15
Viskositas
Disusun Oleh:
Wanti Madalena (13040049)
Yulianti (13040050)
Yuni Widyastuti (13040051)
Semester III B
Dosen : Okpri Meiyla M.Farm.,Apt
Matakuliah : Kimia Fisika
SEKOLAH TINGGI FARMASI MUHAMMADIYAH TANGERANG
Jl. Raya Serang KM 14,5 Cikupa-Tangerang Telp. (021) 59411324
Website : www.stfm.ac.id
Kata Pengantar
Puji syukur kehadirat Allah Swt. yang telah melimpahkan berbagai macam nikmat dan karunia-Nya kepada kita semua, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini dengan judul "Viskositas" ini dengan baik sesuai dengan waktu yang telah ditentukan.
Makalah kimia fisika tentang Viskositas ini telah kami susun sedemikian rupa tentunya dengan bantuan berbagai macam pihak untuk membantu menyelesaikan tantangan dan hambatan selama proses pembuatan makalah ini. Oleh karena itu, kami mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepeda semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan makalah ini sebagai salah satu syarat standar kelulusan nilai bagi matakuliah kimia fisika.
Namun tidak terlepas dari semua itu, kami menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang mendasar pada makalah ini. Oleh karena itu, kami mengundang para pembaca untuk memberikan saran serta kritik yang dapat membangun kami.
Akhir kata penulis mengharapkan semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi kita sekalian.
Tangerang, November 2014
Penyusun
Daftar Isi
Kata Pengantar ....................................................................................... i
Daftar Isi ................................................................................................ ii
Bab I Pendahuluan ................................................................................. 1
Latar Belakang ....................................................................... 1
Rumusan Masalah...................................................................... 2
Tujuan........................................................................................ 2
Bab II Pembahasan.................................................................................... 3
Pengertian Viskositas................................................................. 3
Konsep Viskositas...................................................................... 3
Teori Dasar Viskositas................................................................ 5
Faktor-faktor yang mempengaruhi Viskositas............................ 7
Sifat alir Viskositas..................................................................... 8
Pengukuran Viskositas ................................................................ 10
Contoh soal Viskositas dan Pembahasan .................................... 13
Penerapan Viskositas .................................................................. 15
Bab III Penutup .......................................................................................... 17
Kesimpulan ................................................................................. 17
Saran ........................................................................................... 17
Daftar Pustaka ............................................................................................ iii
Bab I
P E N D A H U L U A N
Latar Belakang
Kekentalan adalah sifat dari suatu zat cair (fluida) disebabkan adanya gesekan antara molekul-molekul zat cair dengan gaya kohesi pada zat cair tersebut. Gesekan-gesekan inilah yang menghambat aliran zat cair. Besarnya kekentalan zat cair (viskositas) dinyatakan dengan suatu bilangan yang menentukan kekentalan suatu zat cair. Hukum viskositas Newton menyatakan bahwa untuk laju perubahan bentuk sudut fluida yang tertentu maka tegangan geser berbanding lurus dengan viskositas.
Suatu zat memiliki kemampuan tertentu sehingga suatu padatan yang dimasukkan kedalamnya mendapat gaya tekanan yang diakibatkan peristiwa gesekan antara permukaan padatan tersebut dengan zat cair. Sebagai contoh, apabila kita memasukkan sebuah bola kecil kedalam zat cair, terlihatlah batu tersebut mula-mula turun dengan cepat kemudian melambat hingga akhirnya sampai didasar zat cair. Bola kecil tersebut pada saat tertentu mengalami sejumlah perlambatan hingga mencapai gerak lurus beraturan. Gerakan bola kecil menjelaskan bahwa adanya suatu kemampuan yang dimiliki suatu zat cair sehingga kecepatan bola berubah. Mula-mula akan mengalami percepatan yang dikarenakan gaya beratnya tetapi dengan sifat kekentalan cairan maka besarnya percepatannya akan semakin berkurang dan akhirnya nol. Pada saat tersebut kecepatan bola tetap dan disebut kecepatan terminal. Hambatan-hambatan dinamakan sebagai kekentalan (viskositas). Akibat viskositas zat cair itulah yang menyebabkan terjadinya perubahan yang cukup drastic terhadap kecepatan batu.
