fluida - WordPress.com

FLUIDA
A. DEFINISI FLUIDA
1.
2.
B.
1.
Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Kata Fluida mencakup zat car, air dan gas
karena kedua zat ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras atau seluruh zat
padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa mengalir.
Susu, minyak pelumas, dan air merupakan contoh zat cair. dan Semua zat cair itu
dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke
tempat yang lain. Selain zat cair, zat gas juga termasuk fluida. Zat gas juga dapat mengalir
dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh udara yang
berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Setiap
hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari
pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. Demikian juga kapal
selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang diminum dan udara yang
dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari.
Fluida ini dapat kita bagi menjadi dua bagian yakni:
Fluida statis
Fluida Dinamis
Tapi yang kita bahas dalam makalah ini hanyalah membahas tentang fluida statis (
fluida diam ).
Adapun pengertian dari Fluida Statis adalah fluida yang berada dalam fase tidak
bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar
partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan bahwa partikel-partikel fluida tersebut bergerak
dengan kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya geser.
Contoh fenomena fluida statis dapat dibagi menjadi statis sederhana dan tidak
sederhana. Contoh fluida yang diam secara sederhana adalah air di bak yang tidak dikenai
gaya oleh gaya apapun, seperti gaya angin, panas, dan lain-lain yang mengakibatkan air
tersebut bergerak. Contoh fluida statis yang tidak sederhana adalah air sungai yang memiliki
kecepatan seragam pada tiap partikel di berbagai lapisan dari permukaan sampai dasar
sungai.
Cairan yang berada dalam bejana mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan
itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya
dari atas ditahan dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar bejana dengan gaya
sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar bejana. Selama cairan itu
tidak mengalir (dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya
melakukan gaya ke bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom tersebut.
DEFINISI FLUIDA
Sifat fisis fluida dapat ditentukan dan dipahami lebih jelas saat fluida berada dalam
keadaan diam (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis ini di antaranya, massa jenis, tegangan
permukaan, kapilaritas, dan viskositas.
Massa Jenis
Pernahkah Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah pernyataan
bahwa besi lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya kurang tepat, karena
segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada sebuah bola besi. Pernyataan yang
tepat untuk perbandingan antara kayu dan besi tersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu.
Anda tentu masih ingat, bahwa setiap benda memiliki kerapatan massa yang berbeda-beda
serta merupakan sifat alami dari benda tersebut. Dalam Fisika, ukuran kepadatan (densitas)
benda homogen disebut massa jenis, yaitu massa per satuan volume. Jadi massa jenis adalah
pengukuran massa setiap satuanvolume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka
semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan
total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih
tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa
sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air).
Satuan SI massa jenis adalah kilogram per meter kubik (kg·m-3)
Massa jenis berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang
berbeda. Dan satu zat berapapun massanya berapapun volumenya akan memiliki massa jenis
yang sama.
Secara matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut.
dengan: m = massa (kg atau g),
V = volume (m3 atau cm3), dan
ρ = massa jenis (kg/m3 atau g/cm3).
Jenis beberapa bahan dan massa jenisnya dapat dilihat pada Tabelberikut.
Tabel Massa Jenis atau Kerapatan Massa (Density)
Bahan
Massa Jenis (g/cm3) Nama Bahan Massa Jenis (g/cm3)
Air
1,00
Gliserin
1,26
Aluminium
2,7
Kuningan
8,6
Baja
7,8
Perak
10,5
Benzena
0,9
Platina
21,4
Besi
7,8
Raksa
13,6
Emas
19,3
Tembaga
8,9
Es
0,92
Timah Hitam
11,3
Etil Alkohol
0,81
Udara
0,0012
2. Tegangan permukaan
Pernahkah kamu melihat sebuah jarum atau silet terapung diatas air? Atau kamu pasti
pernah melihat ada nyamuk atau serangga lain dapat berdiri diatas air. Fenomena ini erat
kaitannya dengan penjelasan tentang tegangan permukaan.
Mari kita amati sebatang jarum atau sebuah silet yang kita buat terapung di permukaan
air sebagai benda yang mengalami tegangan permukaan. Tegangan permukaan disebabkan
oleh interaksi molekul-molekul zat cair dipermukaan zat cair. Di bagian dalam cairan sebuah
molekul dikelilingi oleh molekul lain disekitarnya, tetapi di permukaan cairan tidak ada
molekul lain dibagian atas molekul cairan itu. Hal ini menyebabkan timbulnya gaya pemulih
yang menarik molekul apabila molekul itu dinaikan menjauhi permukaan, oleh molekul yang
ada di bagian bawah permukaan cairan.
