viskosotas

MAKALAH FISIKA SEKOLAH 1

”VISKOSITAS, HUKUM STOKES DAN

KECEPATAN TERMINAL”

Disusun Oleh :

NAMA : Brian Prihatmoko

NPM : AIE008026

DOSEN : Drs.H.Indra Sakti,M.pd

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS BENGKULU

2010

1. VISKOSITAS

Viskosotas atau kekentalan dapat dibayangkan sebagai gesekan antara satu lapisan dengan

lapisan lain di dalam fluida. Dalam fluida tidak kental (fluida ideal) tidak ada viskositas yang

menghambat lapisan-lapisan fluida ketika laipsan-lapisan tersebut bergeser sedangkan dalma

fluida kental viskositas/kekentalan itu ada. Akibatnya dalam suatu pipa yang luas

penampangnya serba sama, setiap lapisan fluida tidak kental bergerak dengan kecepatan yang

sama, demikian pula lapisan fluida yang dekat dengan dinding pipa, sedangkan dalam fluida

kental lapisan-lapisan fluida bergerak dengan kecepatan yang tidak seluruhnya sama. Bahkan

lapisan fluida yang terdekat dengan dinding tidak bergerak sama sekali . Dalam fluida yang

kental kita perlu gaya untuk menggeser satu lapisan fluida terhadap yang lain .

Fluida ideal tidak mempunyai viskositas alias kekentalan. Jika kita mengandaikan suatu

fluida ideal mengalir dalam sebuah pipa, setiap bagian fluida tersebut bergerak dengan laju

(v) yang sama. Berbeda dengan fluida ideal, fluida riil alias fluida yang kita jumpai dalam

kehidupan sehari-hari mempunyai viskositas. Karena mempunyai viskositas, maka ketika

mengalir dalam sebuah pipa, misalnya, laju setiap bagian fluida berbeda-beda. Lapisan fluida

yang berada tengah-tengah bergerak lebih cepat (v besar), sebaliknya lapisan fluida yang

nempel dengan pipa tidak bergerak alias diam (v = 0). Jadi dari tengah ke pinggir pipa, setiap

bagian fluida tersebut bergerak dengan laju yang berbeda-beda. Untuk memudahkan

pemahamanmu, amati gambar di bawah.

Keterangan :

R = jari-jari pipa/tabung

v1 = laju aliran fluida yang berada di tengah/sumbu

tabung

v2 = laju aliran fluida yang berjarak r2 dari pinggir

tabung


tabung


tabung

r = jarak

Besarnya gaya yang diperlukan untuk menggerakkan suatu lapisan fluida dengan kelajuan

tetap v untuk luas keeping yang bersentuhan dengan fluida A, dan berjarak L dari keeping

yang diam dirumuskan dengan

F=Η A .vL

Dengan F = gaya yang bekerja (newton(N)

A = luas penampang yang bersentuhan dengan fluida (m2 )

V= kelajuan (m/s)

L = jarak antara dua keeping (m)

η =koefisien viskositas [kgm-1s-1 atau Pa s (pascal sekon )]

nilai koefisien viskositas (η) berubah sesuai dengan perubahan temperature. Jika temperature

naik viskositas zat cair turun sedangkan untuk gas akan naik dan sebaliknya jika temperature

turun viskositas zat cair naik sedangkan untuk gas turun.

2. Hukum stokes untuk fluida kental

Bagaimana pengaruh fluida kental terhadap benda yang bergerak di dalamnya? Apabila suatu

benda bergerak dengan kelajuan tertentu dalam suatu fluida kental, maka benda tersebut akan

terhambat gerakannya oleh gaya gesekan fluida pada benda tersebut.

Seorang dengan nama sir George Stokes pada tahun 1845 menunjukkan bahwa gaya

hambatan F yang dialami oleh benda berbentuk bola yang bergerak relative terhadap fluida

diberikan oleh hubungan

F s=6 π ηr v

Dengan Fs= gaya hambatan (N)

η =koefisien viskositas [kgm-1s-1 atau Pa s (pascal sekon )]

r= jari-jari bola (m)

v = kelajuan relative benda terhadap fluida (m/s)

π = 3,14 atau 22/7

Persamaan ini dikenal dengan “HUKUM STOKES”

3. KECEPATAN TERMINAL

Suatu benda yang dijatuhkan bebas dalam suatu fluida kental, kecepatannya makin besar sampai

mencapai suatu kecepatan maksimum yang tetap. Kecepatan maksimum yang tetap ini dinamakan

kecepatan terminal

Pada benda yang jatuh bebas dalam fluida kental, selama geraknya bekerja tiga buah gaya yaitu:

1. Gaya berat w= m. G yang arahnya ke bawah

2. Gaya keatas fa= vf. . Ρf. G yang arahnya keatas

3. Gaya hambatan/gesekan yang dikerjakan fluida. Fs

Kecepatan terminal dicapai setelh gaya-gaya yang bekerja seimbang

W – fs – f a = 0

Untuk benda berbentuk bola, kecepatan terminal (vt) dirumuskan dengan

vT=29.r2 . gη

(ρb−ρf )

Dengan vt= kecepatan terminal (m/s)

r = jari-jari bola (m)

η= koefisien viskositas fluida (kg m-1 s-1)

ρb= massa jenis benda (kg/m3)

ρf = massa jenis benda (kg/m3)

g = gravitasi (m/s)

LATIHAN SOAL

1. Kecepatan maksimum dari tetes air hujan yang berjari-jari 0,3 mm yang jatuh di udara (ρudara = 1,29

kg/m3) dengan η=1,8.10-5 kg/s dan g = 9,8 ms2 adalah

Pembahasan

diketahui r = 0,3 mm = 3 x 10-4

ρf = ρ udara = 1,29 kg/m3

ρb=ρair =1000 kg/m3

η=1,8.10-5 kg/s

g = 9,8 ms2

ditanya = kecepatan terminal (VT)

Jawab :

vT=29.r2 . gη

(ρb−ρf )

V T=29

(3 x 10−4 )1,8x 10−5

2

9,8 (1000−1,29 )=10,87m/ s

2. Sebuah bola baja yang berjari-jari 2 mm dijatuhkan dalam sejenis minyak (ρ=965 kg/m3) yang

mempunyai koefisien viskositas 1,2 kg/ms. Jika massa jenis baja = 8,1. 103 kg/m 3 maka kecepatan

maksimum bola baja tersebut adalah?

Diketahui r= 2mm = 2.10-3 m

ρf=ρminyak = 965 kg/m3

ρb=ρbaja = 8,1 .103 kg/m3

η=1,2 kg/s

g = 9,8 ms2

ditanya : kecepatan maksimum VT?

V T=29r2

η.g (ρb−ρf )

V T=29 ( 2.10−3

η )2

.9,8 (( 8,1x 103 )−965 )

V t=0,052m /s

viskosotas

Documents