Setiap zat cair mempunyai karakteristik yang khas, berbeda satu zat cair dengan zat cair yang lain. Oli mobil sebagai salah satu contoh zat cair dapat kita lihat lebih kental daripada minyak kelapa. Apa sebenarnya yang membedakan cairan itu kental atau tidak. Kekentalan atau viskositas dapat dibayangkan sebagai peristiwa gesekan antara satu bagian dan bagian yang lain dalam fluida. Dalam fluida yang kental kita perlu gaya untuk menggeser satu bagian fluida terhadap yang lain.
Di dalam aliran kental kita dapat memandang persoalan tersebut seperti tegangan dan regangan pada benda padat. Kenyataannya setiap fluida baik gas maupun zat cair mempunyai sifat kekentalan karena partikel di dalamnya saling menumbuk. Bagaimana kita menyatakan sifat kekentalan tersebut secara kuantitatif atau dengan angka, sebelum membahas hal itu kita perlu mengetahui bagaimana cara membedakan zat yang kental dan kurang kental dengan cara kuantitatif. Salah satu alat yang digunakan untuk mengukur kekentalan suatu zat cair adalah viskosimeter.
Apabila zat cair tidak kental maka koefesiennya sama dengan nol sedangkan pada zat cair kental bagian yang menempel dinding mempunyai kecepatan yang sama dengan dinding. Bagian yang menempel pada dinding luar dalam keadaan diam dan yang menempel pada dinding dalam akan bergerak bersama dinding tersebut. Lapisan zat cair antara kedua dinding bergerak dengan kecepatan yang berubah secara linier sampai V. Aliran ini disebut aliran laminer.
Aliran zat cair akan bersifat laminer apabila zat cairnya kental dan alirannya tidak terlalu cepat. Kita anggap gambar di atas sebagai aliran sebuah zat cair dalam pipa, sedangkan garis alirannya dianggap sejajar dengan dinding pipa. Karena adanya kekentalan zat cair yang ada dalam pipa, maka besarnya kecepatan gerak partikel yang terjadi pada penampang melintang tidak sama besar. Keadaan tersebut terjadi dikarenakan adanya gesekan antar molekul pada cairan kental tersebut, dan pada titik pusat pipa kecepatan yang terjadi maksimum.
v
Gambar II.1 Arus Laminer
Akibat lain adalah kecepatan rata-rata partikel lebih kecil daripada kecepatan partikel bila zat cairnya bersifat tak kental. Hal itu terjadi akibat adanya gesekan yang lebih besar pada zat cair yang kental.
Jika aliran kental dan tidak terlalu cepat maka aliran tersebut bersifat laminer dan disebut turbulen jika terjadi putaran/pusaran dengan kecepatan melebihi suatu harga tertentu sehingga menjadi kompleks dan pusaran-pusaran itu dinamakan vortex.
h . r4 . t . P
= ……………(1)
8 V . L
Persamaan diatas dinamakan persamaan stokes, merupakan salah satu rumus untuk mengukur viskositas cairan dimana:
V = Volume cairan
r = Jari - jari tabung kapiler
t = Waktu mengalir melalui tabung kapiler
P = Tekanan
L = Panjang aliran terhadap tekanan t
Untuk menentukan viskositas suatu cairan dengan persamaan diatas tidak terlalu penting untuk mengukur semua kuantitas yang ada bila satu viskositas dari beberapa cairan referensi yaitu air yang telah diketahui secara tepat.
Dua cairan yang berbeda bila diukur waktu alirannya pada volume yang sama dan melalui kapiler yang sama maka menurut persamaan pouseville, perbandingan dari dua caran yaitu :
1 .P1.r4.t1.8.V.L
= …………( 2 )
2 8.V.L..P2.r4.t2
Dari persamaan diatas dapat diketahui bahwa P1 dan P2 berbanding lurus dengan massa jenis atau densitas kedua cairan (P1 dan P2), maka persamaan diatas dapat ditulis sebagai :
1 P1 . t1
= …………..( 3 )
2 P2 . t2
Viskositas Ostwald adalah cara yang paling baik untuk mengukur kuantitas t1 dan t2 (lihat gambar).
Mulut
Penyumbat T
S
Gambar. II.2 Viskositas Ostwald
Suatu kuantitas tertentu zat cair yang dikenalkan dalam viskositas di sebuah tabung termostat dan kemudian ditarik oleh sulfon kedalam bulb sampai cairan berada di ketinggian tepat berada diatas permukaan ‘a’ kemudian dibiarkan turun sampai ‘b’. Waktu yang diperlukan dari posisi a ke posisi b diukur, lalu dihitung sesuai persamaan
pertama. Persamaan pertama tidaklah sempurna dan dikoreksi dengan persamaan sebagai berikut : = x.t - 0,12/t
x = Konstanta yang tergantung pada volume cairan, jari-jari kapiler, panjang pipa, gravitasi dan lain-lain
t = Waktu yang terukur
Selain dengan metode viskositas Ostwald untuk menghitung dapat pula menggunakan metode viskositas bola jatuh.
Pada viskositas bola jatuh caranya adalah pertama-tama kita masukkan suatu cairan (yang akan diukur viskositasnya) kedalam sebuah tabung. Lalu sebuah bola kecil (dengan massa jenis dan diameter diketahui) dijatuhkan diatas permukaan cairan (Vo = nol). Gerakan bola mula-mula turun dipercepat sampai jarak tertentu setelah itu gerakan bola menjadi beraturan. Selama pergerakan bola mengalami gaya gesek (Fr) dan gaya apung (Fa). Mula-mula Fr = m.a kemudian F(y) = 0 (y = konstan) sehingga W = Fa + Fr (sesuai dengan gambar II.3)
Gambar. II.3 Viskositas bola jatuh
Pada kecepatan konstan, gaya gesek bergantung pada menurut dalil Stokes :
Fr = G...r.v
dimana : Fr = Gaya gesek
= Koefisien viskositas
r = Jari-jari bola
v = Kecepatan konstan
G = mg = 4/3 r3 (bola - cair) = G r v
Jadi menurut dalil stokes koefisien viskositas dihitung dengan rumus :
Untuk bola kebawah :
2 g r2 (bola - cair)
=
g . v
Untuk bola keatas :
2 g r2 (cair - bola)
=
g . v
Dari persamaan diatas dapat diturunkan persamaan apabila r bola dibanding r tabung tidak terlalu kecil maka akan diberi ralat :
Fr = (1+1,36 r/B) dengan r = jari-jari tabung sebelah dalam
Sehingga persamaan diatas menjadi :
N . (bola - cair)
=
F . v
dimana N = 2 r2 g/9
