Pengukuran koefisien redaman pada osilasi sistem massa-pegas dalam larutan gliserin dengan beberapa nilai viskositas menggunakan video - USD Repository

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PENGUKURAN KOEFISIEN REDAMAN PADA OSILASI SISTEM MASSA-PEGAS
DALAM LARUTAN GLISERIN DENGAN BEBERAPA NILAI VISKOSITAS
MENGGUNAKAN VIDEO

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh:
Gloria Octaviana Pasaribu
NIM: 091424028

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA

2014
i

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

SKRIPSI
PENGUKURAN KOEFISIEN REDAMAN PADA OSILASI SISTEM MASSA-PEGAS
DALAM LARUTAN GLISERIN DENGAN BEBERAPA NILAI VISKOSITAS
MENGGUNAKAN VIDEO

Oleh:
Gloria Octaviana Pasaribu
NIM: 091424028

Telah Disetujui Oleh:

Pembimbing

Dr. Ign. Edi Santosa, M.S.

Tanggal: 5 Februari 2014

ii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

SKRIPSI
PENGUKURAN KOEFISIEN REDAMAN PADA OSILASI SISTEM MASSA-PEGAS
DALAM LARUTAN GLISERIN DENGAN BEBERAPA NILAI VISKOSITAS
MENGGUNAKAN VIDEO

Dipersiapkan dan ditulis oleh:
Gloria Octaviana Pasaribu
NIM: 091424028

Telah dipertahankan di depan penguji
Pada tanggal: 24 Februari 2014
dan dinyatakan telah memenuhi syarat

Susunan Panitia Penguji

Nama Lengkap

Tanda Tangan

Ketua

: Drs. Aufridus Atmadi, M.Si.

..................

Sekretaris

: Dwi Nugraheni Rositawati, S.Si., M.Si.

.................

Anggota

: Drs. Aufridus Atmadi, M.Si.

.................

Anggota

: Ir. Sri Agustini, M.Si.

.................

Anggota

: Dr. Ign. Edi Santosa, M.S.

.................

Yogyakarta, 24 Februari 2014
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Universitas Sanata Dharma
Dekan

Rohandi, Ph.D.

iii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

HALAMAN PERSEMBAHAN

Karya ini saya persembahkan untuk semua orang yang tak lupa menyebutkan nama saya
dalam doanya

Orangtua tercinta:
Ir. Harry Pasaribu
Bethsy Saloh

Kedua Adik tersayang:
Benhard Johnson Hasiholan Pasaribu
Reynaldo Anggi Thigana Pasaribu

Brury Nahekha Manuputty

Keluarga besar

Semua sahabat

iv

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

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, 24 Februari 2014
Penulis

Gloria Octaviana Pasaribu

v

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIK

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama

: Gloria Octaviana Pasaribu

NIM

: 091424028

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas
Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:
PENGUKURAN KOEFISIEN REDAMAN PADA OSILASI SISTEM MASSA-PEGAS
DALAM LARUTAN GLISERIN DENGAN BEBERAPA NILAI VISKOSITAS
MENGGUNAKAN VIDEO
Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada

Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,
mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan
mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa meminta
izin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama
saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta, 24 Februari 2014
Penulis

Gloria Octaviana Pasaribu

vi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ABSTRAK

PENGUKURAN KOEFISIEN REDAMAN PADA OSILASI SISTEM MASSA-PEGAS
DALAM LARUTAN GLISERIN DENGAN BEBERAPA NILAI VISKOSITAS

MENGGUNAKAN VIDEO

Gloria Octaviana Pasaribu
Universitas Sanata Dharma
2014

Telah dilakukan penelitian mengenai redaman pada sistem massa-pegas yang berosilasi
di dalam larutan gliserin dengan beberapa nilai viskositas. Proses osilasi direkam
menggunakan kamera video. Grafik posisi fungsi waktu diperoleh dari analisis video
menggunakan software LoggerPro kemudian difit untuk mendapakan nilai koefisien
redamannya. Semakin besar viskositas larutan gliserin, maka semakin besar koefisien
redamannya.
Kata kunci : osilasi, redaman, viskositas

vii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ABSTRACT

THE MEASUREMENT OF DAMPING COEFFICIENT OF AN OSCILLATING
SYSTEM INSIDE GLYCERIN WITH VARIOUS VISCOSITY USING A VIDEO

Gloria Octaviana Pasaribu
Universitas Sanata Dharma
2014

A research about damped oscillation on spring-mass system that oscillated in glycerin
solution with various viscosity has been done. Oscillation process was recorded using a video
camera. Videos were analyzed using a LoggerPro software to get the damping coefficient.
The damping coefficient rise as the viscosity increases.
Keywords : oscillation, damping, viscosity

viii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus karena atas berkatNya penelitian

berjudul “Pengukuran Koefisien Redaman Pada Osilasi Sistem Massa-Pegas Dalam Larutan
Gliserin Dengan Beberapa Nilai Viskositas Menggunakan Video” ini dapat diselesaikan
dengan baik. Penelitian ini dilaksanakan sebagai tugas akhir perkuliahan untuk tingkat
sarjana.

Osilasi teredam merupakan gejala fisika yang nyata di dalam kehidupan sehari-hari,
namun penelitian tentang redaman ini masih relatif sedikit disebabkan oleh berbagai kendala,
salah satunya adalah kesulitan untuk dapat mengikuti proses osilasi secara kontinyu. Pada
penelitian ini digunakan video sehingga masalah tersebut dapat diatasi.

Penelitian ini dapat diselesaikan berkat bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu
penulis ucapkan banyak terima kasih kepada yang terhormat:
1. Bapak Dr. Ign. Edi Santosa, M.S., selaku dosen pembimbing skripsi yang telah
memberikan bimbingan, motivasi, dan arahan
2. Bapak Ngadiono, selaku petugas Laboratorium Fisika Universitas Sanata Dharma
yang telah membantu mempersiapkan peralatan penelitian
3. Teman-teman seperjuangan : Laras, Willy, Osri, Hari, Sandra, Galuh, Agus, Dian,
Yuli, yang telah membantu lewat sharing dan diskusi
4. Paman Maju Pasaribu, yang telah memberikan bantuan dana untuk penelitian ini
Kepada berbagai pihak yang telah memberikan bantuan dan motivasi selama proses
penelitian ini, yang tidak disebutkan satu per satu, penulis mengucapkan banyak
terima kasih. Semoga tulisan ini bermanfaat bagi pembaca.

