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