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

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.