1. Te Tega gang ngan an Perm Permuk ukaa aan n
A. Analisis Analisis Tegangan Tegangan Permukaa Permukaan n
Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk untuk menega menegang ng sehing sehingga ga permuk permukaan aanny nyaa seperti seperti ditutu ditutupi pi oleh oleh suatu suatu lapisa lapisan n elastis. Tegangan permukaan zat cair dapat dijelaskan dengan meninjau gaya yang di alami alami oleh oleh partik partikel el zat cair cair berdek berdekatan atan maka gaya gaya tarik-m tarik-mena enarik rikny nyaa besar. besar. Sebaliknya apabila dua pertikel itu berjauhan maka gaya tarik-menariknya kecil dengan dengan demikian demikian dapat dikatakan dikatakan bahwa tiap-tiap tiap-tiap partikel partikel
hanya hanya ditarik oleh
partikel-partikeldi sekelilingnya. Pada dasarnya, tegangan permukaan zat cair didefinisik didefinisikan an sebagai besarnya besarnya gaya yang di alami oleh tiap satuan panjang panjang pada permukaan zat cair. Tegangan permukaan zat cair terjadi karena adanya kohesi, yaitu gaya tari tarik k menar menarik ik anta antarp rpar artik tikel el sejen sejenis. is. Cont Contoh oh yang yang meng mengga gamb mbar arka kan n adan adanya ya tega tegang ngan an perm permuk ukaa aan n adal adalah ah balo balon n yang ang terb terbua uatt dari dari sabu sabun. n. nda nda bisa bisa membuk membuktik tikann annya ya dengan dengan cara cara mencelu mencelupka pkan n tangan tangan nda nda ke dalam dalam air sabun sabun tersebut, lalu buatlah lingkaran dengan jari jempol dan telunjuk nda, maka akan terlihat air sabun yang membentuk bidang datar.
!ambar ". #ua molekul zat cair yang berbeda posisi memiliki gaya kohesi yang berbeda.
1
Perhatikan Perhatikan !ambar ". !ambar tersebut tersebut menunjukk menunjukkan an gaya gaya kohesi kohesi yang bekerja pada molekul dan molekul $. %olekul mengalami gaya kohesi dari segala arah yang sama besar sehingga dapat dinyatakan bahwa molekul tersebut berada dalam keseimbangan. $erbeda dengan molekul $ yang terletak pada permukaan zat cair. %olekul ini hanya mengalami gaya kohesi oleh partikel partikel yang berada di bawah dan di sampingnya saja. kibatnya, pada permukaan air terjadi tarikan ke bawah sehingga permukaan zat cair seperti selap selaput ut tipi tipis. s. mat matila ilah h jika jika pisa pisau u silet silet ditem ditempa patk tkan an seca secara ra meli melint ntan ang g pada pada permukaan air. &alaupun massa jenisnya lebih besar dibandingkan massa jenis air, silet tersebut dapat terapung karena adanya tegangan pada permukaan air. %olekul yang berada di dalam cairan dikelilingi oleh molekul-molekul yang lain, di atasnya, di bawahnya, dan di sampingnya. Sedangkan molekul yang di permuk permukaan aan hanya hanya dikeli dikelilin lingi gi partik partikel el yang yang di sampin samping g dan di bawahn bawahnya ya.. %olekul %olekul dalam cairan akan mendapat tarikan dari molekul molekul disekelilingny disekelilingnyaa ke segala arah sehingga resultan gayanya adalah nol. %olekul $ yang di permukaan mendapat tarikan dari molekul di sampingnya dan di bawahnya, sehingga resultan gayanya tidak nol. 'ika molekul dinaikkan sedikit maka molekul akan mendapatkan tarikan ke bawah. Pada Pada molekul molekul $, hanya bekerja gaya gaya yang yang arahnya ke bawah dan ke sampin samping, g, sehing sehingga ga resultan resultan gaya-ga gaya-gaya ya yang bekerja bekerja berarah berarah ke bawah. bawah.