Yogyakarta, Februari 2014
Penulis

ix

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL..................................................................................

i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING........................................

ii

HALAMAN PENGESAHAN....................................................................

iii

HALAMAN PERSEMBAHAN.................................................................

iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA.....................................................

v

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI......................................

vi

ABSTRAK.................................................................................................

vii

ABSTRACT...............................................................................................

viii

KATA PENGANTAR................................................................................

ix

DAFTAR ISI..............................................................................................

x

DAFTAR TABEL......................................................................................

xii

DAFTAR GAMBAR.................................................................................

xiii

BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang...............................................................................

1

B. Rumusan Masalah..........................................................................

4

C. Batasan Masalah.............................................................................

4

D. Tujuan Penelitian............................................................................

5

E. Manfaat Penelitian..........................................................................

5

BAB II DASAR TEORI
A. Viskositas.......................................................................................

6

B. Osilasi Teredam..............................................................................

9

BAB III METODE PENELITIAN
A. Penentuan Nilai Viskositas Larutan Gliserin.................................

16

B. Penentuan Koefisien Redaman Pada Osilasi Sistem Massa-Pegas
Dalam Larutan Gliserin Dengan Beberapa Nilai Viskositas
Menggunakan Video .....................................................................
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

ix

21

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

A. Viskositas Larutan Gliserin............................................................

28

B. Osilasi Sistem Massa-Pegas Dalam Larutan Gliserin Dengan

36

Beberapa Nilai Viskositas..............................................................
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan.....................................................................................

50

B. Saran..............................................................................................

51

DAFTAR PUSTAKA................................................................................

52

LAMPIRAN...............................................................................................

53

x

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1

Waktu (s) yang diperlukan gelembung udara untuk
menempuh jarak

0,25 m di dalam berbagai konsentrasi

larutan gliserin.........................................................................
Tabel 4.2

29

Ralat pengukuran waktu yang diperlukan gelembung udara
untuk menempuh jarak 0,25 m di dalam larutan gliserin
10%..........................................................................................

Tabel 4.3

29

Waktu yang diperlukan gelembung udara untuk menempuh
jarak 0,25 m di dalam larutan gliserin dengan berbagai
konsentrasi...............................................................................

Tabel 4.4

30

Kecepatan terminal gelembung udara yang menempuh jarak
0,25 m di dalam larutan gliserin dengan berbagai
konsentrasi...............................................................................

31

Tabel 4.5

Massa jenis berbagai konsentrasi larutan gliserin...................

33

Tabel 4.6

Nilai

viskositas

berbagai

konsentrasi

larutan

gliserin.....................................................................................
Tabel 4.7

34

Koefisien redaman sistem massa-pegas bermassa 266 gram
dan berdiameter 6,4 cm yang berosilasi di dalam berbagai
konsentrasi larutan gliserin pada wadah penampung
berdiameter 10,5 cm................................................................

xi

46

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1

Gaya-gaya yang bekerja pada gelembung udara yang
bergerak naik dalam larutan..................................................... 7

Gambar 2.2

Sistem massa-pegas.................................................................

Gambar 3.1

Rangkaian alat untuk menentukan kecepatan terminal

10

gelembung udara...................................................................... 17
Gambar 3.2

Foto set alat untuk mengukur kecepatan terminal gelembung
udara......................................................................................... 18

Gambar 3.3

Foto rangkaian alat untuk menentukan koefisien redaman
pada osilasi sistem massa-pegas dalam larutan gliserin
dengan beberapa nilai viskositas.............................................. 21

Gambar 3.4

Foto set alat untuk menentukan koefisien redaman pada
osilasi sistem massa-pegas dalam larutan gliserin dengan
beberapa nilai viskositas..........................................................

Gambar 3.5

22

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

24

Gambar 3.6

Ikon “video analysis” untuk menganalisa video...................... 24

Gambar 3.7

Ikon “set scale” untuk menentukan ukuran sesungguhnya
dan “add point” untuk mengambil data...................................

Gambar 3.8

25

Titik-titik yang membentuk grafik pada posisi horizontal (x)
dan posisi vertikal (y)..............................................................

xii

26

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.9

Ikon “curve fit” untuk mem”fit” data......................................

Gambar 3.10

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

Gambar 4.1

26

27

Grafik posisi fungsi waktu pada bola bermassa 0,266 kg dan
berdiameter 6,4 cm yang berosilasi di dalam larutan gliserin
10%

pada

wadah

penampung

berdiameter

10,5

cm............................................................................................
Gambar 4.2

37

Grafik posisi fungsi waktu pada bola bermassa 0,266 kg dan
berdiameter 6,4 cm yang berosilasi di dalam larutan gliserin
20%

pada

wadah

penampung

berdiameter

10,5

cm............................................................................................. 39
Gambar 4.3

Grafik posisi fungsi waktu pada bola bermassa 0,266 kg dan
berdiameter 6,4 cm yang berosilasi di dalam larutan gliserin
30%

pada

wadah

penampung

berdiameter

10,5

cm............................................................................................
Gambar 4.4

41

Grafik posisi fungsi waktu pada bola bermassa 0,266 kg dan
berdiameter 6,4 cm yang berosilasi di dalam larutan gliserin
40%

pada

wadah

penampung

berdiameter

10,5

cm............................................................................................
Gambar 4.5

43

Grafik posisi fungsi waktu pada bola bermassa 0,266 kg dan
berdiameter 6,4 cm yang berosilasi di dalam larutan gliserin
50%

pada

wadah

penampung

berdiameter

10,5

cm............................................................................................. 45

xiii

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sebuah beban yang digantungkan pada ujung sebuah pegas dan diberi
simpangan kecil kemudian dilepaskan akan mengalami osilasi, yaitu gerak
bolak-balik benda di sekitar suatu titik setimbang dengan lintasan yang
sama secara periodik atau berulang dalam rentang waktu yang sama
(Serway,2009). Osilasi disebut juga sebagai gerak harmonik. Gerak
harmonik pada sistem massa-pegas telah dipelajari di pelajaran fisika sejak
tingkat sekolah menengah, juga telah banyak dijadikan materi praktikum
dan penelitian. Sistem ini merupakan salah satu metode untuk menentukan
nilai percepatan gravitasi bumi, melalui pengukuran periode getaran pegas
(Young dan Freedman, 2000).
Berbagai penelitian telah dilakukan menyangkut metode pengukuran
serta peralatannya. Pengukuran yang paling sederhana seperti pada
praktikum, menggunakan stopwatch untuk mengukur periode. Penelitian
lain yang lebih canggih menggunakan photogate, motion detector dan juga
video (Limiansih dan Santosa, 2013).
Pada berbagai buku teks disebutkan bahwa gerak harmonik sistem
massa-pegas ini mengikuti gerak harmonik sederhana tak teredam, karena
itu amplitudonya tetap selama berosilasi. Namun dalam praktikum di
laboratorium tampak bahwa beban akan berhenti berosilasi setelah selang