Aliran viskos, dalam berbagai masalah keteknikan pengaruh viskositas pada aliran adalah kecil, dan dengan demikian diabaikan. Cairan kemudian dinyatakan sebagai tidak kental (invicid) atau seringkali ideal dan diambil sebesar nol. Tetapi jika istilah aliran viskos dipakai, ini berarti bahwa viskositas tidak diabaikan.
Untuk benda homoogen yang dicelupkan kedalam zat cair ada tiga kemungkinan yaitu, tenggelam, melayang, dan terapung.
Rumusan Masalah
Apa yang dimaksud dengan viskositas ?
Bagaimana konsep viskositas ?
Apa dasar teori viskositas ?
Apa faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas ?
Bagaimana cara mengukur viskositas ?
Apa saja yang merupakan pengaplikasian dari viskositas ?
Tujuan Makalah
Mengetahui dan memahami pengertian viskositas dengan baik.
Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas.
Mengetahui aplikasi viskositas dalam kehidupan sehari-hari.
Bab II
P E M B A H A S A N
Pengertian Viskositas
Viskositas adalah ketahanan aliran suatu cairan (fluida) pada pengaruh tekanan atau tegangan. Viskositas cairan dapat dibandingkan satu sama lain dengan adanya koefisien viskositas (η). Koefisien viskositas adalah gaya tangensial per satuan luas yang dibutuhkan untuk mempertahankan perbedaan kecepatan alir. Cairan tertentu mempunyai aliran lebih cepat daripada cairan yang lainnya. Sebagai contoh, air mempunyai laju alir yang lebih cepat dibandingkan dengan minyak, gliserin, maupun etilen glikol. Fenomena yang lain adalah jika masing-masing benda tersebut ditempatkan pada gelas yang berbeda, dan saling diaduk, maka etilen glikol akan berhenti lebih cepat daripada air.
Konsep Viskositas
Fluida, baik zat cair maupun zat gas yang jenisnya berbeda memiliki tingkat kekentalan yang berbeda. Viskositas atau kekentalan sebenarnya merupakan gaya gesekan antara molekul-molekul yang menyusun suatu fluida. Jadi molekul-molekul yang membentuk suatu fluida saling gesek-menggesek ketika fluida fluida tersebut mengalir. Pada zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan oleh tumbukan antara molekul (Bird, 1993).
Fluida yang lebih cair biasanya lebih mudah mengalir, contohnya air. Sebaliknya, fluida yang lebih kental biasanya lebih sulit mengalir, contohnya minyak goreng, oli, madu, dan lain-lain. Hal ini bisa dibuktikan dengan menuangkan air dan minyak goreng diatas lantai yang permukaannya miring. Pasti hasilnya air lebih cepat mengalir dari pada minya goreng atau oli. Tingkat kekentalan suatu fluida juga bergantung pada suhu. Semakin tinggi suhu zat cair, semakin kurang kental zat cair tersebut. Misalnya ketika ibu menggoreng ikan di dapur, minyak goreng yang awalnya kental, berubah menjadi lebih cair ketika dipanaskan. Sebaliknya, semakin tinggi suhu suatu zat gas, semakin kental zat gas tersebut.
Perlu diketahui bahwa viskositas atau kekentalan hanya ada pada fluida rill (rill = nyata). Fluida rill / nyata adalah fluida yang kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, seperti air sirup, oli, asap knalpot, dan lainnya. Fluida rill berbeda dengan fluida ideal. Fluida ideal sebenarnya tidak ada dalam kehidupan sehari-hari. Fluida ideal hanya model yang digunakan untuk membantu kita dalam menganalisis aliran fluida (fluida ideal ini yang kita pakai dalam pokok bahasan fluida dinamis) (Bird, 1993).
