Definisi Viskositas dalam Ilmu Fisika

Ilustrasi viskositas hanya ada pada fluida riil, contohnya air, sirup, oli dan asap knalpot, dan lain-lain. Foto: Pixabay

Dalam ilmu fisika, viskositas adalah ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besarnya gaya gesekan di dalam fluida. Semakin rendah viskositas suatu fluida, semakin besar juga pergerakan dari fluida tersebut.

Artikel ini akan membahas lebih lanjut mengenai viskositas, mulai dari pengertian, jenis-jenis, fungsi, hingga pengaplikasiannya pada industri.

Apa Itu Viskositas?

Ilustrasi viskositas. Foto: Unsplash

Menurut jurnal Pengukuran Viskositas karya Ulfah Ilmi, viskositas adalah ukuran ketahanan fluida terhadap tekanan maupun tegangan. Semakin besar tahanan suatu zat, maka viskositas akan semakin tinggi.

Viskositas disebut juga dengan istilah kekentalan. Kekentalan suatu zat merupakan faktor utama yang dapat memengaruhi daya mengalirnya suatu cairan.

Semakin kental suatu zat, maka kecepatan mengalirnya akan semakin rendah, begitu pula sebaliknya. Kekentalan pada zat cair ini disebabkan oleh adanya gaya kohesi, yaitu gaya tarik-menarik antara molekul sejenis.

Jadi, viskositas merupakan ukuran kemampuan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir. Semakin tinggi viskositas, maka makin besar tahanannya.

Viskositas fluida yang berbeda dapat dinyatakan secara kuantitatif oleh koefisien viskositas. Berikut ini adalah tabel viskositas untuk berbagai fluida:

Ilustrasi tabel viskositas untuk berbagai fluida. Foto: Giancoli (2001)

Aliran cairan viskositas dapat dikelompokkan menjadi dua tipe, yaitu aliran laminar atau aliran kental dan aliran turbulen.

Aliran laminar menggambarkan laju aliran kecil melalui sebuah pipa dengan garis tengah kecil. Sementara aliran turbulen menggambarkan laju aliran yang besar melalui pipa dengan diameter yang lebih besar.

Jenis-Jenis Viskositas

Ilustrasi viskositas suatu zat. Foto: Unsplash

Ada dua jenis viskositas, yaitu absolute viscosity (viskositas absolut) dan dynamic viscosity (viskositas dinamis). Berikut penjelasannya.

1. Absolute Viscosity

Absolute viscosity disebut juga sebagai dynamic viscosity. Viskositas absolut atau viskositas dinamis adalah sifat fluida yang menghubungkan tegangan geser dengan gerakan fluida. Satuan untuk viskositas absolut adalah Ns/m².

2. Dynamic Viscosity

Dynamic viscosity dikenal juga sebagai kinematic viscosity atau viskositas kinematis. Viskositas kinematis adalah perbandingan viskositas absolut terhadap massa jenis fluida. Satuan untuk viskositas kinematis adalah m²/s.

Rumus Viskositas

Ilustrasi menghitung rumus viskositas. Foto: Pexels

Dikutip dari Rumus Kantong Fisika SMA oleh Sulistyo Hadi (2011: 65), besarnya viskositas dapat dinyatakan secara matematis dengan rumus berikut:

Keterangan:

F = gaya untuk menggerakan lapisan fluida (N)

v = kecepatan fluida (m/s)

η = koefisien viskositas (Ns/m²)

k = koefisien benda

Koefisien k bergantung pada bentuk geometri benda. Untuk benda yang berbentuk bola, maka k = 6πr (dengan r = jari-jari). Dengan begitu, rumus viskositas untuk benda yang berbentuk bola dapat dinyatakan sebagai berikut:

Sementara, jika benda dijatuhkan bebas dalam suatu fluida kental, benda tidak hanya mendapatkan gaya apung, tapi juga mendapatkan gaya yang berlawanan dengan gerak benda, yaitu gaya gesekan fluida (gaya Stokes).

Benda yang tercelup tersebut memiliki kecepatan yang semakin besar dan pada suatu saat dicapai kecepatan terbesar yang nilainya tetap. Kecepatan tetap ini disebut dengan kecepatan terminal (VT).

