Rumus viskositas, pahami pengertian, faktor, penerapan, dan contoh soal

Brilio.net - Pernah nggak kamu bertanya kenapa minyak goreng, oli memiliki tekstur yang berbeda dari cairan-cairan lainnya? Jika ditelisik, oli maupun minyak goreng memiliki tekstur yang kental. Penasaran nggak sih kenapa zat ada yang bertekstur kental dan ada yang tidak? Nah, dalam ilmu fisika kekentalan suatu zat dikenal dengan sebutan viskositas. Apa itu viskositas?

Secara sederhana, viskositas adalah salah satu konsep penting dalam fisika yang berkaitan dengan sifat dan perilaku fluida, yaitu zat yang dapat mengalir seperti cairan dan gas. Viskositas menunjukkan seberapa besar hambatan yang dialami fluida saat mengalir karena adanya gesekan antara molekul-molekulnya. Viskositas juga mempengaruhi laju alir, gaya gesek, dan perpindahan panas dalam fluida.

Untuk memahami rumus viskositas ini nggak terlalu sulit. Kamu hanya perlu memahami konsep dasar, faktor yang mempengaruhi, dan penerapan yang sering ditemukan dalam kehidupan sehari-hari. Nah, berikut ini brilio.net berikan penjelasan lengkap seputar Rumus viskositas, pahami pengertian, faktor, penerapan, dan contoh soal, dilansir dari berbagai sumber pada Jumat (10/11).

Apa itu rumus viskositas?

foto: freepik.com

Viskositas adalah ukuran sejauh mana suatu zat cair (seperti air, minyak, atau madu) menahan aliran atau gerakan internalnya. Dalam istilah sederhana, viskositas menggambarkan seberapa "kental" atau "cair" suatu zat. Zat dengan viskositas rendah akan mengalir lebih mudah, sementara zat dengan viskositas tinggi akan mengalir lebih lambat.

Pada tingkat molekuler, viskositas dapat dijelaskan sebagai hambatan yang dihadapi oleh molekul-molekul zat cair dalam bergerak satu sama lain. Semakin besar hambatan ini, semakin tinggi viskositasnya. Mendukung penjelasan tersebut, menilik pendapat Massey, B S (1983) dalam bukunya ‘ Mechanics of Fluids’, viskositas adalah kuantitas yang mewakili resistensi fluida untuk mengalir ketika terjadi gesekan antara molekul fluida.

Sehingga dapat dipahami bahwa viskositas adalah ukuran kekentalan dan ketahanan fluida untuk mengalir ketika terkena tekanan maupun tegangan. Viskositas juga menunjukkan besarnya gesekan antara molekul-molekul fluida yang saling bergeser. Viskositas ini dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti suhu, tekanan, dan kandungan zat terlarut dalam fluida. Viskositas dapat diukur dengan menggunakan alat yang disebut viskometer, yang mengukur gaya gesek antara dua lapisan fluida yang bergerak dengan kecepatan berbeda.

 

Rumus viskositas.

foto: freepik.com

Viskositas adalah ukuran kekentalan suatu fluida, yaitu seberapa besar hambatan yang dialami fluida saat mengalir. Viskositas fluida dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti suhu, tekanan, dan kandungan zat terlarut. Semakin tinggi suhu, semakin rendah viskositas fluida. Semakin besar tekanan, semakin tinggi viskositas fluida. Semakin banyak zat terlarut, semakin rendah viskositas fluida.

Rumus viskositas yang umum digunakan adalah:

η = F / A x v / x

atau

η = satuan F / (satuan A) (satuan v / x)

di mana:

- η adalah viskositas fluida (Pa.s atau N.s/m^2)
- F adalah gaya gesek antara dua lapisan fluida (N)
- A adalah luas penampang lapisan fluida (m^2)
- v adalah kecepatan aliran fluida (m/s)
- x adalah jarak antara dua lapisan fluida (m)

Rumus ini berlaku untuk fluida newtonian, yaitu fluida yang viskositasnya tidak berubah dengan perubahan laju geser. Contoh fluida newtonian adalah air, udara, minyak, dan alkohol. Untuk fluida non-newtonian, yaitu fluida yang viskositasnya berubah dengan perubahan laju geser, rumus viskositasnya lebih kompleks dan bergantung pada jenis fluidanya. Contoh fluida non-newtonian adalah darah, ketchup, pasta gigi, dan lumpur.

