Kekentalan Cairan – Viskositas

Kekentalan Cairan – Viskositas

Viskositas atau kekentalan dari suatu cairan adalah salah satu sifat cairan yang menentukan besarnya perlawanan terhadap gaya dari hasil pergeseran. Viskositas terjadi terutama karena adanya interaksi antara molekul-molekul cairan cairan.

Fluida adalah suatu zat yang mempunyai kemampuan berubah secara berkelanjutan apabila mengalami pergeseran, atau mempunyai reaksi terhadap tegangan geser sekecil apapun dalam keadaan diam atau dalam keadaan tergerak, fluida tidak mampu menahan gaya geser yang bekerja padanya,dan oleh sebab itu fluida mudah berubah bentuk tanpa pemisahan massa.

Semua fluida nyata (gas dan zat cair) memiliki sifat-sifat khusus yang dapat diketahui, antara lain:

• Rapat massa (density),
• Kekentalan (viscosity),
• Kemampatan(compressibility),
• Tegangan permukaan (surface tension),
• Kapilaritas(capillarity).

Beberapa sifat fluida pada kenyataannya merupakan kombinasi dari sifat-sifat fluida lainnya. Sebagai contoh kekentalan kinematik melibatkan kekentalan dinamik dan rapat massa. Sejauh yang kita ketahui, fluida adalah gugusan yang tersusun atas molekulmolekul dengan jarak pisah yang besar untuk gas dan kecil untuk zat cair. Molekul-molekul itu tidak terikat pada suatu kisi, melainkan saling bergerak bebas terhadap satu sama lain.

1. Rapat massa adalah ukuran konsentrasi massa zat cair dan dinyatakan dalam bentuk massa persatuan volume .
2. Rapat massa air (rair) pada suhu 4 oC dan pada tekanan atmosfer (patm) adalah 1000 kg/m3.
3. Berat jenis adalah berat benda persatuan volume pada temperatur dan tekanan tertentu, dan berat suatu benda adalah hasil kali antara rapat massa (r ) dan percepatan gravitasi .
4. Rapat relatif (s) adalah perbandingan antara rapat massa suatu zat dan rapat massa air (rair), atau perbandingan antara berat jenis suatu zat dan berat jenis air .Karena pengaruh temperatur dan tekanan pada rapat massa zat cair sangat kecil, maka dapat diabaikan sehingga rapat massa zat cair dapat dianggap tetap.

Kekentalan adalah sifat dari zat cair untuk melawan tegangan geser (t) pada waktu bergerak atau mengalir. Kekentalan disebabkan adanya kohesi antara partikel zat cair sehingga menyebabkan adanya tegangan geser antara molekulmolekul yang bergerak. Zat cair ideal tidak memiliki kekentalan. Kekentalan zat cair dapat dibedakan menjadi dua yaitu kekentalan dinamik (μ) atau kekentalan absolute dan kekentalan kinematis (n). Zat cair Newtonian adalah zat cair yang memiliki tegangan geser (t) sebanding dengan gradien kecepatan normal terhadap arah aliran. Gradien kecepatan adalah perbandingan antara perubahan kecepatan dan perubahan jarak tempuh aliran.

Alat Ukur Kekentalan Cairan

Fluida yang riil memiliki gesekan internal yang besarnya tertentu yang disebut dengan viskositas. Viskositas ada pada zat cair maupun gas dan pada intinya merupakan gaya gesekan antara lapisan-lapisan yang bersisian pada fluida pada waktu lapisan-lapisan tersebut bergerak satu melewati lainnya. Dengan adanya viskositas, kecepatan lapisan-lapisan fluida tidak seluruhnya sama. Lapisan fluida yang terdekat dengan dinding pipa bahkan sama sekali tidak bergerak (v = 0), sedangkan lapisan fluida pada pusat aliran memiliki kecepatan terbesar. Pada zat cair, viskositas disebabkan akibat adanya gaya-gaya kohesi antar molekul.

Dalam fluida ternyata gaya yang dibutuhkan (F), sebanding dengan luas fluida yang bersentuhan dengan setiap lempeng (A), dan dengan laju (v) dan berbanding terbalik dengan jarak antar lempeng (l). Besar gaya F yang diperlukan untuk menggerakan suatu lapisan fluid dengan kelajuan tetap v untuk luas penampang keping A adalah

F = η A v
l

Dengan viskositas didefinisikan sebagai perbandingan regangan geser (F/A) dengan laju perubahan regangan geser (v/l).

Dengan kata lain dapat dikatakan bahwa :
Makin besar luas keping (penampang) yang bersentuhan dengan fluida, makin besar gaya F yang diperlukan sehingga gaya sebanding dengan luas sentuh (F ≈ A). Untuk luas sentuh A tertentu, kelajuan v lebih besar memerlukan gaya F yang lebih besar, sehingga gaya sebanding dengan kelajuan (F ≈ v).

Hukum Stokes
Viskositas dalam aliran fluida kental sam 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 fluida. Akan tetapi, bila benda tersebut bergerak dengan kelajuan tertentu dalam fluida kental, maka benda tersebut akan dihambat geraknya oleh gaya gesekan fluida benda tersebut. Besar gaya gesekan fluida telah dirumuskan

F = η A v = A η v = k η v
l l

Koefisien k tergantung pada bentuk geometris benda. Untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola dengan jari-jari (r), maka dari perhitungan laboraturium ditunjukan bahwa
k = 6 п r
maka
F = 6 п η r v
Persamaan itulah yang hingga kini dikenal dengan Hukum Stokes.

Dengan menggunakan hukum stokes, maka kecepatan bola pun dapat diketahui melalui persamaan (rumus) :
v = 2 r2 g (ρ – ρ0)
9 η

Kekentalan Cairan – Viskositas