LEMBAR KERJA MAHASISWA

VISKOSITAS

Nama : Akmal Budi Septian

Nim : 2110038

Kelas : Pendidikan Fisika 1 B

Viskositas merupakan sifat fisis yang menggambarkan suatu resistensi

terhadap suatu aliran fluida, resistensi ini disebabkan oleh gesekan yang dihasilkan
oleh moleku-molekul yang terdapat pada zat cair. Jika kita perhatikan berbagai zat
cair mempunyai kekentalan atau kemampuan alir yang berbeda. Beberapa zat cair
memiliki nilai viskositas yang cukup tinggi karena kegunaannya dalam mengatasi
faktor gesekan pada mesin, misalnya oli mesin. Pada saat mesin dihidupkan, oli
mesin dialirkan ke seluruh komponen mesin oleh pompa oli. Oli melewati bagian-
bagian yang bergerak dan membentuk lapisan film untuk melumasi komponen
tersebut, sehingga komponen terhindar dari kerusakan dan keausan.

Besarnya gaya viskositas dapat diturunkan secara mikroskopik melalui fisika

statistik. Sebuah benda berbentuk bola digerakan dalam fluida yang memiliki nilai
viscositas  dinyatakan dengan :
Fs= 6rv

Dimana Fs merupakan gaya gesek yang disebabkan oleh viscositas fluida (N)
,  viskositas fluida (poise), r jari-jari bola (m) dan v adalah kecepatan gerak benda
(m/s). Kita dapat menentukan nilai viskositas fluida dengan cara mengalirkan fluida
atau memasukkan benda kedalam fluida.

Perhatikan demonstrasi berikut:

1. Dari video gambar di atas, apa yang dapat Anda jelaskan dari ketiga
kondisi tersebut?
Yaitu ketika benda dijatuhkan pada ketiga zat cair tersebut tampak
perbedaan yang cukup signifikan terutama dari kecepatan benda tersebut
dimasukkan pada ketiga zat cair.
Selain itu bisa dilihat bahwa Air memiliki kekentalan zat yang rendah
sehingga ketika benda tersebut dimasukkan kedalamnya benda tersebut tampak
melaju begitu cepat. Hal ini disebabkan karena adanya nilai poise pada air itu
sendiri sangat rendah dibandingkan dengan nilai poise pada zat cair lainnya.
Pada zait cai yang berada pada posisi di tengah, terlihat, zat cair tersebut
dari segi fisi warnanya tampak lebih gelap dibandingkan dengan fisis zat cair
yang sebelumnya. Sehingga hal ini membuat semakin gelap warnanya maka
semakin pada molekul – molekul dalam zat cair tersebut erat ikatannya dan
membuat ketika benda di masukkan ke dalamnya memiliki laju yang lebih
lambat dibandingkan pada zat sebelumnya.
Pada percobaan zat cair yang dimana fisis warnanya lebih gelap
dibandingkan dengan zat – zat sebelumnya membuat nilai poise zat cair tersebut
memiliki nilai yang lebih tinggi atau lebih besar. Mengapa? Karena semakin
gelap warnanya maka semakin rapat ikatan – ikatan antar molekulnya dan
membuat ketika benda di masukkan kedalamnya memiliki laju yang lebih
lambat dibandingkan dengan dua zat cait sebelumnya.

2. Deskripsikan bagaimana gerakan benda saat dimasukkan ke dalam fluida,

mulai dari benda menyentuh permukaan fluida sampai ke dasar tabung!
Pada tabung paling kiri terlihat benda begitu bebas bergerak mulai dari
menyentuh permukaan fluida hingga sampai ke dasar tabung. Hal ini karena
tidak adanya hambatan yang begitu besar akibat kerapatan – kerapan ikatan
antar molekul pada air.
 Pada tabung yang berposisi di tengah terlihat benda ketika dari awal yaitu
menyenyuh permukaan fluida hingga sampai pada dasar tabung terlihat
pergerakannya hanya beraturan atau tidak bergerak bebas seperti pada benda
pertama. Hal ini disebabkan karena ikatan antar molekul pada zat tersebut mulai
memiliki kerapatan – kerapatan yang signifikan. Sehingga hal ini membuat
benda tersebut tidak bisa bergerak bebas ketika melintasi zat cair tersebut.
Pada tabung terakhir yang berposisi di paling kanan terlihat benda bergerak
seperti benar – benar tertahan tapi masih dapat bergerak walaupun
pergerakannya tersebut lambat. Hal ini disebabkan oleh kerapatan antar
molekul pada zat cait tersebut memiliki ikatan – ikatan antar molekul yang
begitu kuat. Sehingga menyebabkan benda tersebut mulai dari menyentuh
permukaan fluida sampai dengan pada dassar tabung memiliki pergerakan yang
beraturan. Sama pada zat cair kedua namun pergerakannya lebih lambat.

