1. Segumpal es terapung di air dan ternyata volum es yang berada di udara 10 cm3maka jika massa jenis air = 1 gr/m3dan massa jenis es = 0,9 gr/m3, berapakah volum es keseluruhannya?
2. Sebuah benda pada saat ditimbang di udara beratnya 11 N dan setelah ditimbang dalam zat cair beratnya menjadi 9,5 N. Hitunglah gaya Archimides yang bekerja pada benda tersebut?
F r F r F r r F 1 12 2 22 1 12 12 1 800 16 50 = = = N F A F A F F 1 1 2 2 2 2 200 25 45 360 = = = N
5. Adhesi dan Kohesi
Pada dasarnya antara partikel bermassa yang satu dengan yang lain terjadi tarik-menarik. Tiap benda terdiri atas partikel-partikel di mana antarpartikel terjadi tarik-menarik yang disebut Kohesi.
Kita dapat menuliskan kapur pada papan tulis karena adanya gaya tarik-menarik antara partikel-partikel kapur dan partikel-partikel papan tulis yang disebut Adhesi.
Jadi yang dimaksud kohesi adalah .... Yang dimaksud adhesi adalah ....
6. Tegangan Permukaan
(a) (b)
Gambar 7.5
Gambar 7.5 (a) : seekor serangga dapat hinggap di atas permukaan air
dan tidak tenggelam
Gambar 7.5 (b) : sebuah silet yang diletakkan secara perlahan-lahan di atas permukaan air dapat terapung.
Apakah massa jenis serangga atau massa jenis silet lebih kecil dari massa jenis air? Tentu tidak! Sebab jika kita masukkan sedikit saja ke bawah per-mukaan air tentu silet akan tenggelam. Mengapa hal tersebut terjadi?
Gejala-gejala di atas menunjukkan adanya sesuatu yang menahan per-mukaan air (zat cair) untuk tidak memperluas perper-mukaannya, atau adanya kecenderungan zat cair untuk memperkecil luas permukaannya. Sesuatu yang menahan permukaan zat cair dikenal sebagai tegangan permukaan. Bagaimana tegangan permukaan tersebut dapat terjadi? Hal tersebut dapat dijelaskan dengan teori molekul. Sebagaimana zat-zat lain, zat cair terdiri atas molekul-molekul yang satu terhadap yang lainnya mempunyai jarak dan terjadi tarik-menarik.
Gaya tarik-menarik antara molekul yang sejenis disebut kohesi. Gaya tarik menarik antara molekul yang tidak sejenis disebut adhesi.
Kohesi antarmolekul berbanding terbalik dengan jaraknya, sehingga tiap molekul mempunyai daerah tarikan (atraksi) pada jarak tertentu.
Gambar 7.6 di samping melukiskan molekul zat A, B dan C dengan daerah tarikan masing-masing berbentuk bola. Molekul A berada di dalam zat cair dengan daerah tarikan yang terisi penuh dengan molekul-molekul zat cair, sehingga molekul A mendapat gayatarik ke segala arah yang sama besar, sehingga titik A dalam keadaan setimbang dan dapat bergerak ke segala arah dengan bebas. Molekul B pada bagian atas, daerah tarikannya kosong, sehingga jumlah komponen gaya tarikan ke atas lebih kecil dibanding resultan gaya tarik ke bawah. Molekul C terdapat di permukaan, mendapat gaya tarikan dari molekul-molekul yang berada di bawahnya saja. Dengan demikian molekul yang berada di permukaan mendapat gaya yang arahnya ke bawah. Gaya resultan ini menyebabkan permukaan zat cair menjadi tegang. Ketegangan permukaan ini disebut tegangan permukaan. Adanya tegangan permukaan ini menyebabkan permukaan zat cair menuju ke keadaan yang luas permukaannya terkecil. Luas permukaan zat cair terkecil bila dalam keadaan mendatar. Untuk itulah permukaan zat cair pada umumnya mendatar. Karena memahami konsep tegangan permukaan secara kuantitatif perhatikan percobaan di bawah ini!
Gambar 7.7 di samping melukiskan kawat yang dilengkungkan sehingga berbentuk U yang menghadap ke bawah kemudian ditutup dengan kawat AB dan diberi beban yang
berat-nya masing-masing W1 dan W2. Jika dalam
bingkai ABCD kosong, kawat AB tentu jatuh. Jika dalam bingkai ABCD terdapat selaput sabun ternyata batang AB diam (setimbang). Dengan demikian dapat dipahami bahwa de-ngan adanya selaput sabun, terjadi gaya yang melawan gaya W1dan W2sehingga setimbang.