Satuan system internasional (SI) untuk koifisien viskositas adalah Ns/m2 = Pa.S (pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk SI koifisien viskositas adalah dyn.s/cm2 = poise (p). Viskositas juga sering dinyatakan dalam sentipoise (cP). 1 cP = 1/1000 p. satuan poise digunakan untuk mengenang seorang Ilmuwan Prancis yaitu Jean Louis Marie Poiseuille.
1 poise = 1 dyn. s/cm2 = 10-1 N.s/m2
Fluida adalah gugusan molukel yang jarak pisahnya besar, dan kecil untuk zat cair. Jarak antar molukelnya itu besar jika dibandingkan dengan garis tengah molukel itu. Molekul-molekul itu tidak terikat pada suatu kisi, melainkan saling bergerak bebas terhadap satu sama lain. Jadi kecepatan fluida atau massanya kecapatan volume tidak mempunyai makna yang tepat sebab jumlah molekul yang menempati volume tertentu terus menerus berubah (while, 1988).
Fluida dapat digolongkan kedalam cairan atau gas. Perbedaan-perbedaan utama antara cair dan gas adalah :
Cairan praktis tidak kompersible, sedangkan gas kompersible dan seringkali harus diperlakukan demikian.
Cairan mengisi volume tertentu dan mempunyai permukaan-permukaan bebas, sedangkan agar dengan massa tertentu mengembang sampai mengisi seluruh bagian wadah tempatnya (While, 1988).
Teori Dasar Viskositas
Hukum Stokes
Jika sebuah bola kecil bergerak dalam fluida yang viskositasnya nol, maka garis-garis arusnya akan membentuk pola simetris. Tekanan disembarang titik pada permukaan bola yang searah dengan gerak bola sama dengan tekanan disembarang titik berlawanan arah dengan gerak bola sehingga resultan gaya pada bola itu nol.
f=ηAvL=kηvPada fluida kental jika bola kecil dijatuhkan , akan timbul hambatan berupa gaya gesek ( f ) pada bola. Besar gaya gesek itu mempengaruhi jari-jari bola r, kecepatan relatif pada fluida v, dan koefisien viskositas fluida η sesuai persamaan:
f=ηAvL=kηv
Dengan k = A/L yang menyatakan bentuk geometri benda. Untuk bola nilai k = 6πr. Dengan demikian, persamaan diatas menjadi:
f = 6 π η r v
f = 6 π η r v
Persamaan ini pertama kali dikemukakan oleh Sir George Stoke tahun 1945 dan dikenal dengn Hukum Stokes.
Gambar Hukum Stokes
Perhatikan gambar diatas. Sebuah bola jatuh bebas dalam fluida dalam bejana. Gaya-gaya yang bekerja padanya adalah gaya berat w, gaya apung Fa, dan gaya gesek akibat viskositas f.
Ketika bola dijatuhkan, bola bergerak dipercepat, tetapi beberapa saat kemudian kecepatannya menurun akibat adanya gesekan. Gaya berat yang menarik bola ke bawah besarnya tetap karena nilai g tetap. Akibatnya pada suatu saat bola mencapai keadaan setimbang sehingga bola bergerak dengan kecepatan tetap. Kecepatan bola yang tetap pada keadaan setimbang itu disebut kecepatan terminal.
Pada kecepatan terminal, resultan gaya yang bekerja pada bola sama dengan nol. Secara sistematis besar kecepatan terminal dapat ditentukan berdasarkan persamaan berikut:
ΣFγ=0
Fa + f = w
ρfVmg+6πηrv=mmg
ρfVmg+6πηrv=ρbVmg
6πηrv=Vm(ρb-ρf)
Diketahui volume bola, Vm = 34 πr3, maka persamaan tersebut dapat dituliskan
6πηrv=g 34 πr3(ρb-ρf)
v=2gr29η(ρb-ρf)
Perlu diingat, v diukur dengan m/s atau dalam Stokes, 1 Stoke adalah 1 cm2/s, 1 centistoke (cSt) = 10-6 m2/s. Dimana 1 Stoke = 100 centistokes.
