< Previous__________________________________________________pengukuranTEKNIK ALAT BERAT_________________________________________212.Berat semu bongkahan, yaitu beratnya ketika ditimbang di dalam air sama dengan w’di manaw’= W –Fapungw' = w —ρairg Vw—W'=ρairgVAkhimya bisa kita tuliskan : ''www = airbendabendaairbendabendaVgVgρρρρ Berdasarkan data pada soal : ''www = airbendaρρ3/1000)4,13()7,14()7,14(mkgggkggkgbendaρ 10003,17,14bendaρ ρbenda = 11.300 kg / m3Dari data massa jenis emas, ternyata diperoleh bahwa massa jenis emas sama dengan 19.300 kg/m3. Dengan demikian, bongkahan tersebut bukan emas murni.Aplikasihukum ArchimedesAplikasihukum Archimedes dapat kita jumpai dalam berbagai peralatan dari yang sederhana sampai yang canggih,misalnya hydrometer, kapal laut,kapal selam, galangan kapal, balonudara, dan jembatan ponton. Hidrometer adalah sebuah alat yangdigunakan untuk mengukur massa jenis suatu zat cair. Gambar bagan sebuah hidrometer dapat dilihat pada gambar2.5.Andadapat membuat sebuahhidrometer sederhana dengan caraberikut. Ambilah sebuah sedotanminuman yang terbuat dari plastik.Berilah pada salah satu ujung sedotan tersebut sebuah pemberat, misalnyalogam atau aspal. Gambar 2.5 Hidrometer__________________________________________________pengukuranTEKNIK ALAT BERAT_________________________________________22Selanjutnya, buatlah skala pada hidrometer ini,misalnya setiap 1 mm.Kemudian, cobalah pada air yang memiliki massa jenis 1000 kg/m3.Kemudian, cobalah untuk zat cair lain yang massa jenisnya telah Andaketahui. Dari percobaan ini, Anda bisa memberikan angka pada skalahidrometer, dan hidrometer Anda siap untuk digunakan.Pada dasarnya, sebuah kapal selam mempunyai bagian yang disebut bagian pemberat. Bagian pemberat ini berupa sebuah tangki yang dapat diisi air. Ketika ingin menyelam ke dalam laut, bagian pemberat diisi dengan air laut, sehingga gaya ke atas yang bekerja pada kapal lebih kecil daripada berat kapal selam. Akibatnya kapal tenggelam. Ketika ingin muncul kepermukaan,air yang mengisi bagian pemberat dikeluarkan, sehingga kapal bisa muncul ke permukaan.Sebuah galangan kapal merupakan sebuah tempat untuk memperbaikibagian bawah kapal. Pertama kali, galangan berisi penuh denganairsehingga kapal dari laut bisa masuk ke dalamnya. Selanjutnya, ketika kapal sudah berada di galangan, air di dalam galangan dikeluarkan sehinggagalangan terangkatnaik, dan bagian bawah kapal bisa diperbaiki dengan baik.Pada balon udara, udara kita anggap sebagai zat cair. Ketika sebuah balon udara diisi dengan zat yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenisudara, maka berat udara yang dipindahkan sama dengan gaya keatas pada balon. Akibatnya, balon tertekan keatas sehingga balon dapat mengapung di udara.Jembatan ponton adalah jembatan yang terbuat dari drum-drum kosong yang berisi udara. Tentu saja drum-drum tersebut harus selalu dijaga agar tertutup rapat sehingga tidak ada air yang masuk ke dalamnya. Jembatan ponton bisadigunakan untuk keperluan-keperluan darurat.2.5.3.Tegangan PermukaanTentu Anda pernah mengamati seekor nyamuk yang bisa terapung dipermukaan air. Atau berangkali, Anda pernah mencoba mengapungkan sebuah pisau silet atau sebuah jarum jahit diatas permukaan air. Jikadiletakkan dengan hati hati, pisau silet dan jarum bisa terapung di permukaan walaupun menuruthukum Archimedes, keduanya harus tenggelam karena massa jenis keduanya lebihbesardari massa jenis air. Lalu apa yang menahan nyamuk, pisau silet, atau jarum sehingga tetap terapung dipermukaan air? Gejala ini disebut tegangan permukaan pada fluida.Molekul-molekul dalam suatu fluida akan selalu mengalami gaya tarik-menarik dengan molekul-molekul sejenis lainnya. Gaya ini disebut gayakohesi. Namun molekul-molekul yang berada pada permukaan atau sangat dekat dengan permukaan lebih banyak mengalami gaya ke bawah karena lebih banyak molekul-molekul lain yang menarik ke bawah dibandingkanyang menarik ke atas, seperti diilustrasikan pada Gambar 2.6.