TETES MINYAK MILIKAN

 

    Dahulu, ada seorang ilmuwan fisika yang bernama Robert A. Milikan. Dia ingin mengetahui berapa besar muatan listrik ion-ion yang berada di uadara. Dia kemudian melakukan eksperimen dengan cara menyemprotkan cairan berupa minyak pada dua buah plat sejajar yang bersifat konduktor.Percobaan tersebut berhasil mengetahui besar muatan listrik ion-ion yang berada di udara. Berawal dari eksperimen tersebut kemudian percobaan lainnya yang serupa dinamakan dengan percobaan tetes minyak Milikan. Oleh karena itu, untuk memahami lebih dalam mengenai percobaan yang pernah dilakukan oleh Robert A. Milikan, maka perlu untuk dilakukan percobaan serupa tentang hal tersebut.

    Pada tahun 1897, Thomson tidak dapat menentukan muatan elektron e dan massa elektron secara terpisah. Pada tahun 1899 atau 2 tahun kemudian ilmuwan inggris telah mengolongkan muatan e yang ditemukannya yaitu 1,09 x 10^-19 C dengan nilai dari 2,3 x 10^-19 C untuk muatan yang dipancarkan dari seng yang disinari oleh cahaya ultraviolet, dan 1,1 x 10^-19 C untuk muatan yang dihasilkan dari ionisasi sinar-x dan ionisasi pancaran radium. Dia juga dapat menyimpulkan bahwa muatan e memiliki besar yang sama seperti muatan yang dibawa oleh atom hidrogen pada saat elektrolisis. Teknik yang digunakan oleh Thomson dan muridnya untuk mengukur e sangat menarik karena menggunakan penelitian tetes milikan

    Eksperimen tetes minyak Milikan adalah eksperimen yang menunjukkan bahwa besar muatan elektron (q ) adalah 1,6 x 10^-19 C. Nilai tersebut diperoleh dari suatu formulasi yang didapatkan dari hasil analisis gerak minyak. Eksperimen yang pernah dilakukan Robert A. Milikan ini dilakukan dengan menjatuhkan tetesan minyak diantara dua belah plat sejajar yang memiliki beda potensial. Ketika minyak tersebut jatuh, ada beberapa gaya yang bekerja yaitu gaya gravitasi, gaya elektrostatis, gaya Archimedes dan gaya Stokes. Kemudian gaya-gaya tersebut dianalisis. Pengamatan gerak tetes minyak tersebut menggunakan mikroskop. Gambar yang tampak pada mikroskop menunjukan kebalikan dari keadaan yang sebenarnya karena sifat bayangan yang ditampilkan oleh mikroskop adalah terbalik. Sehingga ketika dalam pengamatan butiran minyak yang bergerak naik sebenarnya sedang bergerak turun demikian juga sebaliknya. Kemajuan hebat dari Milikan memungkinkan gagasan cerdas dari eksperimen yang dibuatnya menjadi teori yang dapat diterima. Melalui pengamatan tetesan dia melenyapkan permasalahan dari perumpamaan semua partikel menjadi identik dan dari keraguan pengukuran. Dasar gagasan Milikan adalah mengukur rata-rata dari jatuhnya tetesan karena gaya gravitasi dan gaya tarikan, aplikasi hukum Stokes untuk menghitung jarak jatuh dan massa, serta untuk untuk menghitung kecepatan. Sedangkan gaya elektrostatis, digunakan untuk menghitung jumlah muatan setiap tetesan minyak.

    Sebuah muatan listrik dikatakan memiliki medan listrik di sekitarnya. Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih mengalami gaya listrik. Jika muatan lain berada di dalam medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik, muatan tersebut akan mengalami gaya listrik berupa gaya tarik atau gaya tolak. Arah medan listrik dari suatu benda bermuatan listrik dapat digambarkan menggunakan garis-garis gaya listrik. Sebuah muatan positif memiliki garis gaya listrik dengan arah keluar dari muatan tersebut. Adapun, sebuah muatan negatif memiliki garis gaya listrik dengan arah masuk ke muatan tersebut. Besar medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik dinamakan kuat medan listrik. Jika sebuah muatan uji q diletakkan di dalam medan listrik dari sebuah benda bermuatan, kuat medan listrik E benda tersebut adalah besar gaya listrik F yang timbul di antara keduanya dibagi besar muatan uji. Jadi, dituliskan :

Adapun kuat medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik q di suatu titik yang berjarak r dari benda tersebut dapat dituliskan sebagai berikut

Kuat medan listrik juga merupakan besaran vektor karena memiliki arah, maka penjumlahan antara dua medan listrik atau lebih harus menggunakan penjumlahan vektor. Arah medan listrik dari sebuah muatan positif di suatu titik adalah keluar atau meninggalkan muatan tersebut. Adapun, arah medan listrik dari sebuah muatan negatif di suatu titik adalah masuk atau menuju ke muatan tersebut. 

