Soal Dan Pembahasan Tegangan Permukaan

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

Related topics :

Permukaan zat cair bertingkah selaku selaput yang tegang lantaran adanya gaya tarik menawan antar molekul air (kohesi). Gaya molekul dalam selaput tersebut condong memperkecil luas permukaannya sehingga tetesan air senantiasa berupa seumpama bola.

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

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

γ =	F
	L

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

Gambar 1. Lapisan Sabun Pada Kawat U

Jika suatu kawat dibengkokkan membentuk abjad U , dan suatu 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 memiliki dua permukaan (L = 2l) , maka tegangan yang dialami oleh kawat merupakan :

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

Contoh Soal :

1. Pada insiden tegangan permukaan dikenali 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 terhampar 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 merupakan 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 mesti sama dengan berat kawat dan berat beban.
   ∑ F = 0
   F − Wk − Wb = 0
   F = Wk + Wb

   Dengan begitu , maka tegangan permukaannya merupakan :

   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 apabila dimasukkan ke dalam air secara vertikal sudut kontaknya 60^o. Jika peningkatan air pada tabung merupakan 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.

Share ke Facebook >>Share ke Twitter >>