__________________________________________________pengukuranTEKNIK ALAT BERAT_________________________________________23Gambar 2.6Resultan gaya ke bawah yangbekerja pada molekul-molekul di permukaanatas di dekat permukaanAkibat lebih besarnya gaya ke bawah ini,permukaan zat cair akan cenderung mengerutdan membentuk luas permukaan sekecilmungkin. Dengan demikian, permukaan zat cair tersebut mengalami suatu tegangan, yangdisebut tegangan permukaan.Untuk volume zat cair tertentu, luas permukaan terkecil yang mungkin yang mencakup volumenya adalah bola. Amati bagaimana tetesan air yang keluar dari sebuah pipet atau yang menetes dari ujung-ujung daun (Gambar 2.7).Gambar 2.7 Tetesan air yang berbentuk bolaBentuktetesan itu berupa bola-bola kecil. Ini merupakan salah satu bukti adanya tegangan permukaan. Amati pula tetesan-tetesan raksa pada suatu permukaan kaca yang bersih, seperti yang tampak pada Gambar 2.8.Gambar 2.8 Tetesan air di permukaan kacaTetesan yang paling kecil adalah bola, sementara tetesan yang lebih besar berbentuk bola yang digepengkan. Berat raksa pada tetesan yang besar menyebabkan tetesan tersebut berupa bola gepeng.__________________________________________________pengukuranTEKNIK ALAT BERAT_________________________________________24Untuk menghitung besarnya tegangan permukaan ini, misalnya sebuahkawat kecil yang panjangnya L terapung di permukaan suatu zat cair. Jika gaya yang tegak lurus terhadap kawat ini dan terletak di permukaan zat cair adalah F, lihat gambar2.9(a), maka tegangan permukaanγ didefinisikan sebagaiγ = LF …….. (2.7)Dengan kata lain, tegangan permukaan adalah gaya per satuan panjang yang bekerja pada permukaan yang tegak lurus terhadap kawat.Pada gambar 2.9(b), sebuah kawat dibengkokkan sehingga berbentuk huruf U. Kemudian, kawat AB dibuat sedemikian rupa sehingga bisa digerakkansepanjang kawat berbentuk U. Jika kawat ini kita celupkan ke dalam airsabun kemudian kita angkat, maka akan terbentuk suatu lapisan sabun. Karena lapisan sabun ini memiliki dua permukaan, maka tegangan yang dialami oleh kawat AB sama denganGambar 2.9 (a) Tegangan permukaan yang dialami oleh sebuah kawat L. (b) tegangan permukaan pada kawat L oleh dua permukaanTegangan Permukaan dalam Sehari-hariKetika mencuci pakaian, air sendiri tidak efektif untuk membersihkanpermukaan pakaian yang berminyak. Air tidak bisa ditarik oleh minyaksehingga tidak membasahi permukaan pakaian yang berminyak. Bahkan, air cenderung akan membentuk bola-bola kecil ketika menyentuh permukaan pakaian akibat teganganpermukaan pada air. Sabun dan detergen yang dicampurkanpada air akan memperkecil permukaan air, sehingga larutan air dan sabun ini bisa membasahi pakaian dan menarik partikel-partikel kotoran pada pakaian. Tegangan permukaan pada air juga berkurang denganbertambahnya suhu air. Inilah sebabnya, mencuci pakaian di air yang hangat lebih mudah dibandingkan mencuci pakaian di air yang dingin.