LAPORAN METEOROLOGIME2211 Meteorologi Dinamik I

Kecepatan Benda Akibat Adanya Gaya Viskos

Oleh :

Ponco Yuliarto 12809005Firman Kholifahtullah Agny 12809020Rivan Rinanda 12809028Dennish A. P. 12809035

PROGRAM STUDI METEOROLOGIFAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG2012

PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangAdanya perbedaan massa jenis pada setiap atmosfer untuk profil vertikal dan

adanya gaya viskos pada profil horizontal menyebabkan benda yang secara vertikal jatuh bebas tanpa kecepatan awal di berbagai ketinggian yang berbeda menyebabkan kecepatan yang berbeda pada setiap lapisan. Walaupun ditinjau dengan adanya gaya gravitasi yang dapat membuat kecepatan benda bertambah. Ini berhubungan erat dengan adanya benda yang dijatuhkan tegak lurus kepermukaan bumi tidak akan jatuh secara tepat tegak lurus terhadap awal mula benda dijatuhkan.

1.2 Rumusan MasalahAdapun dari latar belakang tersebut dapat dirumuskan masalah untuk lapisan

udara adalah apakah kecepatan benda dipengaruhi oleh gaya viskos dengan menjatuhkan benda secara vertikal.

1.3 TujuanTujuan dari percobaan alat peraga ini adalah untuk menentukan kecepatan benda

yang melintasi dua zat berbeda dipengaruhi gaya viskos dengan menjatuhkan benda secara vertikal.

TINJAUAN PUSTAKA

2.7.2 Gaya Viskos

Setiap fluida nyata tunduk pada gesekan internal (viskositas), yang menyebabkan ia menolak kecenderungan untuk mengalir. Meskipun diskusi lengkap dari gaya viskos yang dihasilkan akan agak rumit, konsep fisik dasar dapat digambarkan oleh eksperimen sederhana. Sebuah lapisan fluida inkompresibel terbatas antara dua pelat horisontal dipisahkan oleh jarak l seperti yang ditunjukkan pada Fig.1.3. Pelat bawah adalah tetap dan pelat atas ditempatkan pada gerak dalam arah x pada kecepatan U0. Viskositas memaksa partikel fluida di lapisan kontak dengan piring bergerak pada kecepatan pelat. Dengan demikian, pada z = l cairan bergerak dengan kecepatan u (l) = U0, dan pada z = 0 cairan adalah kurang bergerak. Gaya tangensial untuk pelat atas diperlukan untuk menjaga cairan bergerak seragam ternyata sebanding dengan luas pelat, kecepatan, dan kebalikan dari jarak memisahkan pelat. Dengan demikian, kita dapat menulis F = μ A u0 / l di mana μ adalah sebuah konstanta untuk f proporsionalitas, koefisien viskositas dinamis.

Gaya ini hanya harus sama dengan gaya yang diberikan oleh pelat atas pada cairan di bawahnya.  Untuk keadaan gerak seragam, setiap lapisan horizontal cairan δz mendalam harus mengerahkan gaya F sama pada cairan di bawah ini.

Fig.1.3 Satu-dimensi keadaan-stabil aliran geser viscous.

Ini dapat dinyatakan dalam bentuk F = μ A δu / δz mana δu = U0 δz / l adalah kecepatan geser di seluruh lapisan δz. Gaya viskos per satuan luas, atau geser stres, maka dapat didefinisikan

sebagai mana subskrip menunjukkan bahwa τzx adalah komponen tegangan geser dalam arah x karena geser vertikal dari komponen kecepatan x.

PEMBAHASAN

1. Alat dan BahanA. Alat :• Gunting• Lem• Stopwatch

B. Bahan : Botol air mineral bekas 1.5L(d=8 cm) 3 buah Minyak goreng 0.5 L Air 2.5 L Bola-bola besi(ballbearing):

- diameter 0,60 cm 3 buah - diameter 0,40 cm 3 buah

Cincin karet(contoh tak beraturan) 3 buah

2. Cara PengerjaanCara :

1. Menyusun sedemikian rupa 3 botol menjadi 1 tabung panjang

Gambar 1. Penampang botol2. Mengisi dengan air dan minyak goreng

Gambar 2. Penampang botol yang tetlah terisi minyak goreng dan air

3. Isi dengan air sampai tinggi, h air=57 cm dari dasar botol 4. Kemudian isi minyak goreng sampai tinggi, h minyak goreng=9 cm (diukur dari

batas antara air dan minyak goreng) 5. Memasukkan bola besi, dan karet cincin 6. Hitung waktu dari perbatasan lapisan terbentuknya batas minyak goreng dengan

air untuk bola melintasinya beserta panjang minyak goreng yang ikut terbawa oleh bola (untuk menghitung nilai dz dan v(z) bola)

Noz(cm)

t (sekon)v (z)

(cm/s)(d=0,40 cm)1 0,5 0,2 2,52 0,5 0,2 2,53 0,6 0,3 2

Tabel 1. Pengamatan bola besi 0,40 cm

Noz(cm)

t (sekon)v (z)

(cm/s)(d=0,60 cm)1 3,5 0,4 8,752 1,5 0,3 53 2 0,35 5,7

Tabel 2. Pengamatan bola besi 0,60 cm

Noz(cm)

t (sekon)v (z)

(cm/s)(d =1,2 cm1 2,5 0,8 3,1252 3 0,7 4,2863 3,5 0,7 5

Tabel 3. Pengamatan Benda tak Beraturan (dalam hal ini cincin karet)

3. AnalisisDalam hal percobaan ini, dz=z yang diuji adalah panjangnya minyak goreng

yang mampu ikut masuk kedalam air untuk menentukan seberapa panjang perpindahan yang mampu diikuti minyak goreng ke air akibat perbedaan densitas. Secara garis besar percobaan ini untuk melihat perbedaan densitas dari keadaan atmosfer diketinggian yang berbeda saat variasi bentuk dan massa benda yang berbeda jatuh dalam keadaan vertikal.

