TEGANGAN PERMUKAAN PADA ZAT CAIR DAN PENERAPANNYA MAKALAH Untuk memenuhi matakuliah Bahasa Indonesia Keilmuan yang dibina oleh Bapak Didin Widyartono, S.S, S.Pd Oleh Ratri Agustina 109321422622
UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN FISIKA November 2009
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Banyak fenomena-fenomena alam yang kurang kita perhatikan akan tetapi fenomenafenomena tersebut mempunyai hubungan dengan adanya tegangan permukaan. Sering terlihat peristiwa-peristiwa alam yang tidak diperhatikan dengan teliti misalnya tetes-tetes zat cair pada pipa keran yang bukan suatu aliran, laba-laba air yang berada di atas permukaan air, mainan gelembung-gelembung sabun, pisau silet yang diletakkan perlahan-lahan di atas permukaan zat cair yang terapung, dan naiknya air pada pipa kapiler. Hal tersebut dapat terjadi karena adanya gaya-gaya yang bekerja pada permukaan zat cair atau pada batas antara zat cair dengan bahan lain. Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yang berada pada keadaan diam (statis). Contoh yang menarik, tetes air cenderung berbentuk seperti balon (yang merupakan gambaran luas minimum sebuah volume) dengan zat cair berada di tengahnya.
1.2 Rumusan Masalah
1.2.1 Apakah pengertian tegangan permukaan? 1.2.2 Apakah faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan? 1.2.3 Bagaimana persamaan tegangan permukaan? 1.2.4 Bagaimana aplikasi tegangan permukaan pada kehidupan sehari-hari? 1.3 Tujuan Penulisan Makalah
1.3.1 Untuk mengetahui pengertian tegangan permukaan. 1.3.2 Untuk mengetahui faktor yang memengaruhi tegangan permukaan. 1.3.3 Untuk mengetahui persamaan tegangan permukaan. 1.3.4 Untuk mengetahui penerapan tegangan permukaan pada kehidupan sehari-hari. BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian
“Tegangan permukaan zat cair merupakan kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis” (Kanginan, 2009). Selain itu, tegangan permukaan juga diartikan sebagai suatu kemampuan atau kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan yang luas permukaannya lebih kecil yaitu permukaan datar atau bulat seperti bola atau ringkasnya didefinisikan sebagai usaha untuk membentuk luas permukaan baru (Wavega, 2008). Dengan sifat tersebut zat cair mampu untuk menahan benda-benda kecil di permukaannya. Seperti silet, berat silet menyebabkan permukaan zat cair sedikit melengkung ke bawah tempat silet itu berada. Lengkungan itu memperluas permukaan zar cair namun zat cair dengan tegangan permukaannya berusaha mempertahankan luas permukaannya sekecil mungkin. 2.2 Faktor yang Memengaruhi
Tegangan permukaan terjadi karena permukaan zar cair cenderung untuk menegang, sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis. Hal ini dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi antara molekul air. Pada zat cair yang adesiv berlaku bahwa besar gaya kohesinya lebih kecil daripada gaya adesinya dan pada zat yang non-adesiv berlaku sebaliknya. Salah satu model peralatan tang sering digunakan untuk mengukur tegangan permukaan zar cair adalah pipa kapiler. Salah satu besaran yang berlaku pada sebuah pipa kapiler adalah sudut
kontak, yaitu sudut yang dibentuk oleh permukaan zat cair yang dekat dengan dinding. Sudut kontak ini timbul akibat gaya tarik-menarik antara zat yang sama (gaya kohesi) dan gaya tarik-menarik antara molekul zar yang berbeda (adesi). 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 caoran di samping dan di bawah. Di bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya. Karena molekul cairan tarik-menarik satu dengan yang lainnya, maka terdapat gaya total yang besarnya nol pada molekul yang berada di bagian dalam cairan. Sebaliknya, molekul cairan yang terletak di permukaan ditarik oleh molekul cairan yang berada di samping dan bawahnya. 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. 2.3 Persamaan Tegangan Permukaan
