Home / Fisika / Hukum Stokes

Hukum Stokes

  • 7 min read
Loading...

Penulis : Deyan Prashna, Departemen Fisika, FMIPA, Universitas Indonesia 2016

Hukum Stokes menjelaskan tentang gerak benda pada suatu viskositas. Viskositas merupakan ukuran kekentalan suatu fluida yang menentukan besar atau kecilnya gaya gesek di dalam fluida. Pada suatu fluida, gerak benda dapat mencapai keseimbangan terminal. Faktor yang memperngaruhi viskositas yaitu tekanan, temperatur, adanya tambahan zat lain, ukuran dan berat molekul, ikatan antar molekul dan konsentrasi larutan. Alat yang digunakan untuk mengukur viskositas dinamakan sebagai viskometer.

Apakah kamu pernah melemparkan suatu benda yang berat ke dalam fluida cair? Bagaimana proses tenggelamnya? Apakah lama atau cepat? Hal itu ada hukum yang mengaturnya loh… Namanya hukum Stokes, lalu bagaimana pernyataan dan rumus hukum itu? Yuk, simak artikel ini agar kamu mengetahui jawabannya.

Pengertian Fluida

Fluida merupakan zat yang mengalir atau mengalami perubahan bentuk secara konsisten akibat adanya gaya eksternal. Fluida hanya terdiri dari cair dan gas, sedangkan untuk zat padat tidak dikategorikan sebagai fluida sebab bentuk zat

Loading...
padat tidak mengalami perubahan bentuk secara konsisten dan jarak antar partikel sangat rapat.

Dalam fluida cair, interaksi antar partikelnya bersifat lemah dan kerapatan antar partikelnya lebih longgar daripada zat padat, serta fluida cair dapat mengalir berdasarkan perbedaan ketinggian dimana fluida cair mengalir dari tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah. Sedangkan pada fluida gas, interaksi antar partikelnya bersifat sangat lemah dan kerapatan partikel lebih longgar daripada fluida cair serta fluida gas mengalir berdasarkan perbedaan tekanan udara dimana fluida gas mengalir dari tempat bertekanan udara tinggi ke tempat bertekanan udara rendah.

Semakin tinggi suhu pada fluida gas, maka semakin cepat interaksi antar partikel fluida gas, dan sebaliknya.

Fluida dapat dibedakan menjadi fluida statis dan dinamis. Fluida statis adalah fluida yang berada dalam keadaan diam pada suatu wadah dan tidak mengalir ke tempat dengan ketinggian lebih rendah atau pun bertekanan lebih rendah.

Sedangkan fluida dinamis merupakan fluida yang bergerak atau mengalir.

Bagi kamu yang ingin mengetahui lebih dalam tentang fluida statis dan dinamis, kamu dapat membaca artikel fluida statis dan fluida dinamis.

Hukum Stokes

Hukum Stokes menyatakan bahwa “kecepatan suatu benda bergerak di dalam suatu fluida setara dengan kecepatan relatif benda itu terhadap fluida dan akan mendapatkan gaya gesek yang besaranya sama dengan gaya bendanya dalam arah yang berlawanan”. Gaya yang sangat berpengaruh pada hukum Stokes adalah gaya gesek.

Fluida yang bergerak tersebut akan mengalami hambatan yang bergantung pada kekentalan fluida. Fluida memiliki kekentalan yang dinamakan sebagai viskositas.

Viskositas merupakan ukuran kekentalan suatu fluida yang menentukan besar atau kecilnya gesekan di dalam suatu fluida. Viskositas memiliki kaitan erat dengan massa jenis fluida, dimana massa jenis merupakan rasio dari massa fluida terhadap volumenya.

Semakin besar viskositas maka semakin lambat gerak bendanya, dan sebaliknya. Berikut rumus dari hukum Stokes:

rumus hukum stokes

dimana 1 merupakan gaya gesek (N), 2 merupakan koefisien viskositas (Pa.s), r merupakan jari – jari benda (m), dan 3 merupakan kecepatan benda (m/s).

Loading...

Benda yang bergerak pada suatu fluida dengan viskositas tertentu akan memiliki persamaan bahwa berat bendanya sama dengan gaya geseknya, dengan persamaan sbb:

persamaan gaya gesek

dimana m merupakan massa benda (kg), dan 5 merupakan percepatan gravitasi bumi 6 .

Perlu diperhatikan bahwa semakin besar percepatan gravitasi bumi, maka semakin besar berat benda, dan sebaliknya. Percepatan gravitasi di kutub lebih besar daripada di khatulistiwa.