Besarnya gaya yang bekerja pada permukaan zat cair tiap satuan panjang didefinisikan sebagai tegangan permukaan. Jika pada suatu permukaan zat cair sepanjang L bekerja gaya sebesar F tegak lurus pada L dan τmenyatakan tegangan permukaan zat cair, maka diperoleh:
F = dalam newton L = dalam meter
τ= dalam N/m
Pada percobaan di atas (Gambar 7.7) ada dua permukaan selaput sabun yang menahan kawat AB, yaitu selaput bagian depan dan selaput bagian
τ = F
L
Gambar 7.7 Tegangan permukaan
D C
A B
W1 W2
Gambar 7.6 Gaya tarik-menarik antarmolekul
B
A
belakang, sehingga jika panjang kawat AB = L, maka tegangan permukaan pada selaput sabun tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan:
Dalam hal ini: F = W1+ W2
7. Kapilaritas
Suatu pipa yang berlubang kecil disebut sebagai pipa kapiler. Pipa yang lubangnya bergaris tengah kurang dari 1 mm sudah dapat dianggap sebagai pipa kapiler.
Apa yang terjadi jika pipa kapiler dimasukkan ke dalam zat cair? Untuk itu perhatikan gambar 7.8 berikut.
Gambar 7.8 Pipa kapiler dalam air dan raksa
Gambar 7.8 (a) : Pipa kapiler dimasukkan ke dalam air, ternyata
permukaan air di dalam pipa kapiler lebih tinggi dari permukaan air di luar pipa kapiler. Hal tersebut di-sebabkan adhesi air dengan kaca lebih besar diban-dingkan dengan kohesi antarmolekul air.
Gambar 7.8 (b) : Pipa kapiler dimasukkan ke dalam raksa, ternyata per-mukaan raksa dalam pipa kapiler lebih rendah dari permukaan raksa di luar pipa kapiler. Hal tersebut disebabkan kohesi raksa lebih besar dibanding adhesi raksa dengan kaca.
Gejala naik turunnya permukaan zat cair dalam pipa kapiler (pembuluh sempit) disebut kapilaritas. Dari gejala kapilaritas tersebut diperoleh:
a. Jika adhesi > kohesi, maka: 1) sudut kontak (θ) < 90o;
2) bentuk permukaan zat cair dalam pipa kapiler cekung (miniskus cekung);
3) zat cair dikatakan membasahi pipa kapiler; θ air θ raksa (a) (b) τ = F L 2
4) ketinggian permukaan zat cair dalam beberapa pipa kapiler yang berhubungan sebagai berikut.
Gambar 7.9
Permukaan air dalam beberapa pipa kapiler
b. Jika kohesi > adhesi, maka: 1) sudut kontak (θ) > 90o;
2) bentuk permukaan zat cair dalam pipa kapiler cembung (minikus cem-bung);
3) zat cair dikatakan tidak membasahi pipa kapiler;
4) ketinggian permukaan zat cair dalam beberapa pipa kapiler yang berhubungan sebagai berikut.
Sudut kontak (θ) antara zat cair dengan din-ding adalah sudut antara permukaan zat cair dengan permukaan dinding pada titik persentuhan zat cair dengan dinding. Perbedaan tinggi permukaan zat cair dalam pipa kapiler dapat dihitung sebagai berikut.
Perhatikan gambar 7.11 di samping. Misalnya sebuah pipa kapiler dengan jari-jari r dimasukkan dalam zat cair sehingga permukaan zat cair dalam pipa kapiler naik setinggi y dengan sudut kontak θ. Permukaan zat cair dalam pipa kapiler menyentuh dinding pipa se-panjang keliling lingkaran sebesar 2π r. Pada setiap satuan panjang permukaan zat cair tersebut bekerja tegangan
per-mukaan τ yang arahnya ke atas. Jika
tegangan permukaan diuraikan menjadi komponen mendatar dan vertikal diperoleh: komponen mendatar sebesar
τsin θyang saling meniadakan dan komponen vertikal τcos θyang masih berpengaruh. Dengan demikian pada seluruh keliling permukaan zat cair bekerja gaya tegangan permukaan zat cair (F) sebesar: F = 2π.r. τ.cos θ.
Gambar 7.11 Pipa kapiler dalam zat cair
θ α W τ cos θ y B τ Sin θ Gambar 7.10
Gaya sebesar F inilah yang mengangkat zat cair setinggi y. Dalam keadaan setimbang gaya F ini diimbangi oleh berat zat cair yang terangkat setinggi y tersebut, sehingga diperoleh:
F = W
2π . r . τ .cos θ= ρ . g . π. r2 . y Jadi
Y = perbedaan tinggi permukaan zat cair di dalam dan di luar pipa kapiler (m)
τ= tegangan permukaan (N/m) g = percepatan gravitasi (m/s2)
θ= sudut kontak r = jari-jari penampang pipa kapiler (m)
ρ= massa jenis zat cair (kg/m3)