'ika 'ika
molekul molekul ditekan ditekan sedikit molekul molekul di sekelilingn sekelilingnya ya akan menariknya menariknya ke atas. !aya tarik antar- molekul tadi membuat permukaan cairan seperti selaput yang elastis ()esultan gaya ini yang mengakibatkan lapisan atas zat cair seakan-akan tertutup oleh selaput yang elastis*.
2
!ambar +. %enunjukkan resultan gaya yang bekerja pada sebuah molekul di permukaan. %olekul air yang ada di permukaan tidak mempunyai gaya tarik-menarik dengan dengan molekul molekul yang ada di atasnya. Pengaruh gaya tarik dengan dengan molekul molekul udara yang yang ada di atas permu permukaa kaan n zat cair cair diangg dianggap ap kecil kecil sehingg sehinggaa bisa bisa diabai diabaikan kan.. kibatny kibatnya, a, molekul molekul yang berada pada lapisan lapisan atas (permukaan* (permukaan* mengalami mengalami gaya tarik-m tarik-mena enarik rik hanya hanya dengan dengan molek molekul ul tetangg tetanggany anyaa sepert sepertii yang yang ada di bagian bagian bawah, maka timbul gaya untuk melawan gaya tarik ke bawah tersebut sehingga meng mengha hasi silk lkan an
resu result ltan an
gay gaya
yang ang
tere terent ntan ang g
sepa sepanj njan ang g
perm permuk ukaa aan n
dan dan
menyebabkan tibulnya tegangan permukaan. Pada gambar + ditunjukkan diagram benda bebas gaya-gaya yang bekerja pada sebuah benda yang terapung di permukaan air akibat tegangan permukaan. #alam diagram benda bebas nampak bahwa adanya sedikit penurunan permukaan air akibat tekanan gaya berat molekul (mg* pada permukaan air, sehingga gaya molekul , membentuk sudut tertentu terhadap permukaan. omponen gaya arah ertical, y sama besar dengan gaya berat dari silet sehingga tetap terapung di permukaan. )esultan gaya dari tegangan permukaaan memberikan kemungkinan terb terben entu tukn kny ya luas luas perm permuk ukaan aan zat cair cair yang yang cende cenderu rung ng seke sekeci cill mung mungki kin. n. onsekuensi dari adanya tegangan permukaan menyebabkan kecenderungan tetes zatcair zatcair berben berbentuk tuk bola. bola. Contoh Contoh,, jika jika kita kita menetes meneteskan kan air atau gelemb gelembung ung air sabun, maka tetesan air cenderung berbentuk bola. $entuk bola memberikan luas permukaan terkecil dengan olume tertentu. Perh Perhati atika kan n sejum sejumla lah h tetes tetesan an embu embun n pagi pagi yang yang jatuh jatuh di atas atas rump rumput ut.. Tetesan tersebut akan berbentuk seperti bola-bola kecil. !aya kohesi molekulmolek molekul ul yang yang terle terleta tak k pada pada perm permuk ukaan aan air air ke arah arah dalam dalam akan akan sama sama besar besar sehin sehingg ggaa tetes tetesan an air terse tersebu butt berb berben entu tuk k bola bola.. Telah Telah di keta ketahu huii bahw bahwaa bola bola merupakan bangun ruang yang memiliki luas permukaan terkecil. Permukan air ini menyerupai selaput tegang yang elastis. /ntuk /ntuk mengeta mengetahui hui besar besar tegang tegangan an permu permukaa kaan n terseb tersebut, ut, perhat perhatika ikanla nlah h contoh berikut.
3
!ambar 0. Tegangan permukaan air sabun paa kawat. $esar $esarny nyaa tegang tegangan an perm permuk ukaa aan n zat cair cair
dapa dapatt diten ditentu tuka kan n
deng dengan an
meng menggu guna naka kan n sebua sebuah h kawa kawatt yang ang dibe dibeng ngko kokk kkan an sehin sehingg ggaa berb berben entu tuk k /. Selanjutnya, seutas kawat lurus dipasang sehingga dapat bergerak pada kaki-kaki kawat kawat / (!amba (!ambarr 0*. 0*. 'ika 'ika kawat kawat
dicelu dicelupka pkan n ke ke
dalam dalam laru larutan tan sabun sabun
dan
diangkat keluar, maka kawat lurus akan tertarik ke atas. mbil mbilah ah sepoto sepotong ng kawat, kawat, kemudi kemudian an bentuk bentuklah lah menyer menyerupa upaii bentuk bentuk / seperti pada Gambar 3 kedua kaki kawat u dicelupkan dengan kawat $ dengan panjang
dan berat
".
