Fisika

Viskositas: Pengertian – Rumus dan Contoh Soal

√ Edu Passed Pass education quality & scientific checked by advisor, read our quality control guidelance for more info
  • Review Akademik by: Nur Aini, S. Pd
  • Review by: Redaksi Haloedukasi

Dalam ilmu fisika, ada yang disebut dengan viskositas atau kekentalan yang terjadi tidak hanya pada zat cair melainkan juga pada gas. Apakah viskositas itu?

Pengertian Viskositas

Pengertian Secara Umum

Secara umum, yang dimaksud dengan viskositas atau kekentalan adalah gesekan yang terjadi pada zat cair karena adanya gaya kohesi. Viskositas atau kekentalan juga terjadi pada gas sebagai hasil tumbukan antara molekul-molekul gas.

Pengertian Menurut Para Ahli

Adapun pengertian viskositas menurut para ahli di antaranya adalah sebagai berikut.

  • Cari (2009) mendefinisikan viskositas sebagai gesekan antara molekul-molekul fluida.
  • Dudi Indrajit (2009) mendefinisikan viskositas atau kekentalan sebagai gesekan yang dimiliki oleh fluida.
  • Mikrajuddin Abdullah (2016) mendefinisikan viskositas sebagai besaran yang mengukur kekentalan fluida.
  • Setya Nurachmandani dan Sarwono dkk (2009) mendefinisikan viskositas sebagai ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida.
  • Siswanto dan Sukaryadi (2009) mendefinsikan viskositas sebagai gaya gesek antara lapisan-lapisan yang bersisian pada fluida pada waktu lapisan-lapisan tersebut bergerak antarkeduanya.   

Faktor yang Memengaruhi Viskositas

Viskositas atau kekentalan pada fluida dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain sebagai berikut.

  • Tekanan
    Semakin besar tekanan suatu zat cair maka viskositas atau kekentalan zat cair pun akan semakin naik. Adapun pada gas, viskositas atau kekentalan tidak dipengaruhi oleh tekanan.
  • Suhu atau temperatur
    Semakin tinggi suhu atau temperatur suatu zat cair maka viskositas atau kekentalan zat cair pun akan semakin turun. Adapun pada gas, viskositas atau kekentalan akan naik seiring dengan naiknya suhu atau temperatur.
  • Kehadiran zat lain
    Penambahan zat tertentu dapat menaikkan ataupun menurunkan viskositas atau kekentalan suatu zat cair.
  • Berat molekul
    Semakin berat molekul maka viskositas atau kekentalan suatu zat cair juga akan semakin naik.
  • Kekuatan antarmolekul
    Viskositas atau kekentalan suatu zat cair seperti air akan semakin naik seiring dengan adanya ikatan hidrogen yang terkandung didalamnya.
  • Konsentrasi larutan
    Semakin tinggi konsentrasi suatu larutan maka akan semakin tinggi pula viskositas atau kekentalan larutan tersebut.

Konsep Viskositas

Salah satu hal yang dimiliki fluida adalah viskositas atau kekentalan yakni besarnya gesekan yang dialami oleh suatu fluida saat mengalir. Viskositas atau kekentalan ini hanya ditemukan pada fluida sejati yakni yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut.

  • kompresibel atau dapat dimampatkan
  • memiliki viskositas atau mengalami gesekan saat mengalir
  • alirannya bersifat turbulen

Fluida sejati yang mengalami memiliki viskositas atau kekentalan ini adalah zat cair dan gas. Bedanya, viskositas pada zat cair lebih kental dibandingkan gas.

Pada zat cair, viskositas atau kekentalan disebabkan oleh adanya gaya kohesi antara lapisan yang satu dan lapisan yang lainnya. Adapun pada gas, viskositas atau kekentalan timbul akibat adanya tumbukan antarmolekul gas.

Besarnya viskositas atau kekentalan dinyakan dengan koefisien kekentalan atau koefisien viskositas yang merupakan perbandingan antara tegangan luncur dengan kecepatan perubahan regangan luncur.

Nilai viskositas setiap fluida berbeda antara yang satu dengan yang lain tergantung pada jenis material tempat fluida tersebut mengalir.

Jika sebuah benda atau bola dijatuhkan dalam sebuah fluida, ada beberapa gaya yang bekerja pada benda atau bola tesebut yaitu gaya berat, gaya apung gan gaya lambat akibat viskositas atau gaya stokes.

Ketika benda atau bola tersebut dijatuhkan dalam fluida maka gerak benda atau bola akan dipercepat sehingga gaya Stokes juga bertambah.

Akibatnya, benda atau bola akan mencapai keadaan seimbang pada titik tertentu yang menyebabkannya bergerak dengan kecepatan konstan atau kecepatan terminal.

Pada titik inilah resultan gaya yang bekerja pada benda atau bola sama dengan nol.

Satuan Viskositas

Viskositas zat cair atau kekentalan zat cair adalah gaya gesek internal yang timbul karena adanya gaya kohesi antarmolekul zat cair.

Besarnya kekentalan ini dinyatakan dengan η yaitu koefisien viskositas atau koefisien kekentalan.

Satuan koefisien viskositas atau koefisien kekentalan dalam sistem SI adalah Ns/m2 = kg m/s. Jika dinyatakan dalam sistem cgs, satuan koefisien viskositas atau koefisien kekentalan adalah dyne s/cm2 atau poise (P).  

