viskos

Viskositas itu sendiri ialah ukuran kekentalan Fluida yg dapat menyatakan kecil besarnya suatu gesekan didalam Fluida, maka dari itu jika Viskositas makin besar didalam Fluida tersebut maka akan semakin sulit suatu fluida itu mengalir, dan akan semakin sulit juga bahwa suatu benda bisa bergerak didalam Fluida tersebut. Perlu ketahui juga kalian sebagai Pembaca dan Pelajar SMA, bahwa Viskositas didalam Zat Cair itu dihasilkan oleh suatu Gaya Kohesi diantara Molekul Zat Cair itu sendiri, namun Viskositas didalam Gas maka akan timbul oleh Tumbukan antara Molekul Gas tersebut.

Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas (η). Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m² atau pascal sekon (Pa s). Ketika kita berbicara viskositas kita berbicara tentang fluida sejati. Fluida ideal tidak mempunyai koefisien viskositas.

Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan v dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya  η, maka benda tersebut akan mengalami gaya gesekan fluida sebesar F_s= k η v, dengan k adalah konstanta yang bergantung pada bentuk geometris benda. Berdasarkan perhitungan laboratorium, pada tahun 1845, Sir George Stokes menunjukkan bahwa untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola nilai k = 6  π r. Bila nilai k dimasukkan ke dalam persamaan, maka diperoleh persamaan seperti berikut.

F_s = 6  π η rv

Persamaan di atas selanjutnya dikenal sebagai hukum Stokes.

Keterangan:

F_s : gaya gesekan stokes (N)
η  : koefisien viskositas fluida (Pa s)
r : jari-jari bola (m)
v : kelajuan bola (m/s)

Perhatikan sebuah bola yang jatuh dalam fluida pada gambar dibawah. Gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah gaya berat w, gaya apung F_a, dan gaya lambat akibat viskositasatau gaya stokes F_s. Ketika dijatuhkan, bola bergerak dipercepat. Namun, ketika kecepatannya bertambah, gaya stokes juga bertambah. Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaan seimbang sehingga bergerak dengan kecepatan konstan yang disebut kecepatan terminal.

Gaya-gaya yang bekerja pada benda yang bergerak dalam fluida

Pada kecepatan terminal, resultan yang bekerja pada bola sama dengan nol. Misalnya
sumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif, maka pada saat kecepatan terminal tercapai berlaku berlaku persamaan berikut.

Untuk benda berbentuk bola seperti pada gambar diatas, maka persamaannya menjadi seperti berikut.

Keterangan:

v_T : kecepatan terminal (m/s)

η : koefisien viskositas fluida (Pa s)

R : jari-jari bola (m)

g : percepatan gravitasi (m/s²)

ρ _b : massa jenis bola (kg/m³)

ρ _f : massa jenis fluida (kg/m³)

Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas (η). Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m² atau pascal sekon (Pa s). Ketika kita berbicara viskositas kita berbicara tentang fluida sejati. Fluida ideal tidak mempunyai koefisien viskositas.

Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan v dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya  η, maka benda tersebut akan mengalami gaya gesekan fluida sebesar F_s= k η v, dengan k adalah konstanta yang bergantung pada bentuk geometris benda. Berdasarkan perhitungan laboratorium, pada tahun 1845, Sir George Stokes menunjukkan bahwa untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola nilai k = 6  π r. Bila nilai k dimasukkan ke dalam persamaan, maka diperoleh persamaan seperti berikut.

F_s = 6  π η rv

Persamaan di atas selanjutnya dikenal sebagai hukum Stokes.

Keterangan:

F_s : gaya gesekan stokes (N)
η  : koefisien viskositas fluida (Pa s)
r : jari-jari bola (m)
v : kelajuan bola (m/s)

Perhatikan sebuah bola yang jatuh dalam fluida pada gambar dibawah. Gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah gaya berat w, gaya apung F_a, dan gaya lambat akibat viskositasatau gaya stokes F_s. Ketika dijatuhkan, bola bergerak dipercepat. Namun, ketika kecepatannya bertambah, gaya stokes juga bertambah. Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaan seimbang sehingga bergerak dengan kecepatan konstan yang disebut kecepatan terminal.

Gaya-gaya yang bekerja pada benda yang bergerak dalam fluida

Pada kecepatan terminal, resultan yang bekerja pada bola sama dengan nol. Misalnya
sumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif, maka pada saat kecepatan terminal tercapai berlaku berlaku persamaan berikut.

Untuk benda berbentuk bola seperti pada gambar diatas, maka persamaannya menjadi seperti berikut.

Keterangan:

v_T : kecepatan terminal (m/s)

η : koefisien viskositas fluida (Pa s)

R : jari-jari bola (m)

g : percepatan gravitasi (m/s²)

ρ _b : massa jenis bola (kg/m³)

ρ _f : massa jenis fluida (kg/m³)

Suatu fluida tidak kental bias mengalir melalui pipa yang bertingkat tanpa adanya gaya yang diberikan. Pada fluida kental (viskos) diperlukan perbedaan tekanan Antara ujung-ujung pipa untuk menjaga kesinambungan aliran, apakah air atau oli pada pipa atau darah pada system sirkulasi manusia.    Banyaknya cairan yang mengalir persatuan waktu melalui penampang melintang terbentuk silinder berjari-jari r,yang panjangnya L,selain ditentukan oleh beda tekanan (∆𝑃) pada kedua ujung yang memberikan gaya pengaliran juga ditentukan oleh viscositas cairan dan luas penampang pipa.Hubungan tersebut dirumuskan oleh viscositas cairan dan luas penampang pipa.Hubungan tersebut dirumuskan oleh Poiseuille yang dikenal dengan hukum Poiseuille sebagai : 

𝑄 = (∆𝑃)𝜋𝑟4 8ŋ𝐿 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑣 𝑡 = (∆𝑃)𝜋𝑟4 8ŋ𝐿

  Dengan Q adalah kecepatan aliran volume (volume cairan V yang melewati pipa persatuanwaktu (t) dinyatakan dalam satuan SI m3/S). 

 Keterangan : 
 ŋ : viskositas cairan (Nm-2. s) atau Poise 
 t : waktu yang diperlukan cairan dengan volume mengalir melalui alat (s). 
 v :volume total cairan (L) 
 𝜌 : tekanan pada cairan (Pa)/atm 
 r : jari-jari tabung (m) 
 L :  panjang pipa (m) 
  Persamaan diatas memperlihatkan bahwa Q berbanding terbalik dengan viskositas cairan.Semakin besar viskositas,hambatan aliran juga semakin besar sehingga Q menjadi rendah.Kecepatan aliran volume juga sebanding dengan gradien tekanan ∆𝑃/L