Perhatikan gambar 1.9 apakah kalian pernah mengamati apa yang terjadi pada kompor minyak sehingga bisa menyala? Mengapa minyak tanah yang berada dibawah dapat bergerak naik sehingga api kompor menyala ?
Pada kejadian ini, pipa yang digunakan adalah pipa kapiler sehingga gejala kapilaritas adalah gejala naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler. Permukaan zat cair yang berbentuk cekung atau cembung disebut meniskus. Permukaan air pada dinding kaca yang berbentuk cekung disebut meniskus cekung sedangkan permukaan air yang berbentuk cembung disebut meniskus cembung.
Ketinggian yang dicapai fluida dalam pipa kapiler tergantung pada besar tegangan permukaannya. Tegangan permukaan dihasilkan oleh gaya permukaan yang bekerja disekeliling permukaan fluida. Ketinggian fluida dalam pipa kapiler dapat ditentukan dengan rumus:
h = 2 𝜏
𝜌.𝑔.𝑟
dengan:
h = ketinggian fluida dalam pipa kapiler (m) τ = tegangan permukaan (N/m)
ρ = massa jenis benda (kg/m3) g = panjang permukaan benda (m/s2)
r = jari-jari kapiler (m)
Gejala kapiler juga dipengaruhi oleh adanya kohesi dan adhesi. Air dalam pipa kapiler naikkarena adhesi antara partikel air dengan kaca lebih besar dari pada kohesi antar partikel airnya. Berbeda dengan raksa, adhesi air raksa dengan kaca lebih kecil dari pada kohesi antar partikel air raksa. Oleh karena itu, sudut kontak antara air raksa dengan dinding kaca akan lebih besar dari pada sudut kontak air dengan dinding kaca.
Zat cair akan naik didalam pipa kapiler apabila gaya adhesi lebih besar dari pada gaya kohesi Zat cair akan turun didalam pipa kapiler apabila gaya kohesi lebih besar dari pada gaya adhesi.
Keterangan:
ϒ= perbedaan tinggi permukaan zat cair didalam dan diluar pipa kapiler (m) τ = tegangan permukaan (N/m)
ϴ = sudut kontak (°)
r = jari-jari penampang pipa kapiler (m) ρ = massa jenis zat cair (kg/m3 )
1. Suatu tabung berdiameter 0,4 cm. jika dimasukkan kedalam air secara
vertical sudut kontaknya 60°. jika tegangan permukaan air adalah 0,5
N/m, maka tentukanlah kenaikan air didalam tabung.
2. Tentukan penurunan air raksa dalam sebuah pipa berjari-jari 2 mm. jika
sudut kontak raksa dengan kaca sebesar 150°, tegangan permukaan 0,545
N/m dan massa jenis raksa 13,600 kg/m3 Uji Kompetensi
Perhatikan gambar 1.10
Sumber: www.google.com/ilmufisika.com
Gambar 1.10 Gambar Federal Oli
Dalam dunia fisika istilah viskositas merupakan hal yang paling umum, karena istilah ini berhubungan dengan zat cair. Viskositas juga dapat disebut dengan kekentalan merupakan peristiwa gesekan antara satu bagian dengan bagian yang lain dalam fluida. Yang membedakan cairan tersebut kental atau tidak yaitu dapat dilihat dari nilai viskositas didalamnya.
Viskositas
Viskositas adalah sifat kekentalan yang dimiliki oleh sebuah fluida yang dapat mempengaruhi daya tahan terhadap suatu gaya geser
1. Pengertian Viskositas
Perhatikan gambar 1.10 salah satu contoh viskositas dalam kehidupan sehari-hari adalah oli motor. Pada saat mesin sepeda motor dingin akan lebih sulit untuk menghidupkannya dibandingkan jika mesin sedang dalam keadaan panas, mengapa hal tersebut terjadi? Untuk menjawab pertanyaan tersebut simak penjelasan berikut.