__________________________________________________pengukuranTEKNIK ALAT BERAT_________________________________________25Pada kain tenda digunakan bahan-bahan yang anti-air. Ketika hujan turun, air tidak bisa menembus tenda karena suatu lapisan tipis air terbentuk di antara bahan-bahan yang anti-air ini. Namun demikian, jika seseorang meyentuh tenda dari dalam, maka air bisa merembes masuk dan membasahi tenda sehingga tenda akan bocor. Ini terjadi akibat pecahnya lapisan tipis air di antara bahan-bahan yang anti-air.Bahan-bahan pembuat sabun ditambahkan pada larutan pembasmiinsektisida yang digunakan oleh petani. Bahan sabun ini akan menambah daya resap larutan pembasmi insektisida ke dalam air karena mengurangi teganganpermukaan air. Akibatnya, larutan pembasmi insektisida bisamenyebar lebih luas pada suatu permukaan daun.2.5.4.Gejala meniscusBerdasarkan pengerian tegangan permukaan yang telah kita bahassebelumnya, maka permukaan suatu zat cair harus tegak lurus denganresultan gaya yang bekerja padanya. Karena jika tidak, akan ada komponengaya yang sejajar dengan permukaan, yang sesuai dengan hukum II Newton, akan menyebabkan adanya gerakan permukaan. Pada umumnya permukaan zat cair adalah horizontal, yaitu tegak lurus dengan gaya gravitasi; namum jika zat cair ini bersentuhan dengan suatu zat padat, permukaan pada tepi persentuhan ini biasanya berupa lengkungan. Gejala seperti ini disebutgejala meniscus. Perhatikan gambar2.10 yang menunjukkan gejalameniscus ini.Gambar 2.10 Gejala meniscusUntuk menjelaskan terjadinya gambar 2.10(a), tinjaulah zat cair di B yang bersentuhan dengan dinding vertical. Zat cair di B mengalami gaya tarik menarik BC yang dihasilkan oleh molekul-molekul zat cair disekitarnya, yaitu gaya kohesi. Gaya kohesi adalah gaya tarik-menarik antara molekul-molekulyang sejenis. Di samping gaya kohesi ini, terdapat pula gaya BA yang dihasilkan oleh molekul-molekul zat padat, yang disebut gaya adhesi. Gaya adhesi adalah gaya tarik-menarik antara molekul-molekul yang tidak sejenis. __________________________________________________pengukuranTEKNIK ALAT BERAT_________________________________________26Jika gaya adhesi BA ini lebih besar daripada gaya kohesi BC, maka resultan gaya BR pada zat cair di titik B akan berarah ke kiri, seperti ditunjukkan pada gambar2.10(a). Akibatnya permukaan di B tegak lurus terhadap arah gaya BR, sehingga terbentuklah gejala meniscus cekung. Pada jarak yang agakjauh dari dinding, gaya kohesi lebih kuat daripada gaya adhesi sehingga resultan gayanya hampir vertikal, dan permukaan zat cair lebih mendekati horizontal. Sekarang tinjaulah Gambar 2.10(b). Pada kasus ini, gaya kohesi antara molekul-molekul zat cair BC lebih besar dibandingkan gaya adhesi antara molekul zat cair dan molekul zat padat BA. Akibatnya resultan gaya BR berarah ke kanan sehingga permukaan zat cair di B akan tertarik ke arahtegak lurus BR, membentuk gejala meniscus cembung. Ini terjadi pada raksa dan kaca.Seberapa besarkah kecembungan atau kecekungan gejala meniscus ini? Untuk menyatakannya, didefinisikanlah sudut kontak ?, yaitu sudutpermukaan zat padat dengan gradient bidang permukaan zat cair. Gambar 2.11 Besar sudut kontak tergantung pada besar gaya adhesi dan kohesiZat cair pada Gambar 2.11(a) memiliki sudut kontak yang lebih kecil dari 90º,sedangkan pada gambar 2.11(b), sudut kontaknya lebih besar dari 90. Air memiliki sudut kontak sama dengan nol dengan permukaan kaca, yaitudimana gaya kohesi jauh lebih kecil dibandingkan dengan gaya adhesisehingga permukaan air selalu paralel dengan dengan permukaan kaca,seperti tampak dalam gambar2.11(c). Berdasarkan penjelasan di atas,dapatlah kita simpulkan bahwa besarnya sudut kontak bergantung pada besarnya gaya adhesi antara molekul