Rumus Viskositas

Apabila pada fluida yang memiliki viskositas η ada sebuah benda yang bergerak dengan kelajuan v, maka benda tersebut akan mengalami gaya gesekan fluida yang disebut dengan gaya Stokes yang secara matematis dirumuskan sebagai berikut.

Fs = k η v

Keterangan :
Fs = gaya gesekan Stokes (N)
k = konstanta
η = koefisien viskositas fluida (Ns/m2)
v = kelajuan benda (m/s).

Jika benda yang bergerak dalam fluida tersebut berbentuk bola, maka persamaannya menjadi sebagai berikut.

Fs = 6 π η r v

Keterangan :
Fs = gaya gesek Stokes (N)
η = koefisien viskositas fluida (Ns/m2)
r = jari-jari bola (m)
v = kelajuan relatif bola terhadap fluida (m/s)
π = 3,14.

Persamaan di atas dikenal juga sebagai Hukum Stokes yang dikemukakan oleh Sir George Stokes pada tahun 1845 berdasarkan perhitungan laboratorium.

Jika sebuah benda dijatuhkan bebas dalam fluida kental, kecepatannya akan semakin membesar hingga mencapai kecepatan maksumum yang konstan yang disebut dengan kecepatan terminal. Secara matematis, kecepatan terminal benda adalah sebagai berikut.

Keterangan :
ρb = massa jenis benda/bola (kg/m3)
ρf = massa jenis fluida (jg/m3)
Vb = volume benda (m3)
VT = kecepatan terminal benda (m/s)
g = gravitasi (m/s2)
η = koefisien viskositas (Ns/m2)
r = jari-jari benda/bola (m)
π = 3,14

Sedangkan, kecepatan terminal untuk benda berbentuk bola adalah sebagai berikut.

Keterangan :
ρb = massa jenis benda/bola (kg/m3)
ρf = massa jenis fluida (jg/m3)
Vb = volume benda (m3)
VT = kecepatan terminal benda (m/s)
η = koefisien viskositas (Ns/m2)
g = gravitasi (m/s2)
r = jari-jari benda/bola (m)

Adapun viskositasnya adalah sebagai berikut.

Keterangan :
ρb = massa jenis benda/bola (kg/m3)
ρf = massa jenis fluida (jg/m3)
Vb = volume benda (m3)
VT = kecepatan terminal benda (m/s)
η = koefisien viskositas (Ns/m2)
g = gravitasi (m/s2)
r = jari-jari benda/bola (m)

Jenis-jenis Viskositas

Paling tidak ada dua macam viskositas, yaitu viskositas pada zat cair dan vikositas pada gas.

Viskositas pada Zat Cair

Viskositas pada zat cair memiliki ciri-ciri sebagai berikut.

  • Disebabkan oleh adanya gaya kohesi dengan jarak yang dekat. Yang dimaksud dengan gaya kohesi adalah gaya tarik menarik antarmolekul-molekul sejenis  
  • Dipengaruhi oleh suhu, dalam arti semakin tinggi suhu maka akan semakin turun viskositas atau kekentalannya.
  • Dipengaruhi oleh tekanan, dalam arti semakin tinggi tekanan makan viskositas atau kekentalan akan semakin naik.
  • Viskositas pada zat cair sangat tergantung pada seberapa cepat molekul-molekul yang ada didalamnya bergerak.

Viskositas pada Gas

Viskositas pada gas memiliki ciri-ciri sebagai berikut.

  • Viskositas pada gas disebabkan oleh terjadinya tumbukan antarmolekul.
  • Dipengaruhi oleh suhu, dalam arti semakin tinggi suhu maka akan semakin besar pula viskositas atau kekentalannya. 
  • Tidak dipengaruhi oleh tekanan.
  • Viskositas pada gas sangat tergantung pada seberapa cepat molekul-molekul yang ada didalamnya bergerak.

Contoh Soal dan Pembahasan

1. Sebuah bola besi yang berjari-jari 0,2 cm (ρb = 5000 kg/m3) dijatuhkan ke dalam sebuah drum yang berisi minyak.Jika koefisien viskositas minyak η =11 x 10-2 kg/ms, maka hitunglah kecepatan terminalnya.

Penyelesaian :

Diketahui :

  • R = 0,2 cm = 2 x 10-3 m
  • ρf = 900 kg/m3
  • ρb = 5000 kg/m3
  • η = 11 x 10-2 kg/ms

Ditanyakan : Kecepatan terminal (vT )

Jawab :

Jadi, kecepatan terminal bola besi adalah sebesar 0,165 m/s.

2. Sebuah benda berbentuk bulat jatuh ke kolam dan tenggelam ke dasar kolam. Benda tersebut mengalami hambatan 4,7 x 10-5 N. Jika jari-jari benda 4 cm maka kelajuan benda saat tenggelam adalah …  (η =1,8 x 10-5 kg/ms dan π = 3,14)

A. 3,47 m/s
B. 3,21 m/s
C. 2,9 m/s
D. 2,34 m/s
E. 1,78 m/s

Penyelesaian :

Diketahui :

  • Fs= 4,7 x 10-5 N
  • r = 4 cm = 4 x 10-2 m
  • η =1,8 x 10-5 kg/ms
  • π = 3,14

Ditanya : Kelajuan benda saat tenggelam

Jawab :

Jadi, kelajuan benda saat tenggelam adalah sebesar 3,47 m/s. Jawaban yang benar (A).
Share
Tags: ilmu fisikaviskositas