Jurnal Koefisien Kekentalan Zat Cair
https://tutorialadigari.blogspot.com/2018/11/jurnal-hukum-ohm-adinotral-gari-istp.html
Setiap benda yang bergerak relatif terhadap benda lain selalu mengalami gesekan (gaya gesek). Sebuah benda yang bergerak di dalam fluida juga mengalami gesekan. Hal ini disebabkan oleh sifat kekentalan (viskositas) fluida tersebut. Koefisien kekentalan suatu fluida (cairan) dapat diperoleh dengan menggunakan percobaaan bola jatuh di dalam fluida tersebut.
![Description: [image12.png]](file:///C:/Users/abcd/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.png)
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Tuhan Yang
Maha Esa atas Rahmat dan Karunian-Nya, sehingga penyusunan peper ini yang
berjudul “KOEFISIEN KEKENTALAN ZAT CAIR” ini dapat terselesaikan tepat pada
waktunya. Paper ini dibuat untuk memenuhi persyaratan Mata Kuliah Praktikum
Fisika Dasar di Jurusan Teknik Informatika, Institut Sains dan Teknologi TD.
Pardede, Medan.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Paper ini masih
ada banyak kekurangan karena itu penulis mengharapkan masukan, kritik dan saran
yang membangun untuk kesempurnaan Jurnal ini.
Akhir kata penulis mengucapkan Terima kasih, dan semoga
Paper ini dapat bermanfaat bagi Pembaca.
Medan, Oktober 2018
Penulis
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR.................................................................................. i
DAFTAR ISI................................................................................................. ii
DATA ASLI.................................................................................................. 1
BAB I PENDAHULUAN............................................................................ 2
A.
Latar
Belakang................................................................................... 2
BAB II PEMBAHASAN............................................................................. 4
A.
Viskositas........................................................................................... 4
B.
Konsep
Viskositas............................................................................. 8
C.
Tekanan
di Dalam Zat Cair................................................................ 14
D.
Tegangan
Permukaan Pada Zat Cair.................................................. 15
E.
Hukum Stokes.................................................................................. 15
F.
Data................................................................................................... 18
BAB III PENUTUP...................................................................................... 19
A.
Kesimpulan........................................................................................ 19
DAFTAR PUSTAKA
I.
DATA
ASLI
II.
JUDUL
PERCOBAAN : KOEFISIEN KEKENTALAN ZAT CAIR
III.
TUJUAN
PERCOBAAN :
Menentukan koefisien kekentalan (Coefisient
of viscosity)
IV.
ALAT-ALAT
:
a.
Tabung
berisi zat cair
b.
Bola-bola
kecil padat
c.
Mikrometer
sekrup, Jangka sorong, Mistar
d.
Termometer
e.
Stopwatch
f.
Sendok
saringan untuk mengambil bola-bola dari dasar tabung
g.
Timbangan
torsi dan anak timbangan
h.
Arcometer
untuk mengukur rapat zat cair
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar
Belakang
Koefisien
kekentalan zat cair adalah sifat daya tahan zat cair terhadap aliran
cairan. Koefisien kekentalan zat
cair dihitung dengan membandingkan waktu yang digunakan zat cair tersebut untuk mengalir
dan massa jenis (kerapatan) zat
cair tersebut dengan nilai koefisien
kekentalan zat cair lain yang telah diketahui.
Kekentalan
adalah sifat dari suatu zat cair (fluida) disebabkan adanya gesekan antara
molekul-molekul zat cair dengan gaya kohesi pada zat cair tersebut.
Gesekan-gesekan inilah yang menghambat aliran zat cair. Besarnya kekentalan zat
cair (viskositas) dinyatakan dengan suatu bilangan yang menentukan kekentalan
suatu zat cair. Hukum viskositas Newton menyatakan bahwa untuk laju perubahan
bentuk sudut fluida yang tertentu maka tegangan geser berbanding lurus dengan
viskositas.
Viskositas memiliki alat
ukur yang disebut viskometer yang berfungsi untuk mengukur koefisien gliserin,
oli atau minyak. Viskositas banyak terdapat dalam kehidupan sehari-hari seperti
sirup, minyak goreng dan oli. Viskositas berguna untuk kehidupan seperti sirup
yang dikentalkan agar tetap awet.