. pabi pabila la berat berat w" tida tidak k terlal terlalu u besar, besar, maka maka
dapat dapat
diseimbangkan dengan menambah menambah beban w+. 'ika kawat / dicelupkan ke dalam bejana yang berisi air sabun, kemudian pada batang $ diberi sebuah beban seberat
+,
dalam keadaan setimbang kawat lurus dapat digeser tanpa mengubah
keseimbang keseimbanganny annyaa selama suhunya suhunya tetap. Pada keadaan keadaan setimbang, setimbang, maka gaya gaya permukaan air sabun sama dengan gaya berat kawat lurus dijumlahkan dengan berat beban, akan diperoleh gaya tegangan permukaan permukaan F , yaitu 1 2
333333333333.3( " *
4leh karena sisi kawat yang kontak dengan permukaan air ada dua sisi, sisi luar
, dan sisi dalam
dengan panjang di anggap sama. 'adi, panjang sisi
4
kawat total total yang kontak kontak dengan dengan air sepanjang sepanjang + sehingga sehingga tegangan tegangan permukaan permukaan pada larutan sabun adalah. 33333333333333.3( + * eterangan1 5 6 teg tegan anga gan n pe perm rmuk ukan an (7 (78m 8m*, *, da dapa patt di dian angg ggap ap seb sebag agai ai ga gaya ya set setia iap p sa satu tuan an panjang. panjang kawat (m* 'ika s adalah perpindahan kawat, persamaan di atas dapat di tulis sebagai berikut. 33333333333.( 0 * 'adi, tegangan permukaan dapat pula diartikan sebagai usaha setiap satuan luas, dan satuannya adalah joule8m + ('8m+*. $eberapa nilai tegangan permukaan dari berbagai zat cair terlihat dalam tabel berikut ini1 Tabel ". #aftar 9arga Tegangan Permukaan :at Cair
;
Suhu ( C*
Tegangan Permukaan
lkohoh, ethyl
+;
(78m* ;,;++
#arah
0=
;,;>?
%erkuri (ir )aksa*
+;
;,@>
+;
;,;+>
ir
;
;,;=A
ir
+;
;,;=0
ir
";;
;,;>B
seton
+;
;,;+@
!liserin
+;
;,;A0
ir Sabun
+;
;,;+>
$enzena
+;
;,;0;
5
9elium
-+AB
;,;;"+
arbon Tertrakloria
+;
;,;+=
%inyak :aitun
+;
;,;0+
7eon
-+@=
;,;;>"
4ksigen
-"B0
;,;"A
Pada umumnya permukaan zat cair tergantung terhadap suhunya seperti tabel di bawah ini menunjukan nilai tegangan permukaan zat cair, pada umumnya tegangan berkurang jika suhu naik. Tabel +. Tegangan Permukaan pada beberapa suhu
#alam #alam tabel tabel tersebu tersebutt nampak nampak bahwa bahwa suhu suhu sangat sangat menent menentuka ukan n besar besar keciln kecilnya ya tega tegang ngan an perm permuk ukaan aan,, semak semakin in ting tinggi gi suhu suhu sema semakin kin keci kecill harg hargaa tega tegang ngan an permukaannya. Pengaruh suhu mengakibatkan mudahnya molekul-molekul zat cair bergerak. ir sabun menunjukkan tegangan yang lebih kecil daripada air murn murni. i. ni ni seba sebabn bny ya meng mengap apaa sabun sabun muda mudah h memb members ersih ihka kan n koto kotora ran n yang yang menempel pada pakaian atau benda lain. B. Penerapan Tegangan Permukaan
Penerapan tegangan permukaan air berbuhungan dengan kemampuan air membasahi benda. %akin kecil tegangan permukaan air, makin baik kemampuan air untuk membasahi benda, dan ini berarti kotoran-kotoran pada benda lebih mudah larut dalam air. Prinsip inilah yang banyak dimanfaatkan dalam kehidupan fisika sehari-hari. %encuci dengan air panas lebih mudah dan menghasilkan cucian yang lebih bersih. Tegangan Tegangan permukaan permukaan air dipengaruh dipengaruhii oleh suhu. %akin tinggi tinggi suhu
