Bayangkan kamu sedang makan es krim cokelat saat cuaca panas. Es krim itu tampak padat, tapi begitu kamu aduk, ia tiba-tiba meleleh lembut dan mengalir di sendokmu. Atau pikirkan saus tomat yang enggan keluar dari botol, tapi begitu kamu mengguncangnya sedikit, saus itu meluncur deras tanpa henti. Mengapa cairan bisa “berubah sifat” seperti itu?
Jawabannya ada pada dunia misterius fluida non-Newtonian, jenis cairan yang tidak mengikuti hukum sederhana yang pertama kali dijelaskan oleh Isaac Newton tiga abad lalu. Para ilmuwan menyebutnya sebagai “fluida pembangkang hukum Newton,” karena cara mereka bergerak dan bereaksi terhadap tekanan tidak bisa dijelaskan dengan rumus klasik yang biasa dipakai untuk air atau udara.
Dan kini, di abad ke-21, para peneliti mulai menyadari bahwa memahami fluida aneh ini bukan hanya soal rasa ingin tahu ilmiah. Di baliknya tersembunyi potensi besar untuk revolusi teknologi, medis, dan industri.
Baca juga artikel tentang: Ilmuwan Temukan Bukti Kuat Kehidupan Di Planet K2-18b
Fluida Non-Newtonian: Ketika Tekanan Tak Selalu Seimbang dengan Aliran
Secara sederhana, fluida bisa dibagi menjadi dua jenis besar:
- Fluida Newtonian, seperti air atau minyak, yang alirannya mudah ditebak, semakin besar tekanan, semakin cepat ia mengalir.
- Fluida non-Newtonian, yang tingkahnya tidak bisa ditebak: bisa mengeras saat ditekan (seperti adonan maizena dan air yang berubah jadi “padat”), atau malah mencair saat diguncang (seperti saus tomat atau yogurt).
Inilah jenis cairan yang sedang dikaji dalam penelitian Physics of Fluids terbaru ini. Para peneliti Ashish Garg dan timnya berfokus pada celah pengetahuan dan tantangan penelitian di bidang mekanika fluida non-Newtonian bagian dari fisika yang mencoba memahami bagaimana cairan ini bergerak dalam berbagai kondisi.
Masalahnya: Kita Belum Benar-Benar Paham
Walau fluida non-Newtonian sudah lama dikenal, ternyata banyak aspek dari perilaku mereka belum sepenuhnya dipahami. Misalnya, bagaimana fluida semacam itu mengalir di sistem yang kompleks seperti pembuluh darah manusia, pipa industri bercabang, atau di bawah tekanan tinggi di planet lain.
Selama ini, sebagian besar teori fluida didasarkan pada model Newtonian, yang terlalu sederhana untuk menggambarkan perilaku cairan “unik” ini. Maka muncullah kebutuhan akan model baru, pendekatan matematis dan eksperimental yang lebih fleksibel untuk menangkap keanehan sifat-sifat fluida non-Newtonian.
Penelitian ini menyoroti bahwa banyak bidang penting, seperti bioteknologi, teknik material, dan energi terbarukan, masih bergantung pada pemahaman yang terbatas soal fluida jenis ini. Misalnya, bagaimana darah mengalir dalam pembuluh sempit tidak bisa dijelaskan sepenuhnya dengan hukum fluida klasik, padahal ini penting untuk memahami tekanan darah tinggi atau pembentukan gumpalan darah.
Sains yang Terus Berevolusi
Studi ini menunjukkan bahwa ilmu tentang fluida non-Newtonian tengah mengalami revolusi metode. Jika dulu para ilmuwan hanya mengandalkan rumus dan percobaan fisik di laboratorium, kini mereka menggabungkan pemodelan komputer, kecerdasan buatan, dan mikroskopi canggih untuk “melihat” apa yang terjadi di dalam aliran.
Bayangkan kamu bisa memperbesar pandangan hingga ke level molekul dan melihat bagaimana partikel-partikel kecil di dalam cairan bergerak, saling menabrak, atau bahkan saling menahan satu sama lain. Inilah yang sedang dilakukan ilmuwan sekarang bukan sekadar mengamati aliran dari luar, tapi juga memetakan interaksi mikroskopis yang menentukan perilaku makroskopis fluida.
