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

ALAT PENGUKUR TEGANGAN PERMUKAAN ZAT CAIR DENGAN METODE JAEGER

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

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,

Hariyanto

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 menggunakan alat ini adalah metode demonstrasi, khususnya pembelajaran mengenai tegangan permukaan zat cair.

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. This surface tensionmeter of liquid is expected to create a teaching method that involves students to be being active in abserving physic symtoms directly. Demonstrasion teaching method can be doing with this surface tensionmeter of liquid.

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 menjalin persahabatan selama ini.

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 khususnya serta ilmu pengetahuan pada umumnya.

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

5. Metode Jaeger ................................................................................ 11 C. Perumusan Masalah..............................................................................

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

14 BAB II. METODOLOGI PENELITIAN......................................................... 15

A. Cara Kerja Alat .................................................................................... 15 B. Teori Ketidakpastian ............................................................................

21 1. Hasil Pengukuran Selalu Dihinggapi Ketidakpastian......................

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 LAMPIRAN..................................................................................................... 60

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

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 Biaya Pembuatan Alat Pengukur Tegangan Permukaan...........

6 LAMPIRAN 2

2 Perhitungan Nilai H dan h ...................................................................

61 LAMPIRAN 3 Penghitungan ketidakpastian Hasil pengukuran ...................................

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 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 Universitas Sanata Dharma.

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. 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 demonstrasi yang telah dicontohkan oleh guru 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 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

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

τ = μ (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,

τ = μ (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

τ μ = du dy (1-3)

Kerapatan dengan simbol ρ didefinisikan sebagai massanya per volume satuan. Secara matematis dapat ditulis

m ρ =

(1-4)

v v

Volume jenis merupakan kebalikan dari kerapatan ρ , volume yang

ditempati oleh masa suatu fluida. Maka

1 v = s (1-5)

Massa jenis γ suatu zat adalah berat zat per volume satuan. Massa jenis berubah bersama lokasi, serta bergantung gravitasi,

g γ = ρ (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 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 dengan kecenderungan menarik permukaan agar tertutup. Secara matematis dapat ditulis:

F :

σ (1-7) L

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).

σ R P

P e

₂ σ

Δ p π R

Gambar. 1.2

Gaya yang timbul di sekeliling tepinya karena tegangan permukaan adalah 2 π R σ . Gaya ini harus diimbangi oleh perbedaan tekanan ( P Δ ) antara tekanan dalam P _i dan tekanan luar yang bekerja pada permukaan bundaran.

P _e ₂ Jadi

2 R P R (1-8) π σ = Δ π

2 σ Δ =

(1-10)

R 2 σ

Δ P = P − P =

(1-11)

i e R

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).

2 H h

3 Gambar. 1.3 Keterangan gambar

1. Pipa kapiler

2. Botol penghasil tekanan

3. Pipa manometer

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:

2 σ h ρ + g

(1-12)

Dengan ρ masa 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

2 σ

2 Karena mengetahui H dan h pada saat pembentukan gelembung udara

ρ 1 Hdg H = − = σ ρ + rg ( Hd h ) atau (1-12) r

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 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.

4. Dapat melakukan pembelajaran dengan menggunakan alat yang telah dibuat.

E. Manfaat Penelitian

Bila tujuan Penelitian ini dapat dicapai maka dapat dipakai sebagai alat pengajaran fisika di Perguruan Tinggi dan khususnya di Universitas Sanata Dharma.

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.

6 Gambar 1.4

Gambar 1.5

18 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

18. Tabung reaksi 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

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 perubahan ketinggian zat cair pada pipa manometer.

