hewan kecil dapat berjalan di atas air karena tegangan permukaan air.
Tegangan permukaan terjadi karena kohesi di bawah zat cair yang lebih besar dari pada kohesi di permukaan zat cair, sehingga permukaan air akan cenderung mengerut dan membentuk luas permukaan sekecil mungkin.
Misalnya titik – titik embun yang menempel di atas rumput berbentuk seperti bola karena luas permukaan terkecil yaitu bangun yang berbentuk bola.
tetesan air cenderung berbentuk bulat karena tegangan permukaanBesarnya tegangan permukaan dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti jenis cairan, suhu, tekanan, massa jenis, konsentrasi zat terlarut, dan kerapatan.
Tegangan permukaan dalam kehidupan:
- Sabun cuci sengaja dibuat untuk mengurangi tegangan permukaan air sehingga dapat meningkatkan kemampuan air untuk membersihkan kotoran yang melekat pada pakaian.
- Mencuci pakaian dengan air hangat atau air panas lebih bersih karena dengan suhu yang tinggi tegangan permukaan akan semakin kecil dan kemampuan air untuk membasahi pakaian yang kotor lebih meningkat lagi.
- Alkohol dan antiseptik pada umumnya memiliki kemampuan untuk membunuh kuman, dan mempunyai tegangan permukaan yang rendah sehingga dapat membasahi seluruh permukaan kulit yang luka.
- Itik dan angsa dapat berenang dan terapung di atas permukaan air karena bulu-bulunya tidak basah oleh air.
- Gelembung yang dihasilkan oleh air sabun merupakan salah satu contoh adanya tegangan permukaan.
Tegangan permukaan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya tegangan dengan panjang permukaan tempat gaya tersebut bekerja. \[\gamma = \frac{F}{d}= \frac{F}{2L}\]Keterangan:
- F = Gaya (N)
- $\gamma$ = Tegangan Permukaan (N/m)
- d = Panjang Permukaan (m)
- L = Panjang permukaan (m)
- Serangga air yang bisa berjalan di permukaan air.
- Kenaikan batas air pada pipa kapiler
- terbentuknya buih dan gelembung pada air sabun.
- Air yang keluar dari pipet berupa tetesan berbentuk bulat – bulat.
- pisau silet yang bisa mengapung di atas permukaan air.
gelembung sabun cenderung berbentuk bulat karena tegangan permukaanTegangan Permukaan Pipa Kapiler
Tinggi rendahnya atau naik turunnya permukaan zat cair pada pipa kapiler adalah:
\[h = \frac{2 \gamma \cos \theta}{\rho.g.r}\]Keterangan :
- h = perbedaan tinggi permukaan zat cair di dalam dan di luar pipa kapiler (m)
- $\gamma$ = tegangan permukaan (N/m)
- g = percepatan gravitasi (ms-2)
- θ = sudut kontak (º)
- r = jari-jari penampang pipa kapiler (m)
- ρ = massa jenis zat cair (kg.m-3)
Soal 01. Sebatang kawat dibengkokkan seperti huruf U terbalik. Kemudian kawat kecil PQ bermassa 0,2 gram dipasang dalam kawat tersebut. Kemudian kawat ini dicelupkan dalam lapisan sabun dan diangkat vertikal sehingga terbentang lapisan sabun. Kawat PQ mengalami gaya tarik ke atas. Agar terjadi kesetimbangan, maka pada kawat kecil PQ digantungkan beban bermassa 0,1 gram. Jika panjang kawat AB = 20 cm dan g = 9,8 ms-2, maka besar tegangan permukaan lapisan sabun adalah …
A. 0,735 x 10-2 N/m
B. 1,47 x 10-3 N/m
C. 1,47 x 10-2 N/m
D. 2,94 x 10-2 N/m
E. 2,94 x 10-3 N/m
Penyelesaian Fisika: A
E. 2,94 x 10-3 N/m
Penyelesaian Fisika: A
dari soal:
mk = 0,2 gram, mb = 0,1 gram
g = 9,8 ms-2, L = 20 cm = 0,2 m
maka:\begin{align*} \gamma =& \frac{F}{2L}= \frac{W_k+W_b}{2L}\\=& \frac{(m_k+m_b)g}{2L}\\=& \frac{\left [(0,2+0,1) \times 10^{-3} \right ]\times 9,8}{2(0,2)}\\=& 0,735\times 10^{-2}Nm^{-1}\end{align*}
Soal 02. Pada peristiwa tegangan permukaan diketahui gaya tegang 4 N. Jika panjang permukaannya 20 cm, maka tentukanlah besar tegangan permukaannya.