Suatu
zat memiliki kemampuan tertentu sehingga suatu padatan yang dimasukkan
kedalamnya mendapat gaya tekanan yang diakibatkan peristiwa gesekan antara
permukaan padatan tersebut dengan zat cair. Sebagai contoh, apabila kita
memasukkan sebuah bola kecil kedalam zat cair, terlihatlah batu tersebut
mula-mula turun dengan cepat kemudian melambat hingga akhirnya sampai didasar
zat cair. Bola kecil tersebut pada saat tertentu mengalami sejumlah perlambatan
hingga mencapai gerak lurus beraturan. Gerakan bola kecil menjelaskan bahwa
adanya suatu kemampuan yang dimiliki suatu zat cair sehingga kecepatan bola
berubah. Mula-mula akan mengalami percepatan yang dikarenakan gaya beratnya
tetapi dengan sifat kekentalan cairan maka besarnya percepatannya akan semakin
berkurang dan akhirnya nol. Pada saat tersebut kecepatan bola tetap dan disebut
kecepatan terminal. Hambatan-hambatan dinamakan sebagai kekentalan
(viskositas). Akibaat viskositas zat cair itulah yang menyebabkan
terjadinya perubahan yang cukup drastic terhadap kecepatan batu. Hubungan
antara kecepatan terminal dengan angka kekentalan dapat diperoleh dari Hukum Stokes
Aliran viskos, dalam
berbagai masalah keteknikan pengaruh viskositas pada aliran adalah kecil, dan
dengan demikian diabaikan. Cairan kemudian dinyatakan sebagai tidak kental
(invicid) atau seringkali ideal dan diambil sebesar nol. Tetapi jika istilah aliran
viskos dipakai, ini berarti bahwa viskositas tidak diabaikan.
Untuk benda homogen yang
dicelupkan kedalam zat cair ada tiga kemungkinan yaitu, tenggelam, melayang,
dan terapung.
BAB II
PEMBAHASAN
A. Viskositas
Viskositas (kekentalan) berasal dari kata Viscous.
Suatu bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi
viscous yaitu menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat
dianggap sebagai gerakan di bagian dalam (internal) suatu fluida.
Viskositas merupakan pengukuran dari
ketahanan fluida
yang diubah baik dengan tekanan
maupun tegangan. Pada masalah sehari-hari
(dan hanya untuk fluida), viskositas adalah ketebalan atau pergesekan internal.
Oleh karena itu, air yang tipis memiliki
viskositas lebih rendah, sedangkan madu yang tebal memiliki viskositas yang lebih
tinggi. Sederhananya, semakin rendah viskositas suatu fluida, semakin besar
juga pergerakan dari fluida tersebut.
Setiap
zat cair mempunyai karakteristik yang khas, berbeda satu zat cair dengan zat
cair yang lain. Oli mobil sebagai salah satu contoh zat cair dapat kita lihat
lebih kental daripada minyak kelapa. Apa sebenarnya yang membedakan cairan itu
kental atau tidak. Kekentalan atau viskositas dapat dibayangkan sebagai
peristiwa gesekan antara satu bagian dan bagian yang lain dalam fluida. Dalam
fluida yang kental kita perlu gaya untuk menggeser satu bagian fluida terhadap
yang lain.
Di
dalam aliran kental kita dapat memandang persoalan tersebut seperti tegangan
dan regangan pada benda padat. Kenyataannya setiap fluida baik gas maupun zat
cair mempunyai sifat kekentalan karena partikel di dalamnya saling menumbuk.
Bagaimana kita menyatakan sifat kekentalan tersebut secara kuantitatif atau
dengan angka, sebelum membahas hal itu kita perlu mengetahui bagaimana cara
membedakan zat yang kental dan kurang kental dengan cara kuantitatif. Salah
satu alat yang digunakan untuk mengukur kekentalan suatu zat cair adalah
viskosimeter.
Jika sebuah bola dengan
rapat massa dan dilepaskan dari permukaan zat cair tanpa kecepatan awal, maka
bola tersebut mula-mula akan bergerak di percepat. Dengan bertambahnya
kecepatan bola, maka bertambah besar pula gaya gesekan pada bola tersebut. Pada
akhirnya bola bergerak dengan kecepatan tetap, yaitu setelah terjadi
keseimbangan antara gaya berat, gaya apung (Archimides) dan gaya stokes.
Semakin
besar koefisien kekentalan suatu fluida maka semakin besar gaya gesek yang
ditimbulkan oleh fluida. Viskositas juga dipengaruhi oleh perubahan suhu.
Apabila suhu naik maka viskositas menjadi turun atau sebaliknya.
Terdapat
hubungan antara lama waktu alir suatu fluida cair dan besar viskositasnya. Hal
itu dirumuskan sebagai berikut:
h1 . t1 = h2 . t2
h1 = viskositas zat cair 1
h2 = viskositas zat cair 2
t1 = waktu alir zat cair 1
t2 = waktu alir zat cair 2
Satuan viskositas
fluida dalam sistem cgs adalah dyne det cm-2, yang biasa disebut dengan istilah
poise di mana 1 poise sama dengan 1 dyne det cm-2.
Setiap benda yang bergerak relatif terhadap benda lain selalu mengalami gesekan (gaya gesek). Sebuah benda yang bergerak di dalam fluida juga mengalami gesekan. Hal ini disebabkan oleh sifat kekentalan (viskositas) fluida tersebut. Koefisien kekentalan suatu fluida (cairan) dapat diperoleh dengan menggunakan percobaaan bola jatuh di dalam fluida tersebut.