zat cair dengan permukaan dinding zat padat dan gaya kohesi antara molekul-molekul zat padat itu sendiri.2.5.5.Gejala KapilaritasTegangan permukaan menyebabkan zat cair yang memiliki sudut kontak kurang dari 90o naik ke atas dalam pipa kapiler, lebih tinggi dibandingkan dengan permukaan zat cair di luarnya. Semakin kecil pipa kapiler, semakin semakin tinggi kenaikan zat cair. Jika zat cair memiliki sudut kontak yang lebih dari 90o, maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler akan lebih __________________________________________________pengukuranTEKNIK ALAT BERAT_________________________________________27rendah dibandingkan permukaan zat cair di luarnya (b). Semakin kecil pipa kapiler, semakin besar penurunan permukaan zat cair. Gejala naik turunnya permukaan zat cair dalam pipa kapiler ini disebut gejala kapilaritas, seperti tampat dalam gambar 2.12 (a) dan (b).Berdasarkan gambar2.12tersebut, kita simpulkanbahwa gejala kapilaritas naik terjadi pada peristiwa menis-cus cekung, sedangkangejala kapilaritas turun terjadi pada peristiwa meniscuscembung. Kenapa permuka-an zat cair bisa turun dalam permukaan pipa kapiler?Gambar 2.12 Gejala kapilaritasPerhatikan gambar 2.13(a), dimana zat cair mengalami meniscus cekung.Tegangan permukaan menarik pipa kearah bawah karena tidak diimbangi oleh gaya tegangan permukaan yang lain. Sesuai dengan hukum III Newton tentang aksi-reaksi, pipa akan melakukan gaya yang sama besar pada zat cair, tetapi dalam arah yang berlawanan (lihat Gambar 2.12(b). Gaya ini lah yang menyebabkan zat cair naik. Zat cair berhenti naik ketika berat kolom zat cair yang naik sama dengan gaya keatas yang dikerjakan pipa pada zat cair (lihat gambar 2.12(c).Gambar 2.13 Analisis gejala kapilerJika massa jenis zat cair adalah ρ tegangan permukaan γ, sudut kontakθ,kenaikan zat cair setinggih, dan jari-jari pipa kapiler r, maka Berat zat cair yang naik = mg = ρVgBerat zat cair yang naik = ρπr2hg …… (i)__________________________________________________pengukuranTEKNIK ALAT BERAT_________________________________________28Komponen gaya vertical yang menarik zat cair ini naik adalahF = (γ cos θ) (2πr) ….. (ii)Ingat kembali Persamaan (2.6) untuk mendapatkan persamaan diatas.Dengan menyamakan kedua persamaan ini, akhirnya diperoleh :?22 hgrπθπγcosrgrhρθγcos2 ……….. (2.8)Sebagai contoh, kita masukkan nilai-nilai untuk air yang dimasukkan pada sebuah pipa kapiler, dimana θ = 0, ? = 1,0 g/cm3,γ = 7,3 x 10-2 Nm-1,r = 0,50 x 10-3 m. Persamaan (11.13) kita peroleh :h =)/m8,9()m/10x0,1()m10x50,0(0cos)mN10x3,7(22333-1-2skg= 3,0 x 10-2 m= 30 mmKapilaritas dalam sehari-hariternyata gejala kapilaritas banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari.Contoh gejala kapilaritas yang bermafaat adalah pada kompor minyak tanah. Sumbu kompor berfungsi sebagai pipa kapiler, sedangkan minyak tanah berfungsi sebagai zat cair. Karena gejala kapilaritas ini, minyak tanah dapat meresap dan bergerak naik melalui sumbu sehingga kompor bisa dinyalakan.Pada tumbuh-tumbuhan, air dari dalam tanah naik ke tumbuh-tumbuhanmelalui gejala kapilaritas. Yang bertindak sebagai pipa kapiler dalam kasus ini adalah akar tumbuh-tumbuhan dan pembuluh kayu dalam batangtumbuhan. Saat ini banyak beredar obat nyamuk cair yang memanfaatkan gejala kapiler. Obat nyamuk ini tidak perlu disemprotkan, tetapi obat nyamuk cair yang ini akan meresap naik melalui sebuah kayu yang berfungsi sebagai pipa kapiler.Selanjutnya obat nyamuk tersebut difungsikan secara elektrik.Disamping menguntungkan, ternyata gejala kapilaritas ada juga yangmerugikan, misalnya naiknya air melalui dinding rumah pada waktu hujan. Ketika hujan turun, air hujan yang berada di permukaan tanah bisa meresap melalui dinding rumah sehingga dinding rumah bagian dalam menjadilembab. Tentu saja dinding rumah yang lembab ini tidak baik bagi kesehatan penghuninya.