Viskositas

Viskositas menyatakan ukuran kekentalan dari suatu fluida. Sedangkan massa jenis merupakan perbandingan antara masa benda dengan volumenya.

Semakin tinggi viskositas berarti semakin rapat antar partikelnya dan semakin sulit benda untuk melaluinya. Sedangkan untuk massa jenis akan mempengaruhi posisi bendanya dalam suatu fluida untuk mudah tenggelam atau tidak, mudah mengapung atau tidak, dan bahkan mudah melayang atau tidak dalam suatu fluida.

Viskositas pada fluida cair disebabkan adanya kohesi (gaya tarik menarik antar partikel yang sejenis), sedangkan pada fluida gas disebabkan adanya tumbukan antar partikel gas. Suatu benda yang jatuh dalam fluida yang memiliki viskositas tertentu akan mengalami kecepatan konstan karena berat benda akan diimbangi oleh gaya gesek benda, sebagaimana pers. (6).

Kecepatan yang konstan tersebut dinamakan sebagai kecepatan terminal dimana kecepatan terminal didefinisikan sebagai kecepatan maksimum yang konstan dari suatu benda yang bergerak dalam fluida. Pada dasarnya, kecepatan konstan tersebut disebabkan adanya keseimbangan gerak antara benda dengan fluida.

Kecepatan terminal akan sulit tercapai jika berat bendanya besar, gaya geseknya kecil, dan viskositas fluida rendah, begitu sebaliknya. Kecepatan terminal benda dapat dinyatakan dengan rumus sbb:

rumus Kecepatan terminal benda

dimana v merupakan kecepatan benda (m/s), r merupakan jari – jari benda (m), 1 merupakan percepatan gravitasi bumi 6 , 7 merupakan koefisien viskositas (Pa.s), 8 merupakan massa jenis benda 9 , 10 merupakan massa jenis fluida 11 .

Faktor – faktor yang mempengaruhi viskositas

  • Tekanan, viskositas fluida cair akan tinggi seiring dengan kenaikan tekanan. Sedangkan viskositas pada fluida gas tidak dipengaruhi oleh tekanan.
  • Temperatur, viskositas fluida cair akan tinggi dengan penurunan temperatur. Sedangkan pada fluida gas, viskositas fluida gas akan meningkat seiring dengan kenaikan temperatur.
  • Adanya tambahan zat lain, dengan adanya tambahan dari zat lain dapat meningkatkan atau pun menurunkan viskositas.
  • Ukuran dan berat molekul, viskositas suatu fluida akan meningkat dengan kenaikan berat molekul dan semakin besar ukurannya.
  • Ikatan antar molekul, dengan adanya ikatan hidrogen pada suatu fluida akan meningkatkan viskositas fluida tersebut.
  • Konsentrasi larutan, dengan semakin tingginya konsentrasi larutan maka viskositasnya akan semakin tinggi, dan sebaliknya. Konsentrasi larutan merupakan ukuran yang menyatakan banyaknya zat terlarut dalam suatu larutan.

Viskositas suatu fluida dapat diukur dengan alat yang bernama viskometer. Terdapat berbagai jenis viskometer, yaitu viskometer kapiler, viskometer Hoopler, viskometer Cup dan Bob, serta viskometer Cone dan Plate.

Kesimpulan

Jadi, dapat disimpulkan bahwa fluida merupakan suatu zat yang mengalir karena adanya gaya eksternal. Viskositas merupakan ukuran kekentalan suatu fluida. Hukum Stokes menjelaskan tentang hubungan benda yang bergerak dalam suatu fluida. Proses benda yang bergerak tersebut akan terhambat oleh adanya gaya gesek sampai mengalami keseimbangan pada kecepatan terminal. Kecepatan benda tersebut akan bergantung pada viskositasnya. Sehingga benda dapat bergerak dengan kecepatan konstan dalam suatu fluida.

Daftar Pustaka

  • Alfian. 2020. Hukum Stokes dan Viskositas. Diperoleh dari https://moztrip.com/hukum-stokes/#Viskositas (diakses pada 29 Juni 2020).
  • Prashna, Deyan. 2020. Fluida Statis. Diperoleh dari https://bacaboy.com/fluida-statis/ (diakses pada 29 Juni 2020).
  • Rahmah, Azzahra. 2020. Hukum Stokes dan Viskositas: Rumus, Pengertian dan Contoh. Diperoleh dari https://rumus.co.id/hukum-stokes/ (diakses pada 29 Juni 2020).

Baca juga

Loading...