Setiap zat cair mempunyai karakteristik yang khas, berbeda satu zat cair
dengan zat cair yang lain. Oli mobil sebagai salah satu contoh zat cair
dapat kita lihat lebih kental daripada minyak kelapa. Apa sebenarnya
yang membedakan cairan itu kental atau tidak. Kekentalan atau viskositas
dapat dibayangkan sebagai peristiwa gesekan antara satu bagian dan
bagian yang lain dalam fluida. Dalam fluida yang kental kita perlu gaya
untuk menggeser satu bagian fluida terhadap yang lain.
Di dalam aliran kental kita dapat memandang persoalan tersebut
seperti tegangan dan regangan pada benda padat. Kenyataannya setiap
fluida baik gas maupun zat cair mempunyai sifat kekentalan karena
partikel di dalamnya saling menumbuk. Bagaimana kita menyatakan sifat
kekentalan tersebut secara kuantitatif atau dengan angka, sebelum
membahas hal itu kita perlu mengetahui bagaimana cara membedakan zat
yang kental dan kurang kental dengan cara kuantitatif. Salah satu alat
yang digunakan untuk mengukur kekentalan suatu zat cair adalah
viskosimeter.
Apabila zat cair tidak kental maka koefesiennya sama dengan nol
sedangkan pada zat cair kental bagian yang menempel dinding mempunyai
kecepatan yang sama dengan dinding. Bagian yang menempel pada dinding
luar dalam keadaan diam dan yang menempel pada dinding dalam akan
bergerak bersama dinding tersebut. Lapisan zat cair antara kedua dinding
bergerak dengan kecepatan yang berubah secara linier sampai V. Aliran
ini disebut aliran laminer.
Aliran zat cair akan bersifat laminer apabila zat cairnya kental dan
alirannya tidak terlalu cepat. Kita anggap gambar di atas sebagai
aliran sebuah zat cair dalam pipa, sedangkan garis alirannya dianggap
sejajar dengan dinding pipa. Karena adanya kekentalan zat cair yang ada
dalam pipa, maka besarnya kecepatan gerak partikel yang terjadi pada
penampang melintang tidak sama besar. Keadaan tersebut terjadi
dikarenakan adanya gesekan antar molekul pada cairan kental tersebut,
dan pada titik pusat pipa kecepatan yang terjadi maksimum.
v
Gambar II.1 Arus Laminer
Akibat lain adalah kecepatan rata-rata partikel lebih kecil daripada
kecepatan partikel bila zat cairnya bersifat tak kental. Hal itu
terjadi akibat adanya gesekan yang lebih besar pada zat cair yang
kental.
Jika aliran kental dan tidak terlalu cepat maka aliran tersebut
bersifat laminer dan disebut turbulen jika terjadi putaran/pusaran
dengan kecepatan melebihi suatu harga tertentu sehingga menjadi kompleks
dan pusaran-pusaran itu dinamakan vortex.
h . r4 . t . P
= ……………(1)
8 V . L
Persamaan diatas dinamakan persamaan stokes, merupakan salah satu rumus untuk mengukur viskositas cairan dimana:
V = Volume cairan
r = Jari - jari tabung kapiler
t = Waktu mengalir melalui tabung kapiler
P = Tekanan
L = Panjang aliran terhadap tekanan t
Untuk menentukan viskositas suatu cairan dengan persamaan diatas
tidak terlalu penting untuk mengukur semua kuantitas yang ada bila satu
viskositas dari beberapa cairan referensi yaitu air yang telah diketahui
secara tepat.
Dua cairan yang berbeda bila diukur waktu alirannya pada volume
yang sama dan melalui kapiler yang sama maka menurut persamaan
pouseville, perbandingan dari dua caran yaitu :
1 .P1.r4.t1.8.V.L
= …………( 2 )
2 8.V.L..P2.r4.t2
Dari persamaan diatas dapat diketahui bahwa P1 dan P2 berbanding
lurus dengan massa jenis atau densitas kedua cairan (P1 dan P2), maka
persamaan diatas dapat ditulis sebagai :
1 P1 . t1
= …………..( 3 )
2 P2 . t2
Viskositas Ostwald adalah cara yang paling baik untuk mengukur kuantitas t1 dan t2 (lihat gambar).
Mulut
Penyumbat T
S
Gambar. II.2 Viskositas Ostwald
Suatu kuantitas tertentu zat cair yang dikenalkan dalam viskositas
di sebuah tabung termostat dan kemudian ditarik oleh sulfon kedalam bulb
sampai cairan berada di ketinggian tepat berada diatas permukaan ‘a’
kemudian dibiarkan turun sampai ‘b’. Waktu yang diperlukan dari posisi a
ke posisi b diukur, lalu dihitung sesuai persamaan
pertama. Persamaan pertama tidaklah sempurna dan dikoreksi dengan persamaan sebagai berikut : = x.t - 0,12/t
x = Konstanta yang tergantung pada volume cairan, jari-jari kapiler, panjang pipa, gravitasi dan lain-lain
t = Waktu yang terukur
Selain dengan metode viskositas Ostwald untuk menghitung dapat pula menggunakan metode viskositas bola jatuh.
Pada viskositas bola jatuh caranya adalah pertama-tama kita
masukkan suatu cairan (yang akan diukur viskositasnya) kedalam sebuah
tabung. Lalu sebuah bola kecil (dengan massa jenis dan diameter
diketahui) dijatuhkan diatas permukaan cairan (Vo = nol). Gerakan bola
mula-mula turun dipercepat sampai jarak tertentu setelah itu gerakan
bola menjadi beraturan. Selama pergerakan bola mengalami gaya gesek (Fr)
dan gaya apung (Fa). Mula-mula Fr = m.a kemudian F(y) = 0 (y = konstan)
sehingga W = Fa + Fr (sesuai dengan gambar II.3)
Gambar. II.3 Viskositas bola jatuh
Pada kecepatan konstan, gaya gesek bergantung pada menurut dalil Stokes :
Fr = G...r.v
dimana : Fr = Gaya gesek
= Koefisien viskositas
r = Jari-jari bola
v = Kecepatan konstan
G = mg = 4/3 r3 (bola - cair) = G r v
Jadi menurut dalil stokes koefisien viskositas dihitung dengan rumus :
Untuk bola kebawah :
2 g r2 (bola - cair)
=
g . v
Untuk bola keatas :
2 g r2 (cair - bola)
=
g . v
Dari persamaan diatas dapat diturunkan persamaan apabila r bola dibanding r tabung tidak terlalu kecil maka akan diberi ralat :
Fr = (1+1,36 r/B) dengan r = jari-jari tabung sebelah dalam
Sehingga persamaan diatas menjadi :
N . (bola - cair)
=
F . v
dimana N = 2 r2 g/9
Subscribe to:
Post Comments (Atom)
0 komentar:
Post a Comment