San (2009) memberi contoh pada seutas kawat dibengkokkan hingga berbentuk U,dan seutas kawat kedua dapat meluncur pada kaki-kaki kawat U . Ketika alat ini dicelupkan dalam larutan sabun dan dikeluarkan, akan berbentuk lapisan air sabun pada permukaan kawat tersebut. Karena kawat lurus bisa digerakkan dan massanya tidak terlalu besar, maka lapisan air sabun akan memberikan gaya tegangan permukaan pada kawat lurus, sehingga kawat lurus dapat bergerak ke atas. Untuk menahan kawat ini agar tidak meluncur ke atas (kawat berada pada keadaan setimbang), kita perlu mengerjakan gaya T ke bawah. Total gaya ke bawah yang menahan kawat kedua adalah F = T + w . Permukaan fluida yang berada dalam keadaan tegang meliputi permukaan luar dan dalam (selaput cairan sangat tipis tapi masih jauh lebih besar dari ukuran satu molekul pembentuknya). Sehingga untuk cincin dengan keliling L yang diangkat perlahan dari permukaan fluida, besarnya gaya F yang dibutuhkan untuk mengimbangi gaya-gaya permukaan fluida dapat ditentukan dari pertambahan panjang pegas halus penggantung cincin. Misalkan panjang kawat kedua adalah l. Larutan sabun menyentuh kawat kedua memiliki dua permukaan, sehingga gaya tegangan permukaan bekerja 2l panjang permukaan.
Kanginan (2006) menyimpulkan bahwa tegangan permukaan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya tegangan permukaan ( F ) dan panjang ( d ) tempat gaya itu bekerja. Secara matematis, kita tulis: Rumus Tegangan Permukaan:
Keterangan: = Tegangan permukaan F= Gaya tegangan permukaan
Karena tegangan permukaan merupakan perbandingan antara gaya tegangan permukaan dan satuan panjang, maka satuan tegangan permukaan adalah newton per meter (N/m) atau dyne per centimeter (dyn/cm). 2.4 Penerapan Konsep Tegangan Permukaan dalam Kehidupan Sehari-hari
“Tegangan permukaan air berhubungan dengan kemampuan air untuk membasahi benda. Makin kecil tegangan permukaan air, makin baik kemampuan air untuk membasahi benda, dan ini berarti kotoran-kotoran pada benda lebih mudah larut dalam air” (Kanginan, 2006). 2.4.1 Mencuci dengan air panas lebih mudah dan menghasilkan cucian yang lebih bersih. Tegangan permukaan dipengaruhi oleh suhu. Makin tinggi suhu air, makin kecil tegangan permukaan air dan ini berarti makin baik kemampuan air untuk membasahi benda. Karena itu, mencuci dengan air panas menyebabkan kotoran pada pakaian lebih mudah larut dan cucian menjadi lebih bersih. Detergen sintetis modern juga didesain untuk meningkatkan kemampuan air membasahi kotoran yang melekat pada pakaian, yaitu dengan menurunkan tegangan permukaan air. Banyak kotoran yang tidak larut dalam air segar, tetapi larut dalam air yang diberi detergen. 2.4.2 Gelembung sabun atau air berbentuk bulat Gelembung sabun atau tetes air berbentuk bulat karena dipengaruhi oleh adanya tegangan permukaan. Gelembung sabun memiliki dua selaput tipis pada permukaannya dan diantara kedua selaput tipis tersebut terdapat lapisan air tipis. Adanya tegangan permukaan menyebabkan selaput berkontraksi dan cenderung memperkecil luas permukaannya. Ketika
