Viskositas dan Hukum Stokes

Viskositas dan Hukum Stokes- Viskositas (kekentalan) fluida menyatakan besarnya gesekan yang dialami oleh suatu fluida saat mengalir. Makin besar viskositas suatu fluida, makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m² atau pascal sekon (Pa.s). Pada pembahasan sebelumnya, Anda telah mengetahui bahwa fluida ideal tidak memiliki viskositas. 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..^[1]
Viskositas menjelaskan ketahanan internal fluida untuk mengalir dan mungkin dapat dipikirkan sebagai pengukuran dari pergeseran fluida. Sebagai contoh, viskositas yang tinggi dari magma akan menciptakan statovolcano yang tinggi dan curam, karena tidak dapat mengalir terlalu jauh sebelum mendingin, sedangkan viskositas yang lebih rendah dari lava akan menciptakan volcano yang rendah dan lebar. Seluruh fluida (kecuali superfluida) memiliki ketahanan dari tekanan dan oleh karena itu disebut kental, tetapi fluida yang tidak memiliki ketahanan tekanan dan tegangan disebut fluide ideal.
Studi dari bahan yang mengalir disebut Rheologi, yang termasuk viskositas dan konsep yang berkaitan.

Zat cair dan gas memiliki viskositas, hanya saja zat cair lebih kental (viscous) daripada gas. Dalam penggunaan sehari-hari, viskositas dikenal sebagai ukuran ketahanan oli untuk mengalir dalam mesin kendaraan. Viskositas oli didefinisikan dengan nomor SAE’S (Society of AutomotiveEngineer’s). Contoh pada sebuah pelumas tertulis

API SERVICE SJ

SAE 20W – 50

Klasifikasi service minyak pelumas ini dikembangkan oleh API (AmericanPetroleum Institute) yang menunjukkan karakteristik service minyak pelumas dari skala terendah (SA) sampai skala tertinggi (SJ) untuk mesin-mesin berbahan bakar bensin.

Koefisien viskositas fluida η , didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan luncur (F/A) dengan kecepatan perubahan regangan luncur ( v /l). Secara matematis, persamaannya ditulis sebagai berikut.

η = (tegangan luncur / cepat perubahan tegangan luncur)

η = (F/A) / (v/l)

F = ηA(v/l)

Nilai viskositas setiap fluida berbeda menurut jenis material tempat fluida tersebut mengalir. Nilai viskositas beberapa fluida tertentu dapat Anda pelajari pada Tabel 7.2. Tabel 7.2 Harga Viskositas Berdasarkan Eksperimen

Fluida	Viskositas
Uap Air 100°C	0,125 cP
Air 99°C	0,2848 cP
Light Machine Oil 20°C	102 cP
Motor Oil SAE 10	50–100 cP, 65 cP
Motor Oil SAE 20	125 cP
Motor Oil SAE 30	150–200 cP
Sirop Cokelat pada 20°C	25.000 cP
Kecap pada 20°C	50.000 cP

Keterangan: Poiseuille dan Poise adalah satuan viskositas dinamis, juga disebut viskositas absolut. 1 Poiseulle (PI) = 10 Poise (P) = 1.000 cP. Benda yang bergerak dalam fluida kental mengalami gaya gesek yang besarnya dinyatakan dengan persamaan:

F_f = ηv(A/l) = kηv

Berdasarkan perhitungan laboratorium, pada tahun 1845, Sir George Stoker menunjukkan bahwa untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola nilai k = 6π R.

F_f = 6πrηRv

Persamaan diatas dikenal sebagai Hukum Stokes. Gaya gesek dalam zat cair tergantung pada koefisien viskositas, kecepatan relatif benda terhadap zat cair, serta ukuran dan bentuk geometris benda. Jika sebuah benda berbentuk bola (kelereng) jatuh bebas dalam suatu fluida kental, kecepatannya akan bertambah karena pengaruh gravitasi Bumi hingga mencapai suatu kecepatan terbesar yang tetap. Kecepatan terbesar yang tetap tersebut dinamakan kecepatan terminal. Pada saat kecepatan terminal tercapai, berlaku keadaan

ΣF = 0

F_f + F_A = mg

F_f = mg – F_A

6πrηRv_T = ρ_b.V_b.g – ρ_f.V_f.g

v_T = [g.V_b(ρ_b – ρ_f) ] / [6πrη]

Pada benda berbentuk bola, volumenya vb = 4/3 πr³ sehingga diperoleh persamaan

v_T =(2r²g) (ρ_b – ρ_f) / (9η)

dengan: vt = kecepatan terminal (m/s),
F_f = gaya gesek (N),
F_A = gaya ke atas (N),
ρ_b = massa jenis bola (kg/m²), dan
ρ_f = massa jenis fluida (kg/m³).