Contoh Soal Viskositas
Contoh Soal Viskositas - Pernahkah kalian mengamati bagaimana tingkat kekentalan antara oli sepeda motor dan air? Mengapa tingkat kekentalannya berbeda? Untuk menjawab pertanyaan tersebut marilah kita pelajari topik tentang viskositas berikut ini.
Viskositas merupakan ukuran tingkat kekentalan suatu fluida. Viskositas hanya akan ditemui pada fluida kental. Viskositas dalam fluida kental sama dengan gesekan pada gerak benda padat. Untuk fluida ideal, nilai viskositasnya (ɳ) adalah nol, sehingga selalu menganggap bahwa benda yang bergerak dalam fluida ideal tidak mengalami gesekan yang disebabkan oleh fluida tersebut. Tetapi, jika benda bergerak dalam fluida kental dengan kelajuan tertentu, maka gerak benda tersebut akan dihambat oleh gaya gesekan fluida. Besar gaya gesekan fluida dapat dirumuskan sebagai berikut.
Ff = kɳv
Dengan koefisien k bergantung pada bentuk geometris benda. Untuk benda yang memiliki bentuk geometris berupa bola dengan jari-jari r, maka k dapat dituliskan sebagai berikut,
k = 6πr
sehingga persaman gaya gesekan fluida dapat dirumuskan sebagai berikut.
Ff = 6πrɳv
Persaman di atas sering disebut juga sebagai Hukum Stokes. Dengan;
Ff = Gaya gesekan fluida (N);
ɳ = koefisien viskositas (Pa.s);
r = jari-jari bola (m); dan
v = kelajuan bola (m/s).
Ff = Gaya gesekan fluida (N);
ɳ = koefisien viskositas (Pa.s);
r = jari-jari bola (m); dan
v = kelajuan bola (m/s).
Jadi mengapa oli memiiki kekentalan yang berbeda dengan air? Hal ini karena adanya koefisien viskositas yang berbeda antara oli dan air. Berdasarkan literatur, besarnya koefisien viskositas (ɳ) air dan oli pada suhu 20oC adalah ɳair = 1 x 10-3 Pa.s, sedangkan ɳoli = 30 x 10-3 Pa.s. Dengan demikian oli memiliki kekentalan yang lebih besar dibandingkan air. Selain itu, benda yang bergerak di dalam fluida kental, kecepatannya akan semakin besar hingga mencapai suatu kecepatan tetap. Kecepatan tetap inilah yang disebut dengan kecepatan terminal.
Jika sebuah benda dijatuhkan dalam fluida kental, maka akan ada tiga gaya yang bekerja, yaitu gaya berat, w = mg , gaya ke atas yang dikerjakan fluida Fa, dan gaya gesekan yang dikerjakan fluida (Ff). Kecepatan terminal dalam fluida kental dapat dituliskan dalam persaman sebagai berikut ini.
Jika sebuah benda dijatuhkan dalam fluida kental, maka akan ada tiga gaya yang bekerja, yaitu gaya berat, w = mg , gaya ke atas yang dikerjakan fluida Fa, dan gaya gesekan yang dikerjakan fluida (Ff). Kecepatan terminal dalam fluida kental dapat dituliskan dalam persaman sebagai berikut ini.
Formula Kecepatan Terminal
Keterangan
VT = Kecepatan terminal dalam fluida kental (m/s)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
Vb = Volume benda (m3)
ρb = Massa jenis benda (kg/m3)
ρf = Massa jenis fluida (kg/m3)
r = jari-jari benda (m)
ɳ = Koefisien viskositas (Pa.s)
VT = Kecepatan terminal dalam fluida kental (m/s)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
Vb = Volume benda (m3)
ρb = Massa jenis benda (kg/m3)
ρf = Massa jenis fluida (kg/m3)
r = jari-jari benda (m)
ɳ = Koefisien viskositas (Pa.s)
Contoh
Sebuah kelereng bergerak pada fluida yang memiliki koefisien viskositas sebesar 2 x 10-3 Pa.s, dan mengalami gaya gesekan fluida sebesar 24π x 10-6 N. jika jari-jari kelereng adalah 1 cm, tentukan besarnya kecepatan kelereng dalam fluida tersebut.
Sebuah kelereng bergerak pada fluida yang memiliki koefisien viskositas sebesar 2 x 10-3 Pa.s, dan mengalami gaya gesekan fluida sebesar 24π x 10-6 N. jika jari-jari kelereng adalah 1 cm, tentukan besarnya kecepatan kelereng dalam fluida tersebut.
Penyelesaian
Diketahui:
ɳ = 2,00 x 10-3 Pa.s
Ff = 24π x 10-6 N
r = 1 cm
Ditanyakan: v ?
Jawab:
Diketahui:
ɳ = 2,00 x 10-3 Pa.s
Ff = 24π x 10-6 N
r = 1 cm
Ditanyakan: v ?
Jawab:
Jadi, kecepatan kelereng dalam fluida tersebut adalah 0,2 m/s.
S1
Viskositas dapat timbul pada fluida ....
S2
Ukuran kekentalan fluida dapat dinyatakan sebagai ..
S3
Apabila suatu fluida memiliki viskositas (ɳ = 0), maka fluida tersebut adalah ....
S4
Sebuah benda berbentuk bola dengan diameter 2 cm dicelupkan ke dalam air yang memiliki koefisien viskositas sebesar 10-3 Pa.s, jika bola tersebut bergerak dengan kecepatan (π)-1 m/s, maka gaya gesekan fluida tersebut adalah ....
S5
Sebuah kelereng dengan diameter 2 cm dicelupkan ke dalam oli dan mengalami gaya gesekan fluida sebesar 1,8 x 10-3 N. Jika bola tersebut bergerak dengan kecepatan (π)-1 m/s, maka koefisien viskositas oli tersebut adalah ....
S6
Kecepatan terbesar yang tetap pada saat benda dijatuhkan bebas pada fluida kental disebut ....
S7
Berikut ini merupakan besaran yang mempengaruhi besarnya kecepatan terminal, kecuali ....
S8
Berikut ini merupakan faktor yang mempengaruhi gaya gesekan fluida, kecuali ..
S9
Sebuah benda berbentuk bola dengan diameter 2 cm dijatuhkan bebas dalam suatu cairan yang memiliki massa jenis 700 kg/m3 dan memiliki kelajuan terbesar 4,9 m/s. Jika massa jenis benda 7900 kg/m3 dan percepatan gravitasi 9,8 m/s2, maka koefisien kekentalan cairan adalah ... .
S10
Sebuah kelereng memiliki jari-jari sebesar 2 cm dicelupkan bebas ke dalam fluida yang memiliki massa jenis 800 kg/m3 dan memiliki kekentalan fluida sebesar 2 x 10-1 Pa.s. Massa jenis kelereng tersebut 1700 kg/m3 dan percepatan gravitasi bumi sebesar 10 m/s2. Kecepatan terminal kelereng tersebut adalah ....