Sebaliknya jika molekul di permukaan cairan ditekan, dalam hal ini diberi jarum atau
silet, molekul bagian bawah permukaan akan memberikan gaya pemulih yang arahnya ke
atas, sehingga gaya pemulih ke atas ini dapat menopang jarum atau silet tetap di permukaan
air tanpa tenggelam.
Gaya ke atas untuk menopang jarum atau silet agar tidak tenggelam merupakan perkalian
koefisien tegangan permukaan dengan dua kali panjang jarum. Panjang jarum disini adalah
permukaan yang bersentuhan dengan zat cair.
Jadi dapat kita simpulkan bahwa pengertian dari tegangan permukaan
adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti
ditutupi oleh suatu lapisan elastis.
3. Kapilaritas
Tegangan permukaan ternyata juga mempunyai peranan pada fenomena menarik, yaitu
kapilaritas. Contoh peristiwa yang menunjukkan kapilaritas adalah minyak tanah, yang dapat
naik melalui sumbu kompor. Selain itu, dinding rumah kita pada musim hujan dapat basah
juga terjadi karena adanya gejala kapilaritas.
Untuk membahas kapilaritas, kita perhatikan sebuah pipa kaca dengan diameter kecil
(pipa kapiler) yang ujungnya terbuka saat dimasukkan ke dalam bejana berisi air. Kita dapat
menyaksikan bahwa permukaan air dalam pipa akan naik. Lain hasilnya jika kita
mencelupkan pipa tersebut ke dalam bejana berisi air raksa. Permukaan air raksa dalam
tabung akan turun atau lebih rendah daripada permukaan air raksa dalam bejana. Gejala inilah
yang disebut dengan gejala kapilaritas.
Pada kejadian ini, pipa yang digunakan adalah pipa kapiler. Oleh karena itu, gejala
kapilaritas adalah gejala naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler. Permukaan zat cair yang
berbentuk cekung atau cembung disebut meniskus. Permukaan air pada dinding kaca yang
berbentuk cekung disebut meniskus cekung, sedangkan permukaan air raksa yang berbentuk
cembung disebut meniskus cembung.
Penyebab dari gejala kapiler adalah adanya adhesi dan kohesi. Kohesi adalah gaya tarik
menarik antar molekul yang sama jenisnya. Gaya ini menyebabkan antara zat yang satu
dengan yang lain tidak dapat menempel karena molekulnya saling tolak menolak.
sedangkan adhesi adalah gaya tarik menarik antar molekul yang berbeda jenisnya. Gaya ini
menyebabkan antara zat yang satu dengan yang lain dapat menempel dengan baik karena
molekulnya saling tarik menarik atau merekat.
Pada gejala kapilaritas pada air, air dalam pipa kapiler naik karena adhesi antara
partikel air dengan kaca lebih besar daripada kohesi antar partikel airnya. Sebaliknya, pada
gejala kapilaritas air raksa, adhesi air raksa dengan kaca lebih kecil daripada kohesi antar
partikel air raksa. Oleh karena itu, sudut kontak antara air raksa dengan dinding kaca akan
lebih besar daripada sudut kontak air dengan dinding kaca.
Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan
permukaan yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa.
Berikut ini beberapa contoh yang menunjukkan gejala kapilaritas dalam kehidupan
sehari-hari:
a. Naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor sehingga kompor bisa dinyalakan.
b. Kain dan kertas isap dapat menghisap cairan.
c. Air dari akar dapat naik pada batang pohon melalui pembuluh kayu.
Selain keuntungan, kapilaritas dapat menimbulkan beberapa masalah berikut ini :
Air hujan merembes dari dinding luar, sehingga dinding dalam juga basah.
Air dari dinding bawah rumah merembes naik melalui batu bata menuju ke atas sehingga
dinding rumah lembab.
4. Viskositas
Viskositas merupakan pengukuran dari ketahanan fluida yang diubah baik
dengan tekanan maupun tegangan. Pada masalah sehari-hari (dan hanya untuk fluida),
viskositas adalah "Ketebalan" atau "pergesekan internal". Oleh karena itu, air yang "tipis",
memiliki viskositas lebih rendah, sedangkan maduyang "tebal", memiliki viskositas yang
lebih tinggi. Sederhananya, semakin rendah viskositas suatu fluida, semakin besar juga
pergerakan dari fluida tersebut. Viskositas menjelaskan ketahanan internal fluida untuk
mengalir dan mungkin dapat dipikirkan sebagai pengukuran dari pergeseran fluida.