Selain itu, pendekatan baru seperti machine learning (pembelajaran mesin) digunakan untuk memprediksi bagaimana fluida non-Newtonian akan berperilaku di kondisi ekstrem, misalnya di dalam mesin roket, pipa minyak bawah laut, atau bahkan dalam organ tubuh manusia.
Tantangan: Dunia Nyata Tak Pernah Sederhana
Salah satu hal yang disoroti oleh Ashish Garg dan timnya adalah kenyataan bahwa dunia nyata jarang memberikan kondisi “ideal” seperti di laboratorium. Fluida non-Newtonian seringkali berinteraksi dengan permukaan kasar, suhu tinggi, atau tekanan yang berubah-ubah secara tiba-tiba.
Misalnya, ketika fluida jenis ini mengalir di dalam pipa bercabang atau sistem saluran yang bisa berubah bentuk, alirannya menjadi sangat sulit diprediksi. Perubahan kecil pada bentuk pipa atau kecepatan aliran bisa menghasilkan efek besar, kadang fluida tiba-tiba berhenti, berputar, atau malah membentuk pola spiral yang tidak stabil.
Inilah sebabnya para peneliti menekankan pentingnya eksperimen multidisiplin menggabungkan fisika, kimia, biologi, dan teknik mesin, untuk memahami fenomena ini. Tanpa pendekatan lintas bidang, sains fluida non-Newtonian akan terus “mengalir” di tempat tanpa arah yang jelas.
Aplikasi yang Tak Terduga
Mungkin kamu berpikir penelitian seperti ini hanya penting bagi ilmuwan di laboratorium, tapi dampaknya jauh lebih luas daripada itu.
- Dalam dunia medis, memahami fluida non-Newtonian membantu dokter merancang obat cair atau infus yang lebih efisien, serta mendiagnosis penyakit yang memengaruhi aliran darah.
- Dalam industri makanan, pengetahuan ini digunakan untuk mengatur tekstur saus, krim, dan minuman agar tetap stabil dalam kemasan tapi mudah dituangkan.
- Dalam bidang energi, fluida jenis ini digunakan untuk mengalirkan lumpur pengeboran, bahan bakar, dan pelumas di kondisi ekstrem.
- Bahkan di penelitian luar angkasa, model aliran non-Newtonian membantu memahami bagaimana bahan cair berperilaku dalam gravitasi mikro di orbit.
Dengan kata lain, memahami fluida non-Newtonian bukan hanya tentang cairan aneh di tabung laboratorium, tetapi juga tentang bagaimana dunia modern bisa bekerja dengan efisien dan aman.
Langkah Selanjutnya: Menyatukan Ilmu dan Teknologi
Penelitian Physics of Fluids ini menutup dengan seruan untuk lebih banyak kolaborasi antarilmuwan. Mereka menekankan bahwa untuk menembus batas pemahaman fluida non-Newtonian, diperlukan kombinasi antara pemikiran teoretis yang kuat, eksperimen presisi tinggi, dan kekuatan komputasi modern.
Selain itu, mereka menyoroti perlunya “bahasa sains” baru yang bisa menjembatani hasil penelitian antarbidang, agar temuan di dunia medis bisa dimanfaatkan di bidang industri, dan sebaliknya.
Sains fluida non-Newtonian kini bukan hanya tentang persamaan dan eksperimen, tapi juga tentang merangkai pola besar dari potongan-potongan kecil pengetahuan.
Dari saus tomat hingga darah, dari mesin roket hingga sungai bawah tanah, dunia fluida non-Newtonian mengingatkan kita bahwa alam semesta tidak selalu bekerja sesuai aturan sederhana. Banyak hal di dunia ini yang baru bisa kita pahami jika kita berani melihat dari sudut pandang baru.
Seperti kata Ashish Garg dan rekan-rekannya: masa depan penelitian fluida adalah tentang menemukan keteraturan di balik kekacauan aliran, dan memahami bahwa bahkan cairan pun punya cara sendiri untuk menentang logika.
Baca juga artikel tentang: Anders’ Earthrise: Dari Simbol Perdamaian ke Laboratorium Eksplorasi Antariksa
REFERENSI:
Garg, Ashish dkk. 2025. Emerging perspectives in non-Newtonian fluid dynamics: Research gaps, evolving methods, and conceptual limitations. Physics of Fluids 37 (7), 071401.