Viskositas cairan yang partikelnya besar dan berbentuk tak teratur lebih tinggi daripada yang partikelnya kecil dan bentuknya teratur. Semakin tinggi suhu suatu cairan, semakin kecil viskositasnya. Pernyataan ini dapat dijelaskan dengan teori kinetik. Tumbukan antara partikel yang berbentuk bola atau dekat dengan bentuk bola adalah tumbukan elastik atau hampir elastik. Namun, tumbukan antara partikel yang bentuknya tidak beraturan cenderung tidak elastik. Dalam tumbukan tidak elastik sebagian energi translasi diubah menjadi energi vibrasi dan akibatnya partikel menjadi lebih sukar bergerak dan cenderung berkoagulasi. Efek suhu mirip dengan efek suhu pada gas. Koefisien viskositas juga kadang secara singkat disebut dengan viskositas dan diungkapkan dalam N s m-2
Hukum Poiseuille
Fluida ideal dapat mengalir melalui pipa yang bertingkat tanpa ada gaya, tetapi untuk fluida kental diperlukan perbedaan tekanan antar ujung pipa untuk menjaga kesinambungn aliran. Banyaknya cairan yang mengalir persatuan waktu melalui penampang melintang berbentuk silinder berjari-jari r, yang panjangnya l, selain ditentukan oleh beda tekanan pada kedua ujung juga ditentukan oleh viskositas dan luas penampang. Hubungan tersebut dirumuskan oleh Poiseuille yang dikenal Hukum Poiseuille:
V = π r4 (P1-P2)8ηL
V = π r4 (P1-P2)8ηL
Faktor-Faktor yang mempengaruhi Viskositas
Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas antara lain:
Suhu
Viskositas berbanding terbalik dengan suhu. Jika suhu naik maka viskositas akan turun, dan begitu sebaliknya. Hal ini disebabkan karena adanya gerakan partikel-partikel cairan yang semakin cepat apabila suhu ditingkatkan dan menurun kekentalannya.
Konsentrasi Larutan
Viskositas berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. Suatu larutan dengan konsentrasi 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 partikrl semakin tinggi dan viskositasnya semakin tinggi pula.
Berat molekul Solute
Viskositas berbanding lurus dengan berat molekul solute. Karena dengan adanya solute yang berat akan menghambat atau member beban yang berat pada cairan sehingga manaikkan viskositas.
Tekanan
Semakin tinggi tekanan maka semakin besar viskositas suatu cairan.
Ikatan Hidrogen
Cairan dengan ikatan hidrogen yang kuat mempunyai viskositas lebih tinggi karena peningkatan ukuran dan massa molekul. Sebagai contoh, gliserol dan asam sulfat mempunyai viskositas yang lebih tinggi daripada air karena adanya ikatan hidrogen yang lebih kuat.
Sifat alir Viskositas
Sistem Newton
Semakin besar viskositas suatu cairan, akan semakin besar gaya per satuan luas (shearing stress) yang diperlukan untuk menghasilkan suatu perbedaan dengan kecepatan antara dua bidang cairan yang di pisahkan oleh jarak yang sangat kecil (rate of shear tertentu). Oleh karena itu, rate of share harus berbanding langsung dengan shearing stress.
Sistem Non-Newton
Non-Newtonian bodies adalah zat-zat yang tidak mengikuti persamaan aliran Newton ; disperse heterogen cairan dan padatan larutan seperti koloid, emulsi, ampert cair, salep, dan produk-produk serupa. Jika bahan-bahan non-Newton dianalisis dalam suatu viscometer putar dan hasilnya diplot, diperoleh berbagai kurva konsistensi yang menggambarkan adanya tiga kelas aliran, yakni: plastis, pseudoplastis, dan dilatan.
Ada 3 jenis tipe aliran dalam amper Non-Newton, yaitu: Plastis, Pseudoplastis, dan Dilatan.
Aliran Plastis
Kurva aliran plastis tidak melalui titik (0,0) tapi memotong sumbu shearing stress (atau akan memotong jika bagian lurus dari kurva tersebut diekstrapolasikan ke sumbu) pada suatu titik tertentu yang dikenal dengan sebagai harga yield. Cairan plastis tidak akan mengalir sampai shearing stress dicapai sebesar yield value tersebut. Pada harga stress di bawah harga yield value, zat bertindak sebagi bahan amper (meregang lalu kembali ke keadaan semula, tidak mengalir).