Seluruh fluida (kecuali superfluida) memiliki ketahanan dari tekanan dan oleh karena
itu disebut kental, tetapi fluida yang tidak memiliki ketahanan tekanan dan tegangan disebut
fluide ideal.
2.3
Tekanan Hidrostatis
Masih ingatkah Anda definisi tekanan? Tekanan adalah gaya yang bekerja tegak lurus
pada suatu permukaan bidang dan dibagi luas permukaan bidang tersebut. Secara matematis,
persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut.
p= F/ A
dengan: F = gaya (N),
A = luas permukaan (m2), dan
p = tekanan (N/m2 = Pascal).
Persamaan diatas menyatakan bahwa tekanan p berbanding terbalik dengan luas
permukaan bidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang sama, luas bidang yang
kecil akan mendapatkan tekanan yang lebih besar daripada luas bidang yang besar. Dapatkah
Anda memberikan beberapa contoh penerapan konsep tekanan dalam kehidupan sehari-hari?
Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air.
Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yang dialami
oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik
tersebut. Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar tabung adalah p, menurut konsep
tekanan, besarnya p dapat dihitung dari perbandingan antara gaya berat fluida (F) dan luas
permukaan bejana (A).
p= F/A
Gaya berat fluida merupakan perkalian antara massa fluida dengan percepatan
gravitasi Bumi, ditulis
p= massa x gravitasi bumi / A
Oleh karena m = ρ V, persamaan tekanan oleh fluida dituliskan sebagai
p = ρVg / A
Volume fluida di dalam bejana merupakan hasil perkalian antara luas permukaan
bejana (A) dan tinggi fluida dalam bejana (h). Oleh karena itu, persamaan tekanan di dasar
bejana akibat fluida setinggi h dapat dituliskan menjadi
p= ρ(Ah) g / A = ρ h g
Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan ph, persamaannya dituliskan sebagai berikut.
ph = ρ gh
dengan: ph = tekanan hidrostatis (N/m2),
ρ = massa jenis fluida (kg/m3),
g = percepatan gravitasi (m/s2), dan
h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m).
Semakin tinggi dari permukaan Bumi, tekanan udara akan semakin berkurang.
Sebaliknya, semakin dalam Anda menyelam dari permukaan laut atau danau, tekanan
hidrostatis akan semakin bertambah. Mengapa demikian? Hal tersebut disebabkan oleh gaya
berat yang dihasilkan oleh udara dan zat cair. Anda telah mengetahui bahwa lapisan udara
akan semakin tipis seiring bertambahnya ketinggian dari permukaan Bumi sehingga tekanan
udara akan berkurang jika ketinggian bertambah. Adapun untuk zat cair, massanya akan
semakin besar seiring dengan bertambahnya kedalaman. Oleh karena itu, tekanan hidrostatis
akan bertambah jika kedalaman bertambah.
Contoh menghitung tekanan hidrostatis
Tabung setinggi 30 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan hidrostatis pada dasar
tabung, jika g = 10 m/s2 dan tabung berisi:
a. air,
b. raksa, dan
c. gliserin.
Gunakan data massa jenis pada Tabel
Jawab
Diketahui: h = 30 cm dan g = 10 m/s2.
Ditanya : a. Ph air
b. Ph raksa
c. Ph gliserin
Jawab :
a. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air:
Ph = ρ gh = (1.000 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.000 N/m2
b. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi air raksa:
Ph = ρ gh = (13.600 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 40.800 N/m2
c. Tekanan hidrostatis pada dasar tabung yang berisi gliserin:
Ph = ρ gh = (1.260 kg/m3) (10 m/s2) (0,3 m) = 3.780 N/m2
Prinsip tekanan hidrostatis ini digunakan pada alat-alat pengukur tekanan. Alat-alat
pengukur tekanan yang digunakan untuk mengukur tekanan gas, di antaranya sebagai berikut.
a. Manometer Pipa Terbuka
Manometer pipa terbuka adalah alat pengukur tekanan gas yang paling sederhana. Alat
ini berupa pipa berbentuk U yang berisi zat cair. Ujung yang satu mendapat tekanan
sebesar p (dari gas yang hendak diukur tekanannya) dan ujung lainnya berhubungan dengan
tekanan atmosfir (p0).
b. Barometer
Barometer raksa ini ditemukan pada 1643 oleh Evangelista Torricelli, seorang ahli
Fisika dan Matematika dari Italia. Barometer adalah alat untuk mengukur tekanan udara.
