© 2010 Universitas Lambung Mangkurat Posted : Januari 2011Tugas Merancang EksperimenMata Kuliah PENGANTAR LABORATORIUM FISIKAKelas 1AProgram Studi PENDIDIKAN FISIKA

JANUARI 2011Dosen Pembimbing:Abdul Salam, S.Pd

PENGANTARLABORATORIUM FISIKA

AKKC 415

GEJALA KAPILARITAS

KELOMPOK 6:1. Uswatunnabila (A1C410006)2. Isrofil Amar (A1C410011)3. Rihil Lailah (A1C410026)4. Syahrijal (A1C410035)5. Brissanty Galih P. (A1C410042)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKAJURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPAFAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURATBANJARMASIN

2010

Kata Pengantar

Assalammu’alaikum wr. wb.

Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT. Karena berkat Rahmat dan Hidayah-Nya jualah kami dapat menyelesaikan tugas merancang eksperimen dalam bentuk makalah Mengenai “Gejala Kapilaritas”.

Kami berharap makalah ini nanti dapat bermanfaat bagi banyak pihak, terutama oleh para mahasiswa-mahasiswi Universitas Lambung Mangkurat.

Kami pun menyadari bahwa tugas makalah ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, kami berharap seluruh mahasiswa atau pembaca dapat memakluminya. Mengingat bahwa kami masih dangkal akan ilmu. Terutama kami minta kepahaman dari Bapak Abdul Salam, S.Pd atas tugas makalah kami, jika terdapat kesalahan baik itu dari materi, pengetikan, ataupun kata-kata yang kurang tepat. Kami harapkan kemaklumannya. Mengingat kami hanyalah manusia biasa yang tak luput dari kekurangan dan kesalahan.

Kami harapkan Anda bisa memberikan kritik atau saran. Kami ucapkan banyak terimakasih atas semua bantuan dan kritik atau saran dari semua pihak.

Wassalammu’alaikum wr. wb.

Banjarmasin, Januari, 2011

Penulis

Daftar Isi

KATA PENGANTAR ……………………………………………………. iDAFTAR ISI …………………………………………………………….... ii

A. LATAR BELAKANG MASALAH …………………………………… 1B. IDENTIFIKASI MASALAH ………………………………………….. 1C. PERUMUSAN MASALAH …………………………………………… 1D. KAJIAN TEORI ……………………………………………………….. 2E. HIPOTESIS ……………………………………………………………. 8F. IDENTIFIKASI VERIABEL ………………………………………….. 8G. DEFINISI OPERASIONAL VARIABEL …………………………….. 8

JUDUL ………….......................................................................................... 9TUJUAN …………………………………………………………………... 9ALAT DAN BAHAN ……………………………………………………... 9 PROSEDUR KERJA ……………………………………………………… 9 TABEL PENGAMATAN…………………………………………………. 9

A. Latar Belakang MasalahSalah satu fenomena yang menarik dapat disaksikan ketika lilin sedang bernyala. Bagian bawah dari sumbu lilin yang terbakar biasanya selalu basah oleh leleh lilin (di bagian sumbu). Adanya leleh lilin pada sumbu membuat lilin bisa bernyala dalam waktu yang lama. Fenomena yang sama bisa diamati pada lampu minyak. Lampu minyak merupakan salah satu sumber penerangan ketika belum ada lampu listrik. Mungkin saat ini masih digunakan. Lampu minyak terdiri dari wadah yang berisi bahan bakar (biasanya minyak tanah) dan sumbu. Sebagian sumbu dicelupkan dalam wadah yang berisi minyak tanah, sedangkan sebagian lagi dibungkus dalam pipa kecil. Pada ujung atas pipa tersebut, disisakan sebagian sumbu. Jika kita ingin menggunakan lampu minyak, maka sumbu yang terletak di ujung atas pipa kecil tersebut harus dibakar. Sumbu tersebut bisa menyala dalam waktu yang lama karena minyak tanah yang berada dalam wadah merembes ke atas, hingga mencapai ujung sumbu yang terbakar.

Berdasarkan uraian di atas, timbul pertanyaan:- Faktor-faktor apa saja yang menyebabkan minyak tanah dapat merembet ke

atas hingga mencapai sumbu yang terbakar ? - Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi kenaikan zat cair dalam pipa

kapiler?