Aliran plastis berhubungan dengan adanya partikel-partikel yang tersuspensi dalam ampert pekat. Adanya yield value disebabkan oleh adanya kontak antara partikel-partikel yang berdekatan (disebabkan oleh adanya gaya van der Waals), yang harus dipecah sebelum aliran dapat terjadi. Akibatnya, yield value merupakan indikasi dari kekuatan flokulasi. Makin banyak ampert yang terflokulasi, makin tinggi yield value-nya. Kekuatan friksi antar partikel juga berkontribusi dalam yield value. Ketika yield value terlampaui (shear stress di atas yield value), amper plastis akan menyerupai amper newton.
Aliran Pseudoplastis
Aliran pseudoplastis ditunjukkan oleh beberapa bahan farmasi yaitu gom alam dan sisntesis seperti ampert cair dari tragacanth, natrium ampert, metil selulosa, dan natrium karboksimetil selulosa. Aliran pseudoplastis diperlihatkan oleh polimer-polimer dalam larutan, hal ini berkebalikan dengan amper plastis, yang tersusun dari partikel-partikel tersuspensi dalam emulsi. Kurva untuk aliran pseudoplastis dimulai dari (0,0) , tidak ada yield value, dan bukan suatu harga tunggal.
Viskositas aliran pseudoplastis berkurang dengan meningkatnya rate of shear. Rheogram lengkung untuk bahan-bahan pseudoplastis ini disebabkan adanya aksi shearing terhadap molekul-molekul polimer (atau suatu bahan berantai panjang). Dengan meningkatnya shearing stress, molekul-molekul yang secara normal tidak beraturan, mulai menyusun sumbu yang panjang dalam arah aliran. Pengarahan ini mengurangi tahanan dari dalam bahan tersebut dan mengakibatkan rate of shear yang lebih besar pada tiap shearing stress berikutnya.
Aliran Dilatan
Aliran dilatan terjadi pada ampert yang memiliki presentase zat padat terdispersi dengan konsentrasi tinggi. Terjadi peningkatan daya hambat untuk mengalir (viskositas) dengan meningkatnya rate of shear. Jika stress dihilangkan, suatu amper dilatan akan kembali ke keadaan fluiditas aslinya.
Pada keadaaan istirahat, partikel-partikel tersebuat tersususn rapat dengan volume antar partikel pada keadaan minimum. Tetapi jumlah pembawa dalam ampert ini cukup untuk mengisi volume ini dan membentuk ikatan lalu memudahkan partikel-partikel bergerak dari suatu tempat ke tempat lainnya pada rate of shear yang rendah. Pada saat shear stress meningkat, bulk dari system itu mengembang atau memuai (dilate). Hal itu menyebabkan volume antar partikel menjadi meningkat dan jumlah pembawa yang ada tidak cukup memenuhi ruang kosong tersebut. Oleh karena itu hambatan aliran meningkat karena partikel-partikel tersebut tidak dibasahi atau dilumasi dengan sempurna lagi oleh pembawa. Akhirnya suspense menjadi pasta yang kaku.
Pengukuran Viskositas
Viskometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur besar viskositas suatu larutan untuk cairan dengan viskositas yang berbeda dengan kondisi aliran. Prinsip kerja viscometer yaitu semakin kental suatu cairan maka semakin besar gaya yang dibutuhkan untuk membuatnya mengalir pada kecepatan tertentu.
Adapun macam-macam viskometer antara lain:
Viscometer Torsi
Rumus R = µA dipakai pada silinder konsentris.
