Tegangan Permukaan Zat Cair
 |
| tegangan permukaan memungkinkan nyamuk berdiri di atas air |
Tegangan Permukaan Zat Cair - Tegangan permukaan adalah gaya yang diakibatkan oleh suatu benda yang bekerja pada
permukaan zat cair sepanjang permukaan yang menyentuh benda itu. Apabila F =
gaya (newton) dan L = panjang (m), maka tegangan-permukaan, S dapat ditulis
sebagai S = F/L. tegangan permukaan dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi
antara molekul air.
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 cairan di
samping dan di bawah. Di bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya. Karena
molekul cairan saling tarik menarik satu dengan lainnya, maka terdapat gaya
total yang besarnya nol pada molekul yang berada di bagian dalam cairan.
Sebaliknya, molekul cairan yang terletak dipermukaan 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. Fenomena ini kita kenal dengan istilah Tegangan Permukaan.
Untuk membantu menurunkan persamaan tegangan
permukaan, mari tinjau sebuah kawat yang dibengkokkan membentuk huruf U. Sebuah
kawat lain yang berbentuk lurus dikaitkan pada kedua kaki kawat U, di mana
kawat lurus tersebut bisa digerakkan (lihat gambar di bawah).
Jika kawat ini dimasukan ke dalam larutan sabun, maka
setelah dikeluarkan akan terbentuk lapisan air sabun pada permukaan kawat
tersebut. Mirip seperti ketika bermain gelembung sabun. 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
bergerak ke atas (perhatikan arah panah). Untuk mempertahankan
kawat lurus tidak bergerak (kawat berada dalam kesetimbangan), maka diperlukan
gaya total yang arahnya ke bawah, di mana besarnya gaya total adalah F = w +
T. Dalam kesetimbangan, F = gaya tegangan permukaan yang dikerjakan oleh
lapisan air sabun pada kawat lurus.
Misalkan panjang kawat lurus adalah l. Karena lapisan air sabun
yang menyentuh kawat lurus memiliki dua permukaan, maka gaya tegangan permukaan
yang ditimbulkan oleh lapisan air sabun bekerja sepanjang 2l. Tegangan
permukaan pada lapisan sabun merupakan perbandingan antara
Gaya Tegangan Permukaan (F) dengan panjang permukaan di mana gaya bekerja
(d). Untuk kasus ini, panjang permukaan adalah 2l. Secara matematis, ditulis :
Karena tegangan permukaan merupakan perbandingan antara Gaya
tegangan permukaan dengan Satuan panjang, maka satuan
tegangan permukaan adalah Newton per meter (N/m) atau dyne per centimeter
(dyn/cm).
1 dyn/cm = 10-3 N/m = 1 mN/m
Tegangan permukaan juga bisa diterapkan dalam kehidupan
sehari-hari, misalnya mencuci. Agar pakaian yang kita cuci benar-benar bersih
maka air harus melewati celah yang sangat sempit pada serat pakaian. Untuk itu
diperlukan penambahan luas permukaan air.Hal ini sangat sukar dilakukan karena
adanya tegangan permukaan. Sehingga nilai tegangan permukaan air harus
diturunkan dahulu. Kita bisa menurunkan tegangan permukaan dengan cara
menggunakan air panas. Makin tinggi suhu air, maka baik karena semakin tinggi
suhu air, semakin kecil tegangan permukaan.
Alternatif lainnya adalah menggunakan sabun. Pada suhu 20 oC,
nilai Tegangan Permukaan air sabun adalah 25,00 mN/m. Pada 100 oC,
nilai tegangan permukaan air panas = 58,90. Pada suhu 20 oC,
nilai tegangan permukaan air sabun adalah 25,00 mN/m. Lebih menguntungkan pakai
sabun… airnya juga tidak panas. Jangan heran kalau sabun sangat laris di pasar.
Bukan cuma pakaian, tapi tubuh kita juga. Itulah sedikit penjelasan mengenai Tegangan Permukaan.