6
air, makin kecil tegangan permukaan air, dan ini berarti makin baik kemampun air untuk membasahi benda. arena itu, mencuci dengan air panas menyebabkan kotoran pada pakaian lebih mudah larut dan cucian menjadi lebih bersih. #etergen #etergen sintesis sintesis modern modern juga didesain untuk meningkatkan meningkatkan kemampuan kemampuan air membasahi kotoran yang melekat pada pakaian, yaitu dengan menurunkan tegangan permukaan air. $anyak kotoran pakaian yang tidak larut di dalam air segar, tetapi larut di dalam air. $anyak kotoran yang tidak larut di dalam air segar, tetapi larut di dalam air diberi detergen. Pengaruh detergen dpat dilihat dengan meneteskan air segar dan air yang mengandung detergen ke atas lilin yang bersih. ir segar tidak membasahi lilin dan bentuk butirannya tidak banyak berubah. kan tetapi, tetes air yang mengandung detergen membasahi lilin, dan butir air menyeb menyebar. ar. Tampak Tampak bahwa bahwa deterg detergen en memper memperkeci kecill tegang tegangan an permu permukaan kaan air, sehingga air mampu membasahi lilin. Contoh Contoh dalam keseharian keseharian dapat anda lihat pada itik yang berenang berenang di air. tik dapat berenang di air karena bulu-bulunya tidak basah oleh air. 'ika air diberi ditergen, basah oleh air. kibatkannya, itik akan tenggelam. ntise ntisepti ptik k yang yang dipaka dipakaii untuk untuk mengob mengobatii atii luka, luka, selain selain memili memiliki ki daya daya bunuh kuman yang yang baik, juga memilki tegangan permukaan yang rendah sehingga antis antisep epti tik k dapa dapatt memb membasa asahi hi selu seluru ruh h luka luka.. 'adi, 'adi, alkoh alkohol ol dan dan hamp hamper er semua semua antiseptic memiliki tegangan permukaan yang rendah. Cont Contoh oh lain lainny nyaa adal adalah ah balo balon n yang ang terb terbua uatt dari dari air air sabu sabun n nda nda bisa bisa membuk membuktik tikann annya ya dengan dengan cara mencelu mencelupka pkan n tangan tangan nda nda kedalam kedalam air sabun sabun tersebut, lalu buatlah lingkaran dengan jari jempol dan telunjuk anda, maka akan terlihat air saun yang membentuk bidang datar. Perh Perhati atika kan n sejum sejumla lah h tetes tetesan an embu embun n pagi pagi yang yang jatuh jatuh di atas atas rump rumput ut.. Tetesan tersebut akan berbentuk bola-bola kecil. !aya kohesi molekul-molekul yang terletak pada permukaan air ke arah dalam akan sama besar sehingga tetesan air tersebut akan membentuk bola. Telah diketahui bahwa bola merupakan bangun ruang ruang yang yang memilik memilikii luar luar permu permukaa kaan n terkec terkecil. il. Permu Permukaan kaan air ini menye menyerup rupai ai selaput tegang yang elastis.
7
!ambar @.Tetesan air yang jatuh ke atas rumput pabila sebuah silet diletakkan mendatar pada permukaan air dengan hatihati, ternyata silet mengapung. Padahal massa jenis silet lebih esar dari massa jenis air. :at cair yang keluar dari suatu pipet bukan sebagai aliran tapi sebagai tetesan. 7yamuk atau serangga dapat hinggap di permukaan air.
