Untuk membantu Anda menguasai materi ini dan siap menghadapi ujian, kami telah menyusun kumpulan soal fisika viskositas terlengkap. Artikel ini menyajikan berbagai jenis soal, mulai dari pilihan ganda yang menguji pemahaman konsep dasar, isian singkat untuk mengingat istilah penting, uraian untuk melatih analisis mendalam, hingga mencocokkan untuk mengaitkan konsep. Setiap soal dirancang untuk mengasah kemampuan Anda. Mari kita taklukkan viskositas dan raih nilai terbaik!
Kumpulan Contoh Soal Master Fisika Viskositas: Kumpulan Soal Terlengkap untuk Raih Nilai Sempurna!
Pilihan Ganda
1. 1. Apa definisi viskositas?
A. Ukuran kerapatan suatu fluida.
B. Ukuran tekanan yang diberikan fluida.
C. Ukuran hambatan fluida terhadap aliran.
D. Ukuran volume fluida.
2. 2. Satuan SI untuk koefisien viskositas (η) adalah…
A. Pascal (Pa)
B. Joule (J)
C. Poiseuille (Pl) atau N.s/m²
D. Newton (N)
3. 3. Pernyataan yang benar mengenai pengaruh suhu terhadap viskositas adalah…
A. Viskositas gas meningkat dengan peningkatan suhu.
B. Viskositas cairan menurun dengan peningkatan suhu.
C. Viskositas gas dan cairan selalu meningkat dengan peningkatan suhu.
D. Viskositas gas dan cairan tidak dipengaruhi oleh suhu.
4. 4. Sebuah bola kecil dengan jari-jari ‘r’ jatuh dalam fluida kental dengan kecepatan terminal ‘v’. Gaya Stokes yang bekerja pada bola adalah…
A. F = 6π η r v
B. F = 6π η r² v
C. F = (4/3)π r³ ρ g
D. F = η A (dv/dy)
5. 5. Dalam hukum Stokes, kecepatan terminal akan tercapai ketika…
A. Gaya berat lebih besar dari gaya Stokes.
B. Gaya Stokes lebih besar dari gaya berat.
C. Gaya berat sama dengan jumlah gaya apung dan gaya Stokes.
D. Gaya apung sama dengan gaya berat.
6. 6. Fluida ideal memiliki koefisien viskositas sebesar…
A. Tak terhingga
B. Nol
C. Lebih dari nol tetapi kurang dari satu
D. Satu
7. 7. Jika sebuah bola besi dengan jari-jari 2 cm dijatuhkan ke dalam minyak pelumas, dan bola lain dengan jari-jari 1 cm dijatuhkan ke dalam minyak yang sama, bagaimana perbandingan gaya Stokes yang dialami kedua bola jika kecepatan terminalnya sama?
A. F₁ : F₂ = 1 : 2
B. F₁ : F₂ = 2 : 1
C. F₁ : F₂ = 1 : 4
D. F₁ : F₂ = 4 : 1
8. 8. Manakah dari fluida berikut yang kemungkinan memiliki viskositas paling tinggi pada suhu ruang?
A. Air
B. Bensin
C. Madu
D. Alkohol
9. 9. Koefisien viskositas suatu fluida dapat diukur menggunakan alat yang disebut…
A. Barometer
B. Hidrometer
C. Viskometer
D. Termometer
10. 10. Sebuah bola dengan massa jenis ρ_b dan jari-jari r jatuh dalam fluida dengan massa jenis ρ_f dan koefisien viskositas η. Kecepatan terminal (v_t) bola dapat dirumuskan sebagai…
A. v_t = (2 r² g (ρ_b – ρ_f)) / (9 η)
B. v_t = (6 π η r) / (ρ_b g)
C. v_t = (2 r g (ρ_b – ρ_f)) / (9 η)
D. v_t = (9 η) / (2 r² g (ρ_b – ρ_f))
11. 11. Faktor-faktor yang memengaruhi viskositas cairan adalah, kecuali…
A. Suhu
B. Tekanan
C. Ukuran dan bentuk molekul
D. Warna cairan
12. 12. Sebuah benda berbentuk bola jatuh bebas dalam suatu fluida. Jika jari-jari bola diperkecil menjadi setengahnya, dan fluida serta kecepatan terminal tetap sama, bagaimana perubahan gaya Stokesnya?
