Fisika Kelas XI
212
E
u r e k a
Diskusikan beberapa peristiwa yang sering kita temukan dalam kehidu- pan sehari-hari berikut.
1. Ketika bermain balon sabun, kita dapat membuat lapisan tipis air
sabun pada alat peniupnya. Menunjukkan apakah kejadian ini? 2.
Pada saat menggunakan kompor, minyak yang berada di bawah dapat naik pada sumbu. Menurut kalian, bagaimanakah hal ini
terjadi? 3. Ketika kita memasukkan benda tertentu ke dalam air, mungkin
benda ini akan tenggelam. Akan tetapi, jika dimasukkan ke dalam oli atau cairan yang lebih kental, benda belum tenggelam. Faktor
apakah yang menyebabkannya? Konsultasikan hasil diskusi kalian kepada guru.
C Gejala Fluida Statis
Fluida statis atau fluida yang diam, ternyata juga mempunyai gejala-gejala tertentu. Untuk mengenali gejala-gejala pada fluida statis, coba
kalian diskusikan beberapa peristiwa pada Eureka berikut.
Beberapa peristiwa pada Eureka yang telah kalian diskusikan, meru-
pakan beberapa contoh gejala pada fluida statis. Gejala tersebut antara lain tegangan permukaan, kapilaritas, dan kekentalan zat cair. Berikut akan
kita bahas satu per satu gejala tersebut.
1. Tegangan Permukaan
Banyak kejadian sehari-hari yang menunjukkan tegangan permukaan. Nyamuk dapat berjalan di atas air merupakan salah satu contoh akibat
adanya tegangan permukaan zat cair. Sebelum kita membahas tegangan permukaan lebih jauh, terlebih dahulu kita mendefinisikan pengertian
adhesi dan kohesi.
Adhesi adalah gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang tidak sejenis. Sementara kohesi adalah gaya tarik-menarik antar partikel-
pertikel yang sejenis. Contoh peristiwa adhesi adalah kapur tulis yang menempel di papan
tulis. Dalam kejadian ini, partikel pada papan tulis menarik partikel kapur sehingga partikel kapur menempel di papan tulis. Contoh lainnya adalah
menempelnya debu pada kaca. Sementara contoh kohesi adalah tarik- menarik antar partikel air atau partikel lainnya.
Seekor nyamuk atau benda-benda lain seperti silet, jarum yang me- ngapung di atas permukaan air disebabkan permukaan zat cair fluida itu
seakan-akan berperilaku seperti membran yang teregang karena tegangan. Tegangan ini bekerja sejajar dengan permukaan sehingga memunculkan
gaya tarik antar molekul kohesi. Efek yang mempengaruhi kejadian ini disebut tegangan permukaan.
Di unduh dari : Bukupaket.com
Fluida
213
Gambar 6.18 Selaput suatu
fluida F
l A
D
B C
Tegangan permukaan didefinisikan sebagai gaya per satuan panjang yang bekerja pada arah tegak lurus dengan permukaan zat cair.
Perhatikan Gambar 6.18. Dari gambar tersebut, besarnya tegangan permukaan fluida dapat dicari dengan persamaan:
γ = F
l Kemudian, apabila zat cair mempunyai dua permukaan yakni per-
mukaan atas dan bawah 2 l, tegangan permukaannya dapat dicari dengan
persamaan berikut. γ =
F l
2 Untuk memperluas permukaan selaput fluida, maka ruas OP digeser
dengan gaya sebesar F melawan gaya kohesi F
k
fluida sepanjang x. Secara
matematis, usaha W untuk memperluas permukaan selaput fluida adalah
sebagai berikut. W = gaya F × jarak perpindahan ∆x
= γ l ∆x
W = γ ∆A Oleh karena itu, berdasarkan persamaan sebelumnya, kita mem-
peroleh persamaan tegangan permukaan zat cair saat selaputnya diperluas sebagai berikut.
γ = W
A Δ
Keterangan:
γ = tegangan permukaan Nm atau Jm
2
F =
gaya tegangan permukaan N l
= panjang permukaan fluida m
W =
usaha untuk memperluas permukaan zat cair J ∆
x = perubahan panjang permukaan fluida m ∆
A = perubahan luas permukaan fluida m
2
Salah satu contoh bahan yang dapat menurunkan tegangan permu- kaan air adalah sabun dan deterjen. Zat-zat ini dinamakan dengan
surfac- tant. Sabun dan deterjen ini akan mempermudah penghilangan kotoran
pada serat-serat atau lekuk-lekuk kecil pada benda. Untuk mempermudah pemahaman kalian, perhatikan contoh
berikut ini.
Keterangan:
γ = tegangan permukaan Nm F = gaya N
l = panjang permukaan m
Gambar 6.19 Usaha yang
dilakukan untuk memperluas selaput suatu fluida
ΔX
Di unduh dari : Bukupaket.com
Di unduh dari : Bukupaket.com
Fluida
215
Gambar 6.20 a Permukaan air raksa pada pipa kapiler
berbentuk cembung, b Permukaan air pada pipa kapiler berbentuk cekung.