(a*
(b* !ambar >. (Sumber1 Dnsiklopedi ndonesia seri auna Serangga, "BBA* !amb !ambar ar (a*1 (a*1 seeko seekorr seran serangg ggaa dapa dapatt hing hingga gap p di atas atas perm permuk ukaan aan air air dan dan tida tidak k tenggelam
8
!ambar (b*1 sebuah silet yang diletakkan diletakkan secara perlahan-lahan di atas permukaan air dapat terapung. 'ika kita amati contoh-contoh di atas ternyata permukaan air tertekan ke bawah karena berat silet atau nyamuk. Sering Sering terliha terlihatt perist peristiwa iwa-per -peristi istiwa wa alam yang yang tidak tidak diperh diperhati atikan kan dengan dengan teliti, misalnya tetes-tetes zat cair pada pipa kran yang bukan sebagai suatu aliran, mainan mainan gelembung gelembung-gelemb -gelembung ung sabun, sabun, gelembung gelembung-gelemb -gelembung ung air pada sarang laba-laba, pisau silet yang diletakkan perlahan-lahan di atas permukaan air yang terapung, atau naiknya air pada pipa kapiler.
!ambar A. Contoh tegangan permukaan 9al tersebut dapat terjadi karena adanya gaya-gaya yang bekerja pada permukaan zat cair atau pada batas antara zat cair dengan benda lain. enomena itu dikenal dengan tegangan permukaan. Contoh tegangan permukaan yang lain dapat kita lihat jika memasukkan sebuah sebuah gelang gelang kawat kawat yang yang dipasan dipasang g benang benang ke dalam dalam laruta larutan n sabun. sabun. Setelah Setelah dimasukkan ke dalam larutan sabun, pada gelang kawat akan terdapat selaput tipis. 'ika bagian tengah jerat benang ditusuk hingga pecah akan terlihat jerat benang yang pada mulanya berbentuk tidak beraturan, berubah menjadi berbentuk lingkaran. !elang kawat dan jerat benang yang dicelupkan ke dalam larutan sabun sebelum sebelum dan sesudah selaput tipis bagian bagian tengahny tengahnyaa ditusuk ditusuk terlihat seperti pada !ambar = berikut.
9
!ambar =. Sebuah gelang kawat yang dipasang benang ke dalam larutan sabun (a* !elang kawat dengan bentangan benang di tengahnya ketika dimasukkan ke dalam larutan sabun. (b* Setelah Setelah gelang gelang kawat kawat dicelu dicelupka pkan n ke dalam dalam laruta larutan n sabun, sabun, benang benang menjadi menjadi teregang dan membentuk lingkaran. !ambar = (b* menunjukkan bahwa permukaan zat cair dapat dianggap berada dalam keadaan tegang sehingga zat-zat pada kedua sisi garis saling tarik-menarik.
10
2. KAPILARITAS
A. Menis Meniskus kus Cemb Cembun ung g dan Meni Menisku skuss Cekung Cekung
Perist Peristiwa iwa air membasa membasahi hi dindin dinding, g, atau atau raksa raksa tidak tidak membasa membasahi hi dindin dinding g dapat dijelaskan dengan memperhatikan gaya tarik-menarik antarpartikel. !aya tarik-menarik antarpartikel sejenis disebut kohesi, sedangkan gaya tarik- menarik antarpartikel tidak sejenis disebut adhesi. ir membasahi dinding kaca karena adanya gaya kohesi antarpartikel air yang lebih kecil daripada gaya adhesi antara partikel air dan partikel dinding kaca. Sedangkan, raksa memiliki gaya kohesi lebi lebih h besar besar dari daripa pada da gaya gaya adhe adhesi siny nyaa deng dengan an dind dindin ing g kaca kaca sehi sehing ngga ga tida tidak k memb membasa asahi hi dind dindin ing g kaca. kaca. !aya !aya adhe adhesi si air yang yang lebi lebih h besar besar dari dari kohe kohesi siny nyaa menyebabkan permukaan air berbentuk meniscus cekung, sedangkan gaya kohesi raksa lebih besar dari gaya adhesinya sehingga menyebabkan permukaan raksa berbentuk meniskus cembung. 'ika zat cair dimasukkan ke dalam suatu pipa kapiler, permukaan zat cair tersebut akan melengkung. Permukaan melengkung zat cair di dalam pipa disebut meniskus.