Cara mengukur viskositas suatu fluida.

foto: freepik.com

Untuk mengukur viskositas suatu fluida, ada beberapa metode yang bisa digunakan, tergantung pada jenis dan sifat fluidanya. Salah satu metode yang umum dan sederhana adalah dengan menggunakan viskometer, yaitu alat yang mengukur gaya gesek antara dua lapisan fluida yang bergerak dengan kecepatan berbeda. Ada berbagai jenis viskometer, seperti viskometer kapiler, viskometer putar, viskometer bola jatuh, dan viskometer suntik. Berikut adalah penjelasan singkat tentang masing-masing jenis viskometer:

1. Viskometer kapiler adalah viskometer yang mengukur viskositas fluida dengan mengukur waktu yang dibutuhkan fluida untuk mengalir melalui tabung kapiler yang sempit. Semakin lama waktu alir fluida, semakin tinggi viskositasnya. Contoh viskometer kapiler adalah viskometer Ostwald, viskometer Ubbelohde, dan viskometer Cannon-Fenske.

2. Viskometer putar adalah viskometer yang mengukur viskositas fluida dengan mengukur torsi yang diperlukan untuk memutar silinder atau rotor yang dicelupkan ke dalam fluida. Semakin besar torsi yang diperlukan, semakin tinggi viskositasnya. Contoh viskometer putar adalah viskometer Couette, viskometer Searle, dan viskometer Cone and Plate.

3. Viskometer bola jatuh adalah viskometer yang mengukur viskositas fluida dengan mengukur kecepatan terminal bola yang jatuh bebas di dalam fluida. Semakin rendah kecepatan terminal bola, semakin tinggi viskositasnya. Contoh viskometer bola jatuh adalah viskometer Hoeppler, viskometer Stokes, dan viskometer Ford.

4. Viskometer suntik adalah viskometer yang mengukur viskositas fluida dengan mengukur tekanan yang diperlukan untuk menyuntikkan fluida melalui jarum suntik. Semakin besar tekanan yang diperlukan, semakin tinggi viskositasnya. Contoh viskometer suntik adalah viskometer Brookfield, viskometer Zahn, dan viskometer Shell.

Faktor-faktor yang mempengaruhi rumus viskositas.

foto: freepik.com

Faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas adalah:

1. Suhu.

Suhu adalah faktor yang paling berpengaruh terhadap viskositas fluida. Pada zat cair, viskositas berbanding terbalik dengan suhu, karena molekul-molekulnya menjadi lebih aktif dan saling menjauh. Pada gas, viskositas berbanding lurus dengan suhu, karena molekul-molekulnya menjadi lebih cepat dan saling bertumbukan.

2. Tekanan.

Tekanan juga mempengaruhi viskositas fluida, tetapi tidak sebesar suhu. Pada zat cair, viskositas sedikit meningkat dengan meningkatnya tekanan, karena molekul-molekulnya menjadi lebih rapat dan bergerak lebih lambat. Pada gas, viskositas tidak terlalu dipengaruhi oleh tekanan, karena molekul-molekulnya sudah cukup jauh dan tidak terkompresi.

3. Kandungan zat terlarut.

Kandungan zat terlarut dalam fluida juga mempengaruhi viskositas fluida, terutama pada larutan. Pada larutan, viskositas berbanding lurus dengan konsentrasi zat terlarut, karena zat terlarut mengurangi ruang gerak molekul-molekul pelarut. Contohnya, larutan gula memiliki viskositas yang lebih tinggi daripada air murni.