θ
raksa
θ
air a b
Pada kejadian ini, pipa yang digunakan dinamakan pipa kapiler. Oleh karena itu, gejala kapilaritas adalah gejala naik turunnya zat cair
dalam pipa kapiler. Perhatikan Gambar 6.20. Permukaan air dalam pipa kapiler akan berbeda dengan permukaan air raksa.
Permukaan air dalam pipa kapiler berbentuk cem- bung, sedangkan permukaan air raksa berbentuk
cekung. Permukaan zat cair yang berbentuk cekung atau cembung disebut meniskus. Permukaan air
pada dinding kaca yang berbentuk cekung dise- but meniskus cekung, sedangkan permukaan air
raksa yang berbentuk cembung disebut meniskus cembung.
Gambar 6.21 Hubungan sudut
kontak dengan permukaan air pada pipa kapiler
F
θ
pipa kapiler
y
θ
air raksa
pipa kapiler
θ
y
F
Penyebab dari gejala kapiler adalah adanya adhesi dan kohesi. Pada gejala kapilaritas pada air, air dalam pipa kapiler naik karena adhesi antara
partikel air dengan kaca lebih besar daripada kohesi antar partikel airnya. Sebaliknya, pada gejala kapilaritas air raksa, adhesi air raksa dengan kaca
lebih kecil daripada kohesi antar partikel air raksa. Oleh karena itu, sudut kontak antara air raksa dengan dinding kaca akan lebih besar daripada
sudut kontak air dengan dinding kaca.
Lalu, adakah cara untuk menentukan besarnya kenaikan atau penu- runan permukaan zat cair dalam pipa kapiler? Kita dapat menghitungnya
dengan menggunakan persamaan berikut.
y gr
= 2
γ θ
ρ cos
Keterangan: y
= besar kenaikan atau penurunan zat cair dalam pipa kapiler m
γ = tegangan permukaan Nm θ = sudut kontak
ρ = massa jenis zat cair fluida kgm
3
g =
percepatan gravitasi ms
2
r =
jari-jari pipa kapiler m Sudut kontak pada persamaan tersebut sudut kontak menunjukkan
sudut yang terbentuk oleh dinding bejana dengan garis singgung permu- kaan cairan. Perhatikan Gambar 6.21. Apabila sudut kontak lebih kecil
atau sama dengan 90
o
θ ≤ 90
o
, maka permukaan cairan pada pipa kapiler lebih tinggi daripada permukaan air pada bejana. Dengan kata lain, per-
mukaan cairan pada pipa kapiler akan naik. Sedangkan jika sudut kontak lebih besar dari 90
o
θ 90
o
, permukaan air pada pipa kapiler akan turun. Perhatikan contoh cara menghitung besar kenaikan atau penurunan
zat cair pada contoh soal berikut.
Di unduh dari : Bukupaket.com
Di unduh dari : Bukupaket.com
F
v
v
F Av
h
v
= η
Di unduh dari : Bukupaket.com
Fisika Kelas XI
218
1. Sebuah pipa kapiler yang mempunyai diameter 2 mm, dimasukkan
ke dalam air. Jika besar
γ
= 1 Nm, tentukan kenaikan air jika sudut kontaknya 60
o
? 2.
Sebuah kawat yang berbentuk U diberi seutas kawat kecil AB yang mempunyai massa 0,2 gr seperti pada gambar di samping ini. Kemu-
dian, kawat tersebut dicelupkan ke air sabun sehingga saat diangkat terbentang lapisan sabun. Karena pengaruh tegangan permukaan
fluida, kawat kecil tersebut condong ke atas. Supaya tidak condong, kawat kecil tersebut diberi beban. Jika panjang AB 10 cm dan te-
gangan permukaan lapisan sabun 0,025 Nm, hitunglah beban yang diberikan supaya kawat kecil menjadi lurus atau seimbang.
3. Bola besi berjari-jari 2 cm dimasukkan ke dalam tabung yang berisi
oli. Bila koefisien viskositas oli 3,0
×
10
-2
Pa s dan kecepatan bola besi 0,3 ms, tentukan gaya viskositasnya.
U j i K o m p e t e n s i
A B
Kita telah mempelajari gejala-gelaja pada fluida statis. Untuk menguji kompetensi yang kalian miliki, kerjakan
Uji Kompetensi berikut.
D Fluida Dinamis
Pada bab sebelumnya, kalian telah membahas bagian fluida yang tidak bergerak atau fluida statis. Pelbagai pengetahuan telah kalian dapatkan.
Mulai dari pengertiannya, hukum-hukum yang berlaku, serta penerapan fluida statis dalam keseharian. Nah, subbab ini akan membahas berbagai
pengertian yang berkaitan dengan fluida dinamis.
1. Fluida Ideal dan Fluida Sejati
