Hukum Stokes Mikrajuddin Abdullah Fisika Dasar I 2016

798 dengan F gaya gesekan pada benda oleh fluida r jari-jari bola v laju bola relatif terhadap fluida. Gambar 10.60 Benda yang bergerak dalam fluida mendapat gaya gesekan yang arahnya berlawanan dengan arah kecepatan benda benda. Khusus untuk benda yang berbentuk bola maka gaya gesekan oleh fluida memenuhi persamaan 10.43. 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. Saat tercapat kecepatan terminal, ketiga gaya tersebut seimbang. Berdasarkan kecepatan terminal bola maka kita dapat menentukan viskositas fulida. Perhatikan Gambar 10.61. Besarnya gaya berat benda g r Vg mg W b b          3 3 4    Fluida v  F  R 799 Besarnya gaya angkat Archimedes g r Vg F f f A         3 3 4    Besarnya gaya stokes rv F S  6  Gambar 10.61 Gaya yang bekerja pada bola yang jatuh ke dalam fluida . Ketika benda mencapai kecepatan terminal, ke tiga gaya di atas memenuhi persamaan S A F F W   rv g r g r f b      6 3 4 3 4 3 3               Fluida W  S F  A F  800   rv r f b     6 3 4 3   atau 2 2 9 r v f b      10.44 Massa jenis bola, massa jenis fluida, dan jari-jari bola sudah tertentu. Maka dengan mengukur kecepatan terminal, koefisien viskositas fluida dapast 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.

10.28 Bilangan Reynolds

Fluida yang mengalir melalui benda atau mengalir dalam pipa bersifat laminar jika laju fluida cukup kecil. Jika laju fluida diperbesar maka suatu saat aliran fluida menjadi turbulen. Adakah kriteria untuk menentukan apakah aliran fluida bersifat laminar arau turbulen? Jawabannya ada. Kriteria tersebut diberikan oleh bilangan Reynolds. Bilangan Reynolds didefinisikan sebagai  vD R  10.45 dengan R bilangan Reynolds tidak berdimensi;  massa jenis fluida; v laju aliran fluida;  koefisien viskositas; D dimensi benda yang dilalui fluida atau diameter penampang pipa yang dialiri fluida. 801 Jika R kurang dari 2000 maka aliran fluida adalah laminar. Tetapi jika R lebih besar dari 5000 maka aliran fluida adalah turbulen. Contoh 10.24 Air yang bersuhu 20 o C mengalir dengan laju 1,5 ms melalui pipa yang memiliki diameter penampang 6 mm. Hitungan bilangan Reynolds, dan apakah aliran bersifat laminar atau turbulen? Jawab Berdasarkan Tabel 11.1 koefisien viskositas air pada suhu 20 o C adalah  = 1,0  10 -3 Pa.s. Bilangan Reynolds adalah