FLUIDA STATIS
TEGANGAN PERMUKAAN
Perhatikan gambar di bawah! Seekor serangga hinggap di atas permukaan air tanpa basah. Penjepit kertas yang diletakkan diatas permukaan air akan tetap berada di permukaan. Mengapa hal tersebut bisa terjadi? Betulkah permukaan air memiliki lapisan elastis yang mampu menopang benda? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, perhatikan uraian materi berikut!
Penjepit kertas bisa mengapung di atas permukaan air meskipun terbuat dari logam. Kerapatannya lebih besar dari kerapatan air. Oleh karena itu, seharusnya penjepitkertas tersebut tenggelam. Tapi kenyataannya penjepit kertas tetap terapung.Terapungnya penjepit dikarenakan pada permukaan air terdapat lapisan seperti selaput tipis. Lapisan ini tampak tegang dan menyebabkan bentuknya melengkung ketika penjepit kertas atau serangga berada di permukaannya. Keadaan
inilah yang dinamakan tegangan permukaan zat cair.Tegangan permukaan terjadi
karena permukaan zat cair cenderung untuk menegang sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis. Mengapa tegangan permukaan zat cair bisa terjadi? Di bagian dalam cairan, sebuah molekul dikelilingi oleh molekul lain yang sejenis. Molekul ini saling tarik menarik (terjadi gaya kohesi) seperti yang tampak pada Gambar 15. Sedangkan pada molekul bagian permukaan tidak terdapat gaya kohesi dari arah atas. Oleh karena itu, molekul di permukaan mendapat gaya kohesi yang resultannya ke bawah. Itulah sebabnya permukaan zat cair menjadi tegang. Untuk menghitung besarnya tegangan permukaan, kita dapat memisalkan sebuah benda berada di permukaan air jika gaya yang tegak lurus terhadap benda tersebut adalah F, maka tegangan permukaan
didefinisikansebagai
perbandingan
antara gaya tegangan permukaan dan panjang permukaan tempat gaya itu bekerja. Secara matematis tegangan permukaan dapat dituliskan: 𝛾=
𝐹 𝑑
Karena benda memiliki dua sisi permukaan, dengan demikian d = 2l, sehingga tegangan permukaan dinyatakan dengan persamaan: 𝛾= Dengan: F = Gaya (N) d = panjang permukaan (m) 𝛾= tegangan permukaan(N/m)
𝐹 2𝑙
GEJALA KAPILARITAS
Dalam kehidupan sehari-hari, sering kita jumpai berbagai peristiwa yang menunjukkan gejala kapilaritas. Naiknya minyak tanah pada sumbu lampu, air hujan yang merembes pada dinding rumah, dan masih banyak contoh lainnya. Bagaimana sebenarnya gejala kapilaritas itu? Hal apa saja yang mempengaruhinya? Untuk lebih memahami, perhatikan materi berikut! Persamaan Gejala Kapilaritas Perhatikan gambar di bawah!
Bentuk pipa kapiler menyerupai tabung dan pada zat cair mengalami meniskus cekung sehingga permukaan zat cair naik dengan gaya sebesar ………………… (17)
Gaya ini diimbangi oleh gaya berat zat cair setinggi h dalam pipa
………………… (18)
Sehingga ………………… (19)
Dengan :
Peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair di dalam pipa yang sempit (pipa kapiler) di kenal dengan istilah kapilaritas. Gambar 19 di samping menunjukkan perbedaan ketinggian zat cair di dalam pipa. Semakin sempit diameter pipa semakin besar kenaikan zat cair. Perhatikan gambar di bawah! Permukaan air di dalam tabung melengkung ke atas pada bagian yang bersentuhan dengan dinding kaca. Sedangkan permukaan air raksa dalam tabung melengkung ke bawah pada bagian yang bersentuhan dengan dinding tabung. Kelengkungan permukaan zat cair itu disebut meniskus.
Tegangan permukaan menyebabkan zat cair memiliki sudut kontak. Jika sudut kontak kurang dari 900 dinamakan meniskus cekung. Meniskus cekung terjadi karena kohesi air lebih kecil daripada adhesi air dengan permukaan tabung reaksi. Akibatnya, zat cair akan mengalami kenaikan. Sebaliknya jika melebihi sudut 900 dinamakan meniskus cembung. Meniskus cembung terjadi karena kohesi air lebih besar daripada adhesi air dengan permukaan tabung reaksi. Akibatnya, zat cair akan mengalami penurunan. Meniskus Cekung dan Meniskus Cembung Gaya adhesi dan kohesi dapat menyebabkan beberapa bentuk permukaan zat cair berbeda-beda. Ada yang berbentuk cembung dan ada yang berbentuk cekung, yang disebut dengan miniskus. Miniskus cembung terjadi apabila zat cair tidak membasahi dinding. Sedangkan miniskus cekung terjadi apabila zat cair dapat membasahi dinding.
Bentuk permukaan air pada tabung reaksi terlihat cekung, peristiwa ini dinamakan meniskus cekung. Meniskus cekung terjadi karena gaya tarikmenarik antarpartikel air dan kaca (adhesi) lebih besar daripada gaya tarik-menarik antarpartikel air (kohesi). Hal ini menyebabkan air membasahi dinding kaca. Bentuk permukaan raksa pada tabung reaksi terlihat cembung, peristiwa ini dinamakan meniskus cembung. Meniskus cembung terjadi karena gaya tarik-menarik antarpartikel air dan kaca (adhesi) lebih kecil daripada gaya tarik-menarik antarpartikel air (kohesi). Hal ini menyebabkan raksa tidak membasahi dinding kaca. Pernahkah kita memerhatikan air pada daun talas? Air tidak dapat membasahi daun talas karena tetesan air di daun talas selalu membentuk bola-bola kecil. Atau dapat dikatakan gaya kohesi molekul-molekul air lebih besar dari gaya adhesi molekul air dengan molekul daun talas. Selain mengakibatkan bentuk permukaan zat (miniskus) cair berbeda-beda. Adanya gejala kapilaritas dan tegangan permukaan merupakan akibat gaya kohesi dan adhesi.