3. Ketika Anda mengamati bagian gerakkan benda, apakah ada kondisi

benda yang mengalami gerak dengan kecepatan konstan? Bagaimana
caranya anda mendapatkan data yang lebih akurat untuk kondisi
tersebut?
Apabila dilihat dari persamaan 𝐹𝑆 = 6𝜋𝜂𝑟𝑣 maka didapa kecepatan yang
bernilai konstan untuk tiap massa jenis pada zat cari berbeda adalah
𝐹𝑆
𝑣=
6𝜋𝜂𝑟

4. Ketika suatu bola bermassa kecil dijatuhkan ke dalam

fluida, gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada benda
ketika mengalami gerak dengan kecepatan konstan!
Bagaimanakah persamaan gayanya !

Gaya-gaya yang bekerja pada sebuah bola dengan massa

kecil ketika dijatuhkan ke dalam fluida.
 Suatu gaya yang bekerja didalam fluida ditunjukkan
oleh Gambar 2, mempunyai vektor tegangan. Vektor
tegangan adalah gaya yang dibagi dengan luas area tempat
gaya bekerja.
Tegangan normal (𝜏𝑁 ) bekerja tegak lurus terhadap area
tersebut dan tegangan geser (τ) bekerja tangensial terhadap area
tersebut. Tegangan geser inilah yang menghasilkan pergerakan
fluida.
Tegangan geser atau persamaan geraknya ini dihitung dengan persamaan
:
𝐹𝑡
𝜏= ( persamaan 1 )
𝐴

5. Apabila bola sudah mengalami kecepatan konstan di dalam fluida,

bagaimana resultan gaya yang terjadi? Berapakah kecepatan pada
keaadaan tersebut?
Sebelum itu mari dilihat gaya – gaya yang bekerja pada fluida.

Bergeraknya benda dalam fluida mengalami kecepatan dimana kita

menyebutnya du/dr sebagai gradien kecepatan dan r di ukur tegak lurus
terhadap suatu permukaan. Koefisien viskositas (u) adalah tangensial terhadap
permukaan tersebut. Sehingga tegangan geser dapat juga dinyatakan secara
matematis sebagai berikut.
𝑑𝑢
𝜏 = 𝜇 𝑑𝑟 ( persamaan 2 )

Persamaan (2) menyatakan bahwa Viskositas (kekentalan fluida) dari

suatu fluida menghasilkan tegangan geser didalam suatu aliran yang
menyebabkan terhambatnya suatu benda bergerak didalam fluida. Dari
 persamaan (1) dan (2) koefisien Viskositas merupakan perbandingan antara
tegangan geser dengan kecepatan sebagai berikut.
𝐹𝑡 𝑑𝑟
𝜇= . 𝑑𝑢 ( persmaan 3 )
𝐴

Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar

kecilnya gesekan di dalam fluida. Semakin tinggi viskositas suatu fluida maka
semakin besar hambatannya dan semakin sulit suatu benda bergerak di dalam
fluida tersebut Benda yang bergerak dalam fluida kental mengalami gaya gesek
yang besarnya dinyatakan dengan persamaan :
𝐴
𝐹𝑔𝑒𝑠𝑒𝑘 = 𝑟 𝜇𝑣𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 ( persamaan 4 )

Karena kecepatan konstan sepanjang fluida maka persamaan

kecepatannya menjadi :
𝒓
𝒗𝒕𝒆𝒓𝒎𝒊𝒏𝒂𝒍 = 𝑭𝒈𝒆𝒔𝒆𝒌
𝑨𝝁

6. Jika kecepatan dapat dinyatakan dengan v =y/t, tentukan persamaan

waktu yang diperlukan benda untuk menempuh jarak sejauh y !
𝑦
Kembali ke persamaan 4 maka di dapat apabila 𝑣 = 𝑡 maka :
𝑦 𝑟 𝐴𝑦𝜇
= 𝐹𝑔𝑒𝑠𝑒𝑘 →𝑡= 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 (𝑠).
𝑡 𝐴𝜇 𝐹𝑔𝑒𝑠𝑒𝑘 𝑟

