Hukum Stokes: bila sebuah bola bergerak dalam suatu fluida yang diam maka terhadap bola itu akan bekerja gaya geser dalam bentuk gaya gesekan yang arahnya berlawanan dengan arah gerak bola tersebut, f=õrv.
Hukum Stokes adalah persamaan matematis yang mengekspresikan kecepatan pengendapan partikel bola kecil dalam medium fluida. Hukum, yang pertama kali ditetapkan oleh ilmuwan Inggris Sir George G. Stokes pada tahun 1851, diturunkan dengan mempertimbangkan gaya yang bekerja pada partikel tertentu saat ia tenggelam melalui kolom cair di bawah pengaruh gravitasi.
Gaya yang bekerja melawan terhadap arah jatuhnya adalah sama dengan 6πrηv, di mana r adalah jari-jari bola, η adalah viskositas cairan, dan v adalah kecepatan jatuh.
Gaya yang bekerja ke bawah sama dengan 4/3πr3 (d1 – d2)g, di mana d1 adalah densitas bola, d2 adalah densitas cairan, dan g adalah konstanta gravitasi. Pada kecepatan jatuh yang konstan, gaya ke atas dan ke bawah seimbang. Menyamakan dua persamaan yang diberikan di atas dan menyelesaikan untuk v karena itu menghasilkan kecepatan yang diperlukan, dinyatakan oleh hukum Stokes sebagai v = 2/9(d1 – d2)gr2/η.
Hukum Stokes menemukan penerapan di beberapa daerah, khususnya yang berkaitan dengan pengendapan sedimen dalam air tawar dan dalam pengukuran viskositas cairan. Karena validitasnya terbatas pada kondisi di mana gerakan partikel tidak menghasilkan turbulensi dalam fluida, namun, berbagai modifikasi telah ditetapkan.
Kegunaan
Hukum Stokes adalah dasar dari viskometer jatuh-bola, di mana cairan itu diam di tabung kaca vertikal. Sebuah bola dengan ukuran dan kerapatan yang diketahui diizinkan turun melalui cairan. Jika dipilih dengan benar, ia mencapai kecepatan terminal, yang dapat diukur pada waktu yang diperlukan untuk melewati dua tanda pada tabung. Penginderaan elektronik dapat digunakan untuk cairan buram. Mengetahui kecepatan terminal, ukuran dan kerapatan bola, dan kerapatan cairan, hukum Stokes dapat digunakan untuk menghitung viskositas fluida. Serangkaian bantalan bola baja dengan diameter berbeda biasanya digunakan dalam eksperimen klasik untuk meningkatkan akurasi perhitungan. Eksperimen sekolah menggunakan gliserin atau oli sebagai fluida, dan teknik ini digunakan secara industri untuk memeriksa viskositas cairan yang digunakan dalam proses. Beberapa percobaan di sekolah sering melibatkan memvariasikan suhu dan / atau konsentrasi zat yang digunakan untuk menunjukkan efeknya terhadap viskositas. Metode industri mencakup banyak minyak yang berbeda, dan cairan polimer seperti larutan.
Pentingnya hukum Stokes diilustrasikan oleh fakta bahwa hukum ini memainkan peran penting dalam penelitian yang mengarah pada setidaknya tiga Hadiah Nobel.
Hukum Stokes penting untuk memahami berenangnya mikroorganisme dan sperma; juga, sedimentasi partikel kecil dan organisme dalam air, di bawah gaya gravitasi.
Di udara, teori yang sama dapat digunakan untuk menjelaskan mengapa tetesan air kecil (atau kristal es) dapat tetap melayang di udara (seperti awan) sampai mereka tumbuh ke ukuran kritis dan mulai jatuh sebagai hujan (atau salju dan hujan es).
Mengapa nilai sekarang menurun ketika tingkat diskonto meningkat? Mengapa orang Jepang mengatakan saya di rumah? Mengapa orang Kristen merasa sulit untuk menerapkan ajaran Yohanes Pembaptis dalam kehidupan mereka saat ini? Mengapa orang mengambil klorofil? Mengapa orang Yunani memecahkan piring? Mengapa penerbangan Mango Dibatalkan? Mengapa pengunduh asli saya tidak berfungsi?
Rumusrumus.com kali in akan membahas tentang pengertian kecepatan terminal beserta contoh soal dan beberapa rumus – rumus kecepatan terminal, untuk lebih jelasnya, simak penjelasan dibawah ini
Pengertian Kecepatan Terminal
Kecepatan Terminal benda yang dijatuhkan dalam Fluida, contoh nya pada sebuah kelereng yang dijatuhkan dalam seember air (posisi awal jatuh sudah ada dalam air). Kelereng tersebut di dalam fluida akan semakin membesar sampai mencapai kecepatan maksimal dan nilainya tetap. Nah kecepatan inilah yang disebut dengan kecepatan terminal.