A. Menjadi 2 kali semula
B. Menjadi 1/2 kali semula
C. Menjadi 4 kali semula
D. Menjadi 1/4 kali semula
13. 13. Semakin tinggi viskositas suatu fluida, maka…
A. Semakin mudah fluida tersebut mengalir.
B. Semakin besar gaya gesek internal fluida.
C. Semakin rendah energi kinetik molekulnya.
D. Semakin kecil massa jenisnya.
14. 14. Hukum Stokes hanya berlaku untuk aliran…
A. Laminar dan benda berbentuk sembarang.
B. Turbulen dan benda berbentuk bola.
C. Laminar dan benda berbentuk bola.
D. Turbulen dan benda berbentuk sembarang.
15. 15. Apa yang terjadi pada koefisien viskositas air jika suhunya dinaikkan dari 20 °C menjadi 80 °C?
A. Meningkat secara signifikan.
B. Menurun secara signifikan.
C. Tetap konstan.
D. Tidak dapat diprediksi.
16. 16. Sebuah bola dengan massa jenis 1000 kg/m³ dan jari-jari 1 cm jatuh dalam cairan dengan massa jenis 800 kg/m³ dan koefisien viskositas 0,1 Pa.s. Berapakah gaya apung yang dialami bola? (g = 10 m/s²)
A. 3,35 × 10⁻² N
B. 0,335 N
C. 8,38 × 10⁻³ N
D. 3,35 × 10⁻³ N
17. 17. Jika koefisien viskositas suatu fluida adalah 0,5 Pa.s, dan sebuah bola berjari-jari 2 mm bergerak dengan kecepatan 0,1 m/s di dalamnya, berapakah gaya Stokes yang bekerja pada bola? (π ≈ 3,14)
A. 1,884 × 10⁻³ N
B. 3,768 × 10⁻³ N
C. 6,28 × 10⁻² N
D. 9,42 × 10⁻⁴ N
18. 18. Tekanan pada fluida memiliki pengaruh… terhadap viskositas cairan.
A. Sangat besar
B. Signifikan
C. Kecil
D. Tidak ada
19. 19. Aliran fluida yang ditandai dengan gerak lapisan-lapisan fluida yang saling meluncur secara teratur disebut aliran…
A. Turbulen
B. Laminar
C. Stasioner
D. Ideal
20. 20. Dimensi dari koefisien viskositas (η) adalah…
A. [M][L]⁻¹[T]⁻¹
B. [M][L][T]⁻¹
C. [M][L]²[T]⁻²
D. [M][L]⁻²[T]⁻¹
Isian Singkat
1. 1. Satuan CGS untuk viskositas disebut ___________.
2. 2. Gaya yang menahan gerak benda dalam fluida kental disebut gaya ___________.
3. 3. Ketika sebuah benda mencapai kecepatan konstan saat jatuh dalam fluida, kecepatan tersebut dinamakan kecepatan ___________.
4. 4. Fluida yang tidak memiliki viskositas disebut fluida ___________.
5. 5. Koefisien viskositas suatu gas umumnya ___________ dengan peningkatan suhu.
Uraian
1. 1. Jelaskan perbedaan mendasar antara viskositas cairan dan viskositas gas dalam kaitannya dengan perubahan suhu.
2. 2. Turunkan rumus kecepatan terminal (v_t) untuk sebuah bola padat yang jatuh dalam fluida kental, dengan asumsi gaya berat, gaya apung, dan gaya Stokes bekerja pada bola. (Gunakan ρ_b = massa jenis bola, ρ_f = massa jenis fluida, r = jari-jari bola, g = percepatan gravitasi, η = koefisien viskositas).
3. 3. Mengapa viskositas menjadi parameter penting dalam pemilihan oli pelumas untuk mesin kendaraan?
4. 4. Sebutkan dan jelaskan dua faktor utama yang memengaruhi viskositas cairan, selain suhu.
5. 5. Sebuah bola kecil dengan jari-jari 0,5 cm dan massa jenis 2500 kg/m³ dijatuhkan ke dalam gliserin (massa jenis 1260 kg/m³, η = 1,4 Pa.s). Hitunglah kecepatan terminal bola tersebut! (g = 9,8 m/s²)
Mencocokkan
1. Cocokkan istilah berikut dengan definisinya:
1. Aliran Laminar
2. Poise
A. Satuan viskositas dalam sistem CGS.
B. Aliran fluida yang teratur tanpa turbulensi.
C. Aliran fluida yang tidak teratur dan bercampur.
D. Satuan viskositas dalam sistem SI.
2. Cocokkan konsep berikut dengan rumus yang relevan:
1. Gaya Stokes
2. Kecepatan Terminal
A. F = 6π η r v
B. v_t = (2 r² g (ρ_b – ρ_f)) / (9 η)
C. F = m a
D. P = F/A
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. C
Pembahasan: Viskositas adalah ukuran ketahanan atau hambatan suatu fluida terhadap aliran atau deformasi geser. Fluida dengan viskositas tinggi akan mengalir lebih lambat.