B. Identifikasi MasalahBerdasarkan latar belakang diatas, faktor yang mempengaruhi ketinggian zat cair dalam pipa kapiler, adalah : besar-kecilnya jari-jari pipa kapiler. Hal ini terlihat pada saat naiknya minyak tanah pada sumbu hingga mencapai bagian sumbu yang terbakar. Bertambah tinggi dan cepat jika diameter sumbu kecil dan semakin rendah ketinggian dan lambat pergerakan minyak tanahnya, jika diameter sumbu besar.

Permasalahan dalam bentuk pertanyaan yang lebih luas tadi, dapat diidentifikasi dan dituliskan sebagai berikut :Apakah ketinggian zat cair dalam pipa kapiler dipengaruhi oleh jari-jari?

C. Perumusan MasalahBerdasarkan hasil identifikasi masalah tadi, maka masalah dalam penyelidikan ini dirumuskan sebagai :

Bagaimanakah hubungan antara ketinggian zat cair di dalam pipa (h) dengan jari-jari pipa (r) yang digunakan, jika massa jenis (ρ) dan tegangan permukaan (ϒ) tetap ?

D. Kajian Teori GAYA KOHESI DAN ADHESI

Gaya Kohesi merupakan gaya tarik menarik antara molekul dalam zat yang sejenis, sedangkan gaya tarik menarik antara molekul zat yang tidak sejenis dinamakan Gaya Adhesi. Misalnya kita tuangkan air dalam sebuah gelas. Kohesi terjadi ketika molekul air saling tarik menarik, sedangkan adhesi terjadi ketika molekul air dan molekul gelas saling tarik menarik.

SUDUT KONTAKMisalnya kita tinjau cairan yang berada dalam sebuah gelas (lihat

gambar di bawah). Ketika gaya kohesi molekul cairan lebih kuat daripada gaya adhesi (gaya tarik menarik antara molekul cairan dengan molekul gelas) maka permukaan cairan akan membentuk lengkungan ke atas(gambar a). Contoh untuk kasus ini adalah ketika air berada dalam gelas. Biasanya dikatakan bahwa air membasahi permukaan gelas. Sebaliknya apabila gaya adhesi lebih kuat maka permukaan cairan akan melengkung ke bawah(gambar b). Contohnya ketika air raksa berada di dalam gelas.

Sudut yang dibentuk oleh lengkungan itu dinamakan sudut kontak (θ). Ketika gaya kohesi cairan lebih besar daripada gaya adhesi, maka sudut kontak yang terbentuk umumnya lebih kecil dari 90o (gambar a). Sebaliknya, apabila gaya adhesi lebih besar daripada gaya kohesi cairan, maka sudut kontak yang terbentuk lebih besar dari 90o (gambar b). Gaya adhesi dan gaya kohesi secara teoritis sulit dihitung, tetapi sudut kontak dapat diukur.

KONSEP KAPILARITASApabila gaya kohesi cairan lebih besar dari gaya adhesi, maka

permukaan cairan akan melengkung ke atas. Ketika kita memasukan tabung atau pipa tipis (pipa yang diameternya lebih kecil dari wadah), maka akan terbentuk bagian cairan yang lebih tinggi (Lihat gambar). Dengan kata lain, cairan yang ada dalam wadah naik melalui kolom pipa karena adanya gaya tegangan permukaan total sepanjang dinding tabung bekerja ke atas. Ketinggian maksimum yang dapat dicapai cairan adalah ketika gaya

tegangan permukaan sama atau setara dengan berat cairan yang berada dalam pipa.

Jadi, cairan hanya mampu naik hingga ketinggian di mana gaya tegangan permukaan seimbang dengan berat cairan yang ada dalam pipa.

Sebaliknya, jika gaya adhesi lebih besar daripada gaya kohesi cairan, maka permukaan cairan akan melengkung ke bawah. Ketika kita memasukan tabung atau pipa tipis (pipa yang diameternya lebih kecil dari wadah), maka akan terbentuk bagian cairan yang lebih rendah (lihat gambar di bawah).

PERSAMAAN KAPILARITASPada penjelasan sebelumnya, dikatakan bahwa ketinggian

maksimum yang dapat dicapai cairan ketika cairan naik melalui pipa kapiler terjadi ketika gaya tegangan permukaan seimbang dengan berat cairan yang ada dalam pipa kapiler. Perhatikan gambar:

Tampak bahwa cairan naik pada kolom pipa kapiler yang memiliki jari-jari (r) hingga ketinggian (h). Gaya yang berperan dalam menahan cairan pada ketinggian h adalah komponen gaya tegangan permukaan pada arah vertikal : F cos teta (bandingkan dengan gambar di bawah).