1

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2

waktu tertentu. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat sesuatu yang
menyebabkan osilasi tersebut berhenti, yang disebut sebagai redaman.
Redaman disebabkan oleh adanya gesekan antara sistem yang sedang
bergerak dengan medium, misalnya karena gesekan dengan udara atau zat
cair. Medium inilah yang berperan sebagai peredam. Geraknya disebut
gerak harmonik teredam.
Meskipun demikian penelitian tentang redaman ini relatif sedikit
disebabkan oleh berbagai kendala. Salah satu kendala pada penelitian
tentang redaman adalah kesulitan untuk dapat mengikuti proses osilasi
secara kontinyu. Redaman yang terjadi hanya dapat diamati dengan mata
melalui gejala yang timbul seperti gerak osilasi yang akhirnya berhenti.
Oleh karena itu dibutuhkan media yang dapat merekam proses osilasi
sehingga dapat diamati secara kontinyu.
Video dapat digunakan untuk mendapatkan nilai posisi setiap saat dari
beban yang sedang berosilasi. Telah dilakukan analisa video oleh
Greenwood,

namun

sangat

terbatas

pada

proses

penghitungan

redamannya. Pengamatan redaman dilakukan secara manual dengan video
pada monitor, dan kemudian mencatat saat dan kedudukan beban pada
simpangan terjauh saja. Data yang diperoleh terbatas, tidak dapat
menggambarkan gejala osilasi yang teredam secara langsung (Greenwood,
1987).
Saat ini banyak kamera dengan fasilitas perekaman video yang
berharga murah, bahkan beberapa jenis telepon genggam juga dilengkapi

2

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3

dengan fasilitas perekam video. Selain itu juga tersedia perangkat lunak
pengolah video. Dengan bantuan perangkat ini pelaksanaan eksperimen
menjadi relatif mudah dan lebih cepat, hasil eksperimen dapat langsung
ditampilkan, proses dapat diikuti secara waktu nyata, dan hasil pengukuran
dapat diolah untuk dimanfaatkan lebih lanjut (Santosa, 2012). Untuk itu
pada penelitian ini osilasi beban yang digantungkan pada pegas direkam
secara kontinyu untuk mendapatkan data posisi beban setiap saat sehingga
diperoleh data yang dapat menunjukkan gejala osilasi yang teredam dan
faktor yang mempengaruhinya.
Salah satu faktor yang mempengaruhi redaman adalah peredamnya.
Peredam yang digunakan pada penelitian ini adalah larutan gliserin.
Viskositas larutan divariasikan dengan cara membuat larutan gliserin
dengan konsentrasi yang berbeda-beda. Umumnya, percobaan viskositas
pada praktikum menggunakan kelereng atau bola besi yang dicelupkan ke
dalam cairan kental seperti minyak goreng atau oli. Pada penelitian ini
pengukuran viskositas menggunakan gelembung udara yang bergerak naik
dari dasar botol plastik. Gelembung udara lebih cepat mencapai kecepatan
terminalnya bila dibandingkan dengan bola yang dijatuhkan ke dalam oli
atau minyak goreng sehingga lebih mudah untuk diamati dan dihitung
kecepatan terminalnya. Alat-alat yang digunakan untuk penelitian
viskositas sederhana dan mudah didapat seperti botol plastik, alat suntik,
dan stopwatch sehingga penelitian ini dapat dilakukan oleh siapa saja

3

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4

bahkan di sekolah-sekolah yang tidak memiliki peralatan laboratorium
yang lengkap.
Penggunaan video untuk mengukur koefisien redaman pada osilasi
sistem massa-pegas dalam larutan gliserin dengan beberapa nilai viskositas
ini juga dapat dimanfaatkan sebagai media pembelajaran di sekolah.
Menggunakan video untuk belajar tentunya akan membuat siswa tertarik
untuk belajar fisika, sehingga pelajaran fisika jadi menyenangkan.

B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dipaparkan, maka
permasalahan yang akan dikaji adalah :
1. Bagaimana pengaruh viskositas larutan peredam terhadap koefisien
redaman pada gerak osilasi sistem massa-pegas?
2. Bagaimana penggunaan video untuk mengukur koefisien redaman
pada gerak osilasi sistem massa-pegas?

C. Batasan Masalah
Dari latar belakang penelitian ini, terdapat beberapa masalah yang
terkait dengan redaman. Pada penelitian ini, masalah dibatasi pada:
1. Redaman yang diamati dan koefisien redaman yang dihitung nilainya
hanya pada peredam berupa larutan gliserin.
2. Wadah penampung larutan gliserin yang digunakan hanya yang
berbentuk silinder.

4

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5

D. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mengetahui pengaruh viskositas larutan terhadap koefisien redaman
pada gerak osilasi sistem massa-pegas.
2. Mengetahui penggunaan video untuk mengukur koefisien redaman
pada gerak osilasi sistem massa-pegas.

E. Manfaat Penelitian
1. Bagi Peneliti
a. Mengetahui cara mencari nilai viskositas larutan
b. Mengetahui cara mengukur koefisien redaman pada gerak osilasi
sistem massa-pegas dengan menggunakan video.
c. Mengembangkan kemampuan menganalisa video dengan software
LoggerPro.
2. Bagi Pembaca
a. Mengetahui cara mencari nilai viskositas larutan
b. Memahami arti redaman pada gerak osilasi sistem massa-pegas.
c. Mengetahui cara mengukur koefisien redaman pada gerak osilasi
sistem massa-pegas dengan menggunakan video.
d. Menggunakan video untuk mengukur koefisien redaman sabagai
fungsi dari viskositas larutan peredam sebagai media pembelajaran
fisika.

5

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB II
KAJIAN PUSTAKA
A. Viskositas
Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar
kecilnya gesekan di dalam fluida (Young dan Freedman, 2000). Semakin
besar viskositas fluida, maka semakin sulit suatu fluida untuk mengalir dan
juga menunjukkan semakin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida
tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara
molekul zat cair.
Viskositas fluida dapat diperoleh dengan mengukur kecepatan terminal
yang dicapai gelembung udara yang bergerak dari dasar wadah menuju
permukaan fluida.
Gelembung udara dengan massa jenis ρb bergerak di dalam fluida dengan
massa jenis ρf. Ada tiga jenis gaya yang bekerja pada gelembung udara yaitu
gaya berat W, gaya gesek dengan fluida F, dan gaya angkat oleh cairan FA
seperti ditunjukkan pada gambar 2.1.

