Mengenal Karakteristik dan Sifat Fluida

Karakteristik dan sifat fluida

Fluida adalah zat yang mampu mengalir, berpindah posisi dan tidak memiliki bentuk pasti. Fluida mengalir karena pengaruh gaya tangensial atau tegangan geser, tidak peduli seberapa kecil gaya tangensial tersebut. Dalam kasus fluida, deformasi akan terus menerus terjadi  selama gaya geser atau tangensial eksternal diterapkan.

Fluida memiliki sifat dan karakteristik tertentu dimana setiap fluida memiliki sifat yang berbeda dari yang lain dalam hal komposisi dan kualitas tertentu, namun terdapat beberapa sifat yang dimiliki oleh setiap fluida. Pemahaman tentang sifat dan karakteristik merupakan pengetahuan penting untuk dipelajari dalang mekanika fluida. Terdapat berbagai sifat fluida yang digunakan untuk mendefinisikan fluida dan perilakunya dalam berbagai aplikasi fluida. Berikut ini merupakan karakteristik dan sifat fluida tersebut.

1. Massa jenis (Density)

Density adalah kepadatan jumlah molekul yang terdapat dalam satuan volume fluida. Molekul dari setiap zat memiliki massa yang berbeda, dimana semakin banyak jumlah molekul, maka semakin banyak kepadatan fluida tersebut dan tergantung pada massa dan ukuran atom fluida. Densitas juga bisa dikenal sebagai massa jenis fluida.

Secara matematis massa jenis didefinisikan sebagai rasio antara massa per satuan volume. Satuan SI massa jenis adalah kg/m^3 dan dinotasokan dengan ρ (rho). Massa jenis fluida dinotasikan dengan :

ρ = Massa / Volume

Kepadatan fluida akan meningkat berbanding lurus dengan meningkatnya tekanan saat tekanan diterapkan pada fluida. Ketika temperatur fluida meningkat maka massa jenis fluida akan menurun. Misalnya pada dua jenis Fluida yang berbeda dengan volume yang sama akan memiliki massa jenis yang berbeda dan sebaiknya jika memilki massa yang sama akan memiliki volume yang berbeda.

Berikut ini merupakan nilai massa jenis dari beberapa zat :

- Massa jenis air adalah 1000 kg/m^3

- Massa jenis udara adalah 1.2 kg/m^3

- Massa jenis merkuri adalah 13,6 × 1000 kg/m^3

2. Berat Spesifik Fluida (Specific Weight)

Berat spesifik adalah berat yang dimiliki oleh satuan volume suatu fluida. Bobot spesifik bergantung pada besarnya percepatan gravitasi yang berubah dari satu tempat ke tempat lain. Satuan SI berat spesifik fluida adalah gaya per satuan volume yaitu N/m^3. Berat spesifik air adalah 9,81 × 1000 N/m^3. 

Secara matematis berat spesifik fluida adalah rasio antara berat terhadap volume fluida, yang dinotasikan dengan :

w = Berat fluida / Volume fluida

3. Volume spesifik Fluida (Specific Volume)

Volume fluida spesifik adalah volume fluida per satuan berat. Dimana volume spesifik adalah kebalikan dari berat jenis. Satuan SI volume spesific adalah meter kubik per Newton (m³/N).

Dalam kasus volume spesifik aliran gas didefinisikan sebagai volume fluida per satuan massa. Dalam hal ini adalah kebalikan dari massa jenis dan satuan SI-nya adalah meter kubik per kilogram (m³/kg).

Secara matematis, volume spesfik fluida dinotasikan dengan :

Volume Spesifik = Volume fluida/Massa fluida

4. Gravitasi Spesifik Fluida (Specific Gravity)

Gravitasi spesifik atau specific gravity adalah rasio berat jenis atau massa jenis fluida terhadap berat jenis atau massa jenis fluida standar. Dalam hal fluida standar cair umumnya menggunakan air sebagai standar, sedangkan fluida standar gas menggunakan udara sebagai standar.

Gravitasi spesifik air pada suhu standar adalah bernilai 1. Pada gravitasi spesifik fluida menunjukkan fluida mana yang lebih berat atau lebih ringan jika dibandingkan dengan gravitasi spesifik air. Jika gravitasi spesifik suatu fluida kurang dari 1 maka fluida tersebut dianggap lebih ringan daripada air. Jika lebih besar dari 1, maka fluida akan lebih berat dari air. Gravitasi spesifik tidak memiliki satuan.

Misalkan suatu fluida dicampurkan dengan air, jika fluida tersebut lebih berat dibandingkan dengan air maka fluida tersebut tetap berada di bagian bawah campuran. Jika fluida lebih ringan daripada air, maka fluida tersebut dapat mengalir di atas air dalam suatu campuran.