2. C
Pembahasan: Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Pascal-sekon (Pa.s) atau Newton-sekon per meter kuadrat (N.s/m²), yang juga dikenal sebagai Poiseuille (Pl).
3. B
Pembahasan: Untuk cairan, peningkatan suhu menyebabkan energi kinetik molekul meningkat, melemahkan gaya kohesi antarmolekul sehingga viskositas menurun. Untuk gas, peningkatan suhu meningkatkan tumbukan antarmolekul sehingga viskositas gas meningkat.
4. A
Pembahasan: Gaya Stokes adalah gaya hambat yang dialami benda berbentuk bola yang bergerak dalam fluida kental, dirumuskan sebagai F = 6π η r v, di mana η adalah koefisien viskositas, r adalah jari-jari bola, dan v adalah kecepatan terminal.
5. C
Pembahasan: Kecepatan terminal tercapai saat resultan gaya yang bekerja pada benda adalah nol, yaitu ketika gaya berat benda sama dengan jumlah gaya apung dan gaya Stokes yang bekerja ke atas.
6. B
Pembahasan: Fluida ideal adalah fluida yang tidak memiliki viskositas (non-viscous), artinya koefisien viskositasnya adalah nol.
7. B
Pembahasan: Gaya Stokes F = 6π η r v. Jika η dan v sama, maka F berbanding lurus dengan r. Jadi, F₁/F₂ = r₁/r₂ = 2/1. Perbandingannya 2:1.
8. C
Pembahasan: Madu dikenal sebagai cairan yang sangat kental dibandingkan dengan air, bensin, atau alkohol pada suhu ruang, yang menunjukkan viskositasnya yang tinggi.
9. C
Pembahasan: Viskometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur viskositas suatu fluida.
10. A
Pembahasan: Rumus kecepatan terminal adalah v_t = (2 r² g (ρ_b – ρ_f)) / (9 η), yang diperoleh dari kesetimbangan gaya berat, gaya apung, dan gaya Stokes.
11. D
Pembahasan: Warna cairan tidak memengaruhi viskositas. Suhu, tekanan (meskipun pengaruhnya kecil pada cairan), dan karakteristik molekuler (ukuran, bentuk, interaksi) adalah faktor-faktor penting.
12. B
Pembahasan: Gaya Stokes F = 6π η r v. Jika r menjadi 1/2 r, maka F juga menjadi 1/2 kali semula (asumsi η dan v tetap).
13. B
Pembahasan: Viskositas adalah ukuran hambatan internal fluida terhadap aliran. Viskositas yang tinggi menunjukkan gaya gesek internal yang besar antar lapisan fluida.
14. C
Pembahasan: Hukum Stokes secara spesifik berlaku untuk benda berbentuk bola yang bergerak dengan kecepatan rendah dalam fluida yang alirannya laminar (tidak turbulen).
15. B
Pembahasan: Untuk cairan seperti air, peningkatan suhu akan mengurangi viskositasnya karena melemahnya gaya kohesi antarmolekul.
16. D
Pembahasan: Gaya apung (Fa) = ρ_f g V. Volume bola V = (4/3)π r³ = (4/3)π (0,01 m)³ ≈ 4,188 × 10⁻⁶ m³. Fa = 800 kg/m³ × 10 m/s² × 4,188 × 10⁻⁶ m³ ≈ 3,35 × 10⁻³ N.
17. A
Pembahasan: F = 6π η r v = 6 × 3,14 × 0,5 N.s/m² × 0,002 m × 0,1 m/s = 1,884 × 10⁻³ N.
18. C
Pembahasan: Pengaruh tekanan terhadap viskositas cairan umumnya kecil dibandingkan dengan pengaruh suhu. Viskositas cairan sedikit meningkat dengan peningkatan tekanan.
19. B
Pembahasan: Aliran laminar adalah aliran fluida di mana partikel-partikel fluida bergerak dalam lintasan yang mulus dan teratur, tanpa adanya percampuran silang antar lapisan.
