Hukum Stokes dan Viskositas

Berbunyi : ”Jika sebuah bola bergerak dalam suatu fluida yang diam maka bola itu akan bekerja suatu gaya gesek dalam bentuk gaya gesekan dan arahnya berlawanan dengan arah gerak bola itu sendiri”. Berikut akan kami jelaskan secara lengkap mengenai hukum stokes dan viskositas. Untuk Lebih jelasnya simak pembahasan di bawah ini.

Hukum Stokes

Gaya gesek antara suatu permukaan benda padat yang bergerak dengan fluida akan sebanding dengan suatu kecepatan relatif gerak benda ini kepada fluida. Hambatan gerak di dalam fluida disebabkan gaya gesek antara bagian fluida yang melekat ke permukaan suatu benda dengan bagian fluida di sebelahnya. Gaya gesek tersebut sebanding dengan koefisien viskositas (η) fluida.

Menurut Stokes, gaya gesek yaitu :

Fs = 6 π r η v

Keterangan Rumus :

Fs adalah gaya gesek (N)
r adalah jari-jari benda (m)
v adalah kecepatan jatuh dalam fluida (m/s)

Persamaan di tersebut dikenal dengan hukum Stokes. Penentuan η dengan memakai hukum Stokes bis dilakukan dengan percobaan kelereng jatuh. Sewaktu kelereng dijatuhkan dalam bejana kaca yang berisi cairan yang hendak ditentukan koefisien viskositasnya, kecepatan kelereng semakin lama akan semakin cepat.

Sesuai pada hukum Stokes, makin cepat gerakannya, maka makin besar gaya geseknya. Hal ini yang menyebabkan gaya berat kelereng tepat setimbang dengan gaya gesek dan kelereng jatuh dengan kecepatan tetap sebesar v hingga berlaku persamaan:

w = Fs
m . g = 6 π r η v

Rumus hukum stokes

Fs = 6 π η r v

Fs adalah gaya hambatan (N)
η adalah koefisien viskositas (kg m-1 s-1)
r adalah jari jari bola (m)
π adalah 22/7
v adalah laju relatif benda pada fluida.

Viskositas

Viskositas adalah ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar atau kecilnya gesekan di dalam fluida.

Semakin besar viskositas (kekentalan) fluida, maka sulit fluida untuk mengalir dan menunjukkan bahwa sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut.

Dalam zat cair, viskositas dihasilkan gaya kohesi antara molekul zat cair. Akan tetapi jika dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antara molekul gas. Zat cair lebih kental daripada gas, hingga untuk mengalirkan zat cair dibutuhkan gaya yang lebih besar jika dibandingkan dengan gaya yang diberikan untuk mangalirkan gas.

gambar 1. sebuah bola yang dimasukkan didalam fluida zat cair

Jika sebuah bola pada gambar 1. yang mana massa jenisnya lebih besar daripada massa jenis fluida dan berjari-jari r, dimasukkan kedalam fluida zat cair, maka bola itu akan jatuh di percepat sampai suatu saat kecepatannya maksimum. Pada kecepatan Vmaks, benda bergerak beraturan sebab gaya beratnya telah diimbangi gaya gesek fluida.

gambar 2. Viskositas berbagai zat cair/gas

Jika sebuah benda memiliki bentuk bola dan jatuh bebas dke alam suatu fluida kental (gambar3), kecepatannya akan bertambah sebab pengaruh gravitasi bumi hingga mencapai pada suatu kecepatan terbesar yang tetap. Kecepatan terbesar yang tetap itu dinamakan dengan kecepatan terminal. Ketika kecepatan terminal tercapai, berlaku keadaan:

Gambar 3 Gaya-gaya yang bekerja pada benda

 

Keteranga rumus :
v adalah kecepatan terminal (m/s)
η adalah koefisien viskositas fluida (Pa s)
r adalah jari-jari bola (m)
g adalah percepatan gravitasi (m/s2)
ρb adalah massa jenis bola (kg/m3)
ρf adalah massa jenis fluida (kg/m3)

Cara Menentukan Viskositas

Cara menentukan viskositas pada suatu suatu zat adalah memakai alat yang dinamakan dengan viskometer. Terdapat beberapa macam viskometer yang biasa dipakai yaitu :

Viskometer kapiler / Ostwald

Viskositas dari cairan yang ditentukan dengan mengukur waktu yang diperlujan bagi cairan itu sendiri untuk lewat antara 2 tanda saat mengalir sebab gravitasi melalui viskometer Ostwald. Waktu alir dari cairan tersebut yang diuji akan dibandingkan dengan waktu yang diperlukan bagi zat yang viskositasnya diketahui untuk lewat 2 tanda tersebut

Viskometer Hoppler

Berdasarkan hukum Stokes kecepatan bola maksimum, terjadi keseimbangan hingga gaya gesek = gaya berat – gaya archimides. Prinsip kerjanya yaitu melontarkan bola ( yang terbuat dari kaca ) melalui tabung gelas yang berisi zat cair dan diselidiki. Kecepatan jatuhnya bola adalah fungsi dari harga resiprok sampel.

Viskometer Cup dan Bob

Prinsip kerjanya yaitu sample digeser ke dalam ruangan antara dinding luar dari bob dan dinding dalam dari cup dimana bob masuk tepat ditengah-tengah. Kelemahan viscometer ini yaitu terjadinya aliran sumbat yang disebabkan oleh geseran yang tinggi hingga menyebabkan penurunan konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini yang menyebabkan bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebut aliran sumbat.

Viskometer Cone dan Plate

Cara pemakaiannya yaitu sebuah sampel ditempatkan tepat ditengah-tengah papan, Lalu kemudian dinaikkan sampai posisi di bawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan berbagai macam kecepatan dan sampelnya digeser kedalam ruang semi transparan yang diam dan kerucut yang berputar

Faktor Yang Mempengaruhi Viskositas

Ada beberapa faktor yang dapatmempengaruhi viskositas, didantaranya yaitu sebagai berikut :

Tekanan

Viskositas cairan naik dengan naiknya tekanan, Akan tetapi viskositas gas tidak dipengaruhi oleh tekanan.

Temperatur

Viskositas turun dengan naiknya suhu, Akan tetapi viskositas gas naik dengan naiknya suhu. Pemanasan zat cair menyebabkan molekulnya mendapat energi. Molekul-molekul cairan bergerak smpai gaya interaksi antar molekul melemah. Dengan begitu viskositas cairan akan turun dengan kenaikan temperatur.

Kehadiran zat lain

Penambahan gula tebu mampu meningkatkan viskositas air. Adanya bahan tambahan seperti misalnya bahan suspensi menaikkan viskositas air. Pada minyak / gliserin adanya penambahan air mampu mengakibatka viskositas turun karena gliserin maupun minyak bisa semakin encer.

Ukuran dan berat molekul

Viskositas naik dengan naiknya berat molekul.

Berat molekul

Viskositas akan naik andai ikatan rangkap semakin banyak.

Kekuatan antar molekul

Viskositas air naik dengan adanya ikatan hidrogen.

Konsentrasi larutan

Viskositas akan berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. Suatu larutan dengan konsentrasi tinggi akan mempunyai viskositas yang tinggi pula, karena konsentrasi larutan menyatakan banyaknya partikel zat yang terlarut untuk setiap satuan volume.

Demikianlah pembahasa mengenai artikel ini, Semoga bermafaat