Bolehkah kita berjalan di atas cecair?

Jawapannya boleh. Ini bukanlah sesuatu yang mustahil. Untuk menjawab persoalan ini dengan lebih mendalam, beberapa istilah perlu kita ketahui dahulu, iaitu istilah air, cecair dan bendalir.

AIR, CECAIR DAN BENDALIR

Cecair adalah salah satu fasa jirim selain pepejal dan gas (dan juga plasma). Maka dengan ini air, minyak, darah dan air kencing, merupakan cecair. Air pula adalah salah satu daripada jenis cecair yang ada.

Gas dan cecair mempunyai sifat yang sama, iaitu mengikut bentuk bekas yang diisinya. Bendalir adalah istilah lain yang digunakan untuk merujuk kepada sifat ini, iaitu merujuk kepada cecair dan gas.

Dalam bahasa Inggeris, cecair adalah liquid manakala air adalah water dan bendalir adalah fluid. Maka berjalan di atas cecair dan di atas air adalah berbeza. Untuk memahami isu ini, satu parameter penting perlu kita ketahui, iaitu kelikatan (viscosity).

KELIKATAN

Kelikatan adalah geseran di dalam suatu bendalir. Simbol yang selalu digunakan adalah µ (dipanggil sebagai miu). Untuk memahami konsep kelikatan dengan lebih mudah, kita bayangkan ada dua cecair yang berbeza, pertama adalah air dan kedua adalah madu. Apabila kita membaling cecair tersebut ke dinding, air akan lebih cepat mengalir ke bawah berbanding dengan madu (Pun begitu jangan cuba membaling madu, mungkin anda akan dibaling keluar rumah kerana madu mahal harganya).

Perbandingan antara air (kiri) yang mempunyai kelikatan yang rendah berbanding dengan madu (kanan) yang mempunyai kelikatan yang lebih tinggi

Jika kita ingat kembali untuk sesebuah graf y lawan x, satu garis linear tersebut mempunyai kecerunan m atau kita akan tulis persamaan tersebut sebagai

Begitu juga untuk kes kelikatan, hanya sahaja paksi y dan x mewakili hal yang berbeza. Di sini y diwakili oleh tegasan ricih, t (disebut dengan tau) dan x diwakili oleh kadar deformasi, du/dy. Jadi persamaan di atas boleh juga ditulis untuk mewakili kelikatan,

Bentuk graf ini seperti ditunjukkan di bawah. Perbezaan kecerunan ini yang membezakan nilai kelikatan sebuah bendalir. Bendalir yang mematuhi hukum ini dipanggil bendalir Newtonan (Newtonian fluids) yang dinamakan sempena Encik Isaac Newton yang mengutarakannya sekitar abad ke 17.

Perbezaan kecerunan yang diwakili oleh kelikatan untuk tiga jenis bendalir

Jika ada yang bertanya: “Mana cerita mengenai jalan di atas cecair ni? Tak habis-habis cerita mengenai kelikatan….” Sabar, sikit sahaja lagi.

Perlu diingatkan, terdapat bendalir yang tidak mematuhi hukum ini. Ianya  dipanggil bendalir bukan Newtonan. Bendalir jenis ini, hubungan antara tegasan ricih dan kadar deformasi tidak linear, dalam erti kata lain nilai kelikatan tidak malar.

BENDALIR BUKAN NEWTONAN

Terdapat tiga jenis bendalir bukan Newtonan, iaitu plastik Bingham, bendalir pseudoplastik dan bendalir dilatan.

Perbezaan kelikatan (kecerunan) untuk bendalir Newtonan dan bukan Newtonan

Plastik Bingham dinamakan berdasarkan seorang Profesor Eugene C. Bingham yang banyak membuat kajian mengenai bendalir ini. Bendalir ini bersifat seperti pepejal namun akan berubah menjadi cecair apabila tegasan alah bendalir tersebut dilampaui. Ubat gigi, mayones dan mustard adalah contoh bendalir jenis ini.

Bendalir kedua adalah bendalir Pseudoplastik atau turut dipanggil dengan istilah bendalir penipisan ricih (shear thinning fluid). Bendalir jenis ini akan menjadi kurang likat dengan peningkatan kadar deformasi. Cat, darah dan sos tomato adalah contoh bendalir jenis ini.

Manakala bendalir dilatan juga dipanggil bendalir penebalan ricih (shear thickening fluid). Kelikatan bendalir ini akan meningkat dengan kadar deformasi. Contoh bendalir dilantan adalah seperti campuran antara tepung jagung dan air. Inilah jawapan kepada soalan utama pada isu ini kerana bendalir inilah yang memungkinkan untuk kita berjalan di atasnya.  Jika kurang berpuas hati, mungkin video di bawah boleh membuktikan hal tersebut.

Perlu difahami juga bahawa bendalir ini bukanlah menyebabkan mustahil untuk kita tenggelam. Bahkan apabila kita sudah tenggelam di dalam bendalir jenis ini, ianya lebih sukar untuk dikeluarkan berbanding bendalir Newtonan.

Mungkin ada yang masih bertanya, “Tiadakah kemungkinan untuk berjalan di atas air dan bukan cecair?” Jawapannya, tidak. Mustahil. Melainkan manusia menggunakan bantuan alat untuk membantu mereka berjalan di atas air.

Jadi suatu perkara yang menakjubkan apabila ada makhluk ciptaan tuhan, iaitu ayak-ayak (water strider) yang tidak mempunyai masalah untuk duduk di atas air bahkan untuk berjalan di atas air.

Kagum? Sewajarnya kita perlu kagum. Betapa sedikitnya ilmu yang kita ketahui berbanding dengan ilmu Sang Pencipta alam semesta ini.

Disediakan oleh,

Nurudin Abdul Settar.

Pensyarah Bidang Kejuruteraan.

.

.

Rujukan

[1]          Gerhart PM, Gerhart AL, Hochstein JI. Munson, Young and Okiishi’s Fundamentals of Fluid Mechanics. USA: Wiley; 2016.

[2]          Cengel YA, Cimbala JM. Fluid mechanics?: Fundamentals and Applications. McGraw Hill Education; 2018.

[3]          Viscosity of liquids and gases – tec-science [Internet]. [cited 2021 Jul 11]. Available from: https://www.tec-science.com/mechanics/gases-and-liquids/viscosity-of-liquids-and-gases/

[4]          Water Striders | National Wildlife Federation [Internet]. [cited 2021 Jul 11]. Available from: https://www.nwf.org/Educational-Resources/Wildlife-Guide/Invertebrates/Water-Striders

Total
13
Shares
Leave a Reply

Your email address will not be published.

Related Posts