Viskositas
Gaya gesek yang bekerja pada suatu benda yang bergerak relatif terhadap suatu
fluida akan sebanding dengan kecepatan relatif benda terhadap fluida :
F = – b . v
dimana :
F = gaya gesek yang dialami benda.
b = konstanta gesekan.
v = kecepatan benda.
Fluida adalah zat alir yang dapat mengalir (zalir),
yang dapat berupa gas ataupun zat cair. Salah satu sifat yang dimiliki oleh
setiap zalir (fluida) adalah viskositas. Viskositas merupakan
sifat fluida yang menghambat fluida tersebut saat mengalir. Nilai koefisien
viskositas suatu fluida sangat bergantung pada suhu.
Faktor-faktor yang
mempengaruhi viskositas :
1.
Suhu
Viskositas
berbanding terbalik dengan suhu. Jika suhu naik maka viskositas akan turun, dan
begitu sebaliknya. Hal ini disebabkan karena adanya gerakan partikel-partikel
cairan yang semakin cepat apabila suhu ditingkatkan dan menurun kekentalannya.
2.
Konsentrasi larutan
Viskositas berbanding lurus dengan
konsentrasi larutan. Suatu larutan dengan konsentrasi tinggi akan memiliki
viskositas yang tinggi pula, karena konsentrasi larutan menyatakan banyaknya
partikel zat yang terlarut tiap satuan volume. Semakin banyak partikel yang
terlarut, gesekan antar partikrl semakin tinggi dan viskositasnya semakin
tinggi pula.
3.
Berat
molekul solute
Viskositas berbanding lurus dengan berat
molekul solute. Karena dengan adanya solute yang berat akan menghambat atau
member beban yang berat pada cairan sehingga manaikkan viskositas.
4.
Tekanan
Semakin tinggi tekanan maka semakin besar
viskositas suatu cairan.
Jika
ada jarak antara fluida (cairan atau gas) dengan benda lain selalu terjadi
kakas yang melawan gerak tersebut yang di sebut kakas kekentalan. Bila sebuah
benda yang berbentuk bola, bergerak dengan kecepatan rendah di dalam suatu
medium (cairan atau gas) yang tetap sifat-sifatnya besar kakas kekentalan. gaya
gesekan yang dialmi benda dapat dirumuskan sebagai berikut :
Fv
= -6πὴr.v
Keterangan
:
Fv = gaya gesekan yang bekerja pada bola
ὴ = koefisien kekentalan fluida
r = jari-jari bola
v = kecepatan bola relative terhadap
fluida
Rumus
di atas dikenal sebagai hukum stokes. Tanda minus menunjukkan arah gaya Fv
yang berlawanan dengan arah kecepatan (v). pemakaian hukum stokes memerlukan
beberapa syarat, yaitu:
1. Ruang
tempat medium tidak terbatas (ukurannya cukup luas dibandingkan dengan ukuran
benda)
2. Tidak
ada turbulensi didalam fluida
3. Kecepatan
v tidak besar, sehingga aliran masih laminar
Satuan SI untuk Fv adalah
newton meter-2 detik atau N.M-2s. Nilai ὴ tergantung pada
jenis cairan dan terpengaruh suhu. Dalam metode bola jatuh, sebuah bola kecil
di jatuhkan dalam tabung yang tinggi berisi cairan. Mula-mula kecepatannya
rendah, tetapi percepatan gravitasi menyebabkan kecepatan bertambah, sehingga
kakas Fv bertambah besar. Kakas yang di alami bola kakas gravitasi Fg
(kebawah), kakas apung Fb (ke atas) dan kakas gesekan Fv (ke atas). Pada suatu
niali tertentu, akan terjadi keseimbangan :
Fg + Fb + Fv = 0
Dimana kakas ke bawah
dianggap positif sehingga gaya resultan menjadi nol. Maka kecepatan bola tidak
berubah lagi melainkan tetap pada nilai maksimum atau nilai akhir yang ditulis
dengan Va (terminal velocity). Kakas Fg dan Fb
dapat ditulis sebagai fungsi uji bola R, rapat bola ρ dan cairan ρo.
Fg = 4/3 π R3
ρ g
Fg = 4/3
π R3 ρo g
B. Konsep Viskositas
Fluida, baik zat cair maupun zat gas yang jenisnya
berbeda memiliki tingkat kekentalan yang berbeda. Viskositas alias kekentalan
sebenarnya merupakan gaya gesekan antara molekul-molekul yang menyusun suatu
fluida. Jadi molekul-molekul yang membentuk suatu fluida saling gesek-menggesek
ketika fluida tersebut mengalir. Pada zat cair, viskositas disebabkan karena
adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam
zat gas, viskositas disebabkan oleh tumbukan antara molekul.