6

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7

FA

𝜌𝑏
F
W

ρf

Gambar 2.1 Gaya-gaya yang bekerja pada gelembung udara yang bergerak
naik dalam larutan
Persamaan gerak untuk gelembung udara berbentuk bola (MendozaArenas, Perico dan Fajardo, 2009) adalah:
(1)
dengan:
massa gelembung udara
percepatan yang dialami gelembung udara
Gaya gesek F berbanding lurus dengan kecepatan ν sesuai hukum Stokes
(Mendoza-Arenas, Perico dan Fajardo, 2009):
F=6

ην

(2)

dengan:

7

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8

r: jari-jari gelembung udara
η: viskositas larutan
W adalah gaya berat gelembung udara yang besarnya sama dengan massa
gelembung udara (m) dikalikan dengan percepatan gravitasi bumi (g). Massa
gelembung udara besarnya sama dengan massa jenis gelembung udara ρb
dikalikan dengan volume gelembung udara Vb, sehingga:
W = ρ b Vb g

(3)

FA adalah gaya angkat ke atas oleh zat cair yang besarnya sama dengan
berat larutan gliserin yang dipindahkan Wf. Berat larutan gliserin yang
dipindahkan sama dengan massa jenis larutan gliserin ρf dikalikan dengan
volume larutan gliserin yang dipindahkan Vf dikalikan dengan percepatan
gravitasi bumi g, sehingga:
F A = ρ f Vf g

(4)

Volume larutan gliserin yang dipindahkan sama dengan volume
gelembung udara berbentuk bola yang nilainya

Dari persamaan (2),

(3), dan (4), maka persamaan (1) berubah menjadi:
(

)

(5)

Solusi persamaan (5) adalah:
=

ter

[1 – exp(-t/τ)]

(6)

8

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9

dengan τ adalah waktu relaksasi.
Berdasarkan persamaan (6) nilai kecepatan akan terus bertambah secara
eksponensial sampai pada akhirnya mencapai nilai kecepatan yang konstan
yang dinyatakan sebagai kecepatan terminal
Karena konstan maka nilai

ter

ter.

dapat diperoleh dengan cara membagi

jarak yang ditempuh gelembung udara (S) dengan waktu (t) yang diperlukan
bola untuk menempuh jarak tersebut menurut persamaan:

ter

=S/ t

Jika nilai

ter

(7)

telah diperoleh, maka kita dapat menghitung nilai viskositas

menggunakan persamaan berikut (Mendoza-Arenas, Perico dan Fajardo,
2009):
=

(

)

(8)

B. Osilasi Teredam
Sistem massa-pegas terdiri dari sebuah beban bermassa m yang
digantung pada ujung sebuah pegas yang dapat dirapatkan atau diregangkan
(massa pegas dapat diabaikan) seperti ditunjukkan pada gambar 2.2. Jika
benda tersebut diberi simpangan kecil kemudian dilepaskan akan timbul suatu
gaya untuk menarik benda tersebut kembali ke posisi setimbangnya. Akan
tetapi pada saat mencapai posisi setimbang, benda tersebut memiliki energi
kinetik, sehingga melampaui posisi tersebut, berhenti pada suatu tempat di

9

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10

posisi yang lain, untuk kemudian kembali lagi ke posisi setimbangnya
(Young dan Freedman, 2000).

Gambar 2.2. Sistem massa-pegas
Saat benda digeser dari posisi kesetimbangannya, gaya pegas cenderung
untuk

memulihkannya

ke

posisi

kesetimbangannya.

Gaya

dengan

karakteristik ini disebut dengan gaya pemulih. Osilasi dapat terjadi hanya jika
terdapat gaya pemulih (Young dan Freedman, 2000).
Pada keadaan setimbang, pegas tidak mengerjakan gaya pada benda.
Apabila benda disimpangkan sejauh x dari kedudukan setimbangnya, pegas
mengerjakan gaya sebesar kx seperti yang diberikan oleh Hukum Hooke:
⃗ = -k ⃗

(9)

dengan k adalah sebuah konstanta (Halliday, Resnick dan Walker. 2005).
Gaya sebanding dengan percepatan mengikuti:
(

)

(10)

dari persamaan (9) dan (10) diperoleh:

10

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11

(

)

(11)

Ketika percepatan benda berbanding lurus dan arahnya berlawanan
dengan simpangan, benda tersebut mengalami gerak harmonik sederhana
(Serway, 2009).
Persamaan (11) di atas memiliki penyelesaian:
( )

(

)

dengan A adalah amplitudo,

(12)
adalah sudut fase, dan

adalah frekuensi

sudut yang besarnya:

ω=√

(13)

Sistem osilasi yang dipaparkan di atas adalah sistem yang tidak
mengalami gesekan. Energi mekanik total konstan dan sistem diatur pada
gerak kontinyu yang berosilasi selamanya tanpa pengurangan amplitudo.
Pada kenyataannya selalu terdapat energi yang hilang sehingga osilasi
melemah seiring berjalannya waktu, kecuali jika disediakan beberapa alat
untuk mengganti energi mekanik yang hilang. Pengurangan amplitudo yang
disebabkan oleh energi yang hilang disebut redaman, dan geraknya disebut
osilasi teredam (Young dan Freedman, 2000).
Osilasi teredam akan terjadi pada sistem massa-pegas. Besar gaya
redaman yang terjadi bergantung pada besar kecepatan dan arahnya

11

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12

berlawanan dengan kecepatan. Konstanta kesebandingannya disebut koefisien
redaman b (Serway, 2009).
( )

=

(14)

Gaya hambat selalu berlawanan dengan arah gerak. Gaya ini
menyebabkan energi mekanik sistem berkurang. Hukum kedua Newton yang
diterapkan untuk gerak benda bermassa m pada pegas dengan konstanta gaya
k bila gaya redaman F = –bv (Serway, 2009) adalah:
( )

(

)

(15)

Jika redaman kecil, diperkirakan bahwa benda berosilasi dengan
frekuensi sudut ω yang hampir sama dengan frekuensi tak teredam dan
amplitudo berkurang secara lambat.
Dalam gerak harmonik sederhana, energi mekanik total berosilasi antara
energi potensial dan kinetik. Nilai rata-rata energi potensial dan energi kinetik
untuk satu siklus adalah sama, dan energi total sama dengan dua kali nilai
rata-rata energi potensial atau energi kinetik:
(

)

(16)

(17)

dengan:
E: energi mekanik total

12

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13

v: kecepatan benda yang berosilasi
Untuk osilator yang teredam sedikit, laju perubahan energi mekanik total
sama dengan daya dari gaya redaman (Serway, 2009):

(18)

Daya dari gaya redaman bertanda negatif menunjukkan bahwa energi
meninggalkan sistem. Dengan mensubstitusikan persamaan (17) ke dalam
persamaan (18) diperoleh:
( )

(19)

dengan penyelesaian:
( )

(20)

dengan c adalah suatu konstanta integrasi sembarang. Dituliskan bentuk
eksponensial masing-masing ruas:
( )

dengan

( )

( )

(21)

adalah suatu konstanta lain, yang merupakan energi pada

waktu t = 0.
Bila redaman kecil, maka b kecil, dan osilator hanya akan kehilangan
sebagian kecil energinya selama berosilasi.