Untuk mencari v(z) dengan persamaan:

vbola = 2r2 g (ρ – ρ0) / 9η

keterangan : r = jari-jari bola besig = gravitasi bumi (9,8 m/s2)ρ = massa jenis bola besiρ0= massa jenis fluidaη = koefisien kekentalan fluida

dan gaya gesek yang diterima oleh bola :

Fbola = -6Πηrv

Dikarenakan dalam kasus ini terdapat dua zat fluida berbeda yang dilalui oleh suatu benda dalam gerak vertikal dan data yang didapat berupa waktu (t) dan jarak (z) serta nilai massa yang terlalu kecil (terkendala alat untuk mengukur massa bola maupun massa cincin karet) maka untuk mencari nilai kecepatan pada saat perpindahan dua zat fluida berbeda (dalam hal ini v(z)) maka nilai v(z) dengan mengabaikan nilai Fbola dan η serta nilai g adalah:

v(z) = z/t

dengan asumsi nilai yang diabaikan mendekati nilai 0, maka v dapat dicari.Untuk bola besi dengan diameter, d=0,40 cm , kecepatan saat melintasi dua zat

tersebut adalah v rata-rata = 2,333 cm/s. Untuk bola besi dengan diameter, d=0,60 cm , kecepatan saat melintasi dua zat tersebut adalah v rata-rata = 6,483 cm/s. Sedangkan untuk cincin karet dengan diameter, d=0,40 cm , kecepatan saat melintasi dua zat tersebut adalah v rata-rata = 4,137 cm/s.

Gambar 3. Pengukuran pada percobaan

Adanya variasi nilai z adalah kecenderungan minyak goreng yang sebagian tidak rata dengan batas muka air pada batas daerah tersebut sehingga saat bola masuk dan melewati minyak goreng dan adanya sebagian minyak goreng yang ikut terbawa oleh bola besi maupun cincin karet panjangnya menjadi ikut berbeda. Untuk cincin karet sendiri, akibat bentuk permukaan dari cincin karet yang tidak sama, menyebabkan saat masuk dalam dua zat fluida ini menjadikan panjang z dari percobaan 1-3 menjadi berbeda-beda.

Dengan ρ minyak goreng dan ρ air adalah 0.92 gr/cm3 dan 1 gr/cm3 maka adanya perbedaan densitas. Perbedaan densitas akan membuat zat yang lebih rendah densitasnya posisinya di atas dari zat yang mempunyai densitas lebih besar. Apabila benda melalui massa jenis yang berbeda kecenderungan kecepatan benda akan melambat sesaat akan masuk ke zat densitas lebih tinggi dan akan menyesuaikan lagi kecepatannya dengan zat yang dilaluinnya. Ini dapat dibuktikan saat pelepasan benda dengan massa dan ketinggian tertentu dari permukaan bumi. Kecepatan benda akan bervariasi walaupun tidak bisa mengabaikan aspek gravitasi bumi, kecepatan angin diberbagai ketinggian, ataupun tekanan atmosfer yang berbeda. Adanya kecepatan yang berbeda dari adanya gaya viskos ini di misalkan jika adanya angin yang berbeda pada keadaan horizontal sehingga kecepatan benda yang secara vertikal akan berbeda maka digunakan dua zat fluida yang berbeda

SIMPULAN

Dengan analisis yang pada pembahasan sebelumnya diambil simpulan :1. Kecepatan benda diasumsikan kecepatan pada jarak z adalah 2,333 cm/s untuk

bola besi d=0,40cm; 6,483 cm/s untuk bola besi d=0,60cm, dan 4,137 untuk cincin karet,

2. Kecepatan vertikal diperoleh tanpa adanya gaya viskos secara horisontal karena tidak berhasilnya dalam memodelkan percobaan.

3. Nilai kecepatan vertikal benda juga tergantung pada massa jenis fluida itu sendiri.

4. Percobaan untuk menilai kejadian bahwa gaya viskos dapat mempengaruhi kecepatan benda secara vertikal hanya dimodelkan dengan dua zat massa jenis yang berbeda sehingga kurang untuk dapat diketahui pengaruhnya.

5. Akibat massa benda dan volume benda yang terlalu kecil tidak dapat diketahui kecepatan benda pada saat berada di dua zat tersebut

DAFTAR PUSTAKA

Holton, James R. 2004. An Introductionto Dynamic Meteorology FOURTH EDITION. California : Elsevier Academic Press.

http://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_gesek http://id.wikipedia.org/wiki/Viskositas