Fluida
yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contohnya air. Sebaliknya,
fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contohnya minyak goreng, oli,
madu dkk. Hal ini bisa dibuktikan dengan menuangkan air dan minyak goreng di
atas lantai yang permukaannya miring. Pasti air ngalir lebih cepat daripada
minyak goreng atau oli. Tingkat kekentalan suatu fluida juga bergantung pada
suhu. Semakin tinggi suhu zat cair, semakin kurang kental zat cair tersebut.
Misalnya ketika ibu menggoreng paha ikan di dapur, minyak goreng yang awalnya
kental menjadi lebih cair ketika dipanaskan. Sebaliknya, semakin tinggi suhu
suatu zat gas, semakin kental zat gas tersebut.
Perlu
diketahui bahwa viskositas alias kekentalan cuma ada pada fluida riil (rill =
nyata). Fluida riil/nyata tuh fluida yang kita temui dalam kehidupan
sehari-hari, seperti air, sirup, oli, asap knalpot, dan lainnya. Fluida riil
berbeda dengan fluida ideal. Fluida ideal sebenarnya tidak ada dalam kehidupan
sehari-hari. Fluida ideal hanya model yang digunakan untuk membantu kita dalam
menganalisis aliran fluida (fluida ideal ini yang kita pakai dalam pokok
bahasan Fluida Dinamis). Mirip seperti kita menganggap benda sebagai benda
tegar, padahal dalam kehidupan sehari-hari sebenarnya tidak ada benda yang
benar-benar tegar/kaku. Tujuannya sama, biar analisis kita menjadi lebih
sederhana.
Satuan
Sistem Internasional (SI) untuk koofisien viskositas adalah Ns/m2 =
Pa.s (pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk si koofisien
viskositas adalah dyn.s/cm2 = poise (P). Viskositas juga sering
dinyatakan dalam sentipoise (cP). 1 cP = 1/100 P. Satuan poise digunakan untuk
mengenang seorang Ilmuwan Perancis, almahrum Jean Louis Marie Poiseuille (baca
: pwa-zoo-yuh).
1 poise = 1 dyn . s/cm2 =
10-1 N.s/m2 Pada tabel didaftar koefisien
viskositas beberapa fluida. Untuk suhu yang lebih rendah umumnya zat cair
menjadi lebih kental (koefisien viskositasnya lebih besar). Seperti yang
diamati pada oli mesin, madu, dan fluida-fluida kental lainnya. Berlawanan
dengan itu, gas biasanya berkurang kekentalannya jika suhu turun. Makin
kecil η fluida, makin mendekati fluida ideal; untuk fluida ideal η = 0.
Teori
Dasar Viskositas merupakan suatu sifat fluida yang mendasari diberikannya tahanan
terhadap tegangan geser oleh fluida tersebut. Viskositas sering diartikan
sebagai kekentalan. Viskositas sebenarnya disebabkan oleh kohesi dan pertukaran
momentum molekuler di antara lapisan-lapisan fluida dan pada waktu
berlangsungnya aliran, efek ini terlihat sebagai tegangan tangensial atau
tegangan geser di antara lapisan yang bergerak. Akibat adanya gradien
kecepatan, akan menyebabkan lapisan fluida yang lebih dekat pada plat yang
bergerak, dan akan diperoleh kecepatan yang lebih besar dari lapisan yang lebih
jauh. Cairan yang mempunyai viskositas lebih tinggi akan lebih lambat mengalir
didalam pipa dibandingkan cairan yang viskositasnya lebih rendah.
Sebuah
benda yang bergerak dalam fluida yang punya viskositas lebih tinggi mengalami
gaya gesek viskositas yang lebih besar daripada jika benda tersebut bergerak
didalam fluida yang viskositasnya lebih rendah. Tujuan mempelajari viskositas
ini adalah memahami bahwa benda yang bergerak di dalam fluida akan mendapatkan
gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida tersebut. Selain itu, dapat
menentukan koefisien kekentalan dari fluida. Faktor-faktor yang mempengaruhi
viskositas antara lain adalah koefisien kekentalan zat cair itu sendiri, massa
jenis dari fluida tersebut, bentuk atau besar dari partikel fluida tersebut,
karena cairan yang partikelnya besar dan berbentuk tak teratur lebih tinggi
dari pada yang partikelnya kecil dan bentuknya teratur. Selain itu juga suhu,
semakin tinggi suhu cairan semakin kecil viskositasnya, semakin rendah suhunya
maka semakin besar viskositasnya.
Aplikasi
Teori Aplikasi dari viskositas adalah pelumas mesin. Pelumas mesin ini biasanya
kita kenal dengan nama oli. Oli merupakan bahan penting bagi kendaraan
bermotor. Oli yang dibutuhkan tiap-tiap tipe mesin kendaraan berbeda-beda
karena setiap tipe mesin kendaraan membutuhkan kekentalan yang berbeda-beda.