Barometer umum digunakan dalam peramalan cuaca, dimana tekanan udara yang tinggi
menandakan cuaca bersahabat, sedangkan tekanan udara rendah menandakan kemungkinan
badai. Ia mendefinisikan tekanan atmosfir dalam bukunya yang berjudul “A Unit of
Measurement, The Torr” Tekanan atmosfer (1 atm) sama dengan tekanan hidrostatis raksa
(mercury) yang tingginya 760 mm. Cara mengonversikan satuannya adalah sebagai berikut.
ρ raksa × percepatan gravitasi Bumi × panjang raksa dalam tabung atau
(13.600 kg/cm3 )(9,8 m/s2)(0,76 m) = 1,103 × 105 N/m2
Jadi, 1 atm = 76 cmHg = 1,013 × 105 N/m2
c. Pengukur Tekanan Ban
Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan udara di dalam ban. Bentuknya berupa
silinder panjang yang di dalamnya terdapat pegas. Saat ujungnya ditekankan pada pentil ban,
tekanan udara dari dalam ban akan masuk ke dalam silinder dan menekan pegas. Besarnya
tekanan yang diterima oleh pegas akan diteruskan ke ujung lain dari silinder yang
dihubungkan dengan skala. Skala ini telah dikalibrasi sehingga dapat menunjukkan nilai
selisih tekanan udara luar (atmosfer) dengan tekanan udara dalam ban.
MEKANIKA FLUIDA
Mekanika fluida adalah subdisiplin dari mekanika kontinum yang mempelajari fluida
(yang dapat berupa cairan dan gas). Mekanika fluida dapat dibagi menjadi fluida statik dan
fluida dinamik. Fluida statis mempelajari fluida pada keadaan diam sementara fluida dinamis
mempelajari fluida yang bergerak.
Fluida Newtonian vs. non-Newtonian
Sebuah Fluida Newtonian (dinamakan dari Isaac Newton) didefinisikan sebagai fluida
yang tegangan gesernya berbanding lurus secara linier dengan gradien kecepatan pada arah
tegak lurus dengan bidang geser. Definisi ini memiliki arti bahwa fluida newtonian akan
mengalir terus tanpa dipengaruhi gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Sebagai contoh, air
adalah fluida Newtonian karena air memiliki properti fluida sekalipun pada keadaan diaduk.
Sebaliknya, bila fluida non-Newtonian diaduk, akan tersisa suatu "lubang". Lubang ini akan
terisi seiring dengan berjalannya waktu. Sifat seperti ini dapat teramati pada material-material
seperti puding. Peristiwa lain yang terjadi saat fluida non-Newtonian diaduk adalah
penurunan viskositas yang menyebabkan fluida tampak "lebih tipis" (dapat dilihat pada cat).
Ada banyak tipe fluida non-Newtonian yang kesemuanya memiliki properti tertentu yang
berubah pada keadaan tertentu.
Persamaan pada fluida Newtonian
Konstanta yang menghubungkan tegangan geser dan gradien kecepatan secara linier
dikenal dengan istilah viskositas. Persamaan yang menggambarkan perlakuan fluida
Newtonian adalah:
di mana
τ adalah tegangan geser yang dihasilkan oleh fluida
μ adalah viskositas fluida-sebuah konstanta proporsionalitas
adalah gradien kecepatan yang tegak lurus dengan arah geseran
Viskositas pada fluida Newtonian secara definisi hanya bergantung pada temperatur dan
tekanan dan tidak bergantung pada gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Jika fluida bersifat
inkompresibel dan viskositas bernilai tetap di seluruh bagian fluida, persamaan yang
menggambarkan tegangan geser (dalam koordinat kartesian) adalah
di mana
τij adalah tegangan geser pada bidang ith dengan arah jth
vi adalah kecepatan pada arah ith
xj adalah koordinat berarah jth
Jika suatu fluida tidak memenuhi hubungan ini, fluida ini disebut fluida non-Newtonian.