13

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14

Energi osilator berbanding lurus dengan kuadrat amplitudonya. Jika A
adalah amplitudo pada waktu t dan A0 adalah amplitudo pada t = 0, diperoleh:

(22)

Kemudian, dari persamaan (21)
( )

atau
)

(

(23)

Jadi, amplitudo berkurang secara eksponensial terhadap waktu. Penyelesaian
untuk persamaan (15) adalah:

x(t) = A0

(

)

(

)

(24)

dengan A0 adalah amplitudo maksimum,

adalah sudut fase, dan ω adalah

frekuensi sudut.
Jika redaman bertambah secara perlahan, redaman akhirnya mencapai
nilai kritis bc sehingga tak ada osilasi yang terjadi. Bila b = bc, sistem
mengalami kondisi critical damping. Dalam kasus ini, saat sistem diberi
simpangan kecil kemudian dilepaskan, maka sistem tidak akan berosilasi
namun langsung kembali ke posisi setimbangnya. Hal ini disebabkan oleh
medium yang sangat kental sehingga gaya hambatnya lebih besar daripada
gaya pemulihnya. Bila b > bc maka sistem mengalami kondisi over damping.

14

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15

Kondisi over damping mirip dengan critical damping, bedanya pada kondisi
critical damping sistem lebih cepat kembali ke posisi kesetimbangannya.
(Serway, 2009).
Peredam bisa berupa udara atau zat cair, sebagai contoh larutan gliserin.
Larutan gliserin divariasikan konsentrasinya dan digunakan untuk meredam
gerak osilasi sebuah sistem massa-pegas. Larutan gliserin dengan konsentrasi
yang berbeda memiliki nilai viskositas yang berbeda pula. Viskositas larutan
mempengaruhi konstanta redaman b (Mendoza-Arenas, Perico dan Fajardo,
2009).

15

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan redaman pada sebuah sistem
massa-pegas yang berosilasi di dalam larutan dengan nilai viskositas tertentu.
Sistem ini terdiri dari sebuah bola bermassa 266 gram dan berdiameter 6,4 cm
yang digantungkan pada sebuah pegas dan kawat tipis. Bola akan berosilasi di
dalam sebuah wadah berbentuk silinder yang diisi dengan larutan gliserin. Secara
umum penelitian ini dibagi ke dalam 3 tahapan, yaitu: tahapan pertama adalah
menentukan viskositas larutan gliserin dengan konsentrasi yang berbeda-beda,
kemudian langkah kedua adalah menentukan koefisien redaman sebagai fungsi
dari viskositas larutan gliserin, dan tahap yang ketiga adalah menentukan
koefisien redaman sebagai fungsi dari ukuran diameter wadah penampung larutan
gliserin.
A. Penentuan Nilai Viskositas Larutan Gliserin
Larutan gliserin yang dipakai dalam penelitian ini terdiri dari 5 jenis
konsentrasi yang berbeda-beda yaitu 10%, 20%, 30%, 40% dan 50%. Gliserin
yang dijual di pasaran umumnya merupakan gliserin murni atau gliserin
100%, oleh karena itu harus dibuat sendiri terlebih dahulu larutan gliserin
dengan konsentrasi yang sesuai dengan keperluan penelitian, yaitu dengan
cara membuat campuran gliserin murni dan air. Pencampuran tidak dilakukan
sembarangan tetapi dengan menghitung perbandingan volume gliserin
terhadap volume total larutan.

16

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17

Larutan yang tersedia kemudian dicari viskositasnya seperti pada
persamaan (8)
=

(

)

dengan terlebih dahulu menentukan kecepatan terminal gelembung udara
yang bergerak naik dari dasar wadah penampung menuju ke permukaan
cairan, menghitung besar jari-jari gelembung udara, dan menghitung massa
jenis larutan gliserin.
Kecepatan terminal dapat diperoleh dengan terlebih dahulu mengukur
jarak tempuh gelembung udara yaitu jarak antara dua stiker, juga mengukur
waktu yang diperlukan gelembung udara untuk menempuh jarak tersebut,
kemudian dihitung menggunakan persamaan (7)
νter = S / t
Rangkaian alat dan foto set alat yang dipakai saat penelitian ditunjukkan
pada gambar 3.1 dan gambar 3.2.

Gambar 3.1. Rangkaian alat untuk menentukan kecepatan terminal
gelembung udara

17

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18

Keterangan:
1. Botol plastik

3. Alat suntik

2. Larutan gliserin

4. Stiker penanda jarak

Gambar 3.2. Foto set alat untuk mengukur kecepatan terminal gelembung
udara
1. Botol plastik
Botol plastik berfungsi sebagai wadah penampung larutan gliserin.
Pada penelitian ini dipakai botol plastik bekas air mineral yang disambung
menggunakan lem sehingga menjadi tinggi. Digunakan botol plastik
karena mudah didapat, bisa disambungkan dengan alat suntik (jika
menggunakan botol kaca sulit untuk disambungkan dengan alat suntik),
dan berwarna bening sehingga memudahkan dalam mengamati gerak
gelembung udara di dalam cairan.

18

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19

2. Larutan gliserin
Larutan gliserin digunakan sebagai peredam gerak osilasi. Dipilih
gliserin sebagai peredam karena mudah diperoleh, kental namun dapat
larut dengan air sehingga bisa divariasikan konsentrasinya. Konsentrasi
gliserin yang divariasikan akan mempengaruhi viskositas larutan. Sebelum
digunakan sebagai peredam, terlebih dahulu diukur viskositas dari 5 jenis
larutan gliserin yang telah disediakan.
3. Alat suntik
Alat suntik berfungsi untuk menginjeksikan udara dengan volume
tertentu ke dalam larutan gliserin. Dalam penelitian ini dipakai alat suntik
bervolume 10 ml dan volume udara yang diinjeksikan sebesar 0,2 ml.
4. Stiker
Dua buah stiker di pasang pada botol plastik dengan jarak tertentu
sebagai penanda jarak tempuh gelembung udara.
5. Stopwatch
Stopwatch berfungsi sebagai alat untuk mengukur waktu saat
gelembung udara bergerak dari stiker pertama hingga mencapai stiker
kedua.
6. Termometer
Termometer berfungsi sebagai alat untuk mengukur suhu larutan
gliserin.

