Tegangan Permukaan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG Dalam kehidupan sehari-hari, terlihat pada permukaan zat cair,

seperti

terdapat suatu lapisan yang dapat mempertahankan keadaan benda yang terdapat pada lapisan tersebut pada suatu kondisi tertentu. Misalnya jarum yang diletakkan mendatar pada permukaan zat cair. Peristiwa ini merupakan bentuk dari adanya tegangan permukaan zat cair. Perbedaan sifat antara zat cair yang berbeda jenisnya akan mempengaruhi tegangan permukaan yang ada pada zat cair. Kejadian diatas adalah merupakan sebagian contoh dari aplikasi tegangan pada permukaan zat cair dialam. Dari hasil pengamatan dapat disebutkan bahwa pada permukaan zat cair seolah-olah ditekan oleh lapisan elastis yang tak tampak, yang menyebabkan bentuknya melengkung. Dari fenomena-fenomena alam tersebut, untuk memahami lebih jauh tentang tegangan permukaan zat cair maka dilakukanlah percobaan ini. Dalam percobaan ini mencoba untuk menentukan nilai tegangan permukaan yang terjadi peda suatu zat cair. 1.2 TUJUAN PERCOBAAN Percobaan ini bertujuan untuk menentukan nilai tegangan permukaan suatu zat cair dengan mengaplikasikan rumus-rumus tegangan permukaan (terutama untuk mencari besarnya gaya tegang pada permukaan suatu zat cair). Zat cair yang digunakan antara lain aquades, alkohol, minyak tanah, dan oli. 1.3

PERMASALAHAN Bagaimana cara menghitung besar tegangan permukaan zat cair berdasar data-

data hasil percobaan. Definisi dari tegangan permukaan itu sendiri, dan penyebab terjadinya tegangan permukaan. Hubungan antara sifat zat cair terutama yang berkaitan dengan adhesif-nonadhesif terhadap tegangan permukaan Hubungan antara tegangan permukaan dan rapat massa. 1.4 SISTEMATIKA LAPORAN Laporan ini terdiri dari lima bab secara garis besar dan berisi tentang pengukuran tegangan permukaan, untuk lebih jelasnya maka susunan laporan adalah 1

sebagai berikut. Bab I Pendahuluan yang di dalamnya berisi tentang latar belakang, tujuan percobaan, permasalahan, sistematika laporan praktikum. Bab II Dasar Teori merupakan penjelasan dan ulasan singkat tentang teori dasar yang mendasari kegiatan percobaan yang dilakukan. Bab III Cara Kerja dan Peralatan, dalam bab ini menerangkan tentang tata urutan kerja yang dilakukan dalam melaksanakan kegiatan praktikum serta pengenalan peralatan yang diperlukan dalam melakukan praktikum. Bab IV Analisa Data dan Pembahasan, dalam praktikum tentunya kita akan memperoleh data-data sehingga perlu adanya penganalisaan lebih lanjut karena tidak sempurnanya alat ukur, ketidaktepatan cara mengukur, tidak sempurnanya alat indera dan lain-lain. Dengan memperhitungkan ralat-ralat dari data yang diperoleh dalam melakukan praktikum agar mendapatkan data yang mempunyai ketelitian yang sesuai. Bab V Kesimpulan, memberikan kesimpulan dari kegiatan praktikum yang dilakukan.

2

BAB II

DASAR TEORI

Banyak Fenomena-fenomena alam yang kurang kita perhatikan akan tetapi fenomena-fenomena tersebut mempunyai hubungan dengan adanya tegangan permukaan. Sering terlihat peristiwa-peristiwa alam yang tidak diperhatikan dengan teliti misalnya tetes-tetes zat cair pada pipa kran yang bukan sebagai suatu aliran, laba-laba air yang berada di atas permukaan air, mainan gelembung-gelembung sabun, pisau silet yang diletakkan perlahan-lahan diatas permukaan zat cair yang terapung, dan naiknya air pada pipa kapiler. Hal tersebut dapat terjadi karena adanya gaya-gaya yang bekerja pada permukaan zat cair atau pada batas antara zat cair dengan bahan lain. Yang dimaksud tegangan permukaan adalah suatu kemampuan atau kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas pemukaannya lebih kecil yaitu permukaan datar, atau bulat seperti bola atau ringkasnya didefinisikan sebagai usaha untuk membentuk luas permukaan baru. Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda kecil di permukaannya. Seperti silet, berat dari silet menyebabkan permukaan zait cair sedikit melengkung kebawah dimana silet itu berada. Lengkungan itu memperluas permukaan zat cair namun zat cair dengan tegangan permukaannya berusaha mempertahankan luas permukaannya sekecil mungkin. Ada beberapa model peralatan yang sering digunakan untuk mengukur tegangan permukaan suatu zat cair. Yang pertama adalah dengan metode pipa kapiler yaitu mengukur tegangan permukaan zat cair dan sudut kelengkungannya dengan memakai pipa berdiameter. Salah satu ujung pipa tersebut dicelupkan kedalam permukaan zat cair maka zat cair tersebut permukaannya akan naik sampai ketinggian tertentu. Pada percobaan ini salah satu aspek yang mudah diamati adalah tentang sifat zat cair yaitu apakah zat cair itu adhesive atau non-adhesive. Untuk itu perhatikan gambar berikut ini :