 

Penerapan rumus viskositas dalam kehidupan sehari-hari.

foto: freepik.com

Rumus viskositas adalah ukuran kekentalan dan ketahanan fluida untuk mengalir ketika terkena tekanan maupun tegangan. Viskositas memiliki banyak penerapan dalam kehidupan sehari-hari, baik dalam bidang industri, teknologi, maupun kesehatan. Berikut adalah beberapa contoh penerapan viskositas:

1. Oli sebagai pelumas.

Oli merupakan zat cair yang memiliki viskositas tinggi, sehingga dapat mengurangi gesekan antara mesin-mesin yang bergerak. Oli juga dapat mencegah karat dan korosi pada mesin. Oli digunakan sebagai pelumas pada kendaraan bermotor, mesin uap, turbin, dan reaktor nuklir.

2. Minyak goreng sebagai bahan masak.

Minyak goreng memiliki viskositas yang lebih tinggi daripada air, sehingga dapat menghasilkan panas yang lebih tinggi dan merata saat dipanaskan. Minyak goreng juga dapat menggoreng makanan dengan lebih cepat dan renyah, karena mencegah penetrasi air ke dalam makanan. Minyak goreng digunakan sebagai bahan masak untuk berbagai jenis makanan, seperti ayam goreng, kentang goreng, dan pisang goreng.

3. Air sebagai bahan transportasi.

Air memiliki viskositas yang sangat rendah, sehingga dapat mengalir dengan mudah dan cepat melalui pipa, saluran, dan sungai. Air juga dapat mengangkut berbagai macam zat terlarut dan partikel padat, seperti garam, mineral, dan tanah. Air digunakan sebagai bahan transportasi untuk berbagai keperluan, seperti irigasi, pembangkit listrik, dan pengolahan limbah.

4. Cat sebagai bahan pewarna.

Cat memiliki viskositas yang sedang, sehingga dapat diterapkan dengan mudah dan merata pada permukaan yang akan dicat tanpa mengalami pengendapan atau pengenceran. Cat juga dapat melindungi permukaan dari cuaca, sinar matahari, dan jamur. Cat digunakan sebagai bahan pewarna untuk berbagai jenis permukaan, seperti dinding, kayu, besi, dan kertas.

5. Darah sebagai bahan sirkulasi.

Darah memiliki viskositas yang bervariasi, tergantung pada kandungan sel darah merah, sel darah putih, trombosit, dan plasma. Darah harus memiliki viskositas yang optimal, agar dapat mengalir dengan lancar dan efisien melalui pembuluh darah. Darah juga harus dapat membawa oksigen, nutrisi, hormon, dan zat-zat lain yang dibutuhkan oleh tubuh. Darah digunakan sebagai bahan sirkulasi untuk berbagai fungsi tubuh, seperti respirasi, pencernaan, pertumbuhan, dan pertahanan.

Contoh soal rumus viskositas dan pembahasannya.

foto: freepik.com

1. Sebuah viskometer kapiler Ostwald memiliki diameter kapiler 0,5 mm dan panjang kapiler 10 cm. Jika air mengalir melalui kapiler tersebut dalam waktu 20 detik, berapakah viskositas air? (Massa jenis air = 1.000 kg/m^3, percepatan gravitasi = 9,8 m/s^2)

Jawaban:

Diketahui:

- d = diameter kapiler = 0,5 mm = 0,0005 m
- l = panjang kapiler = 10 cm = 0,1 m
- t = waktu alir air = 20 detik
- ρ = massa jenis air = 1.000 kg/m^3
- g = percepatan gravitasi = 9,8 m/s^2

Ditanya: η = viskositas air

Jawab:

Rumus viskositas air dengan viskometer kapiler Ostwald adalah:

η = π x ρ x g x d^4 x t / 128 x l

η = 3,14 x 1.000 x 9,8 x 0,0005^4 x 20 / 128 x 0,1

η = 0,001 Pa.s

Jadi, viskositas air adalah 0,001 Pa.s.

