Kapilaritas Sudut kontak Tegangan Permukaan

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