Gambar II.1 Sudut kontak zat cair pada pipa kapiler

3

Pada zat cair yang adhesive berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih kecil daripada gaya adhesinya dan pada zat yang non-adhesive berlaku sebaliknya. Salah satu besaran yang berlaku pada sebuah pipa kapiler adalah sudut kontak (θ ) yaitu sudut yang dibentuk oleh permukaan zat cair yang dekat dengan dinding (lihat gambar 2.1). Sudut kontak ini timbul akibat gaya tarik-menarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik antara molekul zat yang berbeda (adhesi). Harga dari sudut kontak ini berubah-ubah dari 0 sampai 180 derajat dan dibagi menjadi dua bagian yaitu : pada zat cair yang adhesive besarnya sudut kontak ( θ ) : 0 < θ < 90 (derajat) dan pada zat cair non-adhesive besarnya (θ ) : 90 < θ < 180 (derajat). Sedangkan besarnya tegangan permukaan ( γ ) yaitu : γ dimana : F = π . R2 . y . ρ maka : γ = R . y . g . ρ

F / ( 2 π R cos θ )

= zat cair zat cair

.g / ( 2 cos θ )

Peristiwa adanya tegangan permukaan bisa pula ditunjukkan pada percobaan sebagai berikut jika cincin kawat yang diberi benang seperti pada gambar II.2a dicelupkan ke dalam larutan sabun, kemudian dikeluarkan akan terjadi selaput sabun dan benang dapat bergerak bebas. Jika selaput sabun yang ada diantara benang dipecahkan, maka benang akan terentang membentuk suatu lingkaran. Jelas pada benag sekarang bekerja gaya-gaya ke luar pada arah radial (gambar II.2b).

(a)

(b)

Gambar II.2 Tegangan Permukaan

4

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 ALAT DAN BAHAN a. Stand base dengan dengan panjang sisi 28 cm 1 buah b. Batang besi panjang 25 cm dan 50 cm 2 buah c. Spring balance dengan skala newton 1 set d. Laboratory stand (dongkrak) 1 buah e. Cincin aluminium dan jangka sorong 1 buah f. 4 gelas berisi cairan (aquades, oli, minyak tanah, alkohol) 3.2 CARA KERJA a. Ukurlah diameter bagian dalam cincin setelah itu susun semua peralatan hingga menjadi seperti gambar 3.1

Gb 3.1 Susunan Alat Uji Tegangan Permukaan

b. Letakkan gelas keatas dongkrak kemudian aturlah posisi dongkrak sehingga seluruh cincin tercelup kedalam zat cair lalu catat besar tegangan yang tertera pada neraca pegas skala newton c. Turunkan dongkrak hingga cincin naik ke permukaan hingga tercapai keadaan maximum (sesaat akan lepas) dan baca tegangannya pada neraca pegas d. Ulangi point c-d sebanyak lima kali e. Lakukan point c-e untuk tiap gelas

5

BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 ANALISA DATA Dari data - data yang diperoleh dari percobaan maka akan dibuat analisa data sebagai berikut : A. Tabel IV.1 Aquades ∆F

∆ F - ∆ F’

(∆ F - ∆ F’)2

0,027

0,0014

196 x 10-8

0,03

0,0016

256 x 10-8

0,029

0,0006

36 x 10-8

0,028

0,0004

16 x 10-8

0,028

0,0004

16 x 10-8

∆ F’ = 0,0284 ∆ =

I =

K =

∑ (∆ F - ∆ F’)2 = 5,2 x 10-6

∑ (∆ F - ∆ F’)2

1/2

5,2 x 10-6

=

20 ∆ ∆ F’

