5BAB II

KAJIAN TEORI

2.1 Viskositas

Viskositas merupakan ukuran kekentalan yang menyatakan besar kecilnya

gesekan dalam fluida.Semakin besar viskositas fluida, semakin sulit suatu benda

bergerak dalam fluida tersebut. Beberapan ayat dalam Al-Quran menyebutkan

adanya suatu ukuran dalam setiap penciptaan. Ukuran-ukuran ini membuat system

keseimbangan dan keteraturan dalam kehidupan dan alam semesta.(Ghulsyani,

mahdi.1994, h.80). Diantaranya adalah surat Al-Hijr ayat 21:

Dan tidak ada sesuatupun melainkan pada sisi Kami-lah khazanahnya,

dan Kami tidak menurunkannya melainkan dengan ukuran yang tertentu.

Makna ayat diatas akan semakin jelas seiring dengan semakin majunya

ilmu pengetahuan manusia, dan semakin tersingkapnya rahasia struktur dan

komposisi alam ini.Makna khazanah-Nya menjadi semakin dekat setelah

manusia menemukan karakter unsur-unsur yang menjadi bagian dari alam.Fluida

zat cair yang mana semua fluida nyata (gas dan zat cair) memiliki sifat-sifat

khusus yang dapat diketahui, antara lain: rapat massa (density), kekentalan

(viscosity), kemampatan (compressibility), tegangan permukaan (surface tension),

dan kapilaritas (capillarity). Dengan mengetahui salah satu dari sifat khusus yang

dimiliki zat cair tersebut misalnya ukuran kekentalannya yang diketahui maka

dapat membedakan antara zat cair yang satu dengan yang lain sehingga kita bisa

memanfaatkannya sesuai dengan kegunaan dari masing-masing zat cair tersebut.

6Fluida yang berbeda memiliki besar viskositas pula. Suatu cairan

dikatakan memilki kooefisien viskositas yang sangat besar apabila cairan tersebut

sangat sukar untuk mengalir. Oleh sebab itu, kooefisien viskositas disebut sebagai

angka kekentalan yang disimbolkan dengan ( dibaca eta) yaitu dari abjad

Yunani yang didefinisikan sebagai satu lapisan tipis fluida ditempatkan antara dua

lempeng yang rata, satu lempeng diam dan lempeng yang lainnya bergerak

dengan kelajuan konstan. Fluida yang lansung bersentuhan dengan setiap lempeng

ditahan pada permukaan oleh gaya adhesi antara molekul zat cair dan lempeng.

Dimana F adalah gaya, A adalah luas penampang, kelajuan dan adalah jarak.

dF vA

Koefisien Viskositas adalah kekuatan dalam dyne yang menggunakan

tekanan diantara dua lapisan sejajar, dapat juga dianggap sebagai gaya persatuan

luas yang diperlukan untuk mengerakkan satu lapisan yang mempunyai kecepatan

1 /cm smelewati garis sejajar yang lain yang berjarak 1 cm.Di dalam system SI

satuan viskositas adalah 2msN atau Pa.s, sedangkan dalam CGS satuan

viskositas ini adalah 2 2 1/dyne s cm g cm s . Satuan viskositas ini disebut poiseyang diberi simbol P( 1 poise = 0.1 pa s). (Giancoli,2005:275)

2.2 Faktor Faktor Yang Mempengaruhi Koefisien Viskositas

Koefisien viskositas zat cair dan gas dipengaruhi oleh banyak

faktor.Adapun faktor-faktor tersebut adalah sebagai berikut (Sulwan, 2010: 15)

1. Tekanan

7Viskositas cairan naik dengan naiknya tekanan sedangkan viskositas gas tidak

dipengaruhi oleh tekanan.

2. Temperatur

Viskositas zat cair akan turun dengan naiknya temperatur. Pemanasan zat cair

menyebabkan molekul-molekulnya memperoleh energi sehingga interaksi

antar molekul melemah. Model empiris tentang fluida Arhenius (

Suni,2010:30) :RTB

oeT/)(

Menyatakan bahwa viskositas dapat diungkapkan dengan persamaan

TBAeT /)( 3. Ukuran dan berat molekul

Viskositas naik dengan naiknya berat molekul. Misalnya laju aliran alkohol

cepat, larutan minyak laju alirannya lambat dan kekentalannya tinggi.

4. Bentuk molekul

Viskositas akan naik jika ikatan rangkap semakin banyak.

5. Kekuatan antar molekul

Viskositas air naik dengan adanya ikatan hidrogen.

2.3 Pengukuran Koefisien Zat Cair Menggunakan Hukum Stokes

George Gabriel Stokes, seorang matematikawan kelahiran Irlandia,

sebagian besar dalam hidupnya bekerja secara profesional menjelaskan sifat

fluida. Prestasi yang paling signifikan adalah karya yang menggambarkan gerak

bola dalam cairan kental.Pekerjaan ini mengarah pada pengembangan Hukum

Stokes. Deskripsi matematis dari gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan bola

8melalui cairan, diam kental pada kecepatan tertentu. Hukum Stokes menyatakan

bahwa bila fluida sempurna yang viskositasnya nol mengalir melewati sebuah

bola, atau apabila sebuah bola bergerak dalam suatu fluida yang diam, garis-garis

arusnya akan membentuk suatu pola yang simetris sempurna disekeliling bola itu.