Penyelesaian Fisika:
\begin{align*} \gamma &= \frac{F}{d} \\&= \frac{4\times 10^{-3}}{0,2}\\&=0,02Nm^{-1}\end{align*}
Soal 03. Sebuah pipa kapiler dengan jari-jari (1 mm) dimasukkan kedalam air secara vertikal. Air memiliki massa jenis (1 g/cm²) dan tegangan permukaan (1 N/m). Jika, sudut kontak air dengan dinding pipa kapilernya 60o maka tinggi kenaikan permukaan air pada dinding pipa kapiler adalah...(g=10 m/s²).
g = 9,8 ms-2, L = 20 cm = 0,2 m
maka:\begin{align*} \gamma =& \frac{F}{2L}= \frac{W_k+W_b}{2L}\\=& \frac{(m_k+m_b)g}{2L}\\=& \frac{\left [(0,2+0,1) \times 10^{-3} \right ]\times 9,8}{2(0,2)}\\=& 0,735\times 10^{-2}Nm^{-1}\end{align*}
Soal 02. Pada peristiwa tegangan permukaan diketahui gaya tegang 4 N. Jika panjang permukaannya 20 cm, maka tentukanlah besar tegangan permukaannya.
Penyelesaian Fisika:
\begin{align*} \gamma &= \frac{F}{d} \\&= \frac{4\times 10^{-3}}{0,2}\\&=0,02Nm^{-1}\end{align*}
Soal 03. Sebuah pipa kapiler dengan jari-jari (1 mm) dimasukkan kedalam air secara vertikal. Air memiliki massa jenis (1 g/cm²) dan tegangan permukaan (1 N/m). Jika, sudut kontak air dengan dinding pipa kapilernya 60o maka tinggi kenaikan permukaan air pada dinding pipa kapiler adalah...(g=10 m/s²).
Penyelesaian Fisika:
Dari soal:
r = 1mm = 1 x 10⁻³ m
ρ = 1 g/cm² = 1000kg/m³
$\gamma $ = 1 N/m, θ = 60o
maka: \begin{align*} h &= \frac{2 \gamma \cos \theta}{\rho .g.R}\\ h &= \frac{2 (1)\cos 60}{10^3\times 10 \times 10^{-3}}\\h &= \frac{1}{10} = 0,1 m = 10 cm\end{align*}
Dari soal:
r = 1mm = 1 x 10⁻³ m
ρ = 1 g/cm² = 1000kg/m³
$\gamma $ = 1 N/m, θ = 60o
maka: \begin{align*} h &= \frac{2 \gamma \cos \theta}{\rho .g.R}\\ h &= \frac{2 (1)\cos 60}{10^3\times 10 \times 10^{-3}}\\h &= \frac{1}{10} = 0,1 m = 10 cm\end{align*}
Soal 04. Jari-jari pembuluh Xilem pada tanaman adalah 1,0 x 10-5m. Jika tegangan permukaan air 72,8 x 10-3 N/m, sudut kontak 0o dan g = 10 m.s-2 maka tinggi kenaikan air pada pembuluh akibat adanya kapilaritas adalah…
A. 1,456 x 103 m
B. 1,456 x 102 m
C. 1,456 x 10-1 m
D. 1,456 x 10-2 m
E. 1,456 x 10-3 m
Penyelesaian Fisika:
dari soal:
r = 1,0 x 10-5 m, $\gamma $ = 72,8 x 10-3 N/m
$\rho $ = 1000 kg.m-3 , $\theta $= 0o
maka:\begin{align*} h &= \frac{2 \gamma \cos \theta}{\rho .g.R}\\ h &= \frac{2 (72,8 \times 10^{-3})\cos 0}{10^3\times 10 \times 10^{-5}}\\h &= 1,456 \times 10^{-3} m\\h &=1,456mm\end{align*}Soal 05. Air meresap dalam sebuah pipa kapiler yang mempunyai jari-jari 0.1 mm. Jika sudut kontaknya nol dan konstanta tegangan permukaan 0.073 N/m. Tentukan ketinggian air dalam pipa tersebut!
Penyelesaian Fisika:
Ketinggian permukaan air dalam pipa kapiler;
\begin{align*}h&= \frac{2 \gamma \cos \theta}{\rho.g.r}\\& = \frac{2 (0.073) \cos 0^o}{10^3.10.10^{-4}}\\&=0,15m=15cm\end{align*}
Ketinggian permukaan air dalam pipa kapiler;
\begin{align*}h&= \frac{2 \gamma \cos \theta}{\rho.g.r}\\& = \frac{2 (0.073) \cos 0^o}{10^3.10.10^{-4}}\\&=0,15m=15cm\end{align*}
Soal 06. Sebuah pipa kapiler berdiameter 0.8 mm dicelupkan ke dalam methanol, ternyata methanol naik setinggi 15 mm. Jika sudut kontak methanol dengan dinding $\small 60^o$, tentukanlah tegangan permukaan untuk methanol ($\small \rho =800kg.m^{-3}$)!
Penyelesaian Fisika:
\begin{align*}\gamma &= \frac{\rho.g.rh}{ 2 \cos \theta}\\& = \frac{(800)10.(4.10^{-4})(15.10^{-3})}{ 2 \cos 60^o}\\&=0,048\textrm{ N/m}\end{align*}
