095: Fisika SMA: Hukum Stokes
Hukum Stokes bisa pula digunakan untuk menentukan koefisien viskositas fluida. Benda yang bergerak dalam fluida mendapat gaya gesekan yang arahnya berlawanan dengan arah gerak benda (Gambar 95.1). Besarnya gaya gesekan bergantung pada kecepatan relatif benda terhadap fluida serta bentuk benda. Untuk benda yang berbentuk bola, besarnya gaya gesekan memenuhi hokum Stokes
\( F = 6 \pi \eta R v \quad \quad \quad \quad \quad \quad (95.1) \)dengan
\( F \) adalah gaya gesekan pada benda oleh fluida
\( R \) adalah jari-jari bola
\( v \) adalah laju bola relatif terhadap fluida.
Jika benda berbentuk bola dijatuhkan dalam fluida maka mula-mula benda bergerak turun dengan kecepatan yang makin besar akibat adanya percepatan gravitasi. Pada suatu saat kecepatan benda tidak berubah lagi. Kecepatan ini dinamakan kecepatan terminal.
Gaya yang bekerja pada benda selama bergerak jatuh adalah gaya berat ke bawah, gaya angkat Archimedes ke atas, dan gaya Stokes yang melawan arah gerak (ke atas juga) (Gambar 95.2). Saat tercapat kecepatan terminal, ketiga gaya tersebut seimbang. Berdasarkan kecepatan terminal bola maka kita dapat menentukan viskositas fulida.
Besarnya gaya berat benda \( W = m g = \rho_b V g \). Besarnya gaya angkat Archimedes \( W_A = \rho_f V g \). Besarnya gaya Stokes \( F = 6 \pi \eta r v \).
Ketika benda mencapai kecepatan terminal, ke tiga gaya di atas memenuhi persamaan \( W = F + W_A \) yang menghasilkan
\( \rho_b – \rho_f = {{9 \eta v} \over {2 R^2}}\)Massa jenis bola, massa jenis fluida, dan jari-jari bola sudah tertentu. Maka dengan mengukur kecepatan terminal, koefisien viskositas fluida dapat dihitung. Jadi kita memiliki dua cara menentukan viskositas fluida. Pertama dengan mengalirkan pada pipa dan menghitung menggunakan hukum Poiseuille atau menjatukna bola yang sudah diketahui massa jenis dan dimensinya kemudian mengukur kecepatan terminal bola. Kecepatan terminal akan dicapai jika bola sudah cukup jauh dari lokasi awal dilepaskan dalam fluida.
Sumber gambar fitur: youtube
