BAB I

BAB IPENDAHULUAN

Banyak sekali fenomena alam yang membuat kita bertanya-tanya mengapa hal itu bisa terjadi? Salah satunya adalah pada saat kita bermain gelembung sabun. Mengapa gelembung sabun itu bisa berbentuk bulat dan bagus. Kemudian embun pagi yang berupa tetes-tetes air berbentuk membulat atau jika kita perhatikan air yang muncul ketika kita membuka kran dengan pelan-pelan maka air tersebut berbentuk bulat. Mengapa bisa seperti itu?

Jika kita meletakkan sebuah silet dengan hati-hati di atas permukaan air, maka silet tersebut akan mengapung diatas air. Padahal silet terbuat dari logam yang jelas-jelas mempunyai kerapatan yang lebih besar dari air. Seharusnya dengan massa jenis silet yang lebih besar dari pada air, maka silet akan tenggelam. Tapi kenyataannya adalah silet terapung di atas air. Bagaimana fenomena alam itu bisa terjadi?Dari beberapa fenomena alam di atas dapat dijelaskan dengan ilmu fisika. Beberapa contoh di atas merupakan contoh dari peristiwa yang disebabkan oleh tegangan permukaan zat cair. Dalam keadaan itu permukaan air tampak seakan-akan merentang (tegang). Untuk menjelaskan bagaimana peristiwa itu bisa terjadi, dalam paper ini akan dibahas tentang peristiwa tegangan permukaan zat cair.

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Tegangan Permukaan Zat CairTegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukan zat cair untuk menegang sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis. Pada peristiwa tegangan permukaan permukaan air seakan-akan ditahan oleh suatu selaput yang tidak tampak, yang menyebabkan bentuknya melengkung dan dapat menahan sebatang jarum di atasnya. Padahal kita tahu dalam keadaan biasa, jarum akan tenggelam di dalam air. Disamping itu juga dapat disimpulkan bahwa permukaan zat cair itu tampak seakan-akan merentang (tegang). Ini disimpulkan dari bulatnya tetes air pada daun keladi, pada tetes air kran, atau pada tetes embun di pagi hari.

Gambar. 2.1 peristiwa tengangan permukaan zat cair

2.2 Peristiwa Tegangan PermukaanUntuk dapat menjelaskan berbagai gejala yang tampak dipermukaan zat cair pada umunya, air pada khususnya, perlu kita ketahui gaya-gaya antara partikel atau anatara molekul suatau zat. Gaya tarik-menarik antara partikel atau molekul sejenisnya dsebut gaya kohesi. Misalnya gaya tarik-menarik antara sesama molekul air disebut kohesi air. Sedangkan gaya tarik menarik anatara partikel tidak sejenis disebut gaya edhesi. Misalnya, molekul air tarik-menarik dengan partikel kaca.

Besarnya kohesi pada setiap zat berbeda-beda. Demikian juga besarnya gaya adhesi antara berbagi zat. Besarnya gaya kohesi dan adhesi bergantung pada jarak entar molekul yang bersangkutan. Makin besar jaraknya, makin kecil gaya itu. Misalnya, pada wujud gas gaya-gaya antar partikel gas dapat diabaikan. Gaya kohesi atau gaya adhesi pada partikel-partikel gas dapat dikatakan nol.Kemampuan zat cair menahan benda-benda kecil dipermukaannya, dapat dijelaskan dengan menggunakan kohesi antar molekul zait cair itu.

Gambar 2.2 gaya tarik antar molekul

Molekul cairan biasanya saling tarik menarik. Di bagian dalam cairan, setiap molekul cairan dikelilingi oleh molekul-molekul lain di setiap sisinya, tetapi di permukaan cairan, hanya ada molekul-molekul cairan di samping dan di bawah. Di bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya. Karena molekul cairan saling tarik menarik satu dengan lainnya, gaya kohesi dari segala arah sama besar, sehingga gaya-gaya ini saling meniadakan pada molekul yang berada di bagian dalam cairan. Sebaliknya, molekul cairan yang terletak dipermukaan mendapat gaya kohesi dari moleku-molekul cairan yang berada disamping dan dibawahnya. Akibatnya, pada permukaan cairan terdapat gaya total yang berarah ke bawah. Karena adanya gaya total yang arahnya ke bawah, maka cairan yang terletak di permukaan cenderung memperkecil luas permukaannya, dengan menyusut sekuat mungkin. Hal ini yang menyebabkan lapisan cairan pada permukaan seolah-olah tertutup oleh selaput elastis yang tipis. Fenomena ini kita kenal dengan istilah tegangan permukaan.