__________________________________________________pengukuranTEKNIK ALAT BERAT_________________________________________292.5.6.ViskositasDi depan telah kita pelajari bahwa permukaan zat padat yang bersentuhan menimbulkan gaya gesekan satu sama lain ketika keduanya bergerak.Dengan cara yang sama, gerakan dari lapisan fluida juga menimbulkangesekan, yang disebut viskositas fluida. Semakin besar viskositas, semakin susah fluida itu mengalir. Viskositas fluida juga menunjukkan bagaimana gerakan zat padat dalam fluida tersebut. Semakin besar viskositas, semakin susah suatu zat padat bergerak di dalamnya. Dalam sehari-hari, viskositas kita kenal sebagai ukuran kekentalan fluida.Didalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair, sedangkan dalam gas viskositas muncul sebagai akibat tumbukan antar molekul-molekul gas. Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran koefisien viskositas (?).Perhatikan gambar2.14, dimana suatu lapisan fluida ditempatkandiantaradua papan, satu papanbergerak, sedangkan papan yang lain diam. Fluida bersentuhandengan masing-masing akibatadanya gaya adhesi antara papan dan fluida, sehingga ketika papan atas bergerak dengan kecepatan v, fluida dibagian atas jugabergerak dengan kecepatan yang sama.Gambar 2.14 Menentukan viskositasSementara itu fluida yang bersentuhan dengan papan yang diam juga diam. Dengan demikian, ada variasi kecepatan dalam fluida, dari nol sampai vtertentu. Jika kecepatan v ini dibagi dengan tebal lapisan l, maka besaran lvdisebut gradien kecepatan. Untuk menggerakkan papan yang atas diperlukan suatu gaya. Besarnya gaya yang diperlukan ini ternyata sebanding dengan luas permukaan kontak masing-masing papan A, sebanding dengan kecepatan v, dan berbanding terbalik dengan ketebalan lapisan l (jarak antara dua papan). Dari sini kita bisa menuliskan besar gaya yang diperlukan untuk menggerakkan papan__________________________________________________pengukuranTEKNIK ALAT BERAT_________________________________________30lvAFη ……….. (2.9)Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah N.s/m² yang disebutPascal.sekon. Contoh beberapa viskositas cairan dapat dilihat pada Tabel 2Tabel 2 Viskositas beberapa cairanHukum stokes dan kecepatan terminalRumusan matematis untuk menghitung besarnya gaya viskositas untukbenda yang bentuknya tak teratur tentu saja sulit. Untuk itu, dalampembahasan ini akan kita tinjau gaya viskositas yang dialami oleh suatu bola yang dijatuhkan dalam fluida. Menurut Sir George Stokes, gaya hambat (FD)yang dialami oleh suatu bola berjari-jariR yang bergerak dengan kecepatan konstanv didalam fluida dengan koefisien viskositas ηadalahFD = 6ηπRv ……… (2.10)Pernyataan ini dikenal sebagai hukum Stokes.Perhatikan sebuah bola yang jatuh dalam fluida pada gambar 2.15. gaya-gaya yang bekerja padanya adalah gaya berat w, gaya apung FB, dan gaya hambat akibat viskositas FD. Ketika bola ii dijatuhkan, ia bergerak dipercepat. Namun ketika kecepatannya bertambah, gaya hambat akibat viskositas FDjuga bertambah. Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaansetimbang sehingga bergerak dengan kecepatan konstan, yang disebutkecepatan terminal.Pada kecepatan terminal ini resultan gaya yang bekerja pada bola sama dengan nol.Next >