2. Sebuah viskometer putar Couette memiliki silinder dalam berdiameter 10 cm dan silinder luar berdiameter 10,2 cm. Jika silinder dalam diputar dengan kecepatan 100 rpm dan silinder luar diam, berapakah viskositas minyak yang mengisi ruang antara kedua silinder jika torsi yang diperlukan adalah 0,5 N.m? (π = 3,14)

Jawaban:

Diketahui:

- r1 = jari-jari silinder dalam = 10 cm / 2 = 0,05 m
- r2 = jari-jari silinder luar = 10,2 cm / 2 = 0,051 m
- ω = kecepatan sudut silinder dalam = 100 rpm x 2π / 60 = 10,47 rad/s
- T = torsi yang diperlukan = 0,5 N.m
- π = 3,14

Ditanya: η = viskositas minyak

Jawab:

Rumus viskositas minyak dengan viskometer putar Couette adalah:

η = T x (r1 + r2) / 2π x ω x (r2^2 - r1^2)

η = 0,5 x (0,05 + 0,051) / 2 x 3,14 x 10,47 x (0,051^2 - 0,05^2)

η = 0,17 Pa.s

Jadi, viskositas minyak adalah 0,17 Pa.s.

3. Sebuah viskometer bola jatuh Hoeppler memiliki tabung berdiameter 2 cm dan tinggi 20 cm yang diisi dengan gliserin. Jika bola baja berdiameter 1 cm dan massa jenis 7.800 kg/m^3 jatuh bebas di dalam gliserin dengan kecepatan terminal 0,01 m/s, berapakah viskositas gliserin? (Massa jenis gliserin = 1.260 kg/m^3, percepatan gravitasi = 9,8 m/s^2)

Jawaban:

Diketahui:

- D = diameter tabung = 2 cm = 0,02 m
- d = diameter bola = 1 cm = 0,01 m
- ρ1 = massa jenis bola = 7.800 kg/m^3
- ρ2 = massa jenis gliserin = 1.260 kg/m^3
- v = kecepatan terminal bola = 0,01 m/s
- g = percepatan gravitasi = 9,8 m/s^2

Ditanya: η = viskositas gliserin

Jawab:

Rumus viskositas gliserin dengan viskometer bola jatuh Hoeppler adalah:

η = 2 x (ρ1 - ρ2) x g x d^2 x (D - d) / 9 x v x D^3

η = 2 x (7.800 - 1.260) x 9,8 x 0,01^2 x (0,02 - 0,01) / 9 x 0,01 x 0,02^3

η = 1,36 Pa.s

Jadi, viskositas gliserin adalah 1,36 Pa.s.

4. Sebuah viskometer suntik Brookfield memiliki jarum suntik berdiameter 0,5 mm dan panjang 5 cm yang diisi dengan madu. Jika tekanan yang diperlukan untuk menyuntikkan madu melalui jarum suntik adalah 0,2 MPa, berapakah viskositas madu? (π = 3,14)

Jawaban:

Diketahui:

- d = diameter jarum suntik = 0,5 mm = 0,0005 m
- l = panjang jarum suntik = 5 cm = 0,05 m
- P = tekanan yang diperlukan = 0,2 MPa = 200.000 Pa
- π = 3,14

Ditanya: η = viskositas madu

Jawab:

Rumus viskositas madu dengan viskometer suntik Brookfield adalah:

η = P x d^4 x π / 128 x l

η = 200.000 x 0,0005^4 x 3,14 / 128 x 0,05

η = 0,61 Pa.s

Jadi, viskositas madu adalah 0,61 Pa.s.

5. Sebuah viskometer putar Cone and Plate memiliki cone berdiameter 5 cm dan sudut 1° yang diputar dengan kecepatan 50 rpm di atas piringan datar yang diam. Jika torsi yang diperlukan adalah 0,1 N.m, berapakah viskositas cat yang mengisi ruang antara cone dan piringan? (π = 3,14)

Jawaban:

Diketahui:

- R = jari-jari cone = 5 cm / 2 = 0,025 m
- θ = sudut cone = 1° = 0,017 rad
- ω = kecepatan sudut cone = 50 rpm x 2π / 60 = 5,24 rad/s
- T = torsi yang diperlukan = 0,1 N.m
- π = 3,14

Ditanya: η = viskositas cat

Jawab:

Rumus viskositas cat dengan viskometer putar Cone and Plate adalah:

η = T x θ / π x ω x R^3

η = 0,1 x 0,017 / 3,14 x 5,24 x 0,025^3

η = 0,04 Pa.s

Jadi, viskositas cat adalah 0,04 Pa.s.