Eksperimen Reynolds. Reynolds membedakan rezim aliran laminar dan turbulen dalam eksperimennya yang berpengaruh pada awal tahun 1880-an.1 Pada saat itu, hukum Poiseuille dengan benar memprediksi bahwa hambatan terhadap aliran dalam pipa adalah persamaan untuk aliran laminar pada kecepatan tertentu, yang biasanya terjadi pada nilai kecil dari viskositas atau diameter pipa. Reynolds ingin memahami mengapa, pada kecepatan atau viskositas yang lebih tinggi, hambatan berubah secara aproksimasi.
Eksperimennya menggunakan sebuah tangki besar yang dilapisi kaca dan diisi dengan air. Sebuah tabung kaca dengan masukan yang melebar melewati tangki dan keluar melalui satu dinding. Air dari tangki mengalir sepanjang tabung pada kecepatan tertentu yang dikontrol oleh katup keluar. Sebuah semburan pewarna cairan disuntikkan di inlet tabung untuk memvisualisasikan aliran.
Perilaku yang diamati ditunjukkan dalam gambar asli Reynolds di halaman berikutnya. Pada kecepatan yang cukup rendah, jejak pewarna cairan mengikuti garis lurus sepanjang tabung, menunjukkan aliran laminar. Kecepatan kemudian ditingkatkan dalam langkah-langkah kecil hingga pada jarak tertentu dari masukan tabung (biasanya sekitar 30 kali diameter tabung), pewarna cairan akan bercampur dengan air, dengan cepat mengisi tabung. Ini menandai transisi ke aliran turbulen.
Reynolds membuat beberapa pengamatan penting sebagai berikut:
Pada aliran turbulen, terlihat adanya pusaran-pusaran yang jelas.
Kecepatan transisi sangat sensitif terhadap gangguan-gangguan dalam air yang masuk ke dalam tabung, bahkan karena variasi suhu dalam air.
Sebelum transisi penuh tercapai, terdapat "spot-spot" intermiten dari turbulensi yang muncul dan menghilang.
Bilangan Reynolds
Reynolds berpendapat bahwa transisi ini dikendalikan oleh bilangan Reynolds, persamaan dari Persamaan (2.68), menggunakan panjang karakteristik pada sebuah pipa. Deduksinya didasarkan pada gagasan tentang kesamaan skala, yang diperkenalkan dalam Bagian 2.21.
Dia mengamati bahwa dengan gangguan minimal di dalam tangki, transisi ke aliran turbulen terjadi pada bilangan Reynolds sekitar 13000. Ketika gangguan secara jelas hadir, transisi terjadi pada bilangan Reynolds sekitar 2000. Pandangan yang lebih baru untuk aliran dalam pipa adalah bahwa untuk bilangan Reynolds sekitar 2000, semua gangguan akan mereda mencegah timbulnya aliran turbulen. Untuk bilangan Reynolds sekitar 2000, transisi bergantung pada gangguan awal dan kasar halusnya dinding pipa.