½

=

5,1 x 10-4

20

x 100 %

100 % - 1,8 %

5,1 x 10-4

=

x 100 %

= 1,8 %

0,0284 =

98,2 %

B. Tabel IV.2 Alkohol ∆F

∆ F - ∆ F’

(∆ F - ∆ F’)2

0,019

0,0028

784 x 10-8

0,022

0,0002

4 x 10-8

0,022

0,0002

4 x 10-8

0,022

0,0002

4 x 10-8

0,024

0,0026

676 x 10-8

∆ F’ = 0,0218

∑ (∆ F - ∆ F’)2 = 1,47 x 10-5

6

∆ =

I =

K =

∑ (∆ F - ∆ F’)2

1/2

20 ∆ ∆ F’

½

1,47 x 10-6

=

=

8,6 x 10-4

20

x 100 %

8,6 x 10-4

=

x 100 %

= 3,9 %

0,0218

100 % - 3,9 %

=

96,1 %

C. Tabel IV.3 Minyak Tanah ∆F

∆ F - ∆ F’

(∆ F - ∆ F’)2

0,022

0,0002

4 x 10-8

0,021

0,0008

64 x 10-8

0,022

0,0002

4 x 10-8

0,022

0,0002

4 x 10-8

0,022

0,0002

4 x 10-8

∑ ∆ F’ = 0,0218 ∆ =

I =

K =

∑ (∆ F - ∆ F’)2

∑ (∆ F - ∆ F’)2 = 8 x 10-7 1/2

8 x 10-7

=

20 ∆ ∆ F’

½

=

2 x 10-4

20

x 100 %

100 % - 0,9 %

2 x 10-4

=

x 100 %

= 0,9 %

0,0218 =

99,1 %

D. Tabel IV.4 Oli SAE 30 ∆F

∆ F - ∆ F’

(∆ F - ∆ F’)2

0,026

0,0002

4 x 10-8

0,026

0,0002

4 x 10-8

0,027

0,0008

64 x 10-8

0,027

0,0008

64 x 10-8

0,025

144 x 10-8

0,0012

7∑ ∆ F’ = 0,0262

∑ (∆ F - ∆ F’)2 = 2,8 x 10-6

7

∆ =

I =

K =

∑ (∆ F - ∆ F’)2

1/2

2,8 x 10-6

=

20 ∆ ∆ F’

½

=

3,7 x 10-4

20

x 100 %

=

3,7 x 10-4

x 100 %

= 1,4 %

0,0262

100 % - 1,4 %

=

98,6 %

4.2 PEMBAHASAN Dari analisa data yang dibuat diatas telah diketahui data besarnya selisih gaya rata-rata (∆ F’) dan diameter cincin. Dengan data tersebut akan dibuat pembahasan mengenai : Tegangan permukaan tiap zat cair

1.

Dari tabel pertama (Aquades)

:

α = ∆ F’ / (2 π d) = 0,0284 / 0,36 = 0,079 N/m Dari tabel pertama (Alkohol)

:

α = ∆ F’ / (2 π d) = 0,0218 / 0,36 = 0,06 N/m Dari tabel pertama (Minyak Tanah)

:

α = ∆ F’ / (2 π d) = 0,0218 / 0,36 = 0,06 N/m Dari tabel pertama (Olie SAE 30) : α = ∆ F’ / (2 π d) = 0,0262 / 0,36 = 0,072 N/m Grafik gaya rata-rata (x) dan tegangan

2.

permukaan (y) Tabel IV.5 Tegangan Permukaan Cairan Percobaan ∆ F’

α (∆ F’/ 2π d)

0,0284

0,079 (Aquades)

0,0218

0,06 (Alkohol)

0,0218

0,06 (Minyak T.)

0,0262

0,072 (SAE 30)

8

Tabel IV.6 Regresi Data X

X2

Y

XY

0,0284

8 x 10-4

0,079

2,2 x 10-3

0,0218

4,8 x 10-4

0,06

1,3 x 10-3

0,0218

4,8 x 10-4

0,06

1,3 x 10-3

0,0262 Σ X = 0,0982

6,9 x 10-4 Σ X = 2,45 x 10-3

0,072 Σ Y = 0,271

1,9 x 10-3 Σ XY = 6,7 x 10-3

2

Persamaan garis : Y = aX + b a =

n Σ XY - Σ X . Σ Y = 2 2 n Σ X – (Σ X)

