Pada tahun 1851, George Gabriel Stokes menghitung gaya hambat pada bola kecil yang merambat melalui cairan kental – sebuah hasil yang masih mendasari analisis sedimen, viskometri, dan pengukuran ukuran partikel hingga saat ini. Kalkulator ini menerapkan F = 6πµrv untuk mencari gaya hambat secara langsung, atau mengatur ulang keseimbangan gaya antara gravitasi, daya apung, dan gaya hambat untuk mengetahui seberapa cepat suatu partikel mengendap (atau naik) melalui suatu fluida.

Cara kerja Kalkulator Hukum Stokes

Gaya tarik Stokes, F = 6πµrv, berasal dari penyelesaian persamaan aliran fluida untuk bola yang bergerak cukup lambat sehingga inersia dapat diabaikan dibandingkan dengan gesekan viskos — yang disebut rezim aliran merayap. Rumus kecepatan pengendapan memperluas hal ini dengan menetapkan gaya hambat yang sama dengan gaya gravitasi ke bawah dikurangi daya apung (yang bergantung pada perbedaan densitas antara partikel dan fluida), lalu mencari kecepatan di mana gaya-gaya tersebut seimbang. Karena keseimbangan tersebut dapat menguntungkan kedua arah, partikel yang kurang padat dibandingkan fluida di sekitarnya akan naik daripada mengendap — kalkulator melaporkan hal ini secara eksplisit daripada memperlakukannya sebagai kesalahan.

Masukan dan artinya

Radius (m) adalah jari-jari bola, bukan diameter — Hukum Stokes diturunkan khusus untuk bola, jadi partikel yang bentuknya tidak beraturan memerlukan faktor koreksi bentuk yang tidak dapat diterapkan pada kalkulator ini. Viskositas dinamis µ (Pa·s) adalah sifat fluida; air sekitar 0,001 Pa·s sedangkan gliserin kira-kira 1,49 Pa·s. Kepadatan partikel dan kepadatan fluida (kg/m³) hanya penting dalam penghitungan kecepatan pengendapan — perbedaannya, bukan nilai absolutnya, yang menentukan hasilnya. Kecepatan (m/s) pada tab Drag Force adalah kecepatan relatif antara bola dan fluida, bagaimanapun gerakan itu timbul.

Batasan dan kasus tepi

Hukum Stokes hanya akurat pada rezim bilangan Reynolds rendah (aliran merayap), kira-kira Re ≪ 1, dengan Re = ρf·v·(2r)/µ menggunakan diameter bola. Di atas sekitar Re = 1 aliran mulai memisahkan diri dari bagian belakang bola, dan hambatan di dunia nyata melebihi prediksi Stokes — tab Kecepatan Penyelesaian menandai hal ini dengan pemeriksaan bilangan Reynolds. Rumusnya juga mengasumsikan fluida Newtonian yang tak terhingga dan diam; hal ini tidak memperhitungkan dinding wadah di dekatnya ('efek dinding'), interaksi partikel-partikel dalam suspensi pekat, bentuk non-bola, atau fluida kompresibel atau non-Newtonian. Untuk partikel yang jatuh dengan cepat atau lebih besar, gunakan korelasi koefisien tarikan penuh.