Volume jenis

v

_s merupakan kebalikan dari kerapatan ρ, volume yang

ditempati oleh masa suatu fluida. Maka

ρ1

=

s

v

Massa jenis γ suatu zat adalah berat zat per volume satuan. Massa jenis

berubah bersama lokasi, serta bergantung gravitasi,

(56)

Gravitasi jenis S suatu zat adalah perbandingan berat zat terhadap berat

air pada kondisi standar dengan volume yang sama.

1.3Tekanan dalam fluida

Tekanan didifinisikan sebaai gaya persatuan luas, dengan gaya F dianggap

bekerja secara tegak lurus terhadap luas permukaan A :

tekanan

A F

P =

Satuan tekanan dalam SI adalah N/m2. Satuan ini memiliki nama resmi

Pascal (Pa). Pada fluida diam tekanan bekerja pada semua arah dan besarnya

sama.

Secara kualitatif tekanan dalam cairan yang mempunyai kerapatan

.seragam akan bervariasi terhadap kedalaman.bayangkan sebuah titik yang

terletak pada kedalaman h dibawah permukaan cairan (yaitu, permukaan pada

ketinggian h diatas titik itu), seperti ditunjukan pada gambar 1.1.

Gambar 1.1

Tekanan yang disebabkan cairan pada kedalaman h ini disebabkan oleh

berat kolom cairan di atasnya. Dengan demikian aya yang bekerja pada luasan

h

A

(57)

terebut aalah F = m g =ρAhg, dengan Ah adalah volume kolom tersebut,

ρadalah kerapatan cairan (diasumsikan konstan), dan g adalah percepatan

grafitasi. Maka tekanan P adalah:

A h g A A

P

P = = ρ

h g

P = ρ

Dengan demikian, tekanan berbanding lurus dengan kerapatan cairan, dan

kedalaman cairan tersebut. Secara umum, tekanan pada kedalaman yang sama

dalam cairan yang seragam besarnya sama.

1.4Tekanan Atmosfer

Tekanan atmosfer bumi, seperti dalam fluida, mengalami perubahan

dengan penurunan kedalaman atau penambahan kedalaman. Akan tetapi karena

kerapatan udara yang sangat berfariasi dan tidak ada perbedaan atmofer puncak

dari mana h dapat diukur, maka kita dapat menghitung perbedaan tekanan antar

dua ketinggian, secara pendekatan dengan menggunakan persamaan

h g

P = Δ

Δ ρ

Tekanan udara pada tempat tertentu sedikit bervareasi dengan cuaca.Pada

level air laut, rata-rata tekanan atmosfer adalah 1,013 × 105 N/m2. Untuk

penggunaan umunya, nilai ini digunakan untuk menentukan satuan tekanan yang

lain, atmosfer (disingkat atm).

1.5Prisip Pascal

Atmosfer bumi memberikan tekanan pada semua benda yang beresntuhan

(58)

fluida akan dihantarkan keseluruh fluida tersebut. Prinsip Pascal menyatakan

bahwa tekanan yang brkerja pada suatu fluida akan menyebabkan kenaikan

kenaikan tekanan kesegala arah dengan sama rata.

1.6Pengukuran tekaanan

Untuk mengukur tekanan banyak diciptakan alat, diantaranya barometer

aneroid, pengukur ban, pengukur bourdon, manometer tabung trbuka.Yang paling

sederhana dalah manometer tabung terbuka (Gambar 1.2) yaitu tabung berbentuk

huruf U yang sebagian diisi dengan cairan,biasanya air raksa atau air tawar.

Gambar 1.2

Tekanan P yang sedang diukur dihubungkan dengan perbedaan ketingian kedua

permukaan cairan dengan hubungan sebagai berikut:

h g P

P= ₀+ ρ

Dengan P0 adalah tekanan atmosfer (bekerja pada permukaan cairan dalam sisi

kiri tabung), dan ρ adalah kerapatan cairan. Perlu diperhatikan bahwa besar

h g

ρ adalah tekanan ukur yaitu besar P yang melebihi tekanan atmoser. Jika P0

P

(Tekanan udara yang diukur)

(59)

cairan dalam sisi kiri lebi rendah dari pada yang disebelah kanan, menunjukan

bawa P lebih rndah daripada tekanan atmofer (dan h akan bernilai negatif).

B. Mengenal Tegangan Permukaan Zat Cair.

Kegitan : Amati percobaan berikut, catat data atau peristiwa yang terjadi dan

jawablah pertanyaan-pertanyaannya.

Tujuan : dapat mengenal tegangan permukaan zat cair dan dapat

mendifinisikanya.

Alat yang digunakan : sebuah gelas ( tempat air), silet

Percobaan yang akan dilakukan :

Isi gelas dengan air, kemudian letakan silet secara hati-hati diatas air.

Pelaksanaan percobaan:

1. Tuangkan air kedalam gelas atau tempat yang tersedia.

2. kemudian letakan silet secara hati-hati di atas permukaan air, amati apa

yang terjadi dan apa yang dapat anda simpulkan.

Jawablah pertanyaan berikut:

1. Apa yang menyebabkan silet tersebut tidak tenggelam? Padahal masa jenis

silet lebih besar daripada masa jenis air ...

...

(60)

2. Gaya tersebut bekerja di mana? dan gambarkan gaya tersebut!

...

3. Apa yang menyebabkan adanya gaya tersebut?

...

Berdasarkan jawaban-jawaban tersebut, apa yang dapat anda ketahui tentang

tegangan permukaan zat cair:………...

………

Catatan: Tegangan permukaan didifinisikan sebagai gaya (F) persatuan panjang

(L) yang bekerja melintasi semua garis pada permukaan dengan kecenderungan

menarik permukaan agar tertutup.

