Tegangan Permukaan dan Viskositas | Fisika Kelas XI
Materi tegangan permukaan dan viskositas menjadi dasar dari mata pelajaran fluida dinamis, suhu dan kalor, teori kinetik gas, termodinamika, dan lain-lain di kelas XI. Maka dari itu, pada artikel kali ini akan dibahas mengenai tegangan permukaan dan viskositas.
Pengertian Tegangan Permukaan dan Viskositas
Tegangan permukaan adalah kecendrungan zat cair untuk menegang sehingga permukaannya ditutupi semacam lapisan elastis. Misalnya, pada saat benda berada di atas air seperti nyamuk, lapisan kayu, dan sebagainya.
Sedangkan viskositas merupakan ukuran kekentalan suatu fluida yang menyatakan besarannya suatu gesekan dalam fluida.
Rumus Dasar
Rumus dasar dari tegangan permukaan, yaitu besarnya tegangan permukaan bergantung pada seberapa besar gaya F yang bisa ditahan. Dirumuskan dengan:
Di mana,
Tegangan permukaan (N/m)
F = Besarnya gaya (N)
d = Panjang benda (m)
Gaya Interaksi Antar Partikel: Gaya ini dibedakan menjadi dua, yaitu adhesi (interaksi dua benda berbeda jenis) dan kohesi (interaksi dua benda sesama jenis).
Kapilaritas:
Kapilaritas adalah gejala naiknya turunnya zat cair melalui celah sempit. Kapilaritas terjadi akibat interaksi dari dua benda berbeda. Salah satu contohnya adalah air yang merambat melalui tisu.
Besar Kenaikan dan Penurunan Zat Cair pada Pipa Kapiler
Ketika terjadi meniskus pada suatu interaksi dua benda, maka interaksi tersebut akan menghasilkan lengkungan yang akan menyebabkan perbedaan ketinggian dari pipa kapiler. Perbedaan ketinggian tersebut bergantung pada adhesi dan kohesinya.
Besarnya kenaikan / penurunan ketinggian zat cair di dalam pipa kapiler dapat ditentukan dengan rumus
Di mana,
h = Kenaikan / penurunan permukaan zat cair dalam pipa (m)
Tegangan permukaan zat cair (N/m)
sudut kontak
massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
r = jari – jari pipa kapiler (m)
Rumus Viskositas
F merupakan gaya yang diperlukan untuk membuat keping bergerak. Besarnya gaya F yang dibutuhkan untuk membuat keping atas bergerak adalah
Di mana,
F = gaya yang membuat keping atas bergerak (N)
A = Luas keping yang bersentuhan dengan fluida (m2)
v = kecepatan fluida (m/s)
L = jarak dua keping (m)
= tetapan viskositas (Pa.s)
Hukum Stokes
Ketika suatu benda bergerak didalam suatu fluida kental, maka benda tersebut akan mendapatkan gaya hambat. Sir George Stokes pada tahun 1845 mencoba mencari besarnya gaya hambat benda pada suatu fluida kental, besarnya gaya hambat (yang dikenal sebagai hukum stokes) dirumuskan,
Fs = Gaya hambatan (N)
r = jari – jari bola (m)
v = kelajuan relatif benda terhadap fluida (m/s)
= tetapan viskositas (Pa.s)
Kecepatan Terminal
Ketika suatu benda yang dijatuhkankan bebas kedalam suatu fluida kental, maka kecepatan benda akan semakin bertambah hingga mencapai suatu kecepatan maksimum (kecepatan terminan)
Kecepatan terminal tercapai ketika ketika gaya – gaya pada benda tersebut seimbang , sehingga besarnya kecepatn terminal pada benda dapat dituliskan sebagai berikut
Jika benda tersebut berbentuk bola, maka
Contoh soal:
1. Sebuah pipa kapiler dengan jari-jari (1 mm) dimasukkan kedalam air secara vertikal. Air memiliki massa jenis (1 g/cm²) dan tegangan permukaan (1 N/m). Jika, sudut kontaknya (60 derajat) dan percepatan gravitasinya (10 m/s²). Maka hitunglah besar kenaikkan permukaan air pada dinding pipa kapiler tersebut.
Jawaban:
Diketahui:
- R = 1mm = 1 x 10⁻³ m
- ρ = 1 g/cm² = 100 kg/m³
- γ = 1 N/m
- O = 60 derajat
- g = 10 m/s²
Ditanya: h….?
Jawab:
- h = (2 γ cosO) / (ρ.g.R)
- h = (2 x cos 60) / (1000 x-10 x 10⁻³)
- h = 1/10 = 0,1 m = 10 cm
Jadi, permukaan air pada pipa kapiler naik setinggi 10 cm