Kekentalan ini adalah bagian yang sangat penting sekali karena berkaitan dengan
ketebalan oli atau seberapa besar resistensinya untuk mengalir. Sehingga
sebelum menggunakan oli merek tertentu harus diperhatikan terlebih dahulu
koefisien kekentalan oli sesuai atau tidak dengan tipe mesin. Memilih dan
menggunakan oli yang baik dan benar untuk kendaraan bermotor merupakan langkah
tepat untuk merawat mesin dan peralatan kendaraan agar tidak cepat rusak dan
mencegah pemborosan.
Masyarakat
umum beranggapan bahwa fungsi utama oli hanyalah sebagai pelumas mesin. Padahal
oli memiliki fungsi lain, yakni sebagai pendingin, pelindung karat, pembersih
dan penutup celah pada dinding mesin. Sebagai pelumas mesin oli akan membuat
gesekan antar komponen didalam mesin bergerak lebih halus dengan cara masuk
kedalam celah-celah mesin, sehingga memudahkan mesin untuk mencapai suhu kerja
yang ideal.
Viskositas dari oli
sangat diperhitungkan untuk meminimalisir gaya gesek yang ditimbulkan oleh
mesin yang bergerak dan terkontak satu terhadap yang lain sehingga mencegah
terjadinya keausan. Pada permesinan bagian yang paling sering bergesekan adalah
piston, ada banyak bagian lain namun gesekannya tak sebesar yang dialami
piston. Disinilah kegunaan oli. Oli memisahkan kedua permukaan yang berhubungan
sehingga gesekan pada piston diperkecil. Selain itu, oli juga bertindak sebagai
fluida yang memindahkan panas ruang bakar yang mencapai 1000-1600 derajat celcius
ke bagian lain mesin yang lebih dingin, sehingga mesin tidak over heat (sebagai
pendingin).
Pembersih
mesin dari sisa pembakaran dan deposit senyawa karbon yang masuk dalam ruang
bakar supaya tidak muncul endapan lumpur. Teknologi mesin yang terus berkembang
menuntut kerja pelumas semakin lengkap, seperti penambahan anti karat dan anti
foam. Semakin kental oli, maka lapisan yang ditimbulkan menjadi lebih
kental. Lapisan halus pada oli kental memberi kemampuan ekstra menyapu atau
membersihkan permukaan logam yang terlumasi. Sebaliknya oli yang terlalu tebal
akan memberi resitensi berlebih mengalirkan oli pada temperatur rendah sehingga
mengganggu jalannya pelumasan ke komponen yang dibutuhkan. Untuk itu, oli harus
memiliki kekentalan lebih tepat pada temperatur tertinggi atau temperatur
terendah ketika mesin dioperasikan karena nilai viskositas masing-masing oli
akan berkurang jika suhu cairan dinaikkan. Suhu semakin tinggi diikuti makin
rendahnya viskositas oli atau sebaliknya.
Beberapa kriteria yang penting
yang harus dipenuhi oleh oli antara lain :
1.
Viskositas
harus cukup kental untuk menahan agar bagian peralatan yang bergerak
relatif terpisah, tetapi juga harus mencegah kebocoran dari segel.
2.
Fluida
harus cukup pada saat awal yaitu pada saat peralatan masih dingin.
3.
Dapat
membentuk film yang cukup kuat untuk pelumasan perbatasan.
4.
Tahan
terhadap oksidasi suhu tinggi.
5.
Mengandung
deterjen dan dispersan cukup untuk menyerap endapan atau lumpur yanga
terbentuk.
6.
Tidak
membentuk emulsi dengan air yang masuk dari segel yang bocor.
Tingkat
kekentalan oli disebut Viscosity Grade, yaitu ukuran kekentalan dan kemampuan
oli untuk mengalir pada temperatur tertentu menjadi prioritas terpenting dalam
memilih oli. Kode pengenal oli adalah berupa huruf SAE yang merupakan singkatan
dari Society of Automotive Engineers. Selanjutnya angka yang mengikuti
dibelakangnya, menunjukkan tingkat kekentalan oli tersebut. Misalnya oli yang
bertuliskan SAE 15W-50, berarti oli tersebut memiliki tingkat kekentalan SAE 10
untuk kondisi suhu dingin dan SAE 50 pada kondisi suhu panas.
Semakin besar angka yang
mengikuti kode oli menandakan semakin kentalnya oli tersebut. Sedangkan huruf W
yang terdapat dibelakang angka awal, merupakan singkatan dari Winter. Dengan
kondisi seperti ini, oli akan memberikan perlindungan optimal saat mesin start
pada kondisi ekstrim sekalipun. Sementara itu dalam kondisi panas normal,
idealnya oli akan bekerja pada kisaran angka kekentalan 40-50 menurut standar
SAE.
Aliran cairan viskositas dapat dikelompokkan menjadi dua
tipe, yaitu :
1.
Aliran
laminer atau aliran kental.
Menggambarkan
laju aliran kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah kecil.
2.
Aliran
turbulen
Menggambarkan
laju aliran yang besar melalui pipa dengan diameter yang lebih besar.