Adanya tengangan permukaan ini menyebabkan permukaan zat cair selalu menuju ke kedaan yang luas permukaannya terkecil. Dalam hal permukaan zat cair itu luas, permukaan terkecil adalah permukaan datar. Jadi, dapatlah dikatakan bahwa permukaan zat cair pada umumnya datar karena adanya tegangan permukaan. Perkecualiannya adalah permukaan yang bersentuhan dengan bejana tempat zat cair itu berada. Jarum atau silet yang mengapung di atas permukaan air disebabkan oleh tegangan permukaan zat cair. Berat jarum menyababkan permukaan zat cair melengkung sedikit ke bawah pada tempat jarum itu diletakkan. Lengkungan itu memperluas permukaan zat cair. Akan tetapi tegangan permukaan zat cair berusaha mempertahankan luas permukaan zat cair sekecil-kecilnya yaitu berbentuk datar. Selama berat benda masih mampu ditahannya, benda tersebut dapat terapung.Akibat tegangan permukaan ini pula setets cairan cenderung berbentuk bola., karena dalam bentuk bola itu cairan mendapatkan daerah permukaan yang tersempit. Inilah yang menyebabkan tetes air yang jatuh dari kran dan tetes-tetes embun yang menempel pada daun berbentuk bola.2.3 Gaya Tegangan PermukaanUntuk membantu menurunkan persamaan tegangan permukaan, maka akan digunakan konsep kawat yang dibengkokkan hingga berbentuk U dan seutas kawat lurus dapat meluncur pada kaki-kaki kawat U. ketika alat ini dicelupkan dalam laruatan sabun dan dikeluarkan, kawat lurus (jika beratnya tidak begitu besar) akan tertarik ke atas. Untuk menahan kawat ini agar tidak meluncur ke atas, kita perlu menggunakan gaya total (T) yang arahnya ke bawah. Total gaya ke bawah yang menahan kawat lurus adalah F = T + w. Dalam kesetimbangan, F = gaya tegangan permukaan yang dikerjakan oleh lapisan air sabun pada kawat lurus.

Gambar 2.3 percobaan ideal untuk menentukan tegangan permukaan

Misalkan panjang kawat lurus adalah l. Karena lapisan air sabun yang menyentuh kawat lurus memiliki dua permukaan, maka gaya tegangan permukaan yang ditimbulkan oleh lapisan air sabun bekerja sepanjang 2l. Tegangan permukaan pada lapisan sabun merupakan perbandingan antara Gaya Tegangan Permukaan (F) dengan panjang permukaan di mana gaya bekerja (d). Untuk kasus ini, panjang permukaan adalah 2l. Secara matematis, ditulis :

Keterangan:

= Tegangan permukaan

F = Gaya tegangan permukaanKarena tegangan permukaan merupakan perbandingan antara Gaya tegangan permukaan dengan Satuan panjang, maka satuan tegangan permukaan adalah Newton per meter (N/m) atau dyne per centimeter (dyn/cm).

1 dyn/cm = 10-3 N/m = 1 mN/m

Berikut ini beberapa nilai Tegangan Permukaan yang diperoleh berdasarkan percobaan.

Zat cair yangbersentuhan dengan udaraSuhu (oC)Tegangan Permukaan(mN/m = dyn/cm)

Air075,60

Air2072,80

Air2572,20

Air6066,20

Air8062,60

Air10058,90

Air sabun2025,00

Minyak Zaitun2032,00

Air Raksa20465,00

Oksigen-19315,70

Neon-2475,15

Helium-2690,12

Aseton2023,70

Etanol2022,30

Gliserin2063,10

Benzena2028,90

Tabel 2.1. Tegangan permukaan zat cair pada beberapa temperatur.

2.4 Miniskus Dan Sudut KontakPada umumnya zat cair memiliki permukaan mendatar, tetapi apabila zat cair bersentuhan dengan zat padat atau dinding bejana, maka permukaan pada bagian tepi yang bersentuhan dengan dinding akan melengkung. Gejala melengkungnya permukaan zat cair disebut dengan miniskus.

Ada dua jenis miniskus, yaitu miniskus cekung dan miniskus cembung. Miniskus cekung terjadi ketika gaya adhesi lebih besar dari pada gaya kohesi antara partikel-partikel zat cair. Akibatnya permukaan cairan bagian tepi yang menempel pada dinding cenderung naik, sehingga permukaan menjadi cekung. Sebaliknya miniskus cembung terjadi ketika gaya adhesi lenih kecil dari pada gaya kohesi antara partikel-partikel zat cair. Akibatnya permukaan cairan bagian tepi yang menempel pada dinding melengkung ke bawah, sehingga permukaannya menjadi cembung.

(

(

abGambar 2.4 Sudut kontak zat cair pada pipa kapiler, a. miniskus cekung, b. miniskus cembung

Apabila sebuah antarmuka zat cair-gas bersinggungan dengan sebuah pemukaan zat padat, berarti terdapat tiga buah gaya antarmuka: antara gas dan zat cair, antara gas dan zat padat, antara zat cair dan zat padat. Jadi, seperti tampak pada gambar 2.4, kesetimbangan yang terjadi menghasilkan hubungan scalar sebagai berikut:

Keterangan :

(gs : tegangan permukaan gas

(sl : tegangan permukaan zat padat

(gl : tegangan permukaan zat cairDari sini sudut kontak ( dapat dihitung. Sebuah zat cair di udara disebut membasahi sebuah permukaan bila (