Viskositas

Viskositas merupakan salah satu sifat (property) fluida. Sebelum lebih jauh, kita bahas terlebih dahulu beberapa konsep fluida.

Secara sederhana, fluida dapat diartikan sebagai zat yang dapat mengalir, seperti cairan dan gas.

Jika zat padat diletakkan ke dalam fluida, maka secara alamiah zat padat itu akan mengalami gaya Archimedes atau biasa disebut dengan gaya apung (F_A); dan gaya gesek internal atau gaya Stokes antara zat padat tersebut dengan fluida. Gaya apung disebabkan oleh karena adanya perbedaan massa jenis (ρ) sedangkan gaya Stokes (F_S) disebabkan oleh kekentalan (viscosity). Kekentalan atau viskositas dalam fisika dilambangkan dengan huruf  Yunani  η (baca: eta), ada juga beberapa literatur yang melambangkannya dengan huruf Yunani μ (baca: myu).

Jenis-jenis aliran fluida (berdasarkan bilangan Reynold (Re)):

1. Aliran Laminar (laminar flow) merupakan aliran fluida yang seragam, lancar, smooth. (Re < 2100)

2. Aliran Turbulen (turbulent flow) merupakan aliran fluida yang acak, kacau, random. (Re >> 2100)

3. Aliran Transisi (transition flow) merupakan aliran yang agaknya seragam namun sedikit turbulen. (bilangan Reynold di antara Re laminar dan Re turbulen)

Aliran-aliran fluida di atas disebabkan oleh beberapa faktor, di antaranya kecepatan fluida, viskositas fluida, massa jenis fluida, dan diameter pipa. Studi modern dinamika fluida tentang aliran (flow) baik dari sisi sains maupun teknik ada pada konsep bilangan Reynold, yang mana berguna untuk menganalisis kerusakan pipa minyak, analisis pengikisan kolestrol oleh darah, dsb; tidak akan kita bahas lebih jauh di sini!

Sekarang kita kembali ke bahasan utama, yaitu viskositas. Viskositas adalah sifat fluida untuk cenderung membuat fuida itu menjadi sulit mengalir; dan juga mempersulit mengalirnya benda lain relatif terhadap fluida tersebut. Semakin tinggi viskositas suatu fluida maka fluida itu semakin sulit untuk mengalir, dan semakin rendah viskositas suatu fluida maka fluida itu semakin mudah untuk mengalir.

Dengan praktikum sederhana, kita dapat mengetahui viskositas suatu fluida (khusus untuk cairan) dengan menggunakan sebuah bola ukuran kecil yang dibiarkan bergerak di dalam fluida, kita mengamati gerakan bola sebagai aliran fluida relatif bola tersebut; ini tentu lebih mudah dilakukan ketimbang bola yang diam dan fluida yang dialirkan melewati bola kecil tersebut. Untuk analisis, baik bola yang diam dan fluida yang mengalir maupun fluida diam dan bola yang bergerak dalam fluida, keduanya setara karena gerak adalah relatif, tapi kita cari cara yang lebih mudah!

Selanjutnya kita harus memenuhi syarat dan prosedur berikut

Syarat yang harus dipenuhi adalah syarat berlakunya rumus gaya Stokes (F_S), di mana semua peralatan dan kondisinya ideal, syarat-syaratnya:

1. Luas wadah tempat fluida harus besar sekali relatif bola (atau bisa juga juga bola jauh lebih kecil daripada wadah fluida asalkan bola cukup berat untuk bergerak tanpa berbelok-belok dalam fluida tersebut). Hal ini agar aliran jejak terlewatinya bola tidak mengacaukan pergerakan bola karena alirannya yang memantul dari dinding-dinding wadah ke bola.

2. Kecepatan bola terhadap fluida tidak terlalu besar. Hal ini agar ruang kosong yang disebabkan jejak bola yang bergerak tidak tertutup dengan cepat dan mengacaukan gerakan bola.

3. Fluida tidak dalam keadaan turbulen. Tentu saja.

Prodesur praktikumnya cukup sederhana.

Pertama-tama, ukurlah massa dan jari-jari bola (catat sebagai m dan r), dan ukurlah massa jenis fluida dengan menggunakan hidrometer (catat sebagai ρ_fluida). Kemudian kita perlu mengukur kecepatan jatuh bola dalam fluida tersebut (v).

Untuk mengukur kecepatan bola yang jatuh di dalam fluida tersebut. Masukkan bola berjari-jari r ke dalam tabung berjari-jari R berisi fluida yang akan dicari tahu viskositasnya setelah sebelumnya tabung tersebut telah diberi tanda seperti pada gambar (bisa dengan karet atau tali). Usahakan bola dimasukkan ke dalam fluida tanpa kecepatan awal.

Alasan diberi jarak dari permukaan fluida adalah agar saat kita mengukur kecepatan bola tersebut, bola sudah dalam keadaan tunak atau sudah tidak dipercepat lagi, kecepatannya sudah konstan; hal ini juga memudahkan kita untuk menentukan viskositas dari analisis hukum Newton pertama (di mana a = 0, keadaan tunak).

Satu langkah lagi, kita perlu menurunkan rumus untuk mengetahui viskositas fluida tersebut dari hukum Newton.

Dengan mensubstitusikan informasi-informasi besaran yang telah kita ukur sebelumnya ke dalam rumus di atas, kita dapat mengetahui viskositas fluida tersebut.

BACA JUGA:
Simulasi Aliran Vortex