Soal Dan Pembahasan Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan zat cair yakni suatu kecenderungan permukaan zat cair untuk meregang sehingga mirip ditutupi oleh suatu lapisan elastis.

Related topics :

Tekanan Hidrostatis
Hukum Archimedes
Hukum Pascal
Gejala Kapilaritas 
Pembahasan Fluida Statis.

Permukaan zat cair berperilaku sebagai selaput yang tegang lantaran adanya gaya tarik menarikdanunik antar molekul air (kohesi). Gaya molekul dalam selaput tersebut cenderung memperkecil luas permukaannya sehingga tetesan air selalu berbentuk ibarat bola.

Adanya tegangan permukaan menjadikan beberapa benda sanggup mengambang di atas air. Serangga tertentu sanggup berjalan di atas permukaan air juga disebabkan oleh adanya tegangan permukaan yang menahan mereka.

Tegangan permukaan sanggup didefenisikan sebagai gaya pada permukaan zat cair tiap satuan panjang. Secara matematis, besar tegangan permukaan untuk benda yang mempunyai satu permukaan sanggup ditulis dalam persamaan diberikut :

γ =	F
	L

melaluiataubersamaini :
γ = tegangan permukaan (N/m)
F = gaya permukaan (N)
L = panjang permukaan benda (m)

Gambar 1. Lapisan Sabun Pada Kawat U

Jika sebuah kawat dibengkokkan membentuk abjad U, dan sebuah kawat kecil yang panjangnya L dipasangkan pada kawat tersebut mirip pada gambar di atas, maka saat kawat ini dicelupkan ke dalam air sabun dan kemudian diangkat secara vertikal, akan terbentuk suatu lapisan sabun. Karena lapisan sabun ini mempunyai dua permukaan (L = 2l), maka tegangan yang dialami oleh kawat yakni :

γ =	F
	2l

melaluiataubersamaini :
γ = tegangan permukaan (N/m)
F = gaya permukaan (N)
l = panjang kawat (m)


misal Soal :

1. Pada kejadian tegangan permukaan diketahui gaya tegang 4 N. Jika panjang permukaannya 20 cm, maka tentukanlah besar tegangan permukaannya.
   
   Pembahasan :
   Dik : F = 4 N, L = 20 cm = 0,2 m.
   

   γ =	F
   	L

   γ =	4
   	0,2

     γ = 20 N/m.
   
   
   
2. Sebatang kawat dibengkokkan membentuk abjad U dan kawat kecil bermassa 0,2 gram dipasang dalam kawat tersebut mirip gambar 1 di atas. Kawat dicelupkan ke dalam lapisan sabun sehingga terbentang suatu lapisan sabun. Akibat tegangan permukaan lapisan sabun, kawat mengalami gaya tarik ke atas. Agar tetap setimbang, maka pada kawat kecil tersebut digantung beban bermassa 0,1 gram. Jika panjang kawat kecil yakni 10 cm, maka tentukanlah besar tegangan permukaan lapisan sabun tersebut.
   
   Pembahasan :
   ⇒ Wk = 0,2 x 10^-3 (10) = 2 x 10^-3 N
   ⇒ Wb = 0,1 x 10^-3 (10) = 1 x 10^-3 N
   ⇒ l = 10 cm = 10^-1 m.
   
   Karena Setimbang, maka besar gaya permukaan harus sama dengan berat kawat dan berat beban.
   ∑ F = 0
   F − Wk − Wb = 0
   F = Wk + Wb
   
   melaluiataubersamaini begitu, maka tegangan permukaannya yakni :
   

   γ =	F
   	2l

   γ =	Wk + Wb
   	2l

   γ =	2 x 10-3 + 10-3
   	2 x 10-1

   γ =	3 x 10-3
   	2 x 10-1

     γ = 1,5 x 10^-2 N/m.
   
   
   
   
3. Suatu tabung berdiameter 0,4 cm jikalau dimasukkan ke dalam air secara vertikal sudut kontaknya 60^o. Jika kenaikan air pada tabung yakni 2,5 cm, maka tentukanlah tegangan permukaan air.
   
   Pembahasan :
   Soal ini dihubungkan dengan kapilaritas. Berdasarkan rumus kapilaritas :
   

   h =	2 γ cos θ
   	ρ g r

   2,5 x 10-2 =	2 γ cos 60o
   	(103) (10) (2 x 10-3)

   2,5 x 10-2 =	2 γ (½)
   	20

     γ = 50 x 10^-2 N/m
     γ = 0,5 N/m.