Secara matematis gravitasi spesifik fluida didefinisikan sebagai rasio antara massa jenis fluida dengan massa jenis air, dan dinotasokan sebagai berikut :

S = Densitas Cairan / Densitas Air

5. Tekanan uap Fluida (Vapor Pressure)

Tekanan uap atau vapor pressure adalah tekanan yang diberikan oleh molekul uap pada permukaan cairan saat berada dalam kesetimbangan fasa atau kondisi jenuh satu sama lain.

Cairan yang sangat mudah menguap memiliki tekanan uap yang lebih tinggi pada suhu tertentu. Merkuri memiliki tekanan uap paling rendah karena ikatan kohesifnya yang kuat oleh karena itu merkuri banyak digunakan dalam manometer.

Tekanan uap fluida meningkat berbanding lurus dengan peningatan suhu. Jika tekanan cairan turun di bawah tekanan uapnya pada suhu tertentu, cairan mulai menguap. Bensin memiliki lebih banyak tekanan uap dibandingkan dengan tekanan atmosfer pada suhu atmosfer, oleh karena itu bensin mulai menguap sedangkan air tidak.

6. Tegangan Permukaan (Surface Tension)

Semua molekul yang terdapat pada permukaan cairan akan mengalami tarikan ke dalam karena adanya tegangan pada permukaan yang dikenal sebagai tegangan permukaan. Tegangan permukaan disebabkan oleh kohesi antara molekul cairan pada permukaan. Besarnya tegangan permukaan akan menurun seiring dengan terjadinya kenaikan suhu. Tegangan permukaan biasanya akan terlihat ketika fluida bersentuhan dengan udara.

Tegangan permukaan juga didefinisikan sebagai garis gaya dengan gaya yang bekerja tegak lurus terhadap garis pada bidang permukaan atau diberikan sebagai gaya yang bekerja per satuan panjang. Satuan SI tegangan permukaan adalah N/m.

Pengaruh tegangan permukaan terlihat pada kasus tetesan cairan. Ketika tetesan cairan dipisahkan dari sumbernya, tetesan cairan akan membentuk bola. Tegangan permukaan akan mencoba meminimalkan luas permukaan dimana tekanan akan menahannya. Karena penurunan luas permukaan, tekanan di dalam tetesan akan meningkat dan terus meningkat hingga keduanya berada dalam kesetimbangan, oleh karena itu tetesan cairan berbentuk bola yang memiliki luas permukaan minimum.

7. Kapilaritas (Capillarity)

Kapilaritas adalah fenomena di mana cairan mengalami kenaikan atau penurunan pada ruang sempit seperti tabung tipis atau pada rongga berpori. Tegangan permukaan merupakan faktor utama yang menyebabkan terjadinya fenomena kapilaritas. Gaya adhesi permukaan atau kohesi internal yang terdapat pada permukaan antara cairan dan padatan meregangkan cairan dan membentuk permukaan melengkung yang disebut meniskus.

Meniskus adalah kurva yang terbentuk pada permukaan atas suatu cairan yang dekat dengan permukaan wadah atau benda tertentu, yang disebabkan karena tegangan permukaan. Meniskus bisa berbentuk cekung atau cembung, tergantung pada cairan dan permukaannya. Gaya adhesi antara air dan benda padat membentuk meniskus cekung. Sedangkan, kohesi internal dalam merkuri menarik cairan untuk membentuk meniskus cembung.

8. Viskositas (Viscosity)

Viskositas adalah resistansi fluida (cair atau gas) terhadap perubahan bentuk atau pergerakan pada bagian yang berdekatan relatif satu sama lain. Viskositas menunjukkan perlawanan terhadap aliran fluida. Kebalikan dari viskositas disebut fluiditas, atau ukuran kemudahan fluida untuk mengalir.

Karena bagian dari fluida yang dipaksa untuk bergerak membawa bagian yang berdekatan sampai batas tertentu, viskositas dapat juga dianggap sebagai gesekan internal antara molekul fluida. Gesekan tersebut melawan perkembangan perbedaan kecepatan dalam fluida. Viskositas merupakan salah satu faktor utama dalam menentukan gaya yang harus diatasi saat fluida digunakan.

Satuan SI untuk viskositas adalah pascal second (Pa.s), yang tidak memiliki nama khusus. Meskipun namanya ditetapkan sebagai sistem internasional, namun Pascal second jarang digunakan dalam penulisan ilmiah dan teknis. Satuan viskositas yang paling umum adalah dyne sekon per sentimeter persegi (dyne.s/cm²).

Referensi :

[1] https://www.mech4study.com/

[2] https://byjus.com/

[3] https://www.britannica.com/

[4] https://physics.info/

Share :