PENERAPAN GAYA SEBAGAI FUNGSI KECEPATAN

Apabila zat padat dijatuhkan ke dalam zat cair, maka akan mendapat gaya hambat

yang diakibatkan oleh gayagesek antara permukaan zat padat dengan zat cair tersebut.

Sebagai contoh, apabila kita memasukkan sebuah bola logam ke tabung yang berisi zat cair,

akan terlihat logam tersebut mula-mula turun dengan cepat kemudian melambat sampai

mencapai kecepatan konstan hingga akhirnya berhenti di dasar zat cair. Ini berarti bahwa

selain gaya berat dan gaya angkat, pada zat cair masih terdapat gaya lain yang bekerja pada

logam tersebut. Gaya lain yang berpengaruh tersebut adalah gaya gesek yang disebabkan oleh

kekentalan zat cair. Besar kecilnya hambatan yang ditimbulkan oleh zat cair dapat

dipengaruhi oleh jenis zat cair yang digunakan atau ukuran dan massa dari zat padat yang

dijatuhkan. Apabila jenis zat cair yang digunakan sama maka yang berpengaruh terhadap

besar kecilnya hambatan ditentukan oleh ukuran dan massa dari benda yang dijatuhkan.

Semakin besar hambatan yang diberikan akan mengakibatkan semakin lambat laju bola

logam. Sebaliknya jika semakin kecil hambatan yang ditimbulkan oleh zat cair akan

mengakibatkan semakin cepat jatuhnya. Besar kecilnya hambatan yang ditimbulkan oleh oleh

zat cair dinamakan dengan kekentalan atau viskositas [3].Penentuan besarnya koefisien

kekentalan dari zat cair dapat dilakukan dengan berbagai cara, salah satunya dengan

menggunakan hukum Stokes. Khusus untuk benda berbentuk bola, gaya gesek zatcair secara

empiris dirumuskan dengan persamaan

dengan FS = gaya Stokes, η = koefisien kekentalan, r = jari-jari bola kelereng, dan v =

kecepatan relatif bola terhadap zat cair (kecepatan terminal).. Sebuah bola padat memiliki

rapat massa ρb dan berjarijari r dijatuhkan tanpa kecepatan awal ke dalam zat cair kental

memiliki rapat massa ρc, di mana ρb > ρc.. Telah diketahui bahwa bola mula-mula

mendapat percepatan gravitasi, namun beberapa saat setelah bergerak cukupjauh bola akan

bergerak dengan kecepatan konstan. Kecepatan yang tetap ini disebut kecepatan akhir v

ataukecepatan terminal yaitu pada saat gaya berat bola sama dengan gaya apung ditambah

gaya gesekan zat cair [5][6]. Gambar. 1 menunjukkan sistem gaya yang bekerja pada bola

yakni FA= gaya Archimedes, Fs = gaya Stokes, dan W = mg = gaya berat bola. Jika saat

kecepatan terminal telah tercapai, pada Gambar 1., berlaku hukum Newton tentang gerak

lurus beraturan, yaitu persamaan:

Jika ρb menyatakan rapat massa bola, ρc menyatakan rapat massa zat cair, Vc menyatakan

volume bola, dan gmenyatakan percepatan gravitasi bumi, maka berlaku persamaan:

Rapat massa bola ρb dan rapat masa zat cair ρc dapat diukur dengan menggunakan

persamaan:

dengan mc = massa zat cair, Vc = volume zat cair