Materi Viskositas

Teori Dasar Viskositas

Salah satu sifat yang berhubungan dengan zat cair adalah kental (viscous), dimana setiap zat cair memiliki koefisien kekentalan yang berbeda – beda. Dalam dunia otomotif pengetahuan tentang nilai viskositas dari berbagai jenis pelumas sangat dibutuhkan karena tiap – tiap mesin membutuhkan kekentalan pelumas yang berbeda. 

Pengertian viskositas

Pengertian viskositas itu sendiriya itu ukuran sebuah ketahanan fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuknya. Viskositas zat cair ini semakin berkurang dengan bertambahnya temperature karena pada zat cair jarak antar molekul lebih kecil dibandingkan dengan gas. Sehingga kohesi molekuler di dalam zat cair sangat kuat. 

Sedangkan kekentalan merupakan sifat suatu zat cair (fluida) disebabkan adanya gesekan antara molekul – molekul zat cair dengan gaya kohesi pada zat cair tersebut. Gesekan – gesekan inilah yang menghambat aliran zat cair. Besarnya kekentalan zat cair (viskositas) dinyatakan dengan suatu bilangan yang menentukan kekentalan suatu zat cair. Pada saat ini sangat jarang ditemukan alat untuk menentukan nilai viskositas suatu cairan, yaitu viskometer.

Teori viskositas dapat dituliskan dalam bentuk persamaan, yaitu :

F = eta.A.v/l

Keterangan :

F = gaya yang diperlukan untuk mempertahankan pelat tetap bergerak relative dengan kecepatan v

A = luas penampang pelat

l  =jarak pisah dua pelat

v = kecepatan

eta  =konstanta yang disebut koefisien viskositas fluida

Satuan viskositas adalah Ns/m^2. Jika dinyatakan dalam satuan CGS, satuan viskositas adalah dynes/cm^2. Satuan ini disebut juga poise (P). Umumnya koefisien viskositas dinyatakan dalam cP (centipoises = 0,001 P). 

Dalam viskositas terdapat beberapa teori – teori dasar, antara lain sebagai berikut :

1. Hukum Stokes

Jika sebuah bola kecil bergerak dalam fluida yang viskositasnya nol, maka garis – garis arusnya akan membentuk pola simetris. Tekanan di sembarang titik pada permukaan bola yang searah dengan gerak bola sama dengan tekanan di sembarang titik berlawanan arah dengan gerak bola sehingga resultan gaya pada bola itu nol. 

Pada fluida kental jika bola kecil dijatuhkan, akan timbul hambatan berupa gaya gesek (f) pada bola. Besar gaya gesek itu mempengaruhi jari – jari bola r, kecepatan relatif pada fluida v, dan koefisien viskositas fluida (eta) sesuai persamaan

f = 6.pi.eta.r.v 

Dengan k = eta.A/l, untuk bola nilai k = 6.pi.eta.r, dengan demikian, persamaan di atas menjadi :

f = eta.A.v/l = k.v

Persamaan ini dikemukakan oleh Sir George Stoke tahun 1945 dan dikenal dengan hukum Stokes.

Persamaan kecepatan terminal dapat dituliskan sebagai berikut :

v = (2.g.r^2)/9.eta

Viskositas cairan yang partikelnya besar dan berbentuk tak teratur lebih tinggi daripada yang partikelnya kecil dan bentuknya teratur. Semakin tinggi suatu cairan, semakin kecil viskositasnya. Pernyataan ini dapat dijelaskan dengan teori kinetik. 

Tumbukan antara partikel yang berbentuk bola atau dekat dengan bentuk bola adalah tumbukan elastik atau hampir elastik. Namun, tumbukan antara partikel yang bentuknya tidak beraturan cenderung tidak elastik. Dalam tumbukan tidak elastik sebagian energi translasi diubah menjadi energi vibrasi dan akibatnya partikel menjadi lebih sukar bergerak dan cenderung berkoagulasi. Efek suhu mirip dengan efek suhu pada gas. 

2. Hukum Poiseuille

Fluida ideal dapat mengalir melalui pipa yang bertingkatan pada gaya, tetapi untuk fluida kental diperlukan perbedaan tekanan antar ujung pipa untuk menjaga kesinambungan aliran. Banyaknya cairan yang mengalir per satuan waktu melalui penampang melintang berbentuk silinder berjari – jari r, yang panjangnya l, selain ditentukan oleh beda tekanan pada kedua ujung juga ditentukan oleh viskositas dan luas penampang. Hubungan tersebut dirumuskan oleh Poiseuille yang dikenal hukum Poiseuille :

V = pi.r^4(P1 – P2)

Penulis : Elyzabeta Marya Maharani

Bagikan Artikel ini