Viskositas: Pengertian, Rumus, Faktor, dan Contoh Soal

Viskositas adalah salah satu konsep penting dalam fisika dan kimia yang berkaitan dengan sifat fluida. Fluida adalah zat yang dapat mengalir, seperti cairan atau gas. Apakah Anda tahu apa itu viskositas dan bagaimana cara menghitungnya? Apa saja faktor yang mempengaruhi viskositas fluida? Bagaimana contoh penerapan viskositas dalam kehidupan sehari-hari? Artikel ini akan menjawab semua pertanyaan tersebut dengan lengkap dan detail. Simak penjelasannya di bawah ini.

Pengertian Viskositas

Viskositas atau kekentalan adalah ukuran dari ketahanan fluida yang berubah bentuk baik oleh tekanan maupun tegangan. Fluida adalah zat yang dapat mengalir, seperti cairan atau gas. Viskositas menunjukkan seberapa besar gesekan antara molekul-molekul yang menyusun fluida tersebut. Semakin besar viskositas suatu fluida, semakin sulit fluida itu mengalir.

Viskositas dipengaruhi oleh gaya kohesi (gaya tarik menarik antara molekul sejenis) dan gaya adhesi (gaya tarik menarik antara molekul berbeda). Pada zat cair, gaya kohesi lebih dominan daripada gaya adhesi, sehingga viskositasnya lebih tinggi daripada gas. Pada gas, gaya adhesi lebih dominan daripada gaya kohesi, sehingga viskositasnya lebih rendah daripada cairan.

Viskositas juga dipengaruhi oleh suhu dan tekanan. Pada umumnya, viskositas zat cair akan menurun seiring dengan meningkatnya suhu, karena molekul-molekulnya menjadi lebih aktif dan saling menjauh. Sebaliknya, viskositas gas akan meningkat seiring dengan meningkatnya suhu, karena molekul-molekulnya menjadi lebih cepat dan saling bertabrakan. Tekanan juga berpengaruh terhadap viskositas fluida. Semakin tinggi tekanan yang diberikan pada fluida, semakin tinggi pula viskositasnya.

Jenis Viskositas

Ada dua jenis viskositas yang sering digunakan dalam fisika dan kimia, yaitu viskositas dinamis dan viskositas kinematik.

Viskositas Dinamis

Viskositas dinamis adalah ukuran dari gaya geser yang diperlukan untuk membuat lapisan fluida bergerak relatif terhadap lapisan lainnya dengan kecepatan tertentu. Viskositas dinamis juga disebut sebagai koefisien viskositas atau viskositas absolut. Satuan SI dari viskositas dinamis adalah pascal sekon (Pa s) atau newton sekon per meter persegi (N s/m²). Satuan lain yang sering digunakan adalah poise (P), yang setara dengan 0,1 Pa s.

Rumus untuk menghitung viskositas dinamis adalah:

$$\mu = \frac{\tau}{\frac{\Delta v}{\Delta y}}$$

Di mana:

• μ adalah viskositas dinamis (Pa s)
• τ adalah tegangan geser (N/m²)
• Δv adalah perbedaan kecepatan antara dua lapisan fluida (m/s)
• Δy adalah jarak antara dua lapisan fluida (m)

Viskositas Kinematik

Viskositas kinematik adalah ukuran dari perbandingan antara viskositas dinamis dan massa jenis fluida. Viskositas kinematik juga disebut sebagai koefisien difusi momentum atau koefisien gesekan kinematik. Satuan SI dari viskositas kinematik adalah meter persegi per sekon (m²/s). Satuan lain yang sering digunakan adalah stokes (St), yang setara dengan 10^-4 m²/s.