selaput air sabun berkontraksi dan berusaha memperkecil luas permukaannya, timbul perbedaan tekanan udara di bagian luar selaput (tekanan atmosfir) dan tekanan udara di bagian dalam selaput. Tekanan udara yang berada di luar selaput (tekanan atmosfir) turut mendorong selaput air sabun ketika ia melakukan kontraksi, karena tekanan udara di bagian dalam selaput lebih kecil. Setelah selaput berkontraksi, maka udara di dalamnya (udara yang terperangkap di antara dua selaput) ikut tertekan, sehingga menaikkan tekanan udara di dalam selaput sampai tidak terjadi kontraksi lagi. Dengan kata lain, ketika tidak terjadi kontransi lagi, besarnya tekanan udara di antara dua selaput sama dengan jumlah tekanan atmosfir dengan gaya tegangan permukaan yang mengerutkan selaput. Pada tetes air hanya memiliki satu selaput tipis, yakni pada bagian luar tetes air. Bagian dalamnya penuh dengan air. Akibat adanya gaya kohesi, maka timbul tegangan permukaan. Bagian tetes air ditarik ke dalam, akibatnya air berkontraksi dan cenderung memperkecil luas permukaannya. Tekanan atmosfir yang berada di luar turut membantu menekan tetes air. Kontraksi akan terhenti ketika tekanan pada bagian dalam air sama dengan jumlah tekanan atmosfir dengan gaya tegangan permukaan yang mengerutkan selaput air. 2.4.3 Klip tidak tenggelam dalam air Ketika klip diletakkan secara hati-hati ke atas permukaan air, molekul-molekul air yang terletak di permukaan agak ditekan oleh gaya berat klip tersebut, sehingga molekulmolekul air yang terletak di bawah memberikan gaya pemulih ke atas untuk menopang klip tersebut. Biasanya klip terbuat dari logam, sehingga kerapatannya lebih besar dari kerapatan air. Karena massa jenis klip lebih besar dari massa jenis air, maka seharusnya klip tenggelam. Tapi kenyataannya klip terapung. Fenomena ini merupakan salah satu contoh dari adanya tegangan permukaan. Dalam kenyataannya, bukan hanya klip (penjepit kertas), tetapi juga bisa benda lain seperti jarum. Apabila kita meletakkan jarum secara hati-hati di atas permukaan air, maka jarum akan terapung. Adanya tegangan permukaan cairan juga menjadi alasan mengapa serangga bisa mengapung di atas air. BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan
3.1.1 Tegangan permukaan zat cair merupakan kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupioleh suatu lapisan elastis.
3.1.2 Tegangan permukaan dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi antara molekul air. 3.1.3 Tegangan permukaan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya tegangan permukaan (F ) dan panjang ( d ) tempat gaya itu bekerja. Secara matematis, kita tulis: Rumus Tegangan Permukaan:
Keterangan: = Tegangan permukaan F= Gaya tegangan permukaan
3.1.4 Aplikasi konsep tegangan permukaan dalam kehidupan sehari-hari antara lain, mencuci dengan air panas lebih mudah dan menghasilkan cucian yang lebih bersih, gelembung sabun atau air berbentuk bulat, dan klip tidak tenggelam dalam air. 3.2 Saran
Dari bahasan yang telah dijelaskan sebaiknya para siswa lebih memperhatikan fenomena-fenomena alam di sekitar yang berhubungan dengan hal-hal yang bersifat ilmiah. Selain itu, agar lebih memahami faktor-faktor yang dapat menyebabkan tegangan permukaan, persamaannya, dan konsepnya dalam kehidupan sehari-hari.
DAFTAR RUJUKAN
Kanginan, M. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XI Semester 2. Jakarta: Penerbit Erlangga. Wavega. 2009. Tegangan Permukaan, (Online), (http://wavega.wordpress.com/ 2009/08/07/tegangan-permukaan/ , diakses 8 November 2009) San. 2009. Tegangan Permukaan, (Online). (http://www.gurumuda.com/teganganpermukaan/ , diakses 8 November 2009)