Hukum stokes adalah peristiwa benda dijatuhkan dalam fluida dan terlibat beberapa gaya diantaranya yaitu gaya gesek fluida gaya berat, dan gaya tekan ke atas dengan rumus masing-masing gaya
Rumus – Rumus Dalam Kecepatan Terminal
Rumus Gaya Berat
W = m.g (arah ke bawah)
Rumus Gaya tekan ke atas oleh air
Fa = ρ.g.h
Rumus Gaya hambatan oleh fluida (hukum stokes)
Fs = 6 π η r v
Rumus Kecepatan terminal
Vt = [2/9] . [r2.g/η] (ρb – ρf)
Keterangan Rumus :
Vt adalah Kecepatan terminal (m/s)
r adalah jari-jari bola (m)
g adalah gravitasi (m s-2)
η adalah koefisien viskositas (kg m-1 s-1)
ρb adalah massa jenis benda (kg m-3)
ρf adalah massa jenis fluida (kg m-3)
Untuk benda yang jatuh dan memiliki bentuk bulat / bola dengan jari-jari r jadi nilai k = 6 π r. maka, gaya hambat Stokes menjadi Fs = 6 π r η v.
Dengan menjabarkan gaya Archimedes Fa = m2 g dan W = m1 g, tulis kembali rumusnya menjadi
m1 g = m2 g + 6 π r η v
ρ1 V g = ρ2V g + 6 π r η v
Dengan V yaitu volume benda, jika memiliki bentuk bulat V = 4/3 π r3.
ρ1 4/3 πr3 g = ρ2 4/3πr3 g + 6 π r η v
6 η v = ρ1 4/3 r2 g – ρ2 4/3 r2 g
Maka kecepatan terminal kita dapatkan,
v = 2 r2 g (ρ1 – ρ2) / 9 η
Keterangan rumus :
v yaitu kecepatan terminal
ρ1 yaitu massa jenis benda
ρ2 yaitu massa jenis udara
g yaitu percepatan gravitasi = 9.8 m/s2
r yaitu jari–jari benda
Selanjutnya untuk benda yang jatuh bebas dalam fluida, misalnya air maupun udara, gunakan rumus berikut ini
Wo = Wf + Wx + Ff
Keterangan rumus :
W0 adalah berat benda mutlak
Wf adalah berat benda dalam fluida
Wx adalah berat benda yang luput dari perhitungan
Ff adalah gaya hambatan stokes
Rumus Terkait : Rumus fluida statis beserta ciri-ciri dan contoh soal
Konsep dasar untuk menggambarkan kondisi gerak benda yaitu dengan cara memperhatikan gaya apa saja yang bekerja pada benda tersebut.
Berat benda di dalam fluida merupakan gaya gravitasi atau berat benda, dikurangi gaya Archimedes dan gaya hambat stokes, seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya di atas.
ƩF = m.a
W-Fa-Fs = m a
W = m a + Fa + Fs
m g = m a + Fa + Fs
Keterangan rumus:
m adalah massa benda
a adalah percepatan di dalam fluida
W adalah berat benda
Fa adalah gaya Archimedes
Fs adalah gaya hambat stokes
g adalah percepatan gravitasi
Rumus terkait : Fluida dimanis beserta ciri dan contoh soalnya
Sekarang bandingkan dengan rumus di atas
Antara Wo = Wf + Wx + Ff dengan m g = m a + Fa + Fs
W0 = berat benda mutlak = berat benda = W = m g
Wf = berat benda dalam fluida = m a
Wx = berat benda yang luput dari perhitungan = Fa = Gaya Archimedes
Ff = gaya hambatan stokes = Fs
Perhatikan sebenarnya rumus yang biasa ditulis adalah sama karena Rumusrumus.com sedang membuktikan adanya gravitasi namun mungkin tanpa disadarinya.
Dalam penjabarannya Rumusrumus.com menerangkan yaitu W0 = m A di mana m merupakan massa benda dan A adalah percepatan mutlak di ruang hampa. Sedangkan Wx = m A di mana m adalah massa fluida yang volumenya sama dengan benda dan A adalah percepatan mutlak.
Ini sama persis dengan rumus yang biasa yaitu A = g dan af = a.
Jadi apa yang di tuliskan di sini amat sangat membuktikan adanya gravitasi. hanya mengganti “g” dengan “A” dan memakai istilah lain yang mungkin seumur-umur baru ditemukan dan mungkin tidak akan ditemukan dalam buku Fisika terbitan manapun. yaitu “Wx = berat benda yang luput dari perhitungan”. Di dalam Fisika tidak ada berat benda yang luput dari perhitungan.
Contoh Soal Kecepatan Terminal
Kecepatan dari tetes air terjun yang memiliki jari-jari 0,3 mm jatuh di udara (ρ udara = 1,29 kg m-3) dan dengan koefisien viskositas = 1,8 x 10-5 kg/ms dan g = 9,8 m/s2 adalah?
Diketahui :
r = 0,3 mm 3 x 10-4 m
ρf = ρ udara = 1,29 kg m-3
ρb = ρ air = 1000 kg/m3
ρf = 1,8 x 10-5 kg/ms
pertanyaan kecepatan terminal (Vt) = …?
jawab :
Vt = [2/9]. [(3 x 10-4)2/1,8 x 10-5] (1.000 – 1,29) = 10,87 m/s
Demikianlah pembahasan tentang artikel ini, Semoga bermanfaat
Baca Juga :