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:

2 h ρ + g r

Sehinga hubungan antara besara tekanan udara pada saat terjadi

2 ρ + = h g Hdg r

2 σ = Hdg − h ρ g r

2 = r Hdg − h g σ ( ρ )

1 = r Hdg − h g σ ( ρ )

1 = rg Hd − h σ ( ρ )

2 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

1 = rg ( Hd − h )

σ ρ

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

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

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

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 ; 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 V

1 = ( 5,0 ± 0,05 ) volt. Ketidakpastian mutlak disini 0,05 ,

volt sedangkan ketidakpastian relative pengukuran ini adalah atau 1%. Kalau

5 ,

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

05 ketidakpastian relativ pengukuran kedua ini atau 5 %. Karena ketidakpastian 10 , 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 V dengan ketelitian yang sama dengan ketelitian yang dicapai

1 V

₁

1 pengukuran V

2 haruslah = 0,5% atau V 1 = 0,5 % x 5,0 volt = volt. Maka

V ₁

1 diperlukan voltmeter dengan hitungan terkecil volt ( minimum ); dengan kata 20 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:

∂ z ∂ z σ + = Z − Z ( x , y ) = Δ x Δ y (2-1)

∂ x ∂ y _{x , y} _{x , y} Sehingga ketidakpastian untuk pengukuran tegangan permukaan ini dapat ditentukan sebagai berikut:

1 = ( − )

σ rg Hd h ρ

(2-2)

1 = −

σ rgHd rgh ρ

(2-3)

2 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:

∂ σ ∂ σ ∂ σ ( r , H , h ) r H h (2-4)

Δ σ = σ − σ = Δ Δ Δ + + ∂ r ∂ H ∂ h _{r , H , h r , H , h r , H , h}

Δ σ
= gHd − gH ρ Δ r rgd Δ H rg ρ Δ h (2-5)

gHd − gh ρ Δ r rgd Δ H rg ρ + + Δ h

Δ σ

2 =

(2-6)

1 σ

rg ( Hd − h ρ )

2 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 _{_} _N yang sebenarnya ( x ) dengan nilai rata-rata ( x ), dan simpangan atau deviasi ( )dengan standar deviasi atau simpangan baku ( s ). Dengan demikian nilai

∂ _x _N

_ _N

jaminan 68 persen simpangan nilai rata-rata x terhadap x tidak lebih daripada s ”. _N Djonoputro ada lagi satu keuntungan dengan dilakukannya pengukuran _{_} _N berulang, yakni ketidak pastian pada nilai rata-rata x , sesungguhnya bukanlah

s _{_} s

, melainkan , yang ternyata

X _N s _ s _N (2-7)

X N = N s _ s

dinamai simpangan baku nilai rata-rata terhadap x . Pengertian oleh

X N s _{_} s _{_} s

jelas merupakan keuntungan, karena lebih kecil daripada .Dengan

X _N

demikian Djonoputro menyimpulkan bahwa: a. Pengukuran tuggal memberikan hasil yang patut diragukan.

b. Pengulangan pengukuran membawa tiga macam keuntungan: _{_} 1) x dapat diganti dengan x . N

s 2) dapat diganti dengan .

∂ _{x N} _{_} s _{_} _N s 3) Ketidakpastian pada x adalah yang lebih kecil dari .

X _N

Dengan demikian hasil pengukuran yang diulang N kali kita laporkan sebagai berikut: _{_}

x Σ _i

_{_}

⎞ ₂ ₂ ⎛ − x x Σ ⎜ i N ⎟

1 N x − ( x ) Σ Σ _{i i ⎝ ⎠}

= s _ = = (2-9) Δx _x _{N N N}

1 N N

1 − ( − )

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.

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

1 = −

σ rg ( Hd h ρ )

b. Langkah-langkah melakukan pengukuran tegangan permukaan zat cair yang sama dengan suhu berubah-ubah:

1. Letakan alat sedimikian rupa sehingga alat terletak dengan rata, kertaan letak alat dapat dilihat dari water pas.

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

3. Masukan zat cair yang akan diukur tegangan permukaannya kedalam bekerglas.Pada saat pengisian ini kran harus terbuka.

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.

7. Kemudian kran dibuka secara berlahan-lahan dan amati bekerglas dan pipa manometer, pada saat terjadi gelembung udara pada zat cair yang diukur tegangan permukaannya, 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 )

8. Lakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan

1 = −

σ rg ( Hd h ρ )

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