Rumus untuk menghitung viskositas kinematik adalah:

$$\nu = \frac{\mu}{\rho}$$

Di mana:

• ν adalah viskositas kinematik (m²/s)
• μ adalah viskositas dinamis (Pa s)
• ρ adalah massa jenis fluida (kg/m³)

Faktor yang Mempengaruhi Viskositas

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, viskositas fluida dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:

• Suhu: Pada zat cair, viskositas menurun seiring dengan meningkatnya suhu, karena molekul-molekulnya menjadi lebih aktif dan saling menjauh. Pada gas, viskositas meningkat seiring dengan meningkatnya suhu, karena molekul-molekulnya menjadi lebih cepat dan saling bertabrakan.
• Tekanan: Pada fluida, viskositas meningkat seiring dengan meningkatnya tekanan, karena molekul-molekulnya menjadi lebih rapat dan saling berdekatan.
• Struktur molekul: Pada fluida, viskositas dipengaruhi oleh bentuk, ukuran, dan polaritas molekul-molekulnya. Semakin besar dan panjang molekulnya, semakin tinggi viskositasnya. Semakin polar molekulnya, semakin tinggi viskositasnya.
• Campuran: Pada fluida, viskositas dipengaruhi oleh komposisi dan konsentrasi campurannya. Semakin banyak zat terlarut yang ditambahkan ke dalam pelarut, semakin tinggi viskositasnya.

Contoh Soal

Berikut adalah beberapa contoh soal yang berkaitan dengan viskositas:

Soal 1

Sebuah bola logam berdiameter 2 cm jatuh bebas di dalam minyak goreng yang memiliki massa jenis 920 kg/m³ dan viskositas dinamis 0,1 Pa s. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 9,8 m/s², berapakah kecepatan terminal bola tersebut?

Jawaban

Kecepatan terminal bola adalah kecepatan konstan yang dicapai oleh bola ketika gaya beratnya seimbang dengan gaya hambat yang ditimbulkan oleh minyak goreng. Gaya hambat tersebut dapat dihitung dengan rumus Stokes:

$$F_h = 6 \pi \mu r v$$

Di mana:

• Fh​ adalah gaya hambat (N)
• μ adalah viskositas dinamis (Pa s)
• r adalah jari-jari bola (m)
• v adalah kecepatan bola (m/s)

Gaya berat bola dapat dihitung dengan rumus:

$$F_g = mg$$

Di mana:

• Fg​ adalah gaya berat (N)
• m adalah massa bola (kg)
• g adalah percepatan gravitasi (m/s²)

Massa bola dapat dihitung dengan rumus:

$$m = \rho V$$

Di mana:

• ρ adalah massa jenis logam (kg/m³)
• V adalah volume bola (m³)

Volume bola dapat dihitung dengan rumus:

$$V = \frac{4}{3} \pi r^3$$

Untuk menyelesaikan soal ini, kita perlu mengetahui massa jenis logam yang digunakan. Misalkan kita asumsikan bahwa logam tersebut adalah besi yang memiliki massa jenis 7800 kg/m³. Maka kita dapat menghitung massa bola sebagai berikut:

$$m = \rho V = 7800 \times \frac{4}{3} \pi \left(\frac{0,02}{2}\right)^3 = 0,00165 \text{ kg}$$

Kemudian kita dapat menghitung gaya berat bola sebagai berikut:

$$F_g = mg = 0,00165 \times 9,8 = 0,01617 \text{ N}$$

Karena pada kecepatan terminal gaya berat seimbang dengan gaya hambat, maka kita dapat menyamakan kedua gaya tersebut dan menyelesaikan persamaan untuk mencari kecepatan bola sebagai berikut:

$$F_g = F_h$$ $$mg = 6 \pi \mu r v$$ $$v = \frac{mg}{6 \pi \mu r} = \frac{0,00165 \times 9,8}{6 \pi \times 0,1 \times 0,01} = 0,0855 \text{ m/s}$$

Demikianlah artikel tentang viskositas yang telah kami sajikan untuk Anda. Semoga artikel ini dapat menambah wawasan dan pengetahuan Anda tentang konsep dan perhitungan viskositas fluida. Jika Anda memiliki pertanyaan atau saran, silakan tulis di kolom komentar di bawah ini. Terima kasih telah membaca artikel ini sampai habis.