Viskometer Kapiler/Ostwald
Pada viscometer Ostwald yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sejumlah tertentu cairan untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh berat cairan itu sendiri. Pada percobaan sebenarnya, sejumlah tertentu cairan (misalnya 10 cm3, bergantung pada ukuran viscometer) dipipet kedalam viscometer. Cairan kemudian dihisap melalui labu pengukur dari viscometer sampai permukaan cairan lebih tinggi daripada batas a. cairan kemudian dibiarkan turun ketika permukaan cairan turun melewati batas a, stopwatch mulai dinyalakan dan ketika cairan melewati tanda batas b, stopwatch dimatikan. Jadi waktu yang dibutuhkan cairan untuk melalui jarak antara a dan b dapat ditentukan. Tekanan ρ merupakan perbedaan antara kedua ujung pipa U dan besarnya disesuaikan sebanding dengan berat jenis cairan (Respati,1981).
Viskometer Cup dan Bob
Prinsip kerjanya sampel digeser dalam ruangan antara dinding luar Bob dan dinding dalam dari cup dimana bob masuk persis ditengan-tengah. Kelemahan viscometer ini adalah terjadinya aliran sumbat yang disebabkan gesekan yang tinggi disepanjang keliling bagian tube sehingga menyebabkan penemuan konsentrasi. Penurunan konsentrasi ini menyebebkan bagian tengah zat yang ditekan keluar memadat. Hal ini disebut aliran sumbat (Bird, 1993).
Viscometer Cone dan Plate
Cara pemakaiannya adalah sampel yang ditempatkan di tengah-tengah papan, kemudian dinaikkan hingga posisi dibawah kerucut. Kerucut digerakkan oleh motor dengan bermacam kecepatan dan sampelnya digeser didalam ruang sempit antara papan yang diam dan kemudian kerucut yang berputar (Bird, 1993).
Viscometer hoppler
Pada viskometer ini yang diukur adalah waktu yang dibutuhkan oleh sebuah bola logam untuk melewati cairan setinggi tertentu. Suatu benda karena adanya gravitasi akan jatuh melalui medium yang berviskositas (seperti cairan misalnya), dengan kecepatan yang semakin besar sampai mencapai kecepatan maksimum. Kecepatan maksimum akan tercapai bila gravitasi sama dengan fictional resistance medium (Bird,1993).
Penentuan viskositas dapat dilakukan dengan dua metode yaitu metode Ostwald dan metode bola jatuh.
Metode Ostwald
Metode ini ditentukan berdasarkan Hukum Poiseuille menggunakan alat viskometer Ostwald. Penetapannya dilakukan dengan cara mengukur waktu yang diperlukan untuk mengalirnya cairan dalam pipa kapiler dari a ke b. Sejumlah cairan yang akan diukur viskositasnya dimasukkan kedalam viskometer. Cairan kemudian diisap dengan pompa sampai dibatas a. Cairan di biarkan mengalir ke bawah dan waktu diperlukan dari a ke b dicatat menggunakan stopwatch. Viskositas dihitung menggunakan persamaan Poiseuille:
η=π r4 t8 VI
η=π r4 t8 VI
Gambar Viskometer Ostwald
t adalah waktu yang diperlukan cairan bervolume V yang mengalir melalui pipa kapiler dengan panjang l dan jari-jari r. Tekanan P merupakan perbedaan tekanan aliran kedua ujung pipa viskometer. Untuk dua cairan yang berbeda dengan pengukuran alat yang sama diperoleh hubungan:
η1η2=πP1 r4t8 VIx8 VIπP2 r4t=P1t1 P2t2
η1η2=πP1 r4t8 VIx8 VIπP2 r4t=P1t1 P2t2
Karena tekanan berbanding lurus dengan kerapatan cairan (d), maka berlaku:
η1η2=d1t1d2t2
η1η2=d1t1d2t2
Metode Bola Jatuh
Penentuan ini berdasarkan hukum Stokes. Bola dengan rapatan d dan jari-jari r dijatuhkan kedalam tabung berisi cairan yang akan ditentukan viskositasnya. Waktu yang diperlukan bola untuk jatuh melalui cairan dengan tinggi tertentu kemudian dicatat dengan stopwatch. Gaya berat yang menyebabkan bola turun kebawah sebesar:
Fw=43πr3 db-dc g
Fw=43πr3 db-dc g
Dimana db dan dc masing-masing kerapatan bola dan cairan sedangkan g adalah percepatan gravitasi.
