Teori Viskositas Bola Jatuh

Sebuah mesin pada umumnya mempunyai beberapa elemen yang bergerak atau berputar misalnya: poros dengan bearingnya. Akibat adanya benda yang berputar tersebut maka akan menimbulkan gesekan atau gaya gesek, dan akhirnya menimbulkan kerugian gaya karena adanya gaya gesek tersebut. Maka untuk menghindarinya diperlukan pelumasan yang berfungsi untuk melindungi mesin dari korosi, menjaga komponen mesin dari keausan, memperkecil timbulnya panas dan pemuaian, sebagai media pendinginan dan untuk menjaga kebersihan dari geram akibat adanya gesekan antar logam, karena logam yang bergesekan akan menimbulkan geram.

Salah satu hal yang perlu diperhatikan tentang pelumas adalah viskositasnya (kekentalan), sifat ini dimiliki oleh setiap zat cair. Viskositas dari pelumas bervariasi dengan adanya perubahan temperatur, dalam kenyataannya suatu fluida umumnya akan mengalami penurunan nilai viskositas dengan adanya kenaikan temperatur. Setelah temperatur kembali seperti semula atau dingin , Viskositas tidak kembali naik seperti semula, tetapi turun sedikit demi sedikit, sehingga pada akhirnya Viskositasnya tidak memenuhi syarat lagi.

Dalam kaitannya dengan perubahan nilai viskositas karena pengaruh suhu atau temperatur pada minyak pelumas, dikenal dengan istilah index viskositas yaitu untuk mengetahui apakah minyak pelumas tersebut mudah atau tidak dipengaruhi oleh temperatur. Untuk mengetahui harga index viskositas minyak pelumas haruslah dicari terlebih dahulu viskositas dari minyak pelumas itu sendiri. Cara menentukan viskositas dari minyak pelumas itu sendiri yaitu dengan menggunakan alat yang dinamakan viskometer

Viskositas (kekentalan) berasal dari kata Viscous.Suatu bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitu menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat dianggap sebagai gerakan di bagian dalam (internal) suatu fluida. 

Contohnya jika sebuah benda berbentuk bola dijatuhkan ke dalam fluida kental, misalnya kelereng dijatuhkan ke dalam kolam renang yang airnya cukup dalam, nampak mula-mula kelereng bergerak dipercepat. Tetapi beberapa saat setelah menempuh jarak cukup jauh, nampak kelereng bergerak dengan kecepatan konstan (bergerak lurus beraturan). Ini berarti bahwa di samping gaya berat dan gaya apung zat cair masih ada gaya lain yang bekerja pada kelereng tersebut.  Yaitu gaya gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida.Semakin besar koefisien kekentalan suatu fluida maka semakin besar gaya gesek yang ditimbulkan oleh fluida.  Viskositas juga dipengaruhi oleh perubahan suhu. Apabila suhu naik maka viskositas menjadi turun atau sebaliknya.

Terdapat hubungan antara lama waktu alir suatu fluida cair dan besar viskositasnya. Hal itu dirumuskan sebagai berikut:

h1 . t1 = h2 . t2

h1   = viskositas zat cair 1

h2   = viskositas zat cair 2

t1    = waktu alir zat cair 1

t2    = waktu alir zat cair 2

Satuan viskositas fluida dalam sistem cgs adalah dyne det cm-2, yang biasa disebut dengan istilah poise di mana 1 poise sama dengan 1 dyne det cm-2.

Setiap benda yang bergerak relatif terhadap benda lain selalu mengalami gesekan (gaya gesek). Sebuah benda yang bergerak di dalam fluida juga mengalami gesekan. Hal ini disebabkan oleh sifat kekentalan (viskositas) fluida tersebut. Koefisien kekentalan suatu fluida (cairan) dapat diperoleh dengan menggunakan percobaaan bola jatuh di dalam fluida tersebut.

Viskositas Gaya gesek yang bekerja pada suatu benda yang bergerak relatif terhadap suatu fluida akan sebanding dengan kecepatan relatif benda terhadap fluida :

F = – b . v

dimana :

F = gaya gesek yang dialami benda.

b = konstanta gesekan.

v = kecepatan benda. 

Khusus untuk benda yang berbentuk bola dan bergerak dalam fluida yang sifat-sifatnya tetap, gaya gesek tersebut memenuhi hukum Stokes sbb: 

F = -6 ph r v  

dimana :

h= viskositas fluida.

r = radius bola

Hukum Stokes di atas berlaku bila :

1. Fluida tidak berolak (tidak terjadi turbulensi).

2. Luas penampang tabung tempat fluida cukup besar dibanding ukuran bola.

Bila sebuah benda padat berbentuk bola dengan jari-jari r dimasukkan ke dalam zat cair tanpa kecepatan awal bola tersebut akan begerak ke bawah mula-mula dengan percepatan sehingga kecepatannya bertambah. Dengan bertambahnya kecepatan maka gaya gesek fluida akan membesar, sehingga suatu saat bola akan bergerak dengan kecepatan tetap. Kecepatan tetap ini disebut kecepatan terminal yang terjadi pada saat gaya berat bola sama dengan jumlahan antara gaya angkat ke atas (Archimedes) dan gaya gesek Stokes seperti tampak pada gambar.

Secara lengkapnya bisa dilihat pada gambar dibawah untuk rumus viskositasnya :

KESIMPULAN

Jadi secara keseluruhan dapat di simpulkan yaitu hukum stoke merupakan hukum dasar dalam viskometer bola jatuh.Terjadi 2 macam gaya yaitu gaya gravitasi dan gaya gesek.densitas bola di tentukan dengan jari-jari dan bobot bola.Kekentalan di hitung berdasarkan waktu bola jatuh dari bagian atas cairan hingga mencapai  dasar.