46 sehingga benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan tenggelam
jika massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis fluida ρ
b
ρ
f
. Jika benda yang dapat tenggelam dalam fluida ditimbang di dalam fluida tersebut, berat benda akan menjadi seperti persamaan
14 dan 15 berikut. 14
15 Keterangan:
= berat benda dalam fluida N, dan = berat benda di udara N.
d. Tegangan Permukaan, Kapilaritas, Viskositas
1 Tengangan Permukaan
Gambar 11. Tegangan Permukaan Tegangan permukaan zat cair dapat dijelaskan dengan
memerhatikan gaya yang dialami oleh partikel zat cair. Jika dua partikel zat cair berdekatan akan terjadi gaya tarik-menarik. Gaya
tarik-menarik antara partikel-partikel yang sejenis disebut kohesi. Tegangan permukaan suatu zat cair didefinisikan sebagai gaya tiap
F l
47 satuan panjang. Pada Gambar 11 sebuah wadah berisi air dengan
permukaan air sepanjang . Di atas permukaan air bekerja gaya
sebesar F yang arahnya tegak lurus pada , maka persamaan yang
menyatakan tegangan permukaan adalah seperti pada persamaan 16 berikut.
� �
16 Keterangan:
F : gaya N l : panjang permukaan m
: tegangan permukaan Nm
2 Kapilaritas
Apabila sebatang pipa dengan diameter kecil, kemudian salah satu ujungnya dimasukkan dalam air, maka air akan naik ke dalam
pipa, sehingga permukaan air di dalam pipa lebih tinggi daripada permukaan air di luar pipa. Akan tetapi, jika pipa dimasukkan ke
dalam air raksa, maka permukaan air raksa di dalam pipa lebih rendah daripada permukaan air raksa di luar pipa. Gejala ini dikenal
sebagai gejala kapilaritas, yang disebabkan oleh gaya kohesi dari tegangan permukaan dan gaya antara zat cair dengan tabung kaca
pipa. Pada zat cair yang membasahi dinding 90
o
, mengakibatkan zat cair dalam pipa naik, sebaliknya, jika
90
o
, permukaan zat cair dalam pipa lebih rendah daripada permukaan zat
cair di luar pipa seperti pada Gambar 12 di bawah ini.
48 Gambar 12. Gejala Kapilaritas yang Disebabkan Oleh Gaya
Kohesi dan Adhesi Bambang H., 2009: 155
Apabila jari-jari tabung , massa jenis zat cair U, besarnya
sudut kontak , tegangan permukaan , kenaikan zat cair setinggi h,
dan permukaan zat cair bersentuhan dengan tabung sepanjang keliling lingkaran 2
r, maka besarnya kenaikanpenurunan zat cair adalah seperti pada persamaan 17 berikut.
17 keterangan
: h = naikturunnya zat cair dalam kapiler m
= tegangan permukaan Nm =sudut kontak
= massa jenis zat cair kgm
3
g = percepatan gravitasi ms
2
r = jari-jari penampang pipa m
49
3 Viskositas
Apabila sebuah benda dengan jari-jari sebesa r dijatuhkan ke dalam air tawar, maka sesuai hukum Archimedes, benda tersebut
akan mendapat gaya ke atas oleh air tawar, sehingga gerak benda dalam air akan lebih lambat daripada gerak benda di udara. Saat
benda dijatuhkan dalam oli, ternyata gerak benda dalam oli tersebut lebih lambat daripada benda yang terjatuh dalam air tawar. Hal ini
menunjukkan bahwa gerak suatu benda dalam zat cair ditentukan oleh kekentalan zat cair. Semakin kental zat cair, maka semakin
sulit suatu benda untuk bergerak. Dengan demikian, dapat dikatakan semakin kental zat cair, makin besar pula gaya gesekan
dalam zat cair tersebut. Ukuran kekentalan zat cair atau gesekan dalam zat cair tersebut disebut viskositas. Gaya gesek dalam zat cair
tergantung pada koefisien viskositas, kecepatan relatif benda terhadap zat cair, serta ukuran dan bentuk geometris benda. Gaya
gesek zat cair untuk benda yang berbentuk bola dengan jari-jari r, dirumuskan seperti pada persamaan 18 yang disebut dengan hukum
Stokes.
18
dengan F adalah gaya gesek Stokes N, adalah koefisien
viskositas Nsm
2
, r adalah jari-jari bola m dan v adalah kelajuan bola ms.
50 Gambar 13. Gaya-Gaya yang Bekerja pada Benda yang Bergerak
dalam Fluida sumber: http:fisikazone.com
Gambar 13 menunjukkan sebuah bola yang jatuh bebas ke dalam fluida. Selama geraknya, pada bola bekerja beberapa gaya,
yaitu gaya berat, gaya ke atas gaya Archimedes, dan gaya Stokes. Pada saat bola dijatuhkan dalam fluida, bola bergerak dipercepat
vertikal ke bawah. Karena kecepatannya bertambah, maka gaya Stokes juga bertambah, sehingga suatu saat bola berada dalam
keadaan setimbang dengan kecepatan tetap. Kecepatan bola pada saat mencapai nilai maksimum dan tetap disebut kecepatan
terminal. Pada saat bola dalam keadaan setimbang, maka resultan gaya yang bekerja pada bola sama dengan nol. Besarnya nilai
koefisien viskositas terdapat dalam persamaan 19 berikut.
�
Karena volume bola dan m
, maka:
51 dengan
adalah koefisien viskositas Nsm
2
, r adalah jari-jari bola m,
b
adalah massa jenis bola kgm
3
,
f
adalah massa jenis fluida kgm
3
, g adalah percepatan gravitasi ms
2
dan v adalah kecepatan terminal bola ms
B. Penelitian yang Relevan
