Fluida
160
belakang, sehingga jika panjang kawat AB = L, maka tegangan permukaan pada selaput sabun tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan:
Dalam hal ini: F = W
1
+ W
2
7. Kapilaritas
Suatu pipa yang berlubang kecil disebut sebagai pipa kapiler. Pipa yang lubangnya bergaris tengah kurang dari 1 mm sudah dapat dianggap sebagai
pipa kapiler. Apa yang terjadi jika pipa kapiler dimasukkan ke dalam zat cair? Untuk itu
perhatikan gambar 7.8 berikut.
Gambar 7.8 Pipa kapiler dalam air dan raksa
Gambar 7.8 a : Pipa kapiler dimasukkan ke dalam air, ternyata
permukaan air di dalam pipa kapiler lebih tinggi dari permukaan air di luar pipa kapiler. Hal tersebut di-
sebabkan adhesi air dengan kaca lebih besar diban- dingkan dengan kohesi antarmolekul air.
Gambar 7.8 b : Pipa kapiler dimasukkan ke dalam raksa, ternyata per-
mukaan raksa dalam pipa kapiler lebih rendah dari permukaan raksa di luar pipa kapiler. Hal tersebut
disebabkan kohesi raksa lebih besar dibanding adhesi raksa dengan kaca.
Gejala naik turunnya permukaan zat cair dalam pipa kapiler pembuluh sempit disebut kapilaritas. Dari gejala kapilaritas tersebut diperoleh:
a. Jika adhesi kohesi, maka: 1 sudut kontak θ 90
o
; 2 bentuk permukaan zat cair dalam pipa kapiler cekung miniskus
cekung; 3 zat cair dikatakan membasahi pipa kapiler;
θ air
θ raksa
a b
τ = F
L 2
Di unduh dari : Bukupaket.com
4 ketinggian permukaan zat cair dalam beberapa pipa kapiler yang berhubungan sebagai berikut.
Gambar 7.9 Permukaan air dalam beberapa pipa kapiler
b. Jika kohesi adhesi, maka: 1 sudut kontak θ 90
o
; 2 bentuk permukaan zat cair dalam pipa kapiler cembung minikus cem-
bung; 3 zat cair dikatakan tidak membasahi pipa kapiler;
4 ketinggian permukaan zat cair dalam beberapa pipa kapiler yang berhubungan sebagai berikut.
Sudut kontak θ antara zat cair dengan din- ding adalah sudut antara permukaan zat cair
dengan permukaan dinding pada titik persentuhan zat cair dengan dinding.
Perbedaan tinggi permukaan zat cair dalam pipa kapiler dapat dihitung sebagai berikut.
Perhatikan gambar 7.11 di samping. Misalnya sebuah pipa kapiler dengan
jari-jari r dimasukkan dalam zat cair sehingga permukaan zat cair dalam pipa
kapiler naik setinggi y dengan sudut kontak θ. Permukaan zat cair dalam pipa
kapiler menyentuh dinding pipa se- panjang keliling lingkaran sebesar 2π r.
Pada setiap satuan panjang permukaan zat cair tersebut bekerja tegangan per-
mukaan τ yang arahnya ke atas. Jika tegangan permukaan diuraikan menjadi
komponen mendatar dan vertikal diperoleh: komponen mendatar sebesar τ
sin θ yang saling meniadakan dan komponen vertikal τ cos θ yang masih berpengaruh. Dengan demikian pada seluruh keliling permukaan zat cair
bekerja gaya tegangan permukaan zat cair F sebesar: F = 2π.r. τ.cos θ.
Gambar 7.11 Pipa kapiler dalam zat cair
θ α
W τ
cos θ y
τ Sin θ
B
Gambar 7.10 Permukaan raksa dalam beberapa pipa kapiler
Fisika SMAMA Kelas XI
161
Di unduh dari : Bukupaket.com
Gaya sebesar F inilah yang mengangkat zat cair setinggi y. Dalam keadaan setimbang gaya F ini diimbangi oleh berat zat cair yang terangkat setinggi y
tersebut, sehingga diperoleh: F = W
2π . r . τ .cos θ = ρ . g . π . r
2
. y Jadi
Y = perbedaan tinggi permukaan zat cair di dalam dan di luar pipa kapiler m
τ = tegangan permukaan Nm
g = percepatan gravitasi ms
2
θ = sudut kontak
r = jari-jari penampang pipa kapiler m ρ
= massa jenis zat cair kgm
3
Contoh Soal 7.3
1. Gambar di samping melukiskan suatu kawat
berbentuk U yang ditutup dengan kawat AB yang dapat bergerak bebas yang kemudian
dimasukkan ke dalam larutan sabun. Setelah kawat diangkat dari larutan sabun ternyata
kawat dapat setimbang setelah pada kawat digantungkan beban seberat 10
-3
N, jika panjang kawat AB = 10 cm dan berat kawat AB = 5.10
-4
N, berapakah besar tegangan permukaan selaput sabut tersebut?
Penyelesaian Diketahui: W
AB
= 5 . 10
-4
N AB = 10 cm = 10
-1
m W
b
= 10
-3
N = 10 . 10
-4
N Ditanya: τ
Jawab:
τ τ
τ τ
= =
+ =
= F
L W
W AB
AB b
2 2
15 1 2 1
7 5 1 0 Nm
-4 -1
-3
. .
, .
B
10
-3
N A
Y g r
= 2τ
θ ρ
cos . .
Fluida
162
Di unduh dari : Bukupaket.com
2. Sebuah pipa kapiler dimasukkan ke dalam bak berisi minyak tanah. Tegangan permukaan minyak tanah = 10
-4
Nm. Jari-jari pipa kapiler = 1 mm. Jika massa jenis minyak tanah = 0,8 grm
3
dan g = 10 ms
2
, serta sudut kontaknya 20
o
, maka hitunglah kenaikan permukaan minyak tanah dalam pipa kapiler
Penyelesaian Diketahui: τ = 10
-4
Nm r = 1 mm = 10
-3
m ρ
= 0,8 grm
3
= 800 kgm
3
g = 10 ms
2
θ = 20
o
Ditanya: Y Jawab:
8. Viskositas