4 . 6,7 x 10-3 – 0,098 . 0,27 = -3 -3 4 . 2,45 x 10 – 9,6 x 10

b = (Σ Y . n Σ X) / n = (0.271 – 4 . 0,0982) / 4 = - 0,03 Jadi

Y = 1,7 X - 0,03

3. Perhitungan tegangan permukaan dan ralatnya 9

1,7

a. Untuk Aquades ∆ α

[ α . (R. mutlak)] / ∆ F’

=

= ( 0,079 . 5,1 x 10-4 ) / 0,0284 = 1,4 x 10-3 α = α ± ∆ α α = ( 0,079 ± 1,4 x 10-3 ) N/m b. Untuk Alkohol ∆ α

[ α . (R. mutlak)] / ∆ F’

=

= ( 0,06 . 8,6 x 10-4 ) / 0,0218 = 2,4 x 10-3 α = α ± ∆ α α

( 0,06 ± 2,4 x 10-3 ) N/m

=

c. Untuk Minyak Tanah ∆ α

[ α . (R. mutlak)] / ∆ F’

=

= ( 0,06 . 2 x 10-4 ) / 0,0218 = 5,5 x 10-4 α = α ± ∆ α α

( 0,06 ± 5,5 x 10-4 ) N/m

=

d. Untuk Oli SAE 30 ∆ α

=

[ α . (R. mutlak)] / ∆ F’

= ( 0,072 . 3,7 x 10-4 ) / 0,0262 = 1 x 10-3 α = α ± ∆ α α

=

( 0,072 ± 1 x 10-3 ) N/m

Dari perhitungan-perhitungan yang ada dalam analisa data maupun pembahasan dapat dijelaskan bahwa tingkat keseksamaan data baik itu rata-rata selisih gaya, tegangan permukaan relatif cukup tinggi. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor yaitu : 1.

Tingkat ketelitian alat ukur, skala yang dipakai adalah 0,1 N yang

mana skala ini hanya mampu mengukur ketelitian sampai dua desimal dibelakang koma. 2.

Tingkat

ketelitian

pengukuran

dari

praktikan

(terutama

pengukuran diameter cincin dan pengamatan terhadap neraca pegas). 3.

Faktor panas / suhu zat cair yang tidak diperhitungkan. 10

saat

Kemudian untuk menyempurnakan hasil pengukuran maka diperlukan metode ralat (mutlak dan nisbi). Yang bertujuan untuk menunjukkan dan memperbaiki/memperkecil ketidaktelitian alat ukur, panca indera, dan sebagainya dari praktikan. Nilai akhir perhitungan (dengan ralatnya) menunjukkan suatu daerah nilai (toleransi) yang masih diakui sesuai tingkat keseksamaannya.

11

BAB V

KESIMPULAN

Dari percobaan tentang tegangan permukaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan beberapa hal yaitu : 1.

Tegangan permukaan adalah suatu usaha oleh zat cair untuk membuat permukaan baru yang sekecil mungkin. Dan didefinisikan sebagai perubahan gaya per satuan panjang.

2.

Besarnya tegangan permukaan dapat diukur menggunakan neraca pegas seperti apa yang dilakukan dalam percobaan ini.

3.

Dari hasil percobaan dan pembahasan yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa tegangan permukaan dari yang terbesar sampai terkecil adalah : •

Aquades (ρ = 1 gr/cm3)

=

•

Olie SAE 30 (ρ = 0,89 gr/cm3) =

0,072 N/m

•

Minyak tanah (ρ = 0,84 gr/cm3) =

0,06 N/m

•

Alkohol (ρ = 0,81 gr/cm3)

0,06 N/m

=

0,079

N/m

4. Berdasar data diatas dapat disimpulkan bahwa tegangan permukaan zat cair sangat dipengaruhi oleh massa jenis cairan zat cair tersebut. Makin besar massa jenisnya makin besar pula tegangan permukaannya. 5. Bila dua buah zat cair yang berbeda (massa jenisnya) dicampur menjadi satu maka posisi zat yang mempunyai massa jenis lebih kecil berada di atas dan tidak dapat bercampur. Misalnya air dengan minyak, maka posisi minyak akan berada di atas air.

12

DAFTAR PUSTAKA

1. Dosen-dosen FMIPA-ITS, “Fisika Dasar I”, FMIPA-ITS, Surabaya, 1997 2. Sears and Zemansky, “Univercity Phyisics”, 2nd

edition, Addison - Wesley

Publishing Company, Inc., New York, 1982. 3. Raymond C. Binder, “Fluid Mechanics”, edisi ke-5, penerbit Prentice-Hall of India Private,ltd. New Delhi, 1975.

13