Dengan kata lain pembagian ini ialah pertama bagian air
yang mengalir seakan-akan mengikuti suatu garis tak putus, bik lurus maupun
melengkung. Ada bagian-bagian yang alirannya berputar-putar dengan putaran yang
tidak jelas ujung dan pangkalnya.
Aliran yang mengikuti suatu garis (lurus ataupun
melengkung) yang jelas ujung dan pangkalnya disebut aliran garis arus atau
dalam bahasa Inggris disebut aliran Streamline. Secara lebih cermat dikatakan
bahwa aliran garis arus adalah aliran yang tiap partikel yang melalui suatu
titik mengikuti suatu garis yang sama seperti partikel-partikel lain melalui
titik itu. Selain itu, pada aliran garis arus arah gerak partikel-partikel itu
sama dengan arah aliran secara keseluruhan. Garis yang dilalui oleh
partikel-partikel itu pada aliran seperti ini disebut garis arus.
Berbeda dengan aliran garis arus, ada
aliran yang disebut aliran turbulent. Aliran turbulent
ditandai oleh adanya aliran berputar. Ada partikel-partikel yang arah geraknya
berbeda, bahkan berlawanan dengan arah gerak keseluruhan fluida. Jika aliran
turbulent maka akan terdapat pusaran-pusaran dalam gerakannya dan lintasan
partikel-partikelnya senantiasa berubah. Aliran turbulent menggambarkan laju
aliran yang beasar melqlui pipa dengan diameter yang lebih besar.
Sifat dari fluida sejati adalah kompersibel, artinya
volume dan massa jenisnya akan berubah bila diberikan tekanan. Selain itu juga
fluida sejati mempunyai viskositas yaitu gesekan di dalam fluida sedangkan
dalam anggapan fluida ideal semua sifat-sifat ini diabaikan.
Viskositas di dalam zat cair disebabkan oleh gaya kohesi
antar molekul dan di dalam gas disebabkan oleh pelanggaran-pelanggaran antar
molekul yang bergerak dengan cepat. Terutama dalam arus turbulent, viskositas
ini naik dengan cepat sekali hamper berbanding lurus dengan pangkat tiga
kecepatannya. Makin besar kecepatannya, makin besar viskositasnya.
Viskositas zat cair lebih besar daripada gas. Viskositas
gas sedemikian kecilnya sehingga sering diabaikan. Viskositas fluida bergantung
kepada suhunya. Viskositas ini pada umumnya yaitu zat cair, yang umumnya
berkurang jika suhunya naik. Tetapi sebaliknya viskositas gas lebih besar jika
suhunya naik. Lapisan-lapisan gas atau zat cair yang mengalir saling
berdesakan. Karena itu terdapat gaya gesek yang bersifat menahan aliran yang
besarnya tergantung dari kekentalan zat cair tersebut.
Viskositas
menentukan kemudahan suatu molekul bergerak karena adanya gesekan antar lapisan
material. Karenanya viskositas menunjukkan tingkat ketahanan suatu cairan untuk
mengalir. Semakin besar viskositas maka aliran akan semakin lambat. Besarnya
viskositas dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti temperatur, gaya tarik
antar molekul dan ukuran serta jumlah molekul terlarut. Fluida, baik zat cair
maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan yang berbeda.
Pada zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik
menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan
oleh tumbukan antara molekul.
Fluida
yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contohnya air. Sebaliknya,
fluida yang lebih kental lebih sulit mengalir, contohnya minyak goreng, oli,
madu dll. Tingkat kekentalan fluida dinyatakan dengan koefisien viskositas (h).
Kebalikan dari Koefisien viskositas disebut fluiditas, , yang merupakan ukuran
kemudahan mengalir suatu fluida.
Viskositas
cairan adalah fungsi dari ukuran dan permukaan molekul, gaya tarik menarik
antar molekul dan struktur cairan. Tiap molekul dalam cairan dianggap dalam
kedudukan setimbang, maka sebelum sesuatu lapisan melewati lapisan lainnya
diperlukan energy tertentu. Sesuai hokum distribusi Maxwell-Boltzmann, jumlah
molekul yang memiliki energy yang diperlukan untuk mengalir, dihubungkan oleh
factor e-E/RT dan viskositas sebanding dengan e-E/RT.
Secara kuantitatif pengaruh suhu terhadap viskositas dinyatakan dengan
persamaan empirik,
h = A e-E/RT
A merupakan tetapan yang
sangat tergantung pada massa molekul relative dan volume molar cairan dan E
adalah energi ambang per mol yang diperlukan untuk proses awal aliran.
C. Tekanan di Dalam
Zat Cair
Archimedes ( 287 –
212 SM ) adalah seorang keturunan Yunani. Ia menerima pendidikan di Alexandris
yang merupkan tempat pengajaran kebudayaan Yunani. Ia menciptakan sekrup
Archimedes untuk memompa air, menyatakan sifat – sifat katrol dan pengungkit,
membangun sebuah model mekanis yang menirukan gaya bulan dan planet – planet,
serta untuk memuaskan Raja Syaracure. Ia juga menemukan suatu cara untuk
menentukan apakah mahkota raja terbuat dari emas asli atau bukan tanpa
meleburkan mahkota tersebut yang selanjutnya sampai sekarang berkembang menjadi
prinsip daya apung Arhimedes.
Penemuan – penemuan
Archimedess banyak bermanfaat bagi kehidupan manusia. Salah satunya
untuk mempelajari fluida tidak bergerak
(tidak mengalir). Pada fluida yang tidak
mengalir, seperti zat cair yang berada dalam bejana yang tidak berlubang,
terlihat secara langsung atau pun tidak langsung, tidak adanya perpindahan
bagian – bagian zat itu. Dalam keadaan seperti ini fluida memiliki sifat –
sifat tertentu.
D.
Tegangan
Permukaan Pada Zat Cair
Molekul cairan yang
terletak dipermukaan ditarik oleh molekul cairan yang berada di samping dan
bawahnya. Akibatnya, pada permukaan cairan terdapat gaya total yang berarah ke
bawah. Karena adanya gaya total yang arahnya ke bawah, maka cairan yang
terletak di permukaan cenderung memperkecil luas permukaannya, dengan menyusut
sekuat mungkin. Hal ini yang menyebabkan lapisan cairan pada permukaan seolah-olah
tertutup oleh selaput elastis yang tipis. Fenomena ini kita kenal dengan
istilah Tegangan Permukaan.
E.
Hukum
Stokes
Dalam fisika, ada dua macam. Pertama mengenai gesekan
zat-alir terhadap benda yang bergerak di dalamnya, dan kedua mengenai pendaran
cahaya. Apabila bola jatuh karena gaya berat, mula-mula v akan membesar dan
akibatnya R juga membesar, sampai pada suatu saat gaya gesek ini sama besar dan
berlawanan arah dengan gaya berat Mg (M ialah massa bola). Maka kedua gaya akan
saling mematikan dan tidak ada gaya neto yang bekerja pada bola itu, sehingga
bola akan turun dengan kecepatan maksimum yang konstan. Hukum Stokes sebenarnya
diperuntukkan bagi zat alir yang cukup kental (berbagai minyak) dan gerakan
benda yang bersifat laminar (tidak turbulen), namun secara kualitatif hukum ini
menjelaskan juga gerakan pada terjun payung, maupun gesekan yang diderita mobil
yang melaju. Makin lebar payungnya akan makin besar gesekannya, sehingga
penerjun dapat makin lama berayun-ayun di angkasa. Turunnya seorang penerjun
tidak benar-benar vertikal, di samping akibat adanya angin, juga akibat
diubahnya bentuk payung (ada batasnya) oleh penerjun. Manuver terbatas ini
memungkinkan penerjun jatuh pada sasaran yang diinginkan.
Dalam peristiwa pendaran (fluoresens), panjang gelombang
cahaya yang dipancarkan oleh penyerap umumnya lebih besar daripada panjang
gelombang cahaya yang diserap (cahaya pengeksitasi). Hukum Stokes ini mengenal
kekecualian. Uap merkurium, misalnya, memancarkan cahaya pendaran yang tepat
sama dengan cahaya yang diserap. Fluoresens ini disebut radiasi resonans.
Beberapa garam uranil malahan memancarkan cahaya yang lebih pendek gelombangnya
daripada cahaya yang diserapnya. Pertambahan energi yang diperlukan diambil
dari energi termal larutan.
Hukum Stokes adalah berbunyi bila sebuah bola
bergerak dalam suatu fluida yang diam maka terhadap bola itu akan bekerja gaya geser dalam bentuk gaya gesekan yang arahnya berlawanan dengan arah gerak bola tersebut.
Pada dasarnya fluida dapat dikelompokkan menjadi dua,
yaitu fluida ideal dan fluida sejati. Fluida ideal akan dibicarakan tersendiri
dalam mekanika fluida. Fluida sejati adalah fluida yang kompressibel, mempunyai
kekentalan atau viskositas tertentu sehingga terjadi gesekan apabila
bersinggungan dengan zat lain. Dengan memperhatikan sifat-sifat dari fluida
sejati akan kita pelajari gejala-gejala yang terjadi.