Selain itu bekerja gaya gesek yang arahnya keatas sebesar:
Fg=6 π η r v
Fg=6 π η r v
Pada keadaan setimbang, Fw=Fg sehingga
η=2 r2g(db-dc )9 V
η=2 r2g(db-dc )9 V
Gambar Viskositas Bola Jatuh
Apabila digunakan metode perbandingan dua cairan berlaku:
η1η2=(d1-dc1)t1(d2-dc2)t2
η1η2=(d1-dc1)t1(d2-dc2)t2
Contoh soal Viskositas dan Pembahasan
Sebuah bola baja berjari-jari 2 mm dijatuhkan ke dalam wadah berisi gliserin. Ketika kecepatan gerak bola tetap, bola menempuh jarak 10 cm dalam waktu 2 s. jika massa jenis baja 8,5 × 10-3 kg/m3 dan massa jenis gliserin 1,32×10-3 kg/m3, tentukanlah koefisien gliserin !
Pembahasan:
Diketahui: r = 2 mm = 2×10-3m ρb=8,5 × 10-3 kg/m3
s = 10 cm = 10-1 m ρf=1,32×10-3 kg/m3
t = 2 s g=10 m/s2
Ditanya: η= ... ?
Jawab: v=st=1×10-1 m2 s=0,5×10-1=5×10-2m/s
Koefisien viskositas gliserin diperoleh:
η=2 gr29vρb-ρf
=2(10 m/s2)(2×10-3 m3)29(5×10-2m/s)(8,5 × 10-3 kg/m3-1,32×10-3kg/m3)
=1,28 kg/ms
=1,28 Pa s
Sebuah bola aluminium berjari-jari 2mm dijatuhkan bebas ke dalam cairan yang mempunyai kerapatan 800 kg/m3. Dari percobaan didapatkan bahwa kelajuan terbesar yang dicapai bola adalah 14 m/s. Jika kerapatan bola 2700 kg/m3 dan percepatan gravitasi 9,8 m/s2, tentukan koefisien viskositas cairan.
Pembahasan:
Diketahui: r = 2 mm = 2×10-3m db=2700 kg/m3
g=9,8 m/s2 dc=800 kg/m3
v=14 m/s
Ditanya: η= ... ?
Jawab: η=2 r2g(db-dc )9 V
η=22×10-3m2(9,8 m/s2)(2700 kg/m3-800 kg/m3)9(14m/s)
η=24×10-6m(9,8 m/s2)(1,9×103 kg/m3)126 m/s
η=7,6×10-3kg/m2(9,8 m/s2)63 m/s
η=74,48×10-3kg/m s63
η=1,18 kg/m s
η=1,18 Pa s
Dalam viskometer Ostwald air membutuhkan waktu 25 detik untuk mengalir melalui batas atas dan bawah, sedangkan cairan A membutuhkan waktu 38 detik. Kerapatan air dan cairan masing-masing adalah 0,9982 dan 0,78945 kg/L. Jika viskositas air adalah 1,005 cP, hitung viskositas cairan !
Pembahasan:
Diketahui: tair=25 s dair=0,9982 kg/L
tA=38 s dA=0,78945 kg/L
ηair=1,005 cP
Ditanya: ηA= ... ?
Jawab: ηairηA=dair . tairdA . tA
1,005 cPηA=(0,9982 kg/L)(25 s)(0,78945 kg/L)(38 s)
ηA=(1,005cP)(0,78945 kg/L)(38 s)(0,9982 kg/L)(25 s)
ηA=(1,005cP)(30)25
ηA=30,15 cP25
ηA=1,206 cP
Penerapan Viskositas
Dalam bidang farmasi, dalam pembuatan emulsi, lotion, pasta, penyalut tablet, dan lain-lain. Selain itu, digunakan juga untuk karakterisasi produk sedian farmasi (dosage from) sebagai penjaminan kualitas yang sama untuk setiap batch. Semisolid ditetapkan pada, penyebaran dan pelekatan pada kulit pemindahan wadah, kemampuan zat padat untuk bercampur dengan cairan-cairan, untuk melepaskan obat dari basisnya. Pada bentuk padat diterapkan pada aliran serbuk dari corong kelubang cetakan tablet atau kapsul dan pada pengemasan sebuk atau granul, proses–proses ini sering diterpkan pada kapasitas produk alat dan efisiensi pemerosesan.