C. Mengukur Tegangan Permukaan Suatu Zat Cair.

1.1 Prisip kerja alat

Alat pengukur tegangan permukaan zat cair ini pada dasarnya berprinsip

pada hubungan antara tekanan dalam pembentukan gelembung udara dengan

(61)

Dari gambar diatas dapat dilihat ada 4 bagian utama, yang pertam bagian

pengasil tekanan yang terdiri dari corong, kran dan botol (gambar 1,2 dan 3).

Bagian yang kedua adalah manometer (gambar 4) yang berfungsi untuk

mengetahui besar tekanan udara. Bagian yang ketiga adalah tempat zat cair yang

akan diukur (gambar 5). Kemudian bagaian yang keempat adalah Pipa kapiler

(gambar 6) yang berfungsi menghubungkan ketiga bagian terebut.

Air yang dialirkan dari corong kedalam botol penghasil tekanan akan

menekan udara yang ada di dalam botol, sehingga tekanan udara di dalam botol

akan menjadi naik. Karena tekanan udara dalam botol naik maka tekanan udara

dalam pipa kapiler dan pipa manometer juga akan naik, karena kedua pipa

tersebut saling berhubungan. Jika air terus dialirkan maka tekanan udara akan

terus naik sehingga udara akan menekan zat cair yang di dalam manometer, besar

tekanan udara tersebut adalah Hdg. Udara tersebut juga akan menekan zat cair

yang berarada didalam pipa kapiler. Ketika 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:

H _h

1

5

4 3

(62)

r

g

h

ρ

+

2σ

Sehinga hubungan antara besara tekanan udara pada saat terjadi gelembung

dengan tegangan permukaan pada zat cair yang akan diukur ebagai berikut:

Hdg

g

h

ρ

+

2_rσ

=

g

h

Hdg

r

ρ

σ

=

−

2

(

Hdg

h

g

)

r

ρ

σ

=

−

2

(

Hdg

h

g

)

r

ρ

σ

=

−

2

1

(

ρ

)

σ

=

rg

Hd

−

h

2

1

Sihingga 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 jangkasorong. Dari hasil pengukuran

tersebut kita dapat menghitung besar tegangan permukaan dengan menggunakan

persamaan

σ

=

₂1

rg

(

Hd

−

h

ρ

)

Untuk mengukur tegangan permukaan zat cair pada suhu yang berbeda–

beda dapat dilakukan dengan mengatur suhu yang dikehendaki, kemudian

pemanas dihidupkan setelah mencapai suhu yang dikehendaki pemanas akan mati

(63)

Amatilah percobaan berikut, catatlah data yang diperoleh, selanjutnya lakukanlah

perhitungan.

Tujuan: Untuk mengukur tegangan permukaan zat cair dalam suhu tertentu.

Alat dan bahan yang diperlukan: Alat pengukur teganan permukaan zat cair, zat

cair yang akan diukur, zat cair sebagai manometer.

1.2 Susunan Alat

1.3 Langkah Kerja

Langkah-langkah melakukan pengukuran tegangan permukaan zat cair yang

berbeda dengan suhu tetap:

(64)

mano meter dengan ketinggian ± 6 cm.

4. Atur titik enol pada pipa manometer dengan jalan membuka lubang

buangan pada botol penghasil tekanan.

5. Kran ditutup kemudian air dimasukkan kedalam corong.

yang diukur tegangan pemukaannya, ukur perubahan ketinggian zat

manometer dikalikan dua sebagai H. ( Ketinggian yang terukur pada

sesungguhnya )

)

(

2

1

ρ

(65)

Tabel hasil pengukuran tegangan permukaan zat cair yang berbeda dengan suhu

tetap.

No Zat cair ½ H (m) H (m) h (m)

Tabel hasil pengukuran tegangan permukaan zat cair yang berbeda dengan suhu

tetap

Zat cair Tegangan Permukaan (σ )

Hasil Pengukuran

(N/m3)

Tegangan Permukaan (σ)

(N/m3)

D. Menyelidiki pengaruh suhu terhadap nilai tegangan permukaan suatu zat cair.

Amatilah percobaan berikut, catatlah data yang diperoleh, selanjutnya lakukanlah

perhitungan.

Tujuan: Untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap tegangan permukaan suatu zat

cair tertentu.

Alat dan bahan yang diperlukan: Alat pengukur teganan permukaan zat caair, zat

(66)

Langkah-langkah melakukan pengukuran tegangan permukaan zat cair yang sama

dengan suhu berubah-ubah:

kertaan letak alat dapat dilihat dari water pas.

mano meter dengan ketinggian ± 6 cm.

4. Atur kenaikan suhu sesuai yang dikehendaki dengan menggunakan

tombol pengatur suhu.

5. Nyalakan pemanas dengan menekan saklar pemanas

6. Setelah suhu sesuai dengan yang dikehendaki kran ditutup, kemudian

masukan air kedalam corong.

yang diukur tegangan permukaannya, ukur perubahan ketinggian zat

bekerglas sebagai h dan catat perubahan ketinggian pada bekerglas

dikalikan dua sebagai H. ( Ketinggian yang terukur pada pipa

manometer merupakan setengah dari perubahan ketinggian

(67)

)

(

2

1

ρ

σ

=

rg

Hd

−

h

9. Untuk suhu yang berbeda ulangi langgkah-langkah di atas.

Data hasil percobaan diisi dalam table seperti di bawah ini :

Untuk data pengukuran tegangan permukaan zat cair yang sama dengan suhu

berubah-ubah:

No Suhu (ºC) H (m) h (m)

Untuk hasil pengukuran tegangan permukaan zat cair yang sama dengan suhu

berubah-ubah:

Suhu

(ºC)

<