19

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20

7. Plastisin
Plastisin berfungsi sebagai penutup celah antara botol dan alat suntik
sehingga cairan di dalam botol tidak keluar dari dalam botol.
Langkah penentuan kecepatan terminal gelembung udara adalah:
1. Alat dirangkai seperti pada gambar 3.1.
2. Dua buah stiker ditempelkan pada botol plastik sebagai batas penanda
jarak. Stiker bawah di pasang di titik saat gelembung udara mulai bergerak
dengan kecepatan konstan. Untuk percobaan ini ditentukan jarak kedua
stiker sejauh 25 cm.
3. Alat suntik dilekatkan dengan kuat pada botol dan semua celah yang
memungkinkan terjadi kebocoran ditutup dengan menggunakan plastisin.
4. Gelembung udara diinjeksikan melalui alat suntik dengan tekanan tetap
agar diperoleh gelembung udara berukuran sama.
5. Waktu untuk gelembung udara bergerak naik dari stiker bawah menuju
stiker atas diukur menggunakan stopwatch.
6. Langkah 4 dan 5 dilakukan sebanyak 10 kali.
7. Langkah 1-6 diulangi untuk larutan gliserin dengan konsentrasi yang
berbeda.
Massa jenis larutan gliserin ρf dapat diperoleh dengan cara mengukur
massa larutan (m) menggunakan neraca ohaus dan mengukur volume larutan
(V) menggunakan gelas ukur, kemudian dihitung menggunakan rumus:

20

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21

B. Penentuan Koefisien Redaman Pada Osilasi Sistem Massa-Pegas Dalam
Larutan Gliserin Dengan Beberapa Nilai Viskositas Menggunakan Video
Penentuan koefisien redaman pada osilasi sistem massa-pegas dalam
larutan gliserin dengan beberapa nilai viskositas dilakukan dengan cara
merekam gerak osilasi sistem massa-pegas di dalam larutan gliserin dengan
konsentrasi yang berbeda-beda. Digunakan kamera Casio Exilim untuk
merekam video. Hasil rekaman kemudian dianalisis menggunakan software
LoggerPro. Rangkaian alat dan foto set alat yang dipakai saat penelitian
ditunjukkan pada gambar 3.3 dan gambar 3.4.

Gambar 3.3. Rangkaian alat untuk menentukan koefisien redaman pada
osilasi sistem massa pegas dalam larutan gliserin dengan beberapa nilai
viskositas
Keterangan:
1. Statip

4. Bola

2. Pegas

5. Wadah berisi larutan

3. Kawat tipis

gliserin

21

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22

Gambar 3.4. Foto set alat untuk menentukan koefisien redaman pada osilasi
sistem massa-pegas dalam larutan gliserin dengan beberapa nilai viskositas
1. Statip
Statip berfungsi sebagai tempat menggantungkan pegas. Statip bisa
diatur ketinggiannya sesuai dengan kebutuhan penelitian.
2. Sistem massa-pegas
Sistem massa-pegas terdiri dari pegas, kawat tipis, dan bola. Kawat
tipis sebagai benda tegar berfungsi untuk menghubungkan pegas dengan
bola. Bola tidak langsung digantungkan pada pegas agar pegas tidak
tercelup ke dalam larutan. Pada penelitian ini digunakan kawat tipis
dengan panjang 25 cm. Kawat dipilih yang tipis agar massanya dapat
diabaikan. Bola berfungsi sebagai beban. Bola terbuat dari plastik yang
diisi dengan semen untuk menambah massanya. Bola yang dipakai pada
penelitian ini bermassa 266 gram dan berdiameter 6,4 cm.

22

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23

3. Wadah dan larutan gliserin
Wadah berfungsi sebagai penampung larutan gliserin. Pada penelitian
ini dipakai wadah plastik bening berdiameter 10,5 cm. Dipilih yang
berwarna bening supaya gerakan bola di dalamnya dapat diamati dan
direkam. Wadah harus lebih besar dari bola supaya saat sistem berosilasi
bola tidak menyentuh dinding wadah.
Larutan gliserin digunakan sebagai peredam gerak osilasi. Konsentrasi
gliserin divariasikan supaya dapat dilihat pengaruhnya terhadap redaman
yang terjadi.

Langkah penentuan koefisien redaman sebagai fungsi dari viskositas
larutan gliserin adalah:
1. Alat dirangkai seperti pada gambar 3.3.
2. Sistem massa-pegas diberi simpangan kecil kemudian dilepaskan.
3. Gerak osilasi sistem massa-pegas direkam menggunakan kamera video
mulai dari awal berosilasi sampai sistem berhenti bergerak.
4. Hasil rekaman video kemudian ditampilkan ke dalam LoggerPro untuk
dianalisis dengan cara memilih menu insert  movie, seperti pada gambar
3.5 berikut.

23

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24

Gambar 3.5 Tampilan awal pada LoggerPro sebelum hasil rekaman video
dimasukkan
5. Untuk menganalisis video, gunakan ikon “video analysis” yang terletak di
sebelah kanan bawah dan diberi tanda bulat merah pada gambar 3.6.

Gambar 3.6 Ikon “video analysis” untuk menganalisa video

24

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25

6. Untuk menentukan ukuran yang sesungguhnya digunakan ikon “set scale”
dan untuk mengambil data, digunakan ikon “add point” ditandai dengan
lingkaran ungu dan merah pada gambar 3.7.

Gambar 3.7 Ikon “set scale” untuk menentukan ukuran sesungguhnya dan
“add point” untuk mengambil data
7. Saat memberikan titik-titik pada bagian bola yang sudah ditandai dengan
plester hitam (ditunjukkan dengan panah berwarna merah) secara otomatis
akan muncul titik-titik yang membentuk grafik pada posisi horizontal (x)
dan posisi vertikal (y) ditunjukkan dengan panah berwarna hijau dan hitam
seperti pada gambar 3.8.

25

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26

Gambar 3.8 Titik-titik yang membentuk grafik pada posisi horizontal (x)
dan posisi vertikal (y)
8. Untuk mem”fit” data, digunakan ikon “curve fit” dibagian atas, yang
ditandai dengan lingkaran berwarna merah pada gambar 3.9.

Gambar 3.9 Ikon “curve fit” untuk mem”fit” data

26

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27

9. Setelah memilih ikon “curve fit” akan muncul tampilan seperti pada
gambar 3.10. General Equation menyediakan berbagai persamaan yang
dapat dipiih untuk mem”fit” data. Jika persamaan yang diinginkan belum
tersedia, dapat digunakan “Define Function” kemudian ketik persamaan
yang diinginkan. Dengan meng-klik tombol Try Fit, maka akan diperoleh
nilai konstanta yang diperlukan untuk menghitung koefisien redaman b.