Aplikasi dari viskositas adalah pelumas mesin. Pelumas mesin ini biasanya kita kenal dengan nama oli. Oli merupakan bahan penting bagi kendaraan bermotor. Oli yang dibutuhkan tiap-tiap tipe mesin kendaraan berbeda-beda karena setiap tipe mesin kendaraan membutuhkan kekentalan yang berbeda-beda. Kekentalan ini adalah bagian yang sangat penting sekali karena berkaitan dengan ketebalan oli atau seberapa besar resistensinya untuk mengalir. Sehingga sebelum menggunakan oli merek tertentu harus diperhatikan terlebih dahulu koefisien kekentalan oli sesuai atau tidak dengan tipe mesin. Memilih dan menggunakan oli yang baik dan benar untuk kendaraan bermotor merupakan langkah tepat untuk merawat mesin dan peralatan kendaraan agar tidak cepat rusak dan mencegah pemborosan. Masyarakat umum beranggapan bahwa fungsi utama oli hanyalah sebagai pelumas mesin. Padahal oli memiliki fungsi lain, yakni sebagai pendingin, pelindung karat, pembersih dan penutup celah pada dinding mesin. Sebagai pelumas mesin oli akan membuat gesekan antar komponen didalam mesin bergerak lebih halus dengan cara masuk kedalam celah-celah mesin, sehingga memudahkan mesin untuk mencapai suhu kerja yang ideal.
Mengalirnya darah dalam pembuluh darah vena.
Proses penggorengan ikan (semakin tinggi suhunya, maka semakin kecil viskositas minyak goreng).
Mengalirnya air dalam pompa PDAM yang mengalir kerumah-rumah kita.
Bab III
P E N U T U P
Kesimpulan
Viskositas adalah ketahanan aliran suatu cairan (fluida) pada pengaruh tekanan atau tegangan. Viskositas cairan dapat dibandingkan satu sama lain dengan adanya koefisien viskositas (η) dibaca "eta".
Satuan system internasional (SI) untuk koifisien viskositas adalah Ns/m2 = Pa.S (pascal sekon). Satuan CGS (centimeter gram sekon) untuk SI koifisien viskositas adalah dyn.s/cm2 = poise (p). Viskositas juga sering dinyatakan dalam sentipolse (cP). 1 cp = 1/1000 p.
Semakin kental suatu fluida semakin besar viskositasnya, begitupun jika fluida tersebut terlalu cair maka viskositasnya semakin kecil.
Faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas yaitu suhu, konsentrasi larutan, berat molekul solute, tekanan, dan ikatan hidrogen.
Viskositas dapat diukur dengan 2 (dua) metode yaitu metode Ostwald dan metode bola jatuh.
Aplikasi dari viskositas yaitu berperan dalam pembuatan emulsi, lotion, pasta, penyalut tablet, pelumas mesin atau oli, mengalirnya darah dalam pembuluh darah vena, proses penggorengan ikan (semakin tinggi suhunya, maka semakin kecil viskositas minyak goreng), mengalirnya air dalam pompa PDAM yang mengalir kerumah-rumah kita.
Saran
Pembahasan materi viskositas amat sempit, sehingga tidak banyak terdapat pada materi di kelas. Hal ini menjadikan mahasiswa harus lebih aktif mencari pembahasan dari luar kelas.
Viskositas sangat berhubungan dengan materi fluida sehingga kami memberi saran kepada mahasiswa untuk mempelajari serta memahami terlebih dahulu materi fluida.
Daftar Pustaka
http://wiwitwidya27p.blogspot.com/2013/05/contoh-makalah-fisika-viskositas-teknik.html
http://www.ilmukimia.org/2013/02/teori-viskositas-cairan.html
Yas, Ali. 2013. Fisika 2 untuk SMA Kelas XI. Edisi kedua. Quadra
