Viskositas atau Kekentalan

Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antara molekul gas.

Viskositas atau Kekentalan Zat Cair

Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas (η). Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m² atau pascal sekon (Pa s). Ketika kita berbicara viskositas kita berbicara tentang fluida sejati. Fluida ideal tidak mempunyai koefisien viskositas.

Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan v dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya η, maka benda tersebut akan mengalami gaya gesekan fluida sebesar F_s = k η v, dengan k adalah konstanta yang bergantung pada bentuk geometris benda. Berdasarkan perhitungan laboratorium, pada tahun 1845, Sir George Stokes menunjukkan bahwa untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola nilai k = 6  π r. Bila nilai k dimasukkan ke dalam persamaan, maka diperoleh persamaan seperti berikut.

F_s = 6  π η rv

Persamaan di atas selanjutnya dikenal sebagai hukum Stokes.

Keterangan:

F_s : gaya gesekan stokes (N)
η : koefisien viskositas fluida (Pa s)
r : jari-jari bola (m)
v : kelajuan bola (m/s)

Perhatikan sebuah bola yang jatuh dalam fluida pada gambar dibawah. Gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah gaya berat w, gaya apung F_a, dan gaya lambat akibat viskositas atau gaya stokes F_s. Ketika dijatuhkan, bola bergerak dipercepat. Namun, ketika kecepatannya bertambah, gaya stokes juga bertambah. Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaan seimbang sehingga bergerak dengan kecepatan konstan yang disebut kecepatan terminal.

Gaya-gaya yang bekerja pada benda yang bergerak dalam fluida

Pada kecepatan terminal, resultan yang bekerja pada bola sama dengan nol. Misalnya
sumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif, maka pada saat kecepatan terminal tercapai berlaku berlaku persamaan berikut.

Untuk benda berbentuk bola seperti pada gambar diatas, maka persamaannya menjadi seperti berikut.

Keterangan:

v_T : kecepatan terminal (m/s)
η : koefisien viskositas fluida (Pa s)
R : jari-jari bola (m)
g : percepatan gravitasi (m/s²)
ρ _b : massa jenis bola (kg/m³)
ρ _f : massa jenis fluida (kg/m³)

Viskositas Fluida

Untuk viskositas beberapa fluida dapat kita lihat pada tabel berikut!

Pada tabel diatas terlihat bahwa air, udara, dan alkohol mempunyai koefisien kecil sekali dibandingkan dengan gliserin. Oleh karena itu, dalam perhitungan sering diabaikan. Berdasarkan eksperimen juga diperoleh bahwa koefisien viskositas tergantung suhu. Pada kebanyakan fluida makin tinggi suhu makin rendah koefisien viskositasnya. Itu sebabnya di musim dingin oli mesin menjadi kental sehingga kadang-kadang mesin sukar dihidupkan karena terjadi efek viskositas pada oli mesin.