Apa itu Viskositas Fluida?

Madu

Salah satu sifat fisika (physical properties) dari fluida adalah viskositas. Fluida adalah sebutan dalam fisika untuk zat alir. Zat alir adalah bahan yang dapat mengalir melalui saluran baik karena tekanan maupun karena gravitasi. Fluida terdiri dari zat cair (air, minyak, oli, dsb) dan gas (udara, oksigen, hidrogen, dsb).

Dalam fisika, viskositas merupakan sifat bahan yang penting terutama dalam bidang mekanik. Mekanika fluida adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari mengenai sifat fluida sebagai bagian dari sistem mekanik. Fluida yang digunakan dalam sistem mekanik disebut fluida kerja. Fluida kerja mentransfer gaya, gerak, atau energi mekanik.

Viskositas mengacu pada kental atau encernya fluida.  Fluida dengan viskositas rendah disebut fluida “encer”, sedangkan fluida dengan viskositas tinggi disebut fluida “kental”. Fluida dengan viskositas rendah (seperti air) lebih mudah mengalir daripada fluida dengan viskositas tinggi (seperti madu).

 

Definisi Viskositas

Viskositas adalah ukuran seberapa hambatan (resistensi) suatu fluida terhadap upaya untuk bergerak melewatinya. Viskositas dihasilkan dari interaksi, atau gesekan, antara molekul dalam cairan. Mirip dengan gesekan antara padatan yang bergerak, viskositas akan mempengaruhi besarnya energi yang dibutuhkan untuk membuat aliran fluida.

Dalam fisika, viskositas sering dinyatakan menggunakan persamaan Isaac Newton untuk fluida, yang serupa dengan hukum kedua Newton tentang gerak. Hukum ini menyatakan bahwa ketika suatu gaya bekerja pada suatu benda, maka akan menyebabkan benda tersebut mengalami percepatan (akselerasi). Semakin besar massa benda, semakin besar gaya yang diperlukan untuk membuatnya mengalami percepatan.

Air keran

 

Rumus Viskositas

Rumus viskositas sering dinyatakan dengan menggunakan persamaan Newton untuk cairan:

           F/A = n.(dv/dr)

di mana F adalah gaya dan A adalah luas. Jadi, (F/A) atau gaya dibagi luas, adalah cara lain untuk mendefinisikan viskositas. (dv/dr) mewakili “laju geser”, atau kecepatan fluida bergerak. n adalah satuan konstanta yang sama dengan 0,00089 Pa.s (pascal.detik), yang merupakan satuan pengukuran viskositas dinamis. Besaran fisika ini memiliki beberapa aplikasi praktis yang penting seperti pencetakan inkjet, formulasi/injeksi protein, pembuatan makanan/minuman, dan lain sebagainya.

 

Viskositas Fluida Newtonian dan Fluida Non-Newtonian

Cairan yang paling umum, disebut cairan Newtonian, memiliki viskositas konstan. Ada hambatan yang lebih besar saat anda meningkatkan gaya, tetapi itu adalah peningkatan proporsional yang konstan. Singkatnya, fluida Newtonian tetap bertindak seperti fluida, tidak peduli seberapa besar gaya yang dikenakan padanya.

Sebaliknya, viskositas cairan non-Newtonian tidak konstan, melainkan  bervariasi tergantung pada gaya yang diterapkan. Contoh klasik fluida non-Newtonian adalah “slime”, yang menunjukkan perilaku seperti benda padat saat gaya yang besar dikenakan padanya. Satu set cairan non-Newtonian lainnnya dikenal sebagai cairan magnetorheologi. Cairan ini merespons medan magnet dengan menjadi hampir padat tetapi kembali ke keadaan cairnya saat dikeluarkan dari medan magnet.

Oli mobil

 

Pentingnya Viskositas

Bagi orang awam, viskositas adalah perihal tampilan fisik semata. Pada kenyataannya viskositas adalah hal penting dan dapat dimanfaatkan dalam banyak bidang. Saat anda mengecat sesuatu, terkadang anda memerlukan pelarut untuk mengencerkan cat tersebut. Dalam hal ini jika cat terlalu encer maka akan sulit mendapatkan ketebalan cat yang memadai, sebaliknya jika cat terlalu kental maka akan sulit untuk menghasilkan permukaan cat yang rata. Berikut beberapa contoh penerapan viskositas dalam berbagai bidang industri.

  • Di bidang otomotif, viskositas oli atau pelumas ditentukan dengan standar SAE. Saat anda memasukkan oli ke dalam mobil atau sepeda motor, anda harus memperhatikan angka standar kekentalannya. Hal ini karena viskositas memengaruhi gesekan, dan gesekan, pada gilirannya, memengaruhi panas. Selain itu, kekentalan juga mempengaruhi tingkat konsumsi oli dan mudah tidaknya kendaraan anda distarter dalam kondisi panas atau dingin. Beberapa oli memiliki kekentalan yang lebih stabil, sementara yang lain bereaksi terhadap panas atau dingin; jika indeks kekentalan oli anda rendah, mungkin akan menjadi lebih encer saat memanas, yang dapat menyebabkan masalah saat anda mengendarai kendaraan anda.
  • Di bidang manufaktur, peralatan mesin membutuhkan pelumasan dengan kekentalan pelumas yang tepat. Hal ini bermanfaat mempertahankan kinerja mesin, mengurangi bising dan getaran serta mengurangi panas berlebihan pada mesin. Pelumas yang terlalu kental bisa macet dan menyumbat saluran pipa. Pelumas yang terlalu encer memberikan perlindungan yang terlalu sedikit terhadap gesekan untuk komponen yang bergerak.
  • Di bidang medis, viskositas cairan obat sangat penting untuk cairan yang dimasukkan ke dalam tubuh secara intravena. Viskositas darah adalah sangat penting: darah yang terlalu kental dapat membentuk gumpalan internal yang berbahaya, sedangkan darah yang terlalu encer tidak akan menggumpal; ini dapat menyebabkan kehilangan darah yang berbahaya dan bahkan kematian saat terjadi luka.

 

Kesimpulan

  • Viskositas, “kekentalan” fluida, mengacu pada seberapa besar hambatan suatu fluida terhadap gerakan yang melewatinya.
  • Sebagai contoh, air memiliki viskositas yang rendah atau “encer”, misalnya, sedangkan madu memiliki viskositas yang tinggi atau “kental”.
  • Hukum kekentalan memiliki kegunaan penting dalam bidang-bidang seperti pencetakan inkjet, formulasi dan suntikan protein, manufaktur makanan dan minuman, dan lain sebagainya.