Percobaan
Stokes:
Stokes
melakukan percobaan dengan cara melepaskan sebuah bola ke
dalam fluida. Dari hasil percobaan, Stokes memberikan suatu hukum tentang
besarnya gaya penahan/gaya penghambat fluida terhadap gerak bola akibat adanya
gesekan antara permukaan bola dengan fluida. Besar gaya gesek fluida/gaya
Stokes itu adalah:
Di antara salah satu sifat
zat cair adalah kental (viscous) di mana zat cair memiliki koefisien kekentalan
yang berbeda-beda, misalnya kekentalan minyak goreng berbeda dengan kekentalan
oli. Dengan sifat ini zat cair banyak digunakan dalam dunia otomotif yaitu
sebagai pelumas mesin. Telah diketahui bahwa pelumas yang dibutuhkan tiap-tiap
tipe mesin membutuhkan kekentalan yang berbeda-beda. Sehingga sebelum
menggunakan pelumas merek tertentu harus diperhatikan terlebih dahulu koefisien
kekentalan pelumas sesuai atau tidak dengan tipe mesin. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui
berapa koefisien kekentalan suatu fluida yang diukur dengan menggunakan regresi
linear hukum Stokes. Sehingga data tersebut dapat digunakan sebagai bahan
perbandingan untuk menentukan koefisien kekentalan zat cair yang dibutuhkan
oleh tiap- tiap tipe mesin. Fluida yang digunakan adalah air, minyak goreng dan
oli.
Jika sebuah benda berbentuk
bola dijatuhkan ke dalam fluida kental, misalnya kelereng dijatuhkan ke dalam
kolam renang yang airnya cukup dalam, nampak mula-mula kelereng bergerak
dipercepat. Tetapi beberapa saat setelah menempuh jarak cukup jauh, nampak
kelereng bergerak dengan kecepatan konstan (bergerak lurus beraturan). Ini
berarti bahwa di samping gaya berat dan gaya apung zat cair masih ada gaya lain
yang bekerja pada kelereng tersebut, ini adalah gaya gesekan yang disebabkan
oleh kekentalan fluida.
Pada keadaan ini berlaku
persamaan:
Jika saat kecepatan terminal telah tercapai,
maka berlaku prinsip Newton tentang GLB (gerak lurus beraturan):
FA
+ FS = W
Jika
ρb menyatakan rapat massa bola, ρf menyatakan volume bola, serta g gravitasi bumi,
maka berlaku Persamaan:
W =
ρb.Vb.g
V
= (ρ – ρo)
ρ = rapat massa bola
ρo = rapat massa fluida
F. DATA
Jenis cairan : Minyak Goreng
Bola
besar
|
D
|
R
|
M
|
t1(det)
|
t2(det)
|
t3(det)
|
t(det)
|
1
|
5,35
|
2,675
|
3,5
|
01
|
0,4
|
0,4
|
1,8 det
|
2
|
4,3
|
2,15
|
2,7
|
0,4
|
0,5
|
0,5
|
1,4 det
|
3
|
4,8
|
2,4
|
2,8
|
00,5
|
0,4
|
0,3
|
1,2 det
|
4
|
4,4
|
2,2
|
2,9
|
0,4
|
0,4
|
0,3
|
1,1 det
|
Bola
Sedang
|
D
|
R
|
M
|
t1(det)
|
t2(det)
|
t3(det)
|
t(det)
|
1
|
2,29
|
1,45
|
2,2
|
0,4
|
0,4
|
0,3
|
1,1 det
|
2
|
2,25
|
1,125
|
2,1
|
0,4
|
0,4
|
0,2
|
1 det
|
3
|
2,28
|
1,14
|
2,2
|
0,4
|
0,3
|
0,2
|
0,9 det
|
4
|
2,20
|
1,1
|
2,2
|
0,2
|
0,2
|
0,1
|
0,5 det
|
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Viskositas merupakan pengukuran dari
ketahanan fluida yang diubah baik dengan tekanan maupun tegangan.
Pada masalah sehari-hari (dan hanya untuk fluida), viskositas adalah
“Ketebalan” atau “pergesekan internal”. Oleh karena itu, air yang “tipis”,
memiliki viskositas lebih rendah, sedangkan madu yang
“tebal”, memiliki viskositas yang lebih tinggi. Sederhananya, semakin rendah
viskositas suatu fluida, semakin besar juga pergerakan dari fluida tersebut.
Viskositas adalah kekentalan lapisan-lapisan fluida ketika lapisan tersebut
bergeser satu sama lain. Viskositas juga merupakan gesekan dalam fluida.
Besarnya viskositas menyatakan kekentalan fluida. Gesekan yang terjadi dapat
memberi hambatan pada fluida jika bersinggungan dengan sebuah benda.
Secara matematis, besarnya viskositas dinyatakan
dengan gaya yang diperlukan untuk menggerakan lapisan fluida:
F = kηv
Dengan:
F = gaya untuk menggerakan lapisan fluida (N)
v = kecepatan fluida (m/s)
η = koefisien viskositas (Ns/m2)
1
Bila bola dijatuhkan dikekentalan minyak bola
akan lebih lambat jatuhnya dari pada bola dijatuhkan di air atau medium yang
kekentalannya lebih rendah.
2
Bola yang lebih besar akan lebih cepat turun
dari pada bola yang lebih kecil karna gaya grvitasinya besar
Gak ada daftar pustakanya yah?
BalasHapus