20. A
Pembahasan: Dari F = 6π η r v, maka η = F / (6π r v). Dimensi F = [M][L][T]⁻², dimensi r = [L], dimensi v = [L][T]⁻¹. Maka dimensi η = ([M][L][T]⁻²) / ([L] × [L][T]⁻¹) = ([M][L][T]⁻²) / ([L]²[T]⁻¹) = [M][L]⁻¹[T]⁻¹.
Isian Singkat
1. Poise
2. Stokes
3. Terminal
4. Ideal
5. Meningkat
Uraian
1. Perbedaan mendasar terletak pada bagaimana suhu memengaruhi keduanya. Untuk cairan, viskositas cenderung menurun dengan peningkatan suhu. Hal ini karena peningkatan suhu memberikan energi kinetik yang lebih besar pada molekul, sehingga ikatan kohesif antarmolekul melemah dan cairan lebih mudah mengalir. Sebaliknya, untuk gas, viskositas cenderung meningkat dengan peningkatan suhu. Ini disebabkan oleh peningkatan frekuensi tumbukan antarmolekul dan transfer momentum yang lebih besar antar lapisan gas yang bergerak relatif satu sama lain.
2. Pada kecepatan terminal, gaya-gaya yang bekerja pada bola seimbang: Gaya Berat (W) = Gaya Apung (Fa) + Gaya Stokes (Fs).
W = m_b g = ρ_b V_b g = ρ_b (4/3)π r³ g
Fa = ρ_f V_b g = ρ_f (4/3)π r³ g
Fs = 6π η r v_t
Maka: ρ_b (4/3)π r³ g = ρ_f (4/3)π r³ g + 6π η r v_t
6π η r v_t = ρ_b (4/3)π r³ g – ρ_f (4/3)π r³ g
6π η r v_t = (4/3)π r³ g (ρ_b – ρ_f)
Bagi kedua ruas dengan 6π r:
η v_t = (4/3)π r³ g (ρ_b – ρ_f) / (6π r)
η v_t = (4/18) r² g (ρ_b – ρ_f)
v_t = (2 r² g (ρ_b – ρ_f)) / (9 η)
3. Viskositas oli pelumas sangat penting karena memengaruhi kemampuannya untuk membentuk lapisan film pelindung antara komponen mesin yang bergerak. Oli dengan viskositas terlalu rendah mungkin tidak dapat membentuk lapisan yang cukup tebal, menyebabkan keausan. Sebaliknya, oli dengan viskositas terlalu tinggi akan meningkatkan hambatan gesek internal, membutuhkan lebih banyak energi untuk memompa dan mengalir, serta dapat menyebabkan mesin bekerja lebih berat dan boros bahan bakar. Pemilihan viskositas oli yang tepat memastikan pelumasan optimal pada berbagai kondisi suhu operasi mesin.
4. Dua faktor utama lainnya adalah:
1. **Ukuran dan Bentuk Molekul:** Molekul yang lebih besar atau memiliki bentuk yang kompleks (misalnya, rantai panjang) cenderung memiliki viskositas yang lebih tinggi karena lebih sulit untuk bergerak melewati satu sama lain. Ikatan antarmolekul yang lebih kuat juga berkontribusi pada viskositas yang lebih tinggi.
2. **Tekanan:** Meskipun pengaruhnya tidak sebesar suhu, peningkatan tekanan pada cairan umumnya akan sedikit meningkatkan viskositasnya. Peningkatan tekanan menyebabkan molekul-molekul lebih rapat, sehingga meningkatkan interaksi antarmolekul dan hambatan terhadap aliran.
5. Diketahui:
r = 0,5 cm = 0,005 m
ρ_b = 2500 kg/m³
ρ_f = 1260 kg/m³
η = 1,4 Pa.s
g = 9,8 m/s²
Rumus kecepatan terminal: v_t = (2 r² g (ρ_b – ρ_f)) / (9 η)
v_t = (2 × (0,005 m)² × 9,8 m/s² × (2500 kg/m³ – 1260 kg/m³)) / (9 × 1,4 Pa.s)
v_t = (2 × 0,000025 m² × 9,8 m/s² × 1240 kg/m³) / (12,6 N.s/m²)
v_t = (0,00005 × 9,8 × 1240) / 12,6
v_t = (0,00005 × 12152) / 12,6
v_t = 0,6076 / 12,6
v_t ≈ 0,0482 m/s
Mencocokkan
1. 1-B, 2-A
2. 1-A, 2-B