7. Berdasarkan gambaran di atas ada 2 eksperimen yang dapat kita

kembangkan untuk menentukan nilai viskositas. Pada percobaan
pertama, tiga bola/kelereng dengan ukuran yang berbeda dijatukan ke
dalam fluida dengan jarak 14cm, sedangkan pada percobaan kedua hanya
1 buah bola/kelereng yang dijatuhkan ke dalam fluida dengan ketinggian
yang berbeda-beda. Dari dua kegiatan tersebut tentukan variabel bebas
dan variable terikatnya!
Untuk mengetahui mana variable bebas dan variable terikat, lanjutkan
persamaan 4 terlebih dahulu.
 Dimana A/r adalah nilai konstanta maka persamaan (4)dapat dinyatakan
berikut ini.
𝐹𝑔𝑒𝑠𝑒𝑘 = 𝑘𝜇𝑣𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 ( persamaan 5 )
Dengan k adalah nilai konstanta benda berbentuk bola k= 6πr.Maka
besarnya gaya gesek (Fgesek) dapat dirumuskan sebagai berikut :
𝐹𝑔𝑒𝑠𝑒𝑘 = 6πr𝜇𝑣𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 ( persmaan 6 )

Jika sebuah benda berbentuk bola bergerak jatuh dalam suatu fluida
kental, kecepatannya akan bertambah karena pengaruh gravitasi bumi yang
lebih besar dari pada kedua gaya penghambatnya (Fa + Fgesek). Percepatan
bola secara berangsur-angsur akan berkurang karena pengaruh perubahan
Fgesek yang semakin besar seiring dengan semakin besarnya kecepatan bola
hingga resultan gaya yang bekerja pada bola sama dengan nol. Tepat
sehingga mencapai kecepatan terbesar yang tetap (kecepatan terminal).
∑ 𝐹 = 0 (persamaan 7 )
𝐹𝑔𝑒𝑠𝑒𝑘 + 𝐹𝑎 − 𝑊 = 0 → 𝐹𝑔𝑒𝑠𝑒𝑘 = 𝑚𝑔 − 𝐹𝑎 →
6πr𝜇𝑣𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 = 𝜌𝑏 𝑉𝑏 − 𝜌𝑉𝑓 𝑔 ( persamaan 8 )

𝜌𝑏 𝑉𝑏 − 𝜌𝑉𝑓 𝑔
Sehingga, 𝑣𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 = ( persamaan 9 )
6πr𝜇

Karna benda yang digunakan berbentuk bola, maka volumenya 𝑉𝑏𝑜𝑙𝑎 =

4
𝜋𝑟 3 sehingga kecepatan terminal dinyatakan seperti berikut :
3
2𝑟 2𝑔(𝜌𝑏 −𝜌𝑓 )
𝑣𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 = ( persamaan 10 )
9𝜇

2𝑟 2𝑔(𝜌𝑏 −𝜌𝑓 )
Sehingga , 𝜇 = ( persamaan 11 )
9𝑣𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙

Dari persamaan (11)μ adalah koefisien viskositas (Ns/m2), r adalah jari-

jari bola (m), ρ adalah massa jenis bola besi (kg/m3), ρ1 adalah massa jenis
zat cair (kg/m3), vt adalah kecepatan terminal (m/s)dan g adalah percepatan
gravitasi (m/s2).Dari persamaan (11) juga dapat diketahui bahwa dengan
mengetahui jari-jari bola, masa jenis benda , massa jenis fluida dan kecepaan
 terminal benda, akan didapatkan besar viskositas fluida. Untuk massa jenis
𝑚𝑏 𝑚𝑓
benda 𝜌𝑏 = dan untuk massa jenis fluida 𝜌𝑓 = .
𝑉𝑏 𝑉𝑓

Sehingga didapat untuk variable bebas adalah waktu (t), massa jenis (𝜌),
massa benda (𝑚), volume benda (𝑉), dan jari-jari benda (𝑟). Untuk variable
terikat didapat yaitu gaya gesek benda (𝐹𝑔𝑒𝑠𝑒𝑘 ), kecepatan terminal benda
(𝑣𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 ), dan gaya berat benda (𝑤).