Bagian atas pipa kapiler terbuka sehingga terdapat tekanan atmosfir pada permukaan cairan. Panjang permukaan sentuh antara cairan dengan pipa adalah 2πr (keliling lingkaran). Dengan demikian, besarnya gaya tegangan permukaan komponen vertikal yang bekerja sepanjang permukaan kontak adalah :

Keterangan :

Apabila komponen vertikal dari Gaya Tegangan Permukaan seimbang dengan berat kolom cairan dalam pipa kapiler, maka cairan tidak dapat naik lagi. Dengan kata lain, cairan akan mencapai ketinggian maksimum, apabila komponen vertikal dari gaya tegangan permukaan seimbang dengan berat cairan setinggi h. Komponen vertikal dari Gaya tegangan permukaan adalah : Sedangkan berat cairan dalam pipa kapiler:

Ketika cairan mencapai ketinggian maksimum (h), Komponen vertikal dari gaya tegangan permukaan harus sama dengan berat cairan yang ada dalam pipa kapiler. Secara matematis, ditulis :

F = w

γ 2πr cos θ = ρ(πr2h)g

E. HipotesisBerdasarkan persamaan ketinggian maksimum di atas, maka hipotesis dalam penyelidikan ini dapat dirumuskan sebagai:

Kenaikan zat cair dalam pipa kapiler (h) berbanding terbalik dengan jari-jari pada pipa kapiler (r), jika tegangan permukaan (γ) dan massa jenis zat cair (ρ) tetap.

F. Identifikasi VariabelUntuk mengetahui hubungan antara h dengan r, maka:• Variabel manipulasi : jari-jari pipa (r)• Variabel respon : tinggi zat cair di dalam pipa (h)• Variabel kontrol : massa jenis zat cair (ρ), tegangan

permukaan zat cair (ϒ) dan kemiringan sudut dalam pipa kapiler (θ).

G. Definisi Operasional VariabelVariabel manipulasi, respon, dan kontrol dalam penyelidikan ini didefinisikan secara operasional sebagai berikut :

• Massa jenis (ρ) adalah nilai perbandingan antara massa (m) terhadap volume (V), disesuaikan dengan ketetapan massa jenis air yaitu : 1000, dinyatakan dalam satuan kilogram per meter kubik (kg/m³).

• Tegangan permukaan (γ) adalah perbandingan antara gaya tegangan permukaan (F) dan panjang permukaan (d) dimana gaya itu bekerja, disesuaikan dengan ketetapan yaitu 0,073, dinyatakan dalam satuan newton per meter (N/m).

• Jari-jari (r) adalah ½ dari diameter pipa kapiler, diukur dengan jangka sorong, dinyatakan dalam satuan meter (m).

• Ketinggian (h) adalah tingginya zat cair yang naik pada pipa kapiler, diukur dengan mistar ukur, dinyatakan dalam satuan meter (m).

• Percepatan gravitasi bumi (g) adalah perbandingan antara jarak (m) dengan kuadrat waktu (t), disesuaikan dengan ketetapan percepatan gravitasi bumi yaitu : 9,8 , dinyatakan dalam satuan meter per sekon kuadrat (m/s²).

• Sudut kontak (θ) adalah sudut yang dibentuk oleh kelengkungan permukaan zat cair dengan dinding tabung, diukur dengan busur derajat, dinyatakan dalam satuan derajat (⁰).

Judul : Gejala Kapilaritas

Tujuan : Menyelidiki Hubungan antara Ketinggian Zat Cair dalam pipa

kapiler dengan jari-jarinya

Alat dan Bahan : 1. Air : 300 mL2. Gelas Kimia (500 ml) : 1 buah3. Pipa Transparan : 3 buah4. Mistar Ukur (30 cm) : 1 buah5. Jangka Sorong : 1 buah6. Busur Derajat : 1 buah

Prosedur Kerja :1. Menyusun alat seperti gambar di bawah.

2. Masukkan air sebanyak 300 ml ke dalam gelas kimia3. Mengamati dan mencatat ketinggian air pada pipa yang berdiameter 1cm tersebut4. Mengukur besar sudut yang terbentuk pada permukaan air5. Mengulangi kegiatan 3-4 dengan diameter pipa sebesar 3cm dan 4cm 6. Mencatat data yang diamati pada tabel pengamatan

Tabel Pengamatan :Ketelitian Mistar Ukur: ….. m.Ketelitian Jangka Sorong : ….. m.Ketelitian Busur Derajat : ..... O.Gelas kimia 500 ml : ….. l.

NO r h γ θ ρ g V123