Jika semakin besar viskositas dalam fluida maka akan bertambah sulit benda dapat bergerak didalam fluida. sehingga zat cair didalam viskositas diperoleh gaya ketertarikan antar molekul zat cair. Sementara dalam gas viskositas berbentuk sebagai dampak tumbukan antar molekul gas.
Contoh viskositas ketika memasukkan air dan oli kedalam gelas secara bersamaan maka didapatkan air akan lebih cepat mengisi gelas dibandingkan oli. Hal tersebut terjadi karena air mempunyai kepekatan yang lebih rendah dibandingkan dengan oli.
Terdapat empat faktor yang mempengaruhi viskositas yatu sebagai berikut:
a. Tekanan
Viskositas cairan naik dengan naiknya tekanan. b. Temperatur
Viskositas akan turun dengan naiknya suhu. Pemanasan zat cair menyebabkan molekul-molekulnya memperoleh energy, molekul-molekul cairan bergerak sehingga gaya interaksi antar molekul melemah, dengan demikian viskositas cairan akan turun seiring dengan kenaikan suhu. c. Kehadiran zat lain
Penambahan gula tebu meningkatkan viskositas air. Adanya bahan tambahan seperti bahan suspense menaikkan viskositas air. Pada minyak adanya penambahan akan menyebabkan viskositas akan menurun karena minyak akan semakin encer, waktu alirnya akan semakin cepat.
d. Ukuran dan berat molekul
Viskositas naik dengan naiknya berat molekul. Misalnya laju larutan alkohol cepat, larutan minyak laju alirannya lambat dan kekentalannya ti juga tinggi serta laju alirannya lambat sehingga viskositas juga tinggi. e. Berat molekul
Viskositas akan naik jika ikatan rangkap semakin banyak f. Konsentrasi larutan
Viskositas berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. Suatu larutan dengan konsemtrasi tinggi akan memiliki viskositas yang tinggi pula, karena konsentrasi larutan menyatakan banyaknya partikel zat yang terlarut tiap satuan volume. Semakin banyak partikel yang terlarut, gesekan antar partikel semakin tinggi dan viskositasnya semakin tinggi pula.
Apabila suatu fluida bergerak dengan kecepatan v yang koefisien viskositasnya ŋ, kemudian benda tersebut akan mendapati gaya gesek fluida sebesar Fs = k ŋ v, dengan k yakni kostanta yang terkait pada geometris benda.
Nilai k yaitu: 6 ℼ r dimasukkan kedalam rumus viskositas, maka diperoleh persamaan hukum Stokes:
Fs = 6 ℼ ŋ rv Dimana:
Fs = gaya gesekan stokes (N)
3. Viskositas Pada Zat Cair
Bersumber dari penelitian yang dilakukan oleh Sir Geroge Stokes pada tahun 1845, beliqu membuktikan bahwa benda yang dengan motif geometrisnya berbentuk
ŋ = koefisien viskositas fluida (Pa s) r = jari-jari bola (m)
v = kelajuan bola (m/s)
berikut ini tabel viskositas fluida sebagai berikut:
Tabel diatas menunjukkan bahwa air, udara dan alkohol mempunyai koefisien yang benar-benar rendah dibandingkan dengan gliserin. Menurut eksperimen viskositas bergantung pada suhu. Pada mayoritas fluida, semakin tinggi suhu maka semakin rendah koefisien viskositasnya. Itulah mengapa oli mesin akan semakin kental dimusim dingin sehingga kadang mesin sukar menyala karna terjadi efek viskositas pada oli mesin.
Lampiran A.3
1. Sebuah bola kecil yang massa jenisnya 2600 kg/m3 dibiarkan jatuh kedalam minyak yang massa jenisnya 950 kg/m3 dan memiliki koefisien viskositas ŋ 1,2 x 10-3 Pa.s. dalam waktu 100 sekon, bola tersebut telah bergerak sejauh 80 cm berapakah jari-jari bola?
2. Hitunglah kecepatan terminal sebuah bola baja ( ρB = 7,86 X 103 Kg/m3) yang berdiameter 1 mm yang jatuh adalam gliserin (ρ = 5220 Kg/m3 ) adalah 1,14 pa.s
(LKPD)