8. Dari kegiatan dengan menggunakan sebuah bola dan jarak yang

bervariasi, buatlah grafik t=f(y) dan dari kegiatan menggunakan bola
yang bervariasi buatlah grafik t=f(1/r2).
a. Grafik sebuah bola dan jarak yang bervariasi 𝒕 = 𝒇(𝒚)
Hasil pengukuran waktu jatuh bola (t)saat melewati dua buah kumparan
yang diubah-ubah jaraknya adalah, dimana t=t2-t1 dan jarak antar dua buah
kumparan adalah (s), pengukuran jarak kumparan yang berbeda didapatkan
hasil sebagai berikut :

Tabel 1 Data dari tabel 1 kemudian

digrafikkan seperti
y (m) t (s)
0.3 4
0.4 5
0.5 7
0.6 8
0.7 9
0.8 10
0.9 12

1
b. Grafik dengan bola bervariasi {𝑡 = 𝑓 (𝑟 2)}

Tabel 2. 0.4 7
0,5 4
r (m) t (s) 0,6 2,78
0.2 25 0,7 2,04
0.3 11,11 0,8 1,56
 𝟏
Grafik 2. f (𝒓𝟐 ) terhadap waktu t (s).

Nilai-Y
30

25

20

15

10

0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
-5

9. Dari grafik yang diperoleh, bagaimanakah Anda menentukan nilai

koefisien kekentalan zat cair? Bandingkanlah hasil yang diperoleh dari
kedua grafik tersebut dan berikan penjelasan!

1
Untuk grafik waktu t (s) terhadap 𝑓(𝑟 2) yaitu
9𝜂𝑦 2𝑡𝑟 2 𝑔(𝜌−𝜌0 )
𝑡 = 2𝑟 2𝑔(𝜌−𝜌 ) maka 𝜂 = dapat diperkirakan bahwa
0 9𝑦

𝑡 2𝑡𝑎𝑛𝜃(𝜌−𝜌0 )
𝜂 ∼ 𝑡𝑟 2 ∼ 1 ∼ (𝑔𝑟𝑎𝑑𝑖𝑒𝑛 ), jadi 𝜂 = 9𝑦
𝑟2

Untuk grafik waktu t (s) terhadap 𝑓(𝑦) yaitu

Variabel yang dibuat tetap adalah massa jenis (bahannya tetap),massa benda,
massa jenis dari fluida nya itu sendiri, kekentalan zat cair dan percepatan
gravitasi. Untuk menentukan koefisien kekentalan zat cair kita bisa mencari
2𝑡𝑟 2 𝑔(𝜌−𝜌0)
gardien dari kurva yang akan kita prediksi, karena 𝜂 = maka
9𝑦
2𝑡𝑎𝑛𝜃(𝜌−𝜌0 )
𝜂= 9
10. Berdasasarkan data dari literatur, lakukan analisis terhadap data yang
Anda peroleh! Kesimpulan apa yang Anda dapatkan dalam eksperimen
ini?
Dari hasil percobaan yang telah dilakukan, dapat kita analisis bahwa
menggunakan 2 metode grafik dengan menggunakan grafik t = f (y) dan dengan
grafik t = f (1/r2 ),ternyata hasilnya berbeda dengan literatur yang ada.

Perbedaan tersebut disebabkan karena beberapa hal sebagai berikut :

1. Suhu fluida berpengaruh terhadap nilai kekentalan dari fluida itu sendiri,
ketika suhu rendah, kekentalan fluida akan semakin besar, dan ketika suhu
tinggi kekentalan semakin berkurang.
2. Keadaan fluida berpengaruh terhadap nilai kekentalan. Fluida yang kami
gunakan dalam hal ini sudah tidak homogen lagi sehingga koefisien fluida
tidak sama dengan literatur.
3. Benda(bola pejal) tidak bulat sempurna sehingga luar permukaan yang
bergesekan dengan fluida berbeda-beda.
4. Kesalahan paralaks dalam menghitung diameter bola pejal/ mengukur
diameter benda melalui mikrometerskrup.
5. Gerakan GLB pada bola pejal sulit teramati karena warna oli yang gelap.
6. Pada jarak antara karet relatif besar maka GLB sulit tercapai karena GLB
itu perpotongan dari GLBB.

Kesimpulannya :
Setiap percobaan membang selalu menimbulkan berbagai variasi hasil
dan nilai yang berbeda, sehingga hal ini bisa menjadi acuan satu sama lain
untuk mengkoreksi berbagai percobaan mana yang betul dan salah.