Tabel 1.1Tegangan Permukaan Dari Fluida Bersih Terbuka Dengan Udara Pada 68oF = 20oCFluidaTegangan PermukaanDyne/cm = 0,001 N/mTegangan PermukaanLbf / in

Asam asetat27,80,000159

Aseton23,70,000135

Benzena28,250,000161

Karbon Tetraklorida26,950,000154

Etanol22,750,000130

n-Oktana21,80,000124

Toluena28,50,000163

Air72,740,000415

Merkuri4840,002763

Tabel lanjutan terdapat di Handbook of Chemistry and Physics, edisi tahunan, dipublikasikan oleh CRC Press, Boca Raton, Florida, dan buku-buku lainnya

Dua efek penting yang diakibatkan oleh tegangan permukaan adalah kenaikan kapilaritas cairan di tabung kecil dan sumbu berpori (dimana tanpa lilin, lampion minyak tanah atau fitting solder tembaga yang basah tidak akan bisa bekerja) dan kecenderungan dari pancaran cairan untuk berubah menjadi tetesan (seperti selang taman atau bensin atau injeksi bahan bakar diesel atau didalam printer ink-jet). Efek tegangan permukaan sangat penting di sistem yang melibatkan area permukaan yang luas, seperti emulsi (mayonais, krim dingin, cat berbahan dasar air) dan aliran multifase dari media berpori (ladang minyak). Kita akan membahas tentang efek-efek ini di chapter 14; lihat juga referensi [5, 6].

1.6 TEKANANTekanan didefinisikan sebagai tegangan yang dimampatkan, atau gaya tekan per unit area. Dalam fluida stasioner (cairan atau gas) gaya tekan per unit area sama pada setiap arah. Pada zat padat tau fluida bergerak, gaya tekan per unit area pada suatu titik tidak harus sama pada semua arah. Kita bisa melihat mengapa dengan meremas pengahapus karet diantara jari kita. Lihat Fig. 1.12. Saat kita meremas karet penghapus, karet penghapus itu menjadi lebih tipis dan panjang, seperti yang ditunjukkan. Jika kita menganalisa tekanan di penghapus karet, kita mengetahui arah y pada karet adalah kompresi/mampatan, sedangkan arah x adalah tegangan. (Hal ini terlihat aneh, tapi karet penghapus itu telah merentang ke arah x, dan gaya elastisitas akan menariknya kembali saat kita melepasnya, oleh sebab itu disebut tegangan). Kontraksi di satu arah dan ekspansi di arah yang lain dari padatan elastis telah dijelaskan dalam perbandingan Poisson, yang membahas tentang kekuatan dari bahan-bahan. Karena gaya renggangan dan gaya mampatan/kompresi berada pada sudut yang benar satu sama lain, terdapat juga pemotongan tegangan sebesar 45oC pada sumbu x.

