Fisika SMAMA XI
228
.... 22 Tegangan permukaan inilah yang
menyebabkan tetes-tetes cairan cen- derung berbentuk bola. Saat tetesan
terbentuk, tegangan permukaan ber- usaha meminimalkan luas permukaan-
nya sehingga permukaannya tertarik dan membentuk bola. Tegangan permukaan
ini juga yang menyebabkan serangga dan benda-benda ringan tidak tenggelam,
titik-titik air di daun cenderung untuk membulat, dan daun teratai dapat
terapung di permukaan air danau.
1. Kapilaritas
Sekarang kita meninjau pengaruh tegangan permukaan pada pipa kapiler. Bila gaya tarik menarik antara molekul yang
sejenis disebut kohesi, maka gaya tarik antara molekul yang tidak sejenis disebut adesi. Salah satu contoh adesi adalah gaya
tarik antara cairan dengan dinding pipa kapiler.Pada pipa kapiler terdapat gaya kohesi yaitu antarmolekul cairan yang
membentuk tegangan permukaan dan gaya adesi antara cairan dengan dinding pipa.
Bila gaya kohesi cairan lebih besar dari adesi maka cairan tidak akan membasahi dinding cairannya. Mari kita tinjau arah
resultan gaya seperti yang ditunjukkan Gambar 7.17a. Gaya kohesi lebih besar dari adesi sehingga resultan gaya mengarah
ke dalam cairan. Permukaan akan melengkung ke bawah. Kelengkungan permukaan zat cair kita namakan meniskus.
Permukaan air dalam tabung kita sebut meniskus cembung.
Sumber : internet.http. static.flickr.com
Gambar 7.16 Titik-titik air di atas daun
Gambar 7.17 Kelengkungan dan arah gaya pada tabung dengan a. Kohesi cairan lebih besar dari adesi, terbentuk kelengkungan cembung b. Kohesi cairan lebih kecil
dari adesi,terbentuk kelengkungan cekung.
Di unduh dari : Bukupaket.com
229
Fisika SMAMA XI
Bila gaya adesi lebih besar dari gaya kohesi maka resultan gaya akan mengarah ke tabung sehingga membentuk
kelengkungan ke bawah atau terjadi meniskus cekung dan cairan membasahi dinding tabung. Hal ini bisa dilihat pada
Gambar 7.17a.
2. Sudut kontak
Bila kita tarik garis lurus pada kelengkungan zat cair, maka garis ini
akan membentuk sudut terhadap dinding vertikal. Sudut ini dinamakan
sudut kontak. Untuk pipa kapiler yang berisi zat cair yang permukaannya
cekung misalnya air, maka sudut kontak berupa sudut lancip kurang dari 90°.
Sedangkan cairan yang memiliki permukaan cembung, misalnya air
r a k s a m e m b e n t u k s u d u t t u m p u l 90°
T 180°. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 7.18.
Bagaimana dengan tegangan per- mukaannya? Tinjau jika sudut kontak-
nya lebih kecil dari 90, maka kita bisa melihat gaya tegangan permukaan
untuk zat cair yang adesinya lebih besar dari kohesinya memiliki komponen
yang arahnya ke atas sehingga cairan akan naik ke atas. Cairan akan berhenti
naik bila besarnya gaya tegangan permukaan sudah dapat diimbangi oleh
berat zat cair yang naik ke atas. Saat cairan berhenti naik maka resultan
gayanya:
F
g
- F
t
= 0 .... 23
F
g
adalah berat zat cair yang naik F
g
= mg = UVg = UAhg. A adalah luas
penampang tabung = Sr
2
, h adalah tinggi kolom zat cair. F
t
adalah komponen tegangan permukaan ke arah atas. Besarnya gaya tegangan permukaan adalah keliling tabung dikalikan
koefisien tegangan permukaan cairan.
Gambar 7.18 a cairan pada pipa kapiler yang memiliki gaya adesi lebih besar dari kohesi membentuk
kelengkungan cekung dan sudut kontak yang terbentuk berupa sudut lancip. b cairan yang memiliki
gaya kohesi lebih besar dari adesi membentuk kelengkungan cembung dan sudut kontaknya berupa
sudut tumpul.
Gambar 7.19 Adesi air lebih besar dari kohesi, komponen vertikal gaya tegangan permukaan
menyebabkan air naik dalam pipa kapiler. Air akan berhenti naik bila tegangan permukaan dapat diimbangi
berat air yang naik. T
c
T
c
F F
T T
r h
Di unduh dari : Bukupaket.com
Fisika SMAMA XI
230
F
t
= 2 Sr J .... 24
sehingga persamaan 23 dapat kita tuliskan menjadi: F
g
= F
t
cos T
UghS r
2
= 2 S rJ cos T
h =
.... 25
Contoh Soal 9
Berapa tinggi air yang naik dalam pipa yang jari-jarinya 0,15 mm jika sudut kontaknya nol?
J untuk air adalah 0,073. Penyesuaian :
Diketahui : r = 0,15 mm = 1,5
u 10
-4
m, U =1.000 kgm
3
Jawab : Ketinggian air h adalah:
= 9,93 u 10
-2
m = 9,93 cm Jadi, tinggi air dalam pipa =9,93 cm
Contoh Soal 10
Tegangan permukaan air raksa adalah 0,465 Nm. Sudut kontak air raksa dengan pipa kapiler berjari-jari 2,5 mm pada mangkuk sebesar 150°.
Berapa ketinggian air raksa relatif terhadap permukaan air raksa dalam mangkuk?
Penyelesaian : Diketahui :
r = 2,5 mm,
J = 0,465 Nm, T = 150,
Di unduh dari : Bukupaket.com
231
Fisika SMAMA XI
Jawab :
Jadi, ketinggian air raksa negatif, atau ketinggian air raksa dalam pipa kapiler di bawah permukaan air raksa di mangkuk.
Keingintahuan : Rasa Ingin Tahu
Kalian pasti sering melihat tembok yang basah karena menyerap air yang ada di fondasi bangunan. Tembok jadi kotor. Hal ini karena adanya gaya
kapiler. Apakah gaya kapiler bisa dimanfaatkan untuk kehidupan manusia? Jika ya, berilah contohnya
C. Fluida Bergerak