Berikut rumus viskositas untuk menghitung kecepatan terminal yang dicapai saat benda dijatuhkan bebas dalam suatu fluida kental:

Keterangan:

VT = kecepatan terminal (m/s)

r = jari-jari bola (m)

Pb = massa jenis benda (kg/m³)

Pf = massa jenis fluida (kg/m³)

η = koefisien viskositas (kg/ms)

g = gravitasi (m/s²)

Pengaplikasian pada Industri

Ilustrasi aplikasi viskositas dalam industri minyak. Foto: Pexels

Viskositas memiliki peran yang sangat penting dalam berbagai industri, seperti industri perminyakan, bahan pangan, otomotif, dan manufaktur. Berikut pengaplikasian viskositas pada beberapa industri tersebut:

1. Perminyakan

Dalam industri perminyakan, khususnya ketika melakukan transportasi minyak berat, temperatur permukaan yang rendah dapat mempengaruhi performa aliran minyak dalam sistem pipa.

Penurunan temperatur tersebut dapat meningkatkan viskositas minyak, sehingga menyebabkan aliran minyak menjadi sulit dan lambat.

Oleh karena itu, sistem transportasi minyak menggunakan sensor viskositas untuk mengukur kekentalan fluida dan menentukan tekanan yang diperlukan agar dapat menjaga aliran minyak dalam pipa tetap stabil.

2. Bahan Pangan

Dalam industri bahan pangan, viskositas berperan untuk mengontrol tekstur dan stabilitas produk. Berbagai produk seperti saus, mayones, dan kecap memiliki tingkat viskositas yang berbeda-beda.

Karenanya, diperlukan pengendalian viskositas melalui formulasi bahan, suhu, dan proses pengolahan untuk menghasilkan konsentrasi makanan yang sesuai.

3. Otomotif

Salah satu penerapan viskositas dalam industri otomotif adalah oli pelumas mesin. Oli pelumas berperan dalam mengurangi gesekan dan keausan pada komponen mesin.

Umumnya, viskositas oli dipilih sesuai dengan kondisi operasi mesin dan suhu kerjanya untuk memastikan kinerja dan daya tahan mesin yang optimal.

4. Manufaktur

Hampir sama seperti otomotif, kekentalan pelumas yang digunakan dalam mesin manufaktur harus dipilih secara tepat. Pelumas dengan viskositas yang sesuai dapat membantu melindungi permukaan mesin dari gesekan berlebihan, mencegah keausan, dan memastikan kinerja mesin yang efisien.

Fungsi Viskositas

Ilustrasi kekentalan suatu cairan. Foto: Pexels

Fungsi dari viskositas ialah untuk mengukur kecepatan suatu cairan yang mengalir melalui pipa gelas (gelas kapiler). Viskositas suatu zat dipengaruhi oleh suhu. Jadi, semakin tinggi suhu, semakin kecil viskositasnya.

Sebaliknya, semakin rendah suhu maka viskositasnya semakin besar. Viskositas akan menurun saat suhu naik, sedangkan viskositas gas naik dengan meningkatnya suhu.

Viskositas Ada pada Fluida Riil

Ilustrasi contoh fluida riil. Foto: Pexels

Viskositas hanya ada pada fluida riil atau nyata seperti yang sering ditemui dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya, air, sirup, minyak, oli, dan asap knalpot, dan lain-lain.

Perlu diketahui, fluida riil berbeda dengan fluida ideal. Fluida ideal sebenarnya tidak ada dalam kehidupan sehari-hari. Fluida ideal hanyalah model yang digunakan untuk membantu kita dalam menganalisis aliran fluida (fluida ideal ini yang dipakai dalam pokok bahasan fluida dinamis).

Baca Juga: Pengertian Viskometer Ostwald dan Fungsinya di Laboratorium

Cara Mengukur Viskositas

Ilustrasi menghitung rumus viskositas. Foto: Pexels

Cara mengukur viskositas, yaitu dengan mengukur laju cairan melalui tabung berbentuk silinder. Alat ukur viskositas manual adalah dengan menggunakan viskometer bola jatuh (Hopper).

Prinsip kerjanya adalah menggelindingkan bola yang terbuat dari besi melalui tabung gelas yang berisi zat cair. Berdasarkan hukum Stokes, pada saat kecepatan bola maksimum, terjadi kesetimbangan sehingga gaya gesek sama dengan gaya berat Archimedes.

Viskositas dapat diukur dengan berbagai jenis viskometer. Ada beberapa tipe viskometer yang biasa digunakan, antara lain:

Semua viskometer dapat digunakan untuk menentukan viskositas sistem Newton. Namun, hanya viskometer yang mempunyai kontrol shear stress bervariasi yang dapat digunakan untuk bahan–bahan non-Newton.

Untuk mencari viskositas, dapat digunakan rumus berikut:

Ilustrasi rumus viskositas. Foto: Buku Fisika Kelompok Teknologi

(ZHR & SFR)