11
!ambar ?. (a* %enikus cekung (b* %enikus cekung Contoh gaya adhesi adalah tetesan air pada permukaan kaca yang lama lama akan meluas. 9al tersebut terjadi karena gaya adhesi partikel-partikel kaca dan air lebih besar daripada gaya kohesi. $erbeda dengan air, jika raksa diteteskan pada permukaan kaca maka raksa tersebut akan menggumpal, penggumpalan raksa raksa terjadi terjadi karena karena gaya gaya kohesi kohesi leih leih besar besar daripa daripada da gaya gaya adhesi adhesiny nya. a.kib kibat at fenomena tersebut, jika kedua cairan terseut dimasukkan ke dalam tabung kaca, akan akan terliha terlihatt seperti seperti pada gambar gambar @. #iketa #iketahui hui k adalah gaya kohesi dan adalah adalah gaya gaya adhesi. adhesi. !ambar !ambar ?(a* ?(a* menunj menunjukk ukkan an menisk meniskus us cekung cekung yang yang terjadi terjadi karena karena gaya gaya adhesi adhesi lebih lebih besar besar daripa daripada da gaya gaya kohesi. kohesi. dapun dapun gambar gambar @(b* @(b* merupakan merupakan meniskus cembung.yang cembung.yang terjadi karena gaya kohesi kohesi yang yang lebih besar daripada daripada gaya adhesi. adhesi. Sudut kontak E pada meniskus meniskus cekung cekung adalah sudut lancip (FB;G *. Sebaliknya sudut kontak pada meniskus cembung adalah sudut tumpul G (HB;*.
Sudut Sudut kontak kontak (E* antara antara zat cair dengan dengan dindin dinding g adalah adalah sudut sudut antara antara permukaan zat cair dengan permukaan dinding pada titik persentuhan zat cair dengan dinding. 'ika suatu zat cair membasahi dinding pipa, sudut kontaknya kurang dari B;I dan zat cair itu naik hingga mencapai tinggi kesetimbangan. :at pencemar yang ditambahkan pada zat cair akan mengubah sudut kontak itu, misalnya detergent mengubah sudut kontak yang besarnya lebih dari B;I menjadi lebih kecil dari B;I. Sebaliknya, zat-zat yang membuat kain tahan air (waterproof* menyebabkan sudut kontak air dengan kain menjadi lebih besar dari B;I. $erikut beberapa nilai sudut kontak antara zat cair dan dinding pipa kapilernya. kapilernya. Tabel 0. Sudut ontak $eberapa :at cair
12
Permukaan air dalam bejana secara bebas membentuk kura menghadap ke atas (konkaf*, maka dikatakan zat cairnya membasahi dinding bejana. 'ika zat cairnya tidak membasahi dinding, maka kura permukaan akan menghadap ke bawah (koneks*.
!ambar B. Sudut kontak $entuk kura dari permukaan zat cair disebut menikus (dalam bahasa Junani berarti bulan sabit*. $ila sebuah pipa kapiler salah ujungnya dicelupkan secara ertical ke dalam reseior zat naik ke atas, sehingga sehingga permukaan permukaan air dalam kapi kapile lerr lebih lebih ting tinggi gi dari dari perm permuk ukaan aan air air di sekel sekelili iling ngny nyaa kare karena na air air bersi bersifat fat membasahi dinding. Peristiwa kapilaritas ini disebabkan oleh adanya tegangan permukaan dan gaya adhesi. !aya adhesi menarik zat cair ke atas sepanjang dinding tabung dan kohesi (tegangan permukaan* menarik kolom air ke atas.
13
B. Ge Gea ala la Kap Kapil ilar ari! i!as as
apilaritas adalah peristiwa naik turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa kapiler*. !ejala ini disebabkan oleh gaya kohesi dari tegangan permukaan dan dan gay gaya anta antara ra zat zat cair cair dan dan tabu tabung ng kaca kaca (pip (pipaa kapi kapile ler*. r*. lat lat yang yang dapa dapatt digunakan untuk mengamati gejala kapilaritas adalah pipa kapiler. apiler berasal dari bahasa latin latin yang berarti seperti seperti rambut rambut (pembuluh (pembuluh darah yang yang kecil juga disebut kapillari*.