Tetapi jika fluida itu mempunyai kekentalan, akan ada seretan kekentalan

terhadap bola itu. Secara matematis hukum stokes tersebut dapat dituliskan

(Hudson 2008:2):

6 rvFs .......................................................................................... (1)

Dengan menyatakan koefisien kekentalan, r adalah jari-jari bola

kelereng dan v adalah kecepatan relatif bola terhadap fluida.Tetapi pada kelereng

juga bekerja gayaArchimedes FA sebesar berat cairan yang dipindahkan. Hal yang

dapat menunjukkan sistem gaya yang bekerja pada bola kelereng yakni FA = gaya

Archimedes, FS=gaya Stokes =jarak gelang karet dan W=mg=gaya berat

kelereng

Gambar 2.1Prinsip Archimedes

( Jewet, 2008: 163)

9Jika saat kecepatan terminal telah tercapai, pada Gambar 2.1 di atas, maka

berlaku prinsip Newton tentang GLB (Gerak Lurus Beraturan) yaitu ( Jewet,

2008: 163).

amF . ................................................................................................ (2)

Untuk percepatan dapat ditulis:

dtdv

dtd

a 22

SA FFw dtdv

m ............................................................................ (3)

Jika b menyatakan massa jenis bola, f menyatakan massa jenis

fluida dan bV menyatakan volume bola, serta g gravitasi bumi, maka berlaku

Persamaan berikut:

gVW bb .. ........................................................................................ (4)

gVF bfA .. ........................................................................................ (5)

Massa jenis bola dan massa jenis fluida dapat diukur dengan

menggunakan persamaan (5 dan 6).

b

bb V

m .............................................................................................. (6)

f

gufguf V

mmm )( ........................................................................ (7)

Dengan mgu menyatakan massa gelas ukur, mf adalah massa fluida, fV

adalah volume fluida.

10

Dengan mensubtisusikan persamaan (1), persamaan (4), dan persamaan (5)

ke persamaan (3) diperoleh persamaan (8)

SA FFwdtdv

m

rvgVgV bbbb 6.....

vm

r.gbVm

)fb(dtdv 6

= v Sehingga rumus mencari kecepatan terminal

)1()( tetv

................................................................................ (8)

Dari persamaan 8 di integralkan sehingga persamaan jarak (s) seperti

berikut

)1()( tetv

t dttvts0

)()(

t tet0

2

t

u duet

02

20

uae

tt

11

)1()( 2 tetts

............................................................. (9)

Dimana e adalah basis logaritma natural yang kira-kira sama dengan

2,71828183 ( Jewet, 2008: 163) .

Sedangkan untuk mencari nilai viskositas dan nilai ralat viskositas

menggunakan persamaan 10 dan 11.

t

fb

v

gr9

)(2 2

.......................................................................... (10)

tt

fbvx

v

gr 22

9)(2

.................................................................. (11)

Dan untuk mencari nilai kesalah relative menggunakan persamaan

%100xKR

................................................................................. (12)

Table 2.1 viskositas zat cair

Fluida Temperatur (o C) Koofisien viskositas, ( Pa. s)+

Air020100

1,8 101,0 100,3 10Darah utuh 37 4 10

Plasma darah 37 1,5 10Ethil alohol 20 1,2 10

Oli mesin (SAE 10) 30 200 10Gliserin 20 1500 10

+1 Pa.s = 10 P = 1000 cP(Giancoli,2001:348)

Untuk mencari nilai kemiringan grafik dan standar error of estimate selain

menggunakan cara di atas kita dapat juga mencari dengan menggunakan software

origin pro 8.5 , dengan menggunakan fitur fit yang ada pada menu analisis pada

program origin 8.5.

12

2.4 Penelitian Relevan

Penelitian tentang kooefesien viskositas zat cair dengan menggunakan

hukum stokes melalui analisis regresi linier juga pernah dilakukan oleh pernah

dilakukan oleh Dr. Anwar Budianto. Salah satu sampelnya adalah air dan hasil

penelitiannya diberikan pada tabel berikut.

Tabel 2.2. Koefisen Viskositas Zat Cair Hasil Eksperimen

Sr. No Temperatur Viscosity ofsoybean oil

Viscosity ofsesame oil

Viscositycoconut oil

Viscositysunflower oil

1 30 78,3 74,38 68,79 76,982 40 62,21 57,48 62,41 62,213 50 48,20 42,60 53,38 48,204 60 38,20 33,54 46,10 38,205 70 32,34 28,29 41,92 32,346 80 26,28 25,30 28,30 26,28

( kailas M. talkit,dkk. 2012:492).