Rumus, Faktor, Aplikasi dan Contoh Soal

Hai Quipperian, setiap tiga bulan pasti ganti oli motor kan? Kira-kira, kenapa ya harus sering ganti oli? Pernahkah Anda membandingkan tekstur minyak sebelum dan sesudah digunakan? Sebelum digunakan, minyak akan terlihat kental.

Namun, tingkat kekentalannya akan menurun seiring pemakaian. Dalam hal ini, oli berfungsi sebagai peredam gesekan antar mesin motor Anda.

Kenapa harus minyak? Oli merupakan salah satu senyawa yang memiliki tingkat kekentalan terbaik untuk mesin sepeda motor. Lalu, apa yang dimaksud dengan kekentalan? Seperti apa rumus viskositasnya? Daripada penasaran, yuk simak selengkapnya!

Definisi Viskositas

Viskositas atau disebut juga viskositas adalah derajat ketahanan suatu fluida terhadap tegangan yang diterimanya. Viskositas disebabkan oleh adanya gaya kohesif antar partikel fluida.

Kohesi adalah gaya tarik-menarik antara partikel sejenis. Semakin tinggi viskositas suatu fluida, maka semakin lama pula gerak suatu benda di dalam fluida tersebut. Sebaliknya, semakin rendah viskositas fluida, maka semakin cepat pergerakan suatu benda di dalam fluida tersebut.

Misalnya, masukkan kelereng ke dalam minyak dan air secara bersamaan. Kelereng manakah yang akan mencapai dasar terlebih dahulu? Pasti kelereng dimasukkan ke dalam air, kan?

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Viskositas

Viskositas fluida dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti suhu, tekanan, dan penambahan gas.

Suhu

Temperatur sangat berpengaruh terhadap tingkat kekentalan suatu fluida. Semakin tinggi suhu, semakin kecil viskositas fluida. Artinya, suhu berbanding terbalik dengan viskositas. Misalnya, oli akan menjadi lebih cair saat dipanaskan.

Tekanan

Selain suhu, tekanan juga mempengaruhi viskositas fluida. Namun, tekanan berbanding lurus dengan viskositas. Artinya, semakin besar tekanan pada fluida, semakin tinggi viskositasnya. Sebaliknya, semakin kecil tekanan pada fluida, semakin rendah viskositasnya.

Tambahan

Penambahan gas juga mempengaruhi viskositas fluida. Dengan penambahan gas, viskositas fluida akan meningkat.

Formula Viskositas

Masalah kekentalan atau kekentalan telah dipelajari lebih detail dalam hukum Stokes. Hukum ini ditemukan oleh Sir George Stokes pada tahun 1845.

Menurut Stokes, jika suatu benda bergerak dalam fluida kental dengan kecepatan v, maka benda tersebut akan mengalami gaya gesek dengan partikel fluida sebesar Fs. Nah, rumus Fs inilah yang kemudian disebut dengan gaya Stokes.

Besarnya gaya Stokes berbanding lurus dengan koefisien viskositas fluida, jari-jari bola, dan kecepatan benda. Secara matematis, diformulasikan sebagai berikut.

Rumus Viskositas adalah F_S = 6πηrv

F_S = gaya gesek benda dengan partikel fluida (N)

η = koefisien viskositas (Ns/m²)

R = radius bola (m)

ay = kecepatan benda dalam fluida (m/s)

Lalu, bagaimana jika koefisien viskositas fluida tidak diketahui? Nah, untuk mencari koefisien viskositas, kamu bisa menggunakan rumus di bawah ini.

Deskripsi Rumus

η = koefisien viskositas (Ns/m²)

R = radius bola (m)

G = percepatan gravitasi bumi (m/s²)

v = kecepatan terminal bola (m/s)

ρ_B = massa jenis benda/bola (kg/m³)

ρ_F = massa jenis fluida (kg/m³)

Apa arti bola dalam rumus di atas? Pada setiap percobaan, benda yang dimasukkan ke dalam fluida biasanya berbentuk bola, misalnya buckshot. Itu sebabnya ada jari-jari bola (r) dalam rumus. Lantas, bagaimana jika bentuk benda tersebut bukan bola? Jadi, Anda akan mempelajari materi itu di tingkat pendidikan yang lebih tinggi, ya?

Penerapan Viskositas dalam Kehidupan Sehari-hari

Setiap jenis fluida memiliki tingkat kekentalan yang berbeda, sehingga aplikasinya juga harus berbeda. Penerapan viskositas dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut.

Oli sebagai Pelumas

Oli merupakan zat pelumas yang biasa digunakan pada kendaraan bermotor. Dengan adanya pelumas ini, mesin dapat meminimalisir gesekan antara piston dan dinding silinder. Semakin lama digunakan maka tingkat kekentalan oli akan semakin berkurang. Jika Anda memaksakan oli bekerja, maka mesin kendaraan Anda bisa mengeluarkan asap karena daya pelumas oli berkurang seiring dengan berkurangnya kekentalan.

Minyak goreng

Jika dibandingkan dengan air, minyak goreng tentu memiliki tekstur yang lebih kental. Saat Anda menggunakan minyak untuk memasak, tentunya tingkat kekentalannya akan menurun. Jika viskositas oli berkurang, maka kegunaannya tidak akan optimal.

Air Mengalir Melalui Pipa

Air tergolong cairan cair atau memiliki kekentalan yang sangat rendah. Itu sebabnya air mudah mengalir melalui pipa, bahkan pipa yang ukurannya sempit. Coba bandingkan dengan oli, apakah oli bisa mengalir melalui pipa yang sangat sempit? Tentu bisa, tapi butuh waktu lama.

Cat tembok

Siapa di antara para Quipperian yang pernah membantu orang tua mereka mengecat rumah? Agar cat yang sudah dipoles dapat terserap dengan sempurna, tentunya orang tua Anda akan menyesuaikan ketebalan cat agar optimal untuk digunakan. Jika catnya terlalu kental, akan sulit untuk menyebarkannya di dinding. Sebaliknya, jika terlalu encer, warna cat tidak akan terlihat.

Contoh Masalah Viskositas

Agar Anda lebih paham, mari kita lihat contoh soal berikut ini.

Masalah 1

Sebuah bola terbuat dari baja memiliki massa jenis 7860 kg/m³ dan radius 3 mm. Kemudian, bola baja dimasukkan ke dalam oli yang koefisien viskositasnya 0,2 Pa.s. Jika massa jenis minyak 860 kg/m3, berapakah kecepatan terminal bola baja?

Dikenal :

η = 0,2 Pa.s

R = 3mm = 0,003m

G = 10m/s²

ρ_B = 7.860 kg/m³

ρ_F = 860 kg/m³

Ditanya: v =…?

Menjawab

Anda dapat menentukan kecepatan terminal dari rumus berikut.

Jadi, kecepatan terminal bola baja di dalam minyak adalah 0,7 m/s.

Masalah 2

Dalam percobaan Hukum Stokes di laboratorium, Andi menjatuhkan bola kecil berdiameter 4 mm ke dalam cairan dengan koefisien viskositas 1,5 Pa.s. Jika bola kecil bergerak dengan kecepatan 1,5 m/s, tentukan besarnya gaya gesek antara bola dan partikel zat cair!

Dikenal :

d = 4mm ↔ r = 2mm = 0,002m

η = 1,5 Pa.s

v = 1,5 m/s

Ditanya:F_S =…?