Gambar 3.10. Tampilan pada LoggerPro setelah meng-klik ikon “curve
fit”

27

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Viskositas Larutan Gliserin
Larutan gliserin yang dipakai dalam penelitian ini terdiri dari berbagai
konsentrasi yaitu 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%. Larutan gliserin dibuat
dengan cara mencampur gliserin murni dengan air, dengan mengukur
perbandingan volume gliserin terhadap volume larutan total. Gliserin murni
tidak dapat langsung larut dengan air, harus diaduk sampai bercampur rata.
Jika tidak, gliserin akan menggumpal di dalam larutan.
Stiker ditempelkan di titik saat gelembung udara telah bergerak dengan
kecepatan konstan. Jarak antara dua stiker diukur menggunakan meteran dan
diperoleh hasil sebesar s = (0,250 ± 0,002) m.
Suhu tiap larutan gliserin diukur menggunakan termometer dan diperoleh
hasil yang sama untuk semua larutan gliserin yaitu T = 26°C. Gelembung
udara diinjeksikan melalui alat suntik. Gelembung udara akan bergerak naik
dari dasar wadah menuju permukaan, kemudian diukur waktunya untuk
menempuh jarak yang telah ditandai dengan stiker. Pengukuran waktu
dilakukan sebanyak 10 kali dan diperoleh data seperti pada tabel 4.1 berikut:

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29

Tabel 4.1. Waktu (s) yang diperlukan gelembung udara untuk menempuh jarak
0,25 m di dalam berbagai konsentrasi larutan gliserin

No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
trataan

Konsentrasi Larutan
10% 20% 30% 40%
0,89 0,91 1,09 1,10
0,87 0,92 1,07 1,10
0,87 0,92 1,09 1,13
0,85 0,95 1,09 1,10
0,84 0,91 1,08 1,11
0,86 0,92 1,09 1,13
0,84 0,97 1,09 1,13
0,84 0,93 1,06 1,13
0,89 0,93 1,07 1,11
0,84 0,91 1,09 1,10
0,859 0,927 1,082 1,114

50%
1,18
1,16
1,15
1,19
1,14
1,19
1,19
1,16
1,16
1,17
1,162

Ralat pengukuran waktu yang diperlukan gelembung udara untuk
menempuh jarak 0,25 m di dalam larutan gliserin10% ditunjukkan pada tabel
4.2:
Tabel 4.2. Ralat pengukuran waktu yang diperlukan gelembung udara untuk
menempuh jarak 0,25 m di dalam larutan gliserin 10%
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

t (s)
0,89
0,87
0,87
0,85
0,84
0,86
0,84
0,84
0,89
0,84

̅ (s)
0,859
0,859
0,859
0,859
0,859
0,859
0,859
0,859
0,859
0,859
Σ(

29

̅ (s) (
̅)2(s2)
0,031
0,000961
0,011
0,000121
0,011
0,000121
-0,009
0,000081
-0,019
0,000361
0,001
0,000001
-0,019
0,000361
-0,019
0,000361
0,031
0,000961
-0,019
0,000361
̅)2(s2)
0,00369

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30

√

(

(

̅)

)

√

(

s

)

Waktu yang diperlukan gelembung udara untuk menempuh jarak 0,25 m di
dalam larutan gliserin 10% adalah
̅

(0,86 ± 0,01) sekon.

Dengan cara yang sama dihitung ralat untuk larutan gliserin dengan

konsentrasi 20%, 30%, 40%, dan 50%, yang disajikan pada lampiran 1.
Waktu yang diperlukan gelembung udara untuk menempuh jarak 0,25 m
di dalam larutan gliserin dengan berbagai konsentrasi ditunjukkan pada tabel
4.3 berikut ini:
Tabel 4.3. Waktu yang diperlukan gelembung udara untuk menempuh
jarak 0,25m di dalam larutan gliserin dengan berbagai konsentrasi
Konsentrasi (%)
10
20
30
40
50

Waktu (s)
0,86 ± 0,01
0,93 ± 0,01
1,08 ± 0,01
1,11 ± 0,01
1,16 ± 0,01

Hasil yang telah diperoleh kemudian digunakan untuk menghitung kecepatan
terminal gelembung udara pada persamaan (9) sebagai berikut:

̅
Ralat untuk kecepatan terminal diperoleh dengan cara sebagai berikut:

= √( )

̅

( ̅)

Sebagai contoh, ralat kecepatan terminal untuk larutan gliserin 10% adalah:

30

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31

= √( )

̅

√(

( ̅)

)

(

) = 0,01

Maka nilai kecepatan terminal gelembung udara yang menempuh jarak
25 cm di dalam larutan gliserin 10% adalah
(

)

.

Cara yang sama digunakan untuk menghitung nilai kecepatan terminal
gelembung udara yang menempuh jarak 25 cm di dalam larutan gliserin 20%,
30%, 40%, dan 50%, yang disajikan pada lampiran 2.
Kecepatan terminal gelembung udara yang menempuh jarak 0,25 m di
dalam larutan gliserin dengan berbagai konsentrasi ditunjukkan pada tabel 4.4
berikut ini:
Tabel 4.4. Kecepatan terminal gelembung udara yang menempuh jarak
0,25 m di dalam larutan gliserin dengan berbagai konsentrasi
Konsentrasi (%)
10
20
30
40
50

vter (m/s)

Berdasarkan hasil perhitungan pada tabel 4.4, semakin besar konsentrasi
larutan gliserin maka semakin kecil kecepatan terminal gelembung udara,
atau dengan kata lain semakin kental larutan, semakin lambat gerakan suatu
benda di dalam larutan tersebut.
Dengan mengetahui nilai kecepatan terminal maka dapat dihitung nilai
viskositasnya menggunakan persamaan (8)

31

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32

(

)

dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa nilai viskositas

tidak hanya

dipengaruhi oleh kecepatan terminal gelembung udara yang bergerak di
dalam larutan gliserin. Viskositas juga dipengaruhi oleh massa jenis larutan
, massa jenis gelembung udara

, dan ukuran jari-jari gelembung udara .

Jari-jari gelembung udara tidak dapat diukur secara langsung, tetapi dapat
dihitung menggunakan rumus volume bola.

