Tegangan
permukaan (γ) dalam larutan sabun didefinisikan sebagai perbandingan antara
gaya tegangan permukaan (F) dan panjang permukaan (d) dimana gaya itu bekerja.
Secara matematis dapat ditulis γ = F/d.
Tegangan
permukaan suatu cairan berhubungan dengan garis gaya tegang yang dimiliki
permukaan cairan tersebut. Pada gambar di atas terlihat molekul A (di dalam
cairan) mengalami gaya kohesi dengan molekul-molekul di sekitarnya dari segala
arah, sehingga molekul ini berada pada keseimbangan (resultan gaya nol). Namun,
molekul B (di permukaan) tidak demikian. Molekul ini hanya mengalami kohesi
dari partikel di bawah dan di sampingnya saja. Resultan gaya ke bawah akan
membuat permukaan cairan sekecil-kecilnya. Akibatnya, permukaan cairan menegang
seperti selaput yang tipis.
Gejala
Meniskus dan Kapilaritas
Raksa dituangkan ke dalam suatu tabung kaca dan
air pada tabung kaca lainnya, kemudian akan didapatkan bentuk kedua permukaan seperti yang digambarkan
di bawah ini.
Gambar sebelah kiri adalah air yang membasahi dinding kaca, sedangkan gambar sebelah kanan adalah air raksa yang tidak membasahi dinding kaca.
Jika pada lengkungan
air dan raksa ditarik garis lurus, maka
garis itu akan membentuk sudut Ө terhadap dinding
vertikal tabung kaca. Sudut Ө tersebut dinamakan sudut kontak. Sudut kontak adalah sudut
yang dibentuk antara permukaan zat cair dengan permukaan dinding pada titik
persentuhan zat cair dengan dinding.
Peristiwa tersebut
terjadi akibat adanya gaya kohesi lebih besar daripada
gaya adhesi antara partikel air dengan partikel kaca FK. Sehingga resultan kedua gaya tersebut arahnya
keluar. Agar tercapai keadaan yang seimbang, permukaan air yang menempel pada
dinding kaca harus melengkung ke atas.
Kelengkungan permukaan
suatu zat cair di dalam tabung disebut meniskus.
Karena bentuknya cekung maka meniskus air dalam bejana kaca dinamakan meniskus
cekung. Besar sudut kontak untuk meniskus cekung lebih kecil dari 90o Sedangkan, kelengkungan permukaan raksa dalam
tabung merupakan gaya kohesi antara partikel-partikel raksa. Gaya kohesi FA lebih kecil daripada gaya
adhesi antara partikel raksa dengan partikel kaca Fk, sehingga resultan kedua gaya mengarah ke dalam. Agar
tercapai keseimbangan, maka permukaan raksa yang menempel pada dinding kaca
harus tegak lurus terhadap gaya resultan FR.
Akibatnya, permukaan kaca melengkung kebawah dan disebut sebagai meniskus
cembung yang sudutnya lebih besar dari 90o.
Apabila
jari-jari tabung (r),
massa jenis zat cair (𝜌),
besarnya sudut kontak (Ө), tegangan
permukaan (γ) , kenaikan zat cair
setinggi (y), dan permukaan zat cair
bersentuhan dengan tabung sepanjang keliling lingkaran, maka besarnya gaya ke
atas adalah hasil kali komponen-komponen tegangan permukaan yang vertikal
dengan keliling dalam tabung. Secara matematis dituliskan (Haryadi, 2006: 156):
Karena
Dengan menyamakan gaya ke atas dan ke bawah maka
diperoleh:
y = naik/turunnya zat
cair dalam kapiler (m)
γ = tegangan permukaan
(N/m)
Ө
= sudut kontak (derajat )
ρ =
massa jenis zat cair ( kg/m3)
r= jari-jari pipa (m)
Baca juga Viskositas Hukum Archimedes dan Hukum Pascal dan Mekanika Fluida
0 komentar:
Post a Comment