    Viskositas adalah gesekan internal fluida. Gaya viskositas melewan gerakan sebagian fluida relatif terhadap yang lain. Viskositas adalah alasan diperlukannya untuk mendayung perahu melalui air tenang, tetapi juga merupakan alasan mengapa dayung bisa bekerja. Efek viskositas merupakan hal yang penting di dalam aliran fluida dalam pipa, aliran darah, pelumasan bagian dalam mesin, dan contoh kejadian lainnya. Fluida viskositas cenderung melekat pada permukaan padat yang tipis di dekat permukaan, dimana fluida hampir diam terhadap permukaan. Itulah sebabnya mengapa partikel-partikel debu dapat melekat di daun kipas meskipun daun kipas sedang berputar cepat. [2]

    Fluida bersentuhan dengan masing-masing permukaan memiliki kecepatan yang sama dengan permukaan. Laju aliran pada tengah fluida bertambah secara homogen dari suatu permukaan ke permukaan yang lain. Seperti yang diperlihatkan dengan anak panah, sehingga lapisan fluida meluncur dengan mulus satu sama lain yang dinamakan aliran laminer. Bagian fluida yang memiliki bidang abcd pada beberapa saat memiliki bentuk abc`d` beberapa saat kemudian dan menjadi semakin terdistorsi selama gerakan berlangsung. Maksudnya, fluida berada pada keadaan pertambahan regangan geser yang kontinu. Untuk mempertahankan keadaan ini, perlu ada gaya konstan F di bagian kanan pada plat atas untuk membuatnya tetap bergerak. Dalam fluida regangan geser selalu bertambah dan tanpa batas sepanjang  tegangan diberikan. Laju perubahan regangan, juga disebut laju regangan, sama dengan perubahan rata-rata dd` dibagi dengan l yaitu :

Kita mendefinisikan viskositas fluida dinotasikan dengan η (eta) sebagai rasio tegangan geser, F/A dengan laju regangan :

Dengan mengatur kembali persamaan 4, kita lihat gaya yang dibutuhkan adalah:

Gaya gravitasi adalah gaya yang menarik kita selalu menuju ke bawah itu disebut gravitasi. Gaya gravitasi terdapat pada semua benda. Semakin besar massa/berat benda tersebut, semakin besar pula gaya gravitasi yang ditimbulkannya. Gaya gravitasi juga dikenal sebagai gaya berat yang didefinisikan :

Gaya gravitasi di suatu tempat dipengaruhi oleh besar medan gravitasinya, oleh sebab itu gaya gravitasi suatu benda dapat berbeda jika tempatnya berbeda. [4]

Setiap benda yang bergerak dalam suatu fluida (cair atau gas) akan mendapat gaya gesek yang disebabkan oleh viskositas fluida tersebut. Gaya gesekan ini sebanding dengan kecepatan relatif benda terhadap fluida         

Khusus untuk benda yang berbentuk bola dan bergerak di dalam fluida yang tetap sifat-sifatnya, gaya gesekan yang dialami benda dirumuskan sebagai      

Dimana F adalah gaya gesekan yang bekerja pada bola. Η adalah koefisien kekentalan fluida r adalah jari-jari bola dan v adalah kecepatan relatif bola terhadap fluida gaya archimedes, adalah gaya dengan arah ke atas

Dengan m_oil, m_L, η, v masing-masing massa tetes minyak, massa udara dengan volum sama dengan tetes minyak, viskositas minyak, jari-jari tetes minyak, dan kecepatan gerak tetes minyak ke bawah. Sehingga resultan gaya yang dialami oleh tetes minyak dapat ditulis:

 

 

Bila moil – mL = m, maka persamaan di atas dapat ditulis menjadi :

 

 

Dengan (m.g) merupakan berat tetes minyak setelah dikurangi oleh gaya Archimedes. Bila ρ_oil – ρ_L = ρ, dengan ρ_oil dan ρ_L adalah rapat massa tetes minyak dan rapat massa udara, maka dengan mengganti m = ρV =  πρ akan diperoleh resultan gaya tetes minyak: [3]

 atau