PenghapusPenghapus saat dimampatkan

Figure 1.12 Respons dari benda padat elastis saat ditekan di satu arah

Apa yang akan terjadi saat kita meletakkan jari kita didalam secangkir air dan mencoba meremas air diantara kedua jari kita? Tentu saja, air itu akan keluar melewati jari kita dan jari kita akan bertemu. Kenapa? Saat kita menekan air, air tersebut berlaku seperti karet penghapus, menyebabkan potongan dalam dan gaya renggangan berada pada arah yang sama dengan karet penghapus. Bagaimanapun, fluida biasa tidak bisa menahan potongan secara permanen sampai fluida tersebut mendapatkan bentuk yang baru, seperti misalnya bila renggangan dalam dan daya tahan potongan itu cukup kuat untuk menahan jari kita. Air tidak memiliki ketahanan seperti itu dan akan mengalir begitu saja.Jika kita benar-benar ingin meremas air, kita bisa meletakkannya didalam wadah yang mampu menahan air tersebut untuk mengalir keluar. Jika kita melakukan ini seperti halnya pada pada karet penghapus, maka seiring kita memampatkannya dari atas, karet penghapus itu akan menekan sisi samping wadah. Begitu juga dengan air.Sebelumnya adalah deskripsi mengapa tekana pada sebuah titik pada sebuah fluida terletak di arah yang sama. Hal ini tidak menjelaskan bukti dari fakta tersebut; untuk buktinya lihat App. B.1.Yang kita maksud dengan tekanan tidak selalu merujuk kepada zat padat ataupun zat cair ataupun gas. Tekanan kompresi yang diberikan kepada zat padat tidak sama ke semua arah. Ketentuan umum dari tekanan pada zat padat adalah sebagai berikut: Tekanan pada titik tertentu adalah tegangan rata-rata yang diukur pada tiga arah tegak lurus. Karena, seperti yang kita ketahui, ketiga regangan tersebut sama pada fluida diam, kedua definisi ini adalah sama. Pada fluida bergerak, ketiga regangan kompresif ini mungkin tidak akan sama. Tetapi, untuk menunjukkan perbedaan yang signifikan, regangan potongnya harus sangat besar, diluar dari jarak normal masalah diluar mekanika fluida. Jadi, kita bisa menduga kalau regangan pada fluida diam pada semua arah sama dengan regangan pada fluida bergerak, kecuali apabila regangan potongannya sangat tinggi (seperti aliran logam atau lelehan polimer) tidak selamanya benar. Untuk larutan polimer dan lelehan polimer perbedaan antara regangan kompresif di arah-arah dengan sudut yang benar satu sama lain dapat menjadi sangat signifikan dan dapat menunjukkan sifat yang berbeda dari sifat fluida biasa; lihat [7].Pada banyak permasalahan, terutama yang menyangkut dengan gas, akan lebih tepat untuk menguraikan tentang tekanan yang absolut; seperti, tekanan relatif antara tegangan kompresil nol; yang disebut dengan absolute pressure/ tekanan absolut. Pada banyak permasalahan lain, terutama yang menyangkut dengan cairan dengan permukaan bebas, seperti pada sungai, danau, dan tangki terbuka atau tertutup, akan lebih tepat untuk menguraikan tentang tekanan dengan data yang berubah-ubah, atau tekanan atmosfir lokal. Tekanan yang berhubungan dengan tekanan atmosfir lokal disebut gauge pressure/tekanan gaugeKarena kedua pengukuran tersebut digunakan secara umum, akan sangat penting untuk mejelaskan tekanan macam apa yang dimaksud saat kita menulis dengan tekanan 15 lb/in2 [satuan ini juga disebut psi (pounds per square inch)]. Biasa juga disebutkan 15 psi absolut atau 15 psia untuk tekanan absolut dan 15 psi gauge atau 15 psig untuk tekanan gauge. Satuan SI daru tekanan adalah pascal, Pa = N/m2. Tidak biasanya ada penulisan seperti Pascal absolut atau Pascal gauge, jadi hal ini harus diperhatikan.Dua data lain yang mirip dengan data diatas dapat dilihat pada pengukuran ketinggian. Puncak gunung, rute jalan, dan sungai biasanya diteliti relatif dengan level permukaan laut, yang berfungsi sebagai data absolut, tapi kebanyakan bangunan dirancang dan dibangun mengikuti ketinggian lokal (biasanya ditunjukkan oleh penanda di jalan); lihat Fig. 1.13,. Pada kedua kasus tersebut, metode pengukurang yang paling sederhana memberikan jawaban untuk data lokal. Kebanyakan pengukur tekanan mengetahui perbedaan antara tekanan yang sudah diukur dan level tekanan atmosfir. Contohnya, pada tekanan gauge pada sistem udara terkompres akan terbaca 20 psig = 137,9 kPa gauge; tinggi bangunan (dengan pengukuran pita atau transit) mungkin akan menunjukkan ketinggian 100 ft = 30,5 m. Kedua pengukuran tersebut biasanya memberikan nilai negarif, berdasarkan data lokal; basement memberikan ketinggian yang relatif negatif kepada jalanan, -30 ft = -9.15 m, dan sistem vakuum memiliki tekanan negatif relatif terhadap atmosfit, -5 psig = -34,5 kPa gauge.

Tekanan(b)Ketinggian(a)Tekanan nolSistem vakumAtmosfir Sistem udara tertekanPermukaan lautBasement gedungAtap daribangunanPermukaan jalanFigure 1.13Hubungan antara tekanan gauge dengan tekanan absolut, dan perbandingan dengan pengukuran ketinggian

Ada juga ketinggian negatif relatif terhadap permukaan laut; Laut Mati, misalnya, berada di sekitar 1200 feet (366 m) dibawal permukaan laut. Apakah tekanan negatif juga ada? Sudah jelas, tekanan absolut negatif adalah tegangan kompresif negatif, regangan misalnya. Hal ini sering terjadi pada zat padat, sangat jarang terjadi pada cairan, dan tidak pernah terjadi pada gas. Hal ini jarang terjadi pada cairan karena semua cairan memiliki tekanan uap yang terbatas. Apabila tekanan sebuah cairan dikurangi sampai dibawah tekanan uapnya, cairan tersebut akan mendidih dan menggantikan tekanan rendah itu dengan kesetimbangan tekanan uap cairan. Tetapi, pendidihan ini tidak pernah terjadi secara spontan pada cairan murni [8], tetapi umumnya terjadi di sekitar partikel kecil dari zat tidak murni atau pada dinding dari container. (Kebanyakan orang telah melihat fenomena ini saat merekan menuangkan minuman dingin bersoda kedalam gelas, gelembung-gelembung soda tersebut kebanyakan terbentuk di ujung gelas, tidak menumpuk di tengan cairan itu. Hal ini bisa dengan mudah diamati dengan menaburkan sejumlah gula kedalam minuman bersoda dingin; lakukan hal ini di bak cuci!). jadi, jika cairan ini sangat murni dan permukaan dari container nya sangat halus, cairan itu bisa berada di tekanan absolut negatif. Situasi ini tidak stabil, dan sedikit gangguan saja bisa menyebabkan cairan tersebut mendidih [9].