Viskositas
Viskositas Fluida
Viskositas adalah ukuran hambatan aliran yang ditimbulkan fluida bila fuida tersebut mengalami tegangan geser.Biasanya diterima sebagai "kekentalan", atau penolakan terhadap penuangan. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluida kepada aliran dan dapat dipikir sebagai sebuah cara untuk mengukur gesekan fluida. Air memiliki viskositas rendah, sedangkan minyak sayur memiliki viskositas tinggi.
Besar gaya F yang diperlukan untuk menggerakkan suatu lapisan fluida dengan kelajuan tetap v untuk luas A dan letaknya pada jarak y dari suatu permukaan yang tidak bergerak,dinyatakan oleh
Penurunan Rumus
F = η Av/y
Keterangan:
η =koefisien viskositas
Av = besar gaya f yang diperlukan untuk menggerakkan suatu lapisan fluida
Y =letak sesuatu dari permukaan yang tidak bergerak
Satuannya kg m-1 s-1
Hukum Stokes untuk Fluida Kental
Viskositas dalam aliran fluida kental sama saja dengan gesekan pada gerak benda padat.
Untuk fluida ideal,viskositas η = 0,sehingga kita selalu menganggap bahwa benda yang bergerak dalam fluida ideal tidak mengalami gesekan yang disebabkan oleh fluida.Akan tetapi,bila benda tersebut bergerak dengan kelajuan tertentu dalam fluida kental,maka benda tersebut akan dihambat geraknya oleh gaya gesekan fluida pada benda tersebut.Besar gaya gesekan fluida telah dirumuskan oleh persamaan sebagai berikut:
Penurunan rumus hukum stokes
Ff = η A v = A η v =k η v / y y
Dengan memasukkan nilai k ini ke dalam Persamaandi atas,dapat diperoleh:
Ff = 6πηrv
Penemu hukum stokes:
Pertama kali dinyatakan oleh Sir George Stokes pada tahun 1845,sehingga persamaan ini dikenal dengan hukum stokes
Kecepatan Terminal
Pada suatu benda yang jatuh bebas dalam fluida kental,selama geraknya,pada benda tersebut bekerja tiga buah gaya, yaitu gaya berat, w = mg, gaya ke atas yang dikerjakan fluida Ff.Seperti telah dinyatakan benda akan bergerak makin cepat sampai mencapai kecepatan terminal yang konstan.Pada saat kecepatan terminal Vt tercapai,gaya-gaya yang bekerja pada benda adalah seimbang.
Penurunan rumus
kecepatan terminal dalam fluida kental
VT = g Vb (P b – P f ) / 6 π η r
Untuk benda berbentuk bola dengan jari-jari r,volume benda V b = 4πr3
Kecepatan terminal dalam fluida kental
VT = 2 r2 g ( Pb – Pf ) / 9 η
Viskositas Kinematis dan Viskositas absolute
Jika anda Bayangkan lembaran plastik di atas cairan, kemudian anda tarik. Anda akan merasakan hambatan atau perlawanan. Hambatan ini disebabkan adanya viskositas pada cairan.
Viskositas kinematik adalah ukuran bagi sifat hambatan bagi cairan. Viskositas kinematis ini dipengaruhi oleh gravitasi.
Kembali, bayangkan dua jenis cairan ditemoatkan dalam gelas yang berlubang kecil dibawahnya. Bentuk gelas adalah identik. Ciiran lertama memerlukan 200 detik untuk mengalir sampai habis, cairan kedua memerlukan 400 detik untuk mengalir sampai habis. Ini berarti cairan kedua 2 dua kali lipat lebih viskos. Ya, semudah itu membandingkan.
Viskositas Absolute
Juga sering disebut sebagai viskositas dinamik, adalah perkalian antara viskositas kinematik dengan densitas.
Viskositas absolute = viskoasitas kinematik x densitas
kembali pada gambar 1 : Gaya yang diaplikasikan kepada lapisan plastik diatas adalah sebesar F.
persamaan 1:
A = luas penampang lembaran plastik
u = kecepatan plastik bergerak ( sama dengan kecepatan cairan yang menempel pada plastik)
y = tebal cairan
μ = viskositas dinamik
ilustrasi diatas berlaku untuk cairan yang sedemikian tipisnya, sehingga profil kecepatannya adalah seperti ilustrasi. Persamaan di atas dapat dinyatakan dalam bentuk lain, dengan cara memperkenalkan tegangan geser yaitu:
Untuk menganalisa lapisan yang lebih tebal, dibayankan cairan terdiri dari lapisan-lapisan yang sangan tipis seperti tumpukan kertas. Gaya F yang diaplikasikan kepada lapisan paling atas akan diteruskan ke lapisan dibawahnya. Dan setiap lapisan akan meneruskan gaya sebesar F. Akibatnya, gradien (du/dy) kecepatan disetiap lapisan (laminar) adalah sama. Profil kecepatan pada setiap lapisan adalah sebagai berikut:
Satuan viskositas
Berdasakan analisa pada persamaan 1 satuan viscositas adalah L^2/T. Satuan internasinal bagi viskositas kinematik adalah mm^2/s atau centiStoke atau cSt.
Catatan:
Pendekatan sifat cairan diatas (newtonian) adalah pendekatan yang diambil dengan banyak idealisasi. Di pengamatan sesungguhnya ada beberapa cairan yang mengikuti Newtonian dan banyak yang tidak mengikuti pendekatan di atas. Baca artikel perihal Fluida Newtonian dan non-Newtonian.
(gambar-gambar diambil dari: wikipedia.org)