ALIRAN FLUIDA
Aliran fluida dapat diaktegorikan:
1. Aliran laminar
Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan – lapisan, atau lamina – lamina dengan
satu lapisan meluncur secara lancar . Dalam aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk
meredam kecendrungan terjadinya gerakan relative antara lapisan. Sehingga aliran laminar
memenuhi hukum viskositas Newton
2. Aliran turbulen
Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat tidak menentu karena
mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling
tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar.
Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser
yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian aliran.
3. Aliran transisi
Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.
KONSEP DASAR
Bilangan Reynolds
Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan
suatu
Dilihat
dari
kecepatan
aliran,
menurut
(Mr.
Reynolds)
diasumsikan/dikategorikanlaminar bila aliran tersebut mempunyai bilangan Re kurang dari
2300, Untuk aliran transisi berada pada pada bilangan Re 2300 dan 4000 biasa juga disebut
sebagai bilangan.
Viskositas
Viskositas fluida merupakan ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi atau
perubahan bentuk. Viskositas dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, kohesi dan laju
perpindahan momentum molekularnya. Viskositas zat cair cenderung menurun dengan
seiring bertambahnya kenaikan temperatur hal ini disebabkan gaya – gaya kohesi pada zat
cair bila dipanaskan akan mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya temperatur
pada zat cair yang menyebabkan berturunya viskositas dari zat cair tersebut.
Rapat jenis (density )
Density atau rapat jenis (ρ) suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi zat tersebut dan
dinyatakan dalam massa persatuan volume; sifat ini ditentukan dengan cara menghitung nilai
density dapat dipengaruhi oleh temperatur semakin tinggi temperatur maka kerapatan suatu
fluida semakin berkurang karena disebabkan gaya kohesi dari molekul – molekul fluida
semakin berkurang.
Koefisien Gesek
Koefisien gesek dipengaruhi oleh kecepatan, karena distribusi kecepatan pada aliran
laminar dan aliran turbulen berbeda, maka koefisien gesek erbeda pula untuk masing –
masing jenis aliran. Reynolds kritis, sedangkan aliran turbulen mempunyai bilangan Re lebih
dari 4000.
TEKANAN DALAM FLUIDA
Misalkan kita sedang berendam di dalam air, apa yang kita rasakan? Seolah-olah air
menekan seluruh tubuh kita yang bersentuhan dengan air. Tekanan ini semakin besar apabila
kita masuk lebih dalam ke dalam air. Fenomena apa yang ada dibalik peristiwa ini.
Pernyataan ini mengandung pengertian bahwa fluida memberikan tekanan terhadap benda
yang berada di dalamnya. Pengertian ini diperluas menjadi tekanan pada fluida tergantung
pada ketebalannya atau lebih tepatnya kedalamannya. Udara/atmosfer terdiri dari gas-gas
yang juga merupakan bentuk dari fluida. Maka udara juga akan memiliki tekanan seperti
definisi di atas. Tekanan udara kita anggap sama untuk ketinggian tertentu di atas bumi
namun untuk ketinggian yang sangat tinggi di atas permukaan bumi besarnya menjadi
berbeda.
FLUIDA ELEKTRO-REOLOGI
Mungkin, yang pertama kali melakukan percobaan pembuatan dan penerapan cairan
fluida yang merespon kondisi luarnya adalah Pak Winslow pada tahun 1940. Kenapa saya
awali dengan “mungkin”? Sebab ide atau niatan membuat fluida pintar ini sudah ada sejak
150 tahun yang lalu. Lalu Pak Winslow lah yang berhasil melakukan percobaan
pembuatannya. Kebanyakan fluida elektro-reologi merupakan dispersi dari partikel dielectric
yang tersuspensi pada non-conducting liquid (cairan yang bersifat bukan konduksi, alias tidak
mampu hantar listrik). Mudahnya, anda punya partikel (bulet kecil-kecil) dari bahan
dielectrik kemudian dicampur dengan cairan tak mampu hantar listrik, misal silicone-oils,
hingga sifat campuran seperti suspensi. Itulah fluida elektro-reologi.
Yield stress, tegangan geser, yaitu gaya luar yang diperlukan untuk menggeser fluida
tersebut, dari keadaan diam kemudian mengalir. Fluida elektro-reologi mula-mula
mempunyai nilai yield stress relatif kecil, ya iyalah…cairan gitu loh… Namun ketika medan
listrik dari luar diaplikasikan, nilai yield stress-nya menjadi meningkat dengan drastis, alias
susah untuk mengalir. Mekanisme yang sering digunakan untuk menjelaskan fenomena ini
adalah ketika medan listrik luar (ordenya sekitar kV/mm) diaplikasikan kepada fluida elektroreologi, menimbulkan efek dipole (pe-dua-kutub-an) dari dielektrik partikel yang tersuspensi
dalam cairan tsb. Berubahnya sifat dialektrik partikel hingga mempunyai kutub ini
menyebabkan partikel kecil-kecil saling mendekat satu sama lainnya, sesusai sifat kutub
masing-masing.