Volume udara yang diinjeksikan melalui alat suntik adalah tetap yaitu sebesar
0,2 ml, sehingga diperoleh nilai jari-jari gelembung udara:
√
Volume

√
udara

yang

diinjeksikan

melalui

alat

suntik

adalah

V = (0,20 ± 0,05) ml. Dengan cara yang sama seperti pada kecepatan terminal
gelembung udara, dihitung ralat untuk jari-jari gelembung udara. Dengan
demikian, jari-jari gelembung udara yang muncul saat alat suntik diinjeksikan
adalah r = (0,36 ± 0,08) cm.
Massa jenis gelembung udara besarnya adalah ρb = 0,0012 g/cm3. Massa
jenis larutan dapat diperoleh dengan cara menghitung massa larutan dibagi
volume larutan, diperoleh nilai massa jenis larutan sebagai berikut:

32

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33

ρf gliserin 10% =

= 0,925 gr/ml

Massa larutan gliserin m = (92,5 ± 0,5) gr dan volume larutan gliserin
V = (100,0 ± 0,5) ml, maka ralat untuk massa jenis larutan gliserin diperoleh
dengan cara sebagai berikut:
̅

= √(

)

( )

= √(

)

(

Sebagai contoh, ralat massa jenis larutan gliserin 10% adalah:
) = 0,003

Maka massa jenis larutan gliserin 10% adalah ρf = (0,925 ± 0,003) gr/ml
Cara yang sama digunakan untuk menghitung massa jenis larutan gliserin
20%, 30%, 40%, dan 50%, terdapat pada lampiran 3.
Massa jenis berbagai konsentrasi larutan gliserin ditunjukkan pada tabel
4.5 berikut ini:
Tabel 4.5. Massa jenis berbagai konsentrasi larutan gliserin
Konsentrasi (%)
10
20
30
40
50

(

ρf(gr/ml)
0,925 ± 0,003
0,947 ± 0,007
1,008 ± 0,007
1,025 ± 0,007
1,040 ± 0,007

)

33

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34

Dengan demikian, diperoleh nilai viskositas berbagai konsentrasi larutan
gliserin seperti pada tabel 4.6 berikut:
Tabel 4.6. Nilai viskositas berbagai konsentrasi larutan gliserin
No
1
2
3
4
5

C
10%
20%
30%
40%
50%

η (Ns/m2)
0,09 ± 0,02
0,10 ± 0,02
0,12 ± 0,02
0,13 ± 0,03
0,14± 0,03

Berdasarkan hasil di atas terlihat bahwa semakin besar konsentrasi
larutan gliserin maka semakin besar viskositasnya. Dengan kata lain, semakin
banyak kandungan gliserin di dalam air maka semakin kental larutan tersebut.
Dengan menggunakan botol plastik dan alat suntik, percobaan viskositas
menjadi lebih mudah dan murah dibandingkan dengan yang biasa dilakukan
di lab untuk praktikum. Botol plastik bekas minuman sangat mudah
ditemukan di sekitar kita, kalaupun harus membeli harganya sangat murah.
Berbeda dengan tabung silinder kaca besar yang ada di lab, tentu harganya
mahal. Selain itu, bola lebih lambat mencapai kecepatan konstannya
dibandingkan dengan gelembung udara. Hal ini bisa menyebabkan lebih
mudah untuk mengamati gerakan gelembung udara daripada bola.
Ukuran alat suntik berpengaruh terhadap gelembung udara yang
dihasilkan. Awalnya digunakan alat suntik bervolume 50 ml, namun sangat
sulit untuk menghasilkan gelembung udara yang kecil. Alat suntik bervolume
lebih kecil dari 10 ml memiliki bentuk tabung yang panjang. Jika digunakan,

34

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35

peneliti butuh waktu yang lebih lama ketika menginjeksikan udara.. Hal ini
tidak baik karena mengakibatkan larutan gliserin dapat masuk ke dalam
tabung yang harusnya hanya berisi udara saja. Oleh karena itu digunakan alat
suntik bervolume 10 ml sehingga dapat menghasilkan gelembung bervolume
0,02 ml seperti yang diinginkan untuk keperluan penelitian.
Gliserin dipilih sebagai larutan kental karena gliserin dapat larut di dalam
air sehingga bisa divariasikan konsentrasinya dan digunakan untuk penelitian
selanjutnya yang terkait, yaitu osilasi teredam sebagai fungsi dari viskositas.
Jika menggunakan minyak goreng atau oli seperti yang lazim digunakan
untuk percobaan viskositas, tidak dapat divariasikan konsentrasinya karena
kedua jenis cairan tersebut tidak dapat larut dengan air.
Namun, harga gliserin cukup mahal sehingga perlu dipikirkan ukuran
botol plastik sebagai wadah agar dapat menghemat penggunaan gliserin.
Digunakan 3 buah botol plastik bekas air mineral bervolume 600 ml yang
digabungkan sehingga botol menjadi tinggi. Diameter botol yang kecil
menyebabkan jumlah larutan gliserin yang dipakai tidak terlalu banyak,
sekitar 1 liter untuk masing-masing konsentrasi. Botol dibuat tinggi supaya
gelembung udara dapat menempuh jarak 25 cm dan waktu tempuhnya dapat
diukur menggunakan stopwatch. Jika botol pendek, jarak tersebut juga
menjadi lebih pendek dan waktu yang diperlukan gelembung udara untuk
menempuh jarak tersebut juga menjadi sangat singkat sehingga sulit diukur
menggunakan stopwatch.

35

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36

Mengukur waktu tempuh gelembung udara bisa juga dilakukan dengan
cara merekam proses pergerakan gelembung udara dengan kamera video
kemudian di analisis menggunakan software LoggerPro, tetapi gelembung
udara yang berwarna bening (sewarna dengan larutan gliserin) sulit diamati
saat menganalisis yaitu saat memberi titik-titik untuk menandai jejak
gelembung udara yang bergerak. Oleh sebab itu, dipilih metode pengukuran
menggunakan stopwatch.

B. Osilasi Sistem Massa-Pegas Dalam Larutan Gliserin Dengan Beberapa
Nilai Viskositas Menggunakan Video
Proses osilasi direkam menggunakan kamera yang memiliki fasilitas
perekam video. Berbagai jenis kamera dapat digunakan untuk merekam
termasuk kamera ponsel. Dalam penelitian ini digunakan kamera Casio
Exilim karena kualitas rekaman yang dihasilkan baik dan hasil rekaman dapat
diolah dengan menggunakan software LoggerPro.
Hasil rekaman video dianalisis dengan cara memberi titik-titik pada
bagian bola yang sudah ditandai dengan plester hitam. Titik-titik dibuat
dengan meng-klik ikon “add point” pada bagian analisis video. Setelah itu
secara otomatis kursor akan berfungsi sebagai pemberi titik. Pemberian titiktitik dilakukan dengan cermat dan hati-hat untuk mengurangi kesalahan. Jika
posisi titik yang dibuat tidak tepa