"a#
"b#
!ambar ";. !ejala apilaritas, disebabkan gaya kohesi dan gaya adhesi. 'ika pipa kapiler dimasukkan ke dalam tabung yang berisi air, permukaan air di dalam pipa akan naik seperti terlihat pada gambar "; (a* kan tetapi, jika pipa kapiler dimasukkan ke dalam tabung raksa, permukaan permukaan raksa di dalam tabung tersebut akan turun.
!ambar "". !ejala kapilaritas pada pipa kapiler Perh Perhat atik ikan an gamba gambarr Pada Pada zat zat cair cair yang meng mengala alami mi meni meniku kuss cekun cekung, g, tegangan permukaan menarik pipa ke arah bawah karena tidak seimbang oleh gaya tegangan permukaan yang lain. Sesuai dengan hukum 7ewton tentang
14
aksi-reaksi, pipa akan melakukan gaya yang sama besar pada zat cair, tetapi dalam arah berlawanan. !aya inilah yang menyebabkan zat cair naik.
!ambar "+. nalisis gejala kapiler. Perhatikan Perhatikan gambar "+ $entuk pipa kapiler kapiler yang menyerupai menyerupai tabung tabung akan menyebabkan zat cair menyentuh dinding sebelah dalam sehingga permukaan zat cair menarik pipa dengan gaya sebesar y. !aya ke atas y sehubungan dengan tegang tegangan an permu permukaa kaan n yang yang bekerja bekerja sepanja sepanjang ng kelili keliling ng permu permukaa kaan n dalam dalam pipa pipa kapiler adalah hasil kali komponen ke atas tegangan permukaan (5 y pada gambar* dengan dengan kelili keliling ng permu permukaa kaan n dalam dalam pipa pipa kapile kapiler, r, adapun adapun kelili keliling ng pipa pipa kapile kapilerr . #inding pipa kapiler memberikan gaya reaksi terhadap zat cair sebesar ..............................................(@* karena 5y 6 5 cos E 333333333...(>* !aya ini diimbangi oleh berat zat cair setinggi y dalam pipa, yaitu sebesar w 6 m g 33333333333333(A* 'ika massa jenis zat cair adalah K, tegangan permukaan 5, kenaikan zat cair setinggi h, dan jari-jari pipa kapiler adalah r, maka berat zat cair yang naik adalah w6mg w6KLg w 6 K M r + y g 33333333333...(=*
15
:at cair berhenti berhenti naik (keadaan seimbang* seimbang* ketika ketika berat kolom kolom zat cair yang naik sama dengan komponen gaya ke atas yang dikerjakan pada zat cair dari gaya adhesi sehubungan dengan tegangan permukaan (w 6 y* karena komponen gaya ertikal yang menarik zat cair sehingga naik setinggi h adalah 6 ( 5 cos E *( + M ) * 6 + M ) 5 cos E. %aka, apabil apabilaa nilai y anda ganti dengan K M ) + h g, maka persamaannya menjadi seperti berikut. w 6 y ...........................................................(?* K M r + y g 6 + M r 5 cos E 3333333333...(B* Sehingga diperoleh tinggi zat cair di dalam pipa kapiler, yaitu1
33333333333...(";*
eterangan1 y 6 kenaikan 8 penurunan zat cair dalam pipa (m* 5 6 tegangan permukaan dalam pipa kapiler (78m* E 6 sudut kontak ( o* K 6 massa jenis zat cair (kg8m0* g 6 percepatan graitasi (m8s+* r 6 jari-jari pipa kapiler (m*
Kenaikan$penurunan Kenaikan$penurunan %a! &air dalam pipa kapiler' -
/ntuk zat cair meniskus meniskus cekung (misalnya (misalnya air*, sudut kontak E adalah lancip. 7ilai cosE pada persamaan bernilai positif, sehingga y bernilai positif, dan ini berarti zat cair naik.
