Bank Soal Fisika SMA Tegangan Permukaan Zat Cair dan Viskositas Fluida

Diketahui:

Jari-jari benda r = 5 cm = 0,05 m

Massa jenis minyak $\rho_{\text{f}}$ = 0,9 g/cm³ = 900 kg/m³

Viskositas cairan $\eta$ = 1,5 kg/m s

Kecepatan terminal bola besi v_T = 10 m/s

Percepatan gravitasi g = 10 m/s²

Ditanya:

Massa jenis benda $\rho_{\text{b}}$= ?

Dijawab:

Ketika sebuah benda jatuh ke dalam fluida dengan kekentalan tertentu, benda tersebut akan memiliki kecepatan terbesar saat bergerak lurus di dalam cairan kental itu. Kecepatan terbesar itu disebut sebagai kecepatan terminal. Kecepatan terminal adalah kecepatan benda yang paling besar dan konstan. Kecepatan terminal pada umumnya terjadi pada suatu benda yang jatuh bebas dalam zat cair kental dan dinyatakan dengan persamaan:

$v_{\text{T}}=\frac{2r^2g}{9\ \eta}\left(\rho_{\text{b}}-\rho_{\text{f}}\right)$

Berdasarkan persamaan di atas, faktor yang mempengaruhi kecepatan terminal antara lain:

• Jari-jari benda
• Percepatan gravitasi
• Koefisien viskositas (kekentalan zat cair)
• Massa jenis benda
• Massa jenis zat cair

sehingga,

$v_{\text{T}}=\frac{2r^2g}{9\ \eta}\left(\rho_{\text{b}}-\rho_{\text{f}}\right)$

$10=\frac{2\left(0,05\right)^2\left(10\right)}{9\ \left(1,5\right)}\left(\rho_{\text{b}}-900\right)$

$10=\frac{\left(0,0025\right)\left(20\right)}{13,5}\left(\rho_{\text{b}}-900\right)$

$10=\frac{0,05}{13,5}\left(\rho_{\text{b}}-900\right)$

$135=0,05\left(\rho_{\text{b}}-900\right)$

$\left(\rho_{\text{b}}-900\right)=\frac{135}{0,05}$

$\left(\rho_{\text{b}}-900\right)=2.700$

$\rho_{\text{b}}=2.700+900$

$\rho_{\text{b}}=3.600$ kg/m³

$\rho_{\text{b}}=3,6$ g/cm³

Jadi, massa jenis benda tersebut adalah 3,6 g/cm³.