Contoh Tegangan Permukaan

Contoh Tegangan Permukaan- Sebelumnya telah dibahas Penerapan Hukum Archimedes dan Penerapan Hukum Paskal dan sekarang masih dalam bahasan fluida statis akan dibahas mengenai tegangan permukaan. Pernahkah Anda memerhatikan bentuk cairan obat yang keluar dari penetes obat atau bentuk raksa yang diteteskan di permukaan meja? Jika Anda perhatikan, tetesan cairan obat yang keluar dari alat penetesnya berbentuk bola-bola kecil. Demikian juga dengan bentuk air raksa yang diteteskan di permukaan meja. Gejala-gejala di atas dapat dijelaskan dengan apa yang disebut tegangan permukaan. Tinjaulah sebuah molekul cairan yang berada di permukaan cairan dan sebuah molekul yang berada di dalam cairan.

Molekul di permukaan (B) hanya mendapat tarikan dari molekul di bawahnya dan kiri kanan molekul. Molekul di dalam cairan (A) mendapat tarikan dari molekul di atasnya,di bawahnya dan di kiri-kanannya.

Molekul yang berada di dalam cairan dikelilingi oleh molekul-molekul yang lain, di atasnya, di bawahnya, dan di sampingnya. Sedangkan molekul yang di permukaan hanya dikelilingi partikel yang di samping dan di bawahnya. Molekul dalam cairan akan mendapat tarikan dari molekul di sekelilingnya ke segala arah sehingga resultan gayanya adalah nol. Molekul yang di permukaan mendapat tarikan dari molekul di sampingnya dan di bawahnya, sehingga resultan gayanya tidak nol. Jika molekul dinaikkan sedikit maka molekul akan mendapatkan tarikan ke bawah. Jika molekul ditekan sedikit molekul di sekelilingnya akan menariknya ke atas. Gaya tarik antarmolekul tadi membuat permukaan cairan seperti selaput yang elastis.

Contoh tegangan permukaan yang lain dapat Anda lihat jika Anda memasukkan sebuah gelang kawat yang dipasang benang ke dalam larutan sabun. Setelah dimasukkan ke dalam larutan sabun, pada gelang kawat akan terdapat selaput tipis. Jika bagian tengah jerat benang ditusuk hingga pecah akan terlihat jerat benang yang pada mulanya berbentuk tidak beraturan, berubah menjadi berbentuk lingkaran. Gelang kawat dan jerat benang yang dicelupkan ke dalam larutan sabun sebelum dan sesudah selaput tipis bagian tengahnya ditusuk terlihat seperti pada Gambar 7.20 berikut.

Gambar 7.20 (a) Gelang kawat dengan bentangan benang di tengahnya ketika dimasukkan ke dalam larutan sabun. (b) Setelah gelang kawat dicelupkan ke dalam larutan sabun, benang menjadi teregang dan membentuk lingkaran.

Gambar 7.20b menunjukkan bahwa permukaan zat cair dapat dianggap berada dalam keadaan tegang sehingga zat-zat pada kedua sisi garis saling tarik-menarik. Tegangan permukaan (γ ) di dalam selaput didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya permukaan dan panjang permukaan yang tegak lurus gaya dan dipengaruhi oleh gaya tersebut.

Gambar 7.21 Rangkaian kawat untuk mengukur tegangan permukaan selaput tipis larutan sabun. Dalam keadaan setimbang, gaya tegangan permukaan ke atas 2γl sama dengan gaya tarik peluncur ke bawah w + T.

Perhatikan Gambar 7.21. Gambar tersebut menunjukkan percobaan sederhana untuk melakukan pengukuran kuantitatif tentang tegangan permukaan. Seutas kawat dilengkungkan membentuk huruf U dan kawat kedua berperan sebagai peluncur yang diletakkan di ujung kawat berbentuk U. Ketika rangkaian kedua kawat tersebut dimasukkan ke dalam larutan sabun, kemudian dikeluarkan. Akibatnya, pada rangkaian kawat terbentuk selaput tipis cairan sabun. Selaput tipis tersebut akan memberikan gaya tegangan permukaan yang menarik peluncur kawat ke bagian atas kawat U (jika berat peluncur kawat sangat kecil). Ketika Anda menarik peluncur kawat ke bawah, luas permukaan selaput tipis akan membesar dan molekul-molekulnya akan bergerak dari bagian dalam cairan ke dalam lapisan permukaan.

Dalam keadaan setimbang, gaya tarik peluncur ke bawah sama dengan tegangan permukaan yang diberikan selaput tipis larutan sabun pada peluncur. Berdasarkan Gambar 7.21, gaya tarik peluncur ke bawah adalah

F = w + T

Jika l adalah panjang peluncur kawat maka gaya F bekerja pada panjang total 2 l karena selaput tipis air sabun memiliki dua sisi permukaan. Dengan demikian, tegangan permukaan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya tegangan permukaan F dengan panjang d tempat gaya tersebut bekerja yang secara matematis dinyatakan dengan persamaan

Oleh karena d = 2 l, tegangan permukaan dinyatakan dengan persamaan

Tegangan permukaan suatu zat cair yang bersentuhan dengan uapnya sendiri atau udara hanya bergantung pada sifat-sifat dan suhu zat cair itu. Tegangan permukaan inilah yang menyebabkan tetes-tetes cairan cenderung berbentuk bola. Saat tetesan terbentuk, tegangan permukaan berusaha meminimalkan luas permukaannya 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.

Titik-titik air di atas daun