Sehingga terciptalah rantai/susunan partikel searah dengan medan listrik. Lihat animasi
diawal artikel. Bentuk daripada susunan rapi jajaran partikel yang berbentuk seperti rantai
inilah yang menyebabkan nilai yield stress menjadi naik secara dramatis. Definisi
pendahuluan tentang fluida pintar jenis ini dicukupkan sampai disini, ntar disambung lagi
yang lebih dalam jika memungkinkan.
Kini, aplikasi dari fluida elektro-reologi telah mempunyai pangsa pasar tersendiri,
diantaranya:
- controllable valve and shakers
- controllable machinery and engine mount
- controllable clutch and brakes
- controllable dampers
Mungkin ada sebagian peralatan ini pernah anda lihat, sekilas lihat, bahkan anda pakai dan
operasikan terutama di perusahaan-perusahaan besar. Namun yang tampak nyata di depan
anda hanyalah kemudah-aturan dan kecanggihan peralatan tersebut. Siapa sangka dibalik
produk-produk tersebut tersimpan keruwetan dan keunikan aspek science dan teknologi yang
membikin dahi berkerut, kening melebar, dan otak berputar sekian banyak peneliti dan sekian
lama waktu yang diperlukan.
FLUIDA BERMAGNET
Pada tahun 1960-an, Pak Rosensweig menjadi pelopor penelitian pembuatan dan aplikasi
dari fluida bermagnet. Kemudian setelah beberapa saat setelah penelitiannya berkembang,
beliau mendirikan perusahaan yang dikenal dengan Perusahaan Ferrofluidics. Fluida
bermagnet terdiri atas partikel bermagnet (superparamagnetic particle) berukuran sangan
kecil (skala nano, < 10 nm) yang terdispersi dalam cairan pembawa. Tahukan seberapa kecil
ukuran nano-meter itu? Iya benar, sepersejuta meter. Suangaat kecil bukan. Campuran
dispersi antara partikel magnet dan cairan pembawa cenderung bersifat stabil (tidak terjadi
sedimentasi/pengendapan), disebabkan pergerakan Brownian (Brownian motion) yang terjadi
ketika kita mencampur partikel sangat kecil kedalam suatu cairan. Mudahnya, ketika anda
mengaduk gula dalam segelas air, gulanya tidak akan mengendap dibawah jika adukannya
merata. Artinya gula berubah jadi partikel sangat kecil sekali lalu tersuspensi kedalam air,
dan cenderung stabil. Para peneliti juga berhasil menaikkan performa stabilitas fluida
bermagnet dengan menambahkan surfactant, suatu zat yang mencegah menempelnya partikel
magnet satu sama lainnya, sehingga penggumpalan bisa dihindari. Sehingga stabilitas fluida
bermagnet dapat dipertahankan lebih lama lagi.
Fluida bermagnet akan berubah sifat dan karakternya ketika dikenakan medan magnet.
Viskositas adalah salah satu parameter yang bisa diatur pada fluida bermagnet. Karena waktu
respon yang diperlukan sangat pendek (dalam orde mili-second), maka kemampuan mudahaturnya cepat mendapat perhatian pangsa pasar. High-pressure seal dan media pendingin
loudspeaker adalah salah dua produk yang digemari pasar saat ini.
FLUIDA MAGNET-REOLOGI
Tibalah saatnya kita mengenal fluida pintar jenis ketiga yaitu fluida magnet-reologi.
Secara umum komposisinya sama dengan fluida bermagnet, yaitu: partikel magnet + cairan
pembawa + surfactant. Cuma bedanya adalah ukuran partikel magnet dalam orde mikrometer (seperseribu meter) dan peran surfactant yang sangat besar untuk mencegah proses
pengendapan. Pergerakan Brownian tidak terjadi pada fluida jenis ini, karena ukuran partikel
relatif besar. Hal yang menakjubkan dari sifat fluida magnet-reologi ini adalah
kemampuannya berubah fase menjadi semi-padat bahkan cukup padat hingga dapat
dikategorikan fase padat (solid phase).