-
/ntuk zat cair meniskus cembung (misalnya raksa* sudut kontak E adalah tumpul tumpul.. 7ilai 7ilai cosE cosE pada pada persam persamaan aan bernil bernilai ai negati negatif. f. Sehing Sehingga ga y bernil bernilai ai negatif. #an ini berarti zat cair turun.
16
!ambar "0. Pipa kapiler dalam air dan raksa !ambar !ambar (a* 1 Pipa kapiler dimasukkan dimasukkan ke dalam air, permukaan permukaan air didalam pipa kapile kapilerr lebih lebih tinggi tinggi diband dibanding ingkan kan permuka permukaan an air di luar luar pipa pipa kapile kapiler. r. 9al itu disebabkan adhesi air dengan kaca lebih besar dibandingkan kohesi antarmolekul air. !ambar !ambar (b* (b* 1 Pipa kapiler kapiler dimasukkan dimasukkan ke dalam raksa, ternyata ternyata permukaan raksa di dalam kapiler lebih rendah dibandingkan raksa di luar pipa kapiler. 9al tersebut kohesi raksa lebih besar dibanding adhesi raksa dengan kaca. #ari gejala kapilaritas tersebut diperoleh 1 a. 'ika 'ika adhesi adhesi H kohe kohesi, si, maka maka 1 "* Sudu Sudutt kon konta tak k (E* (E* F B; B; o +* $entuk $entuk permukaan permukaan zat cair cair dalam pipa pipa kapiler kapiler cekung cekung (minikus (minikus cekung* cekung* 0* :at cair cair dikata dikatakan kan memb membaha ahasi si pipa pipa kapile kapiler r @* etinggian etinggian permukaanzat permukaanzat cair dalam dalam beberapa beberapa pipa pipa kapiler kapiler yang yang berhubungan sebagai berikut.
!ambar "@. Permukaan air dalam beberapa pipa kapilar b. 'ika kohesi H adhesi
17
"* Sudu Sudutt kon konta tak k (E* (E* H B; B; o +* $entuk $entuk zat cair cair dalam pipa pipa kapiler kapiler cembung cembung (minikus (minikus cembung cembung** 0* :at cair dikatak dikatakan an tidak tidak membahasi membahasi pipa pipa kapiler kapiler @* etinggian etinggian permukaan permukaan zat cair dalam dalam beberapa beberapa pipa pipa kapiler kapiler yang yang berhubungan sebagai berikut.
!ambar ">. Permukaan raksa dalam beberapa pipa kapiler C. Penerapan Kapilari!as
$erikut ini beberapa contoh yang menunjukkan gejala kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari. a. 7aik 7aikny nyaa miny minyak ak tana tanah h mela melalu luii sumb sumbu u kom kompor por sehi sehing ngga ga komp kompor or bisa bisa dinyalakan. b. ain dan kertas isap dapat menghisap cairan. c. ir dari akar dapat naik pada batang pohon melalui pembuluh kayu.
!ambar. !ejala kapilaritas dalam kehidupan sehari-hari Selain Selain itu, itu, apila apilarita ritass terjadi terjadi dalam dalam penye penyerapa rapan n air oleh oleh kertas kertas tissue, tissue, naikny naiknyaa lilin lilin leleh leleh pada pada sumbu sumbu lilin, lilin, dan masih masih banya banyak k fenom fenomena ena lain dalam kehidupan kehidupan sehari-hari. sehari-hari. #arah dipompa dipompa melalui melalui arteri dan urat dalam tubuh tubuh anda,
18
tetapi kapilaritas kapilaritas berperan berperan penting penting dalam menyebabkan menyebabkan aliran melalui pembuluh pembuluh darah yang paling kecil, yang bahkan disebut pembuluh kapiler. Selain Selain keuntu keuntunga ngan, n, kapila kapilarita ritass dapat dapat menimb menimbulk ulkan an bebera beberapa pa masala masalah h berikut ini. a. ir hujan merembes merembes dari dinding luar, luar, sehingga sehingga dinding dinding dalam juga basah. b. ir dari dinding bawah rumah merembes naik melalui batu bata menuju ke atas sehingga dinding rumah lembap.
19
