Viskositas dan Gaya Gesek Fluida
Viskositas dan Gaya Gesek Fluida
Ketika kita berjalan atau berlari kita tidak begitu merasakan hambatan dari udara. Tetapi, ketika kita bergeka dengan kecepatan tinggi, seperti ketika naik sepeda motor, kita akan merasakan hambatan udara. Semakin cepat benda bergerak dalam udara, semakin terasa hambatan itu. Bahkan, ketika kita menumpang pesawat yang sedang terbang ada kalanya kita akan merasakan seperti halnya naik mobil lalu terkena permukaan jalan yang tidak rata, seperti lubang atau gundukan tanah, ketika melewati lapisan udara yang tidak homogen kerapatannya, misal awan. Jadi, semakin cepat kita bergerak di udara, semakin terasa hambatan dari udara itu, bahkan udara akan bisa terasa seperti benda padat jika kecepatan sangat tinggi.
Begitu pula ketika kita berada di dalam air, kita hanya akan bisa berjalan dan tidak bisa berlari dengan menjejakkan kaki ke dasar. Apalagi jika kita melompati masuk ke air dengan posisi yang tidak tepat maka kita akan merasakan sakit di badan, sedikit rasa panas, karena terpukul oleh air.
Hal itu menunjukkan bahwa fluida, baik cair maupun gas, memiliki gaya hambatan yang sebanding dengan kecepatan benda. Bentuk dari hambatan itu adalah gaya gesek fluida. Ternyata, gaya gesek fluida sebanding juga dengan kekentalan (viskositas) benda. Untuk lebih jelasnya silahkan kunjungi video dengan alamat berikut:
atau saksikan di sini:
Pada video di atas, terlihat bahwa benda jatuh di minyak (kuning) lebih lambat daripada benda jatuh di air. Padahal, kedua benda tersebut adalah identik (massa dan volumenya sama). Selain itu, jika ditinjau dari gaya apung fluida, gaya apung air tentu lebih besar dari pada gaya apung minyak. Gaya apung ini arahnya ke atas sehingga melawan gerak benda. Jadi, jika hanya ada gaya apung dalam fluida, seharusnya benda jatuh lebih lambat di dalam air daripada di dalam minyak, sedangkan fakta menunjukkan sebaliknya. Di situlah nampak besar pengaruh dari kekentalan (viskositas) fluida dalam menghambat gerak benda di dalamnya.Rumus gaya gesek fluida oleh karena viskositas bervariasi. Di sini kita pelajari satu saja yaitu gaya gesek fluida pada bola dengan ukuran yang terlampau kecil dibandingkan dengan diameter wadah fluida. Rumusnya adalah
Ketika bola dijatuhkan di permukaan fluida, bola itu akan bergerak ke bawah semakin cepat karena memiliki berat (gaya gravitasi/w) dan mendapatkan perlawanan dari fluida berupa gaya apung (Archimedes/Fa) dan gaya gesek viskositas (Fv) ini. Gaya gesek fluida nilainya akan semakin besar seiring dengan semakin besarnya kecepatan bola. Akhirnya, bola mencapai kesetimbangan gaya ke bawah (w) dan gaya-gaya ke atas (Fa+Fv) atau
Saat mencapai kesetimbangan itu, total gaya yang dialami oleh bola adalah nol, dan bola pun tidak mengalami percepatan (perubahan kecepatan per detik). Dengan begitu, bola bergerak lurus beraturan atau mengalami GLB. Kecepatan bola saat mengalami hal ini disebut kecepatan terminal atau kecepatan puncak (maksimum) dalam fluida. Rumus kecepatan terminal diturunkan dari persamaan kesetimbangan gaya di atas lalu menjadi:
di mana:
Untuk lebih jelasnya, unduh dan bacalah Praktis Belajar Fisika XI Aip Arifudin pada halama pdf 170-176 (atau halaman cetak 161-167).
Setelah itu, kerjakan tugas dalam tautan berikut: