TEGANGAN PERMUKAAN MATERI POKOK

(1)

SYAMSUL BAHRI - 2016

dosenmuda.com

TEGANGAN PERMUKAAN

MATERI POKOK

1. Pengertian tegangan permukaan

2. Penyebab tegangan permukaan

3. Metode pengukuran tegangan permukaan

4. Menghitung tegangan permukaan

5. Tegangan di dalam sebuah gelembung

6. Tekanan di dalam suatu tetes air

7. Aplikasi/ fenomena tegangan permukaan dalam kehidupan sehari-hari

TUJUAN PEMBELAJARAN

1. Menjelaskan konsep tegangan permukaan

2. Menjelaskan penyebab tegangan permukaan

3. Menjelaskan metode pengukuran tegangan permukaan

4. Menemukan persamaan konsep tegangan pemukaan

5. Menjelaskan konsep tegangan permukaan di dalam sebuah gelembung

6. Menjelaskan konsep tekanan di dalam suatu tetes air

7. Merangkum dan menjelaskan aplikasi/ fenomena tegangan permukaan dalam

kehidupan sehari-hari

KATA KUNCI

1. Air

2. Gaya

3. Gelembung

4. Jari-jari

5. Panjang

6. Silet

7. Tekanan

8. Tekanan atmosfer

9. Tetes air

PENGANTAR

Pernahkah Anda melihat seekor nyamuk berdiri di atas genagan air? Mengapa

nyamuk itu bisa berdiri di atas air? Atau pernahkah Anda melihat silet yang mengapung

di atas permukaan air? Bukankah ini sudah bertentangan dengan hukum Archimedes

(2)

SYAMSUL BAHRI - 2016

dosenmuda.com

bahwa benda yang massa jenisnya lebih besar akan tenggelam jika dimasukkan ke

dalam fluida yang massa jenisnya lebih kecil. Pernahkah Anda melihat tetes air yang

jatuh pada permukaan kaca membentuk suatu bulatan, sedangkan satu tetes alkohol

yang jatuh pada permukaan kaca cenderung melebur? Mengapa hal ini bisa terjadi?

Pertanyaan-pertnyaan di atas akan dijawab pada materi ini. Pada materi ini, juga

akan dibahas mengenai konsep tegangan permukaan, tegangan di dalam sebuah

gelembung serta tekanan di dalam suatu tetes air. Selain itu, juga akan dibahas tentang

aplikasi atau peristiwa di dalam kehidupans sehari-hari yang berkaitan dengan tegangan

permukaan.

MATERI

1. Apa itu tegangan permukaan?

Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk

menegang sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh seatu lapisan elastis. Lapisan ini

cenderung menyusut sekuat mungkin. Oleh karena itu, sejumlah tertentu cairan

mengambil bentuk dengan permukaan sesempit mungkin.

Ketika mencuci dengan menggunakan air panas, akan di dapatkan hasil yang lebih

bersih jika dibandingkan dengan mencuci dengan menggunakan air biasa. Hal ini terjadi

karena air panas memiliki tegangan permukaan yang lebih kecil daripada air biasa.

Artinya, semakin kecil tegangan permukaan air, maka semakin tinggi kemampuan air

tersebut untuk membasahi.

2. Apakah penyebab terjadinya tegangan permukaan?

Tegangan permukaan zat cair ini tejadi karena adanya tarikan antara

molekul-molekul zat cair oleh gaya kohesi (gaya tarik menarik antara partikel/molekul-molekul sejenis).

Molekul-molekul cairan memberikan gaya tarik satu dengan lainnya. Pada daerah

sekitar permukaan zat cair, gaya tariknya ke bawah akan semakin besar karena banyak

molekul-molukul yang menariknya jika dibandingkan dengan tempat-tempat lain,

misalnya dibagian dasar. Karena itu, tarikan molekul-molekul inilah yang menyebabkan

tegangan permukaan itu terjadi.

Di dalam volume cairan terdapat gaya total = nol. Tetapi molekul pada permukaan

di tarik ke dalam volume, sehingga cairan cenderung memperkecil luas permukaannya,

hanya dengan meregang lapisan. Oleh sebab itu, air hujan jatuh bebas berbentuk bola

kecil.

(3)

SYAMSUL BAHRI - 2016

dosenmuda.com

3. Bagaimanakah metode pengukuran tegangan permukaan?

Metode pengukuran tegangan permukaan atau tegangan antar muka dapat

dilakukan dengan dua cara tergantung mana yang mau diukur. Metode yang pertama

yaitu metode kenaikan kapiler yang hanya dapat digunakan untuk mengukur tegangan

permukaan tidak bisa untuk mengukur tegangan antar muka. Metode yang kedua yaitu

metode tersiometer Du-Nouy bisa digunakan untuk mengukur tegangan permukaan

ataupun tegangan antar muka. Prinsip dari alat ini adalah gaya yang diperlukan untuk

melepaskan suatu cincin platina iridium yang dicelupkan pada permukaan sebanding

dengan tegangan permukaan atau tegangan antar muka dari cairan tersebut

4. Bagaimanakah menghitung tegangan permukaan?

Tegangan permukaan didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya tegangan

permukaan dengan panjang pemukaan dimana gaya itu bekerja. Secara matematis, dapat

dituliskan sebagai berikut.

d

F





---(1)

Karena benda memiliki dua sisi permukaan, dengan demikian d = 2l, sehingga

tegangan permukaan dinyatakan dengan persamaan:

l

2 F





---(2)

Keterangan:

 

tegangan pemukaan (N/m)



F

gaya yang bekerja pada permukaan (N)



l panjang permukaan tempat gaya bekerja (m)

Satuan SI utuk tegangan permukaan adalah N.m

-1

.

5. Bagaimanakah tegangan permukaan di dalam sebuah gelembung?

Tegangan permukaan menyebabkan perbedaan tekanan antara bagian dalam dan

luar selubung sabun atau tetesan air. Gelembung sabun terdiri atas dua selaput dengan

permukaan berbentuk bola, dengan lapisan cairan tipis di antaranya. Akibatnya selaput

cenderung melakukan kontraksi, berusaha untuk memperkecil luas permukaannya. Saat

berkontraksi udara di dalamnya akan tertekan menyebabkan tekanan di dalam naik

sampai tidak terjadi kontraksi.

(4)

SYAMSUL BAHRI - 2016

dosenmuda.com

Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar ilustrasi berikut.

Jadi, (2



) (2



R) = (p)(



R

2

_{) atau}

R

4 p





---(2)

Jika tekanan udara luar adalah p0, maka persamaan (2) di atas menjadi:

R

4 p

p



₀





---(3)

Keterangan:



p

tekanan udara dalam gelembung (Pa)



0

p

tekanan atmosfer (Pa)





tegangan pemukaan (N/m)



R

jari-jari gelembung (m)

6. Bagaimanakah tekanan di dalam suatu tetes air?

Pada tetes air hanya memiliki satu permukaan tipis (bagian luar), maka gaya

tegangan permukaan =



(2



R). Gaya oleh tekanan dalam tetesan adalah (p-pa)(



R

2

).

Dengan demikian, persamaan tekanan untuk tetes air adalah sebagai berikut.

R

2 p

p



₀





Keterangan:



(5)

SYAMSUL BAHRI - 2016

dosenmuda.com



0

p

tekanan atmosfer (Pa)





tegangan pemukaan (N/m)



R

jari-jari gelembung (m)

7. Bagaimana aplikasi/ fenomena tegangan permukaan dalam kehidupan

sehari-hari?

Penerapan dan fenomena tegangan permukaan dalam kehidupan sehari-hari adalah

sebagai berikut.

1. Sebatang jarum dapat diam di atas permukaan air meskipun memiliki kerapatan jauh

lbih besar dari kerapatan air.

2. Antiseptik yang dipakai untuk mengobati luka, selain memiliki daya bunuh kuman

yang baik, juga memiliki tegangan permukaan yang rendah sehingga antiseptik dapat

membasahi seluruh luka. Jadi, alhohol dan hampir semua antiseptik memiliki

tegangan permukaan yang rendah.

3. Beberapa serangga dapat berjalan di atasermukaan air, kaki mereka membentuk

lekukan pada permukaan ai, tetapi tidak masuk ke dalam air.

4. Perbedaan mencuci dengan air panas dan air dingin. Ada hubungan antara

kemampuan membasahi air dengan tegangan permukaan air. Mencuci dengan air

panas menghasilkan cucian yang lebih bersih daripada air biasa. Tegangan

permukaan air dipengaruhi oleh suhu. Makin tinggi suhu air makin kecil tegangan

permukaan air, dan ini berarti makin besar kemampuan air untuk membasahi

pakaian. Karena itu mencuci dengan air panas membuat kotoran pakaian lebih

mudah larut dalam air yang diberi deterjen sehingga hasil cuci menjadi lebih bersih.

RANGKUMAN

SOAL-SOAL

PILIHAN GANDA

1. Jarum sepanjang 6 cm terapung di permukaan air. Jika massa jarum sebesar 1,2 g

dan percepatan gravitasi bumi

g

= 9,8 m/s

2

, tegangan permukaan air sebesar...

N/m

2

.

A. 0,1

B. 0,2

C. 0,3

(6)

SYAMSUL BAHRI - 2016

dosenmuda.com

D. 0,4

E. 0,5

2. Sebuah percobaan viskositas menggunakan tiga jenis bola yang dijatuhkan ke

dalam zat cair masing-masing terbuat dari besi, aluminium, dan tembaga. Ketiga

bola tersebut memiliki jari-jari yang sama sebesar 0,

02 m. Ternyata setelah dilakukan percobaan diperoleh data sebagai berikut :(ρ besi =

7960 kg/m

3

, ρ aluminium = 2700 kg/m

3

, ρ tembaga=8930 kg/m

3

)

No Jenis bola

Koefisien viskositas (



)

(Pa.s)

1 Besi

1,490

2 Aluminium

1,850

3 Tembaga

1,007

Berdasarkan data tersebut diatas, jenis zat cair yang digunakan dalam percobaan

tersebut dan bola yang lebih dulu sampai di dasar tabung adalah…

A. air, bola aluminium

B. gliserin, bola tembaga

C. air, bola besi

D. gliserin, bola aluminium

E. air, bola tembaga

3. Sebuah jarum dapat terapung pada permukaan air karena…

A. Massa jenis jarum lebih kecil daripada air

B. Massa jenis jarun lebih besar daripada air

C. Gaya angkat zat cair

D. Berat jenis jarum sama dengan berat jenis air

E. Tegangan permukaan zat cair

4. Sebuah penjepit kertas yang terbuat dari besi ternyata terapung diatas permukaan air,

tetapi jika air tersebut diisi dengan serbuk deterjen ternyata penjepit kertas tersebut

tenggelam. Hal ini disebabkan karena…

A. Deterjen memperbesar tegangan permukaan zat cair

B. Deterjen memperkecil tegangan permukaan zat cair

C. Deterjen memperbesar berat jenis benda

D. Deterjen memperkecil berat jenis benda

E. Deterjen memperbesar massa jenis zat cair

5. Berikut ini yang merupakan contoh peristiwa tegangan permukaan dalam

kehidupan sehari-hari adalah….

A. Tetesan embun yang jatuh pada sarang laba-laba berbentuk bola

B. Naiknya minyak tanah melalui sumbu pada pelita

C. Dalam wadah yang sama minyak dan air tidak bisa bercampur

D. Lembabnya dinding tembok

E. Melambatnya gerakan benda yang jatuh dalam air

6. Sebuah benda terbuat dari besi terapung diatas permukaan air dan mengalami gaya

sebesar 13 N terhadap permukaan air. Besarnya tegangan permukaan pada air

adalah 35 N/m. Berapakah panjang benda tersebut?

(7)

SYAMSUL BAHRI - 2016

dosenmuda.com

A. 0,37 m

B. 0,57 m

C. 0,77 m

D. 0,47 m

E. 0,67 m

7. Seekor serangga yang memiliki massa jenis lebih besar dibandingkan massa jenis

air dapat berjalan dipermukaan zat cair karena…

A. Berat jenis serangga lebih kecil dari berat jenis pada air

B. Berat jenis serangga lebih besar dari berat jenis pada air

C. Adanya gaya Archimedes

D. Adanya tegangan permukaan zat cair

E. Berat jenis serangga sama dengan berat jenis air

8. Seseorang mencuci pakaian dengan menggunakan air hangat dan air biasa, ternyata

mencuci dengan menggunakan air hangat lebih cepat bersih daripada mencuci

dengan menggunakan air biasa. Alas an yang benar tentang hal tersebut adalah…

A. Semakin tinggi suhu air semakin kecil tegangan permukaan air, sehingga

semakin mudah membasahi pakaian yang dicuci.

B. Semakin tinggi suhu air semakin besar tegangan permukaan air, sehingga

semakin mudah membasahi pakaian yang dicuci.

C. Semakin rendah suhu air semakin kecil tegangan permukaan air, sehingga

semakin mudah membasahi pakaian yang dicuci.

D. Semakin rendah suhu air semakin besar tegangan permukaan air, sehingga

semakin mudah membasahi pakaian yang dicuci.

E. Besarnya tegangan permukaan zat cair tidak dipengaruhi oleh suhu zat cair.

9. Sebuah pipa yang jari-jarinya 1 mm memiliki tegangan permukaan sebesar 0,050

N/m dan sudut kontaknya adalah nol. Tinggi air akan naik dalam pipa tersebut

adalah…

A. 0,03 m

B. 0,05 m

C. 0,10 m

D. 0,20 m

E. 0,40 m

10. Berapakah tinggi air akan naik dalam pipa yang jari-jarinya 0,1 x 10

-3

m, jika

tegangan permukaannya sama dengan 0,037 N/m dan sudut kontaknya nol?

A. 0,066 m

B. 0,076 m

C. 0,086 m

D. 0,067 m

E. 0,068 m

11. Jika sebuah kawat kecil yang panjangnya 15 cm terapung dipermukaan zat cair dan

gaya yang tegak lurus terhadap kawat sebesar 2 N. Berapakah tegangan permukaan

pada zat cair tersebut?

A. 11,0 N

B. 12,3 N

C. 13,3 N

(8)

SYAMSUL BAHRI - 2016

dosenmuda.com

D. 14,5 N

E. 15,0 N.

12. Sebuah pipa kapiler yang berdiameter 0,6 mm dimasukkan secara tegak lurus ke

dalam sebuah bejana yang berisi raksa (



_raksa



13600

kg

/

m

3

), sudut kontak raksa

dengan dinding pipa adalah 140

o

_{. Bila tegangan permukaan raksa adalah 0,06 N/m,}

maka penurunan raksa dalam pipa kapiler adalah…

(g=9,8 m/s

2

₎

A. -0,0023 mm

B. -0,0033 mm

C. -0,0043 mm

D. 0,0023 mm

E. 0,0033 mm

13. Mengapa jarum jahit tenggelam di dalam air sedangkan kapal dapat terapung di atas

permukaan air? Jelaskan alasanmu!

Penjelasan:

Kapal memiliki ruangan yang demikian luas beserta rongga berisi udara yang

menjadikan volume kapal menjadi sedemikian besar dan mengakibatkan massa

jenisnya menjadi lebih kecil.

14. Hitunglah besar viskositas zat cair yang massa jenisnya 1000 kg/m

3

dalam tabung,

jika sebuah benda di jatuhkan kedalam tabung tersebut dengan jari-jari benda 0,001

m dan massa jenis benda 2,7 x 10

3

kg/m

3

serta kecepatan benda adalah 14,8 m/s.

A. 0,5 x 10

-3

Pa.s

B. 1,5 x 10

-3

Pa.s

C. 3 x 10

-3

_Pa.s

D. 1 x 10

-3

_Pa.s

E. 2,5 x 10

-3

Pa.s

15. Untuk mengangkat sebuah jarum yang panjangnya 0,05 m dari permukaan zat cair,

diperlukan gaya sebesar F Newton. Jika tegangan permukaan zat cair 63 N/m,

tentukan besar F!

A. 3,00 N

B. 3,25 N

C. 3,50 N

D. 3,15 N

E. 3,45 N

16. Sebuah bola kecil memiliki massa jenis 2600 kg/m

3

dibiarkan jatuh ke dalam

minyak yang bermassa jenis 950 kg/m

3

, Jika viskositas minyak tesebut sebesar 1,2

x 10

-3

Pa.s dan dalam waktu 5 s bola tersebut menempuh jarak sebesar 83 cm.

Berapa jari-jari bola tersebut?

A. 1,4 x 10

-3

m

B. 2,4 x 10

-4

m

C. 3,4 x 10

-4

m

D. 1,4 x 10

-4

_m

E. 2,4 x 10

-5

m

(9)

SYAMSUL BAHRI - 2016

dosenmuda.com

17. Sebuah silet dapat mengapung di atas permukaan zat cair karena adanya gaya

apung dari permukaan zat cair. Benar atau salahkah pernyataan tersebut? Jelaskan

alasanmu!

Penjelasan:

Salah. Silet yang mengapung di atas permukaan air tidak dipengaruhi oleh gaya

keatas melainkan karena adanya tegangan permukaan zat cair (air).

18. Berapakah kecepatan terminal sebuah bola baja berjari jari 1,2 mm yang jatuh ke

dalam larutan gliserin pada suhu 30

o

_{C. Jika diketahui massa jenis besi 7,86 x 10}

3

kg/m

3

, massa jenis gliserin 5,22 x 10

3

kg/m

3

dan viskositas gleserin 1,41 Pa.s.

A. 0,06 m/s

B. 0,08 m/s

C. 0,10 m/s

D. 0,07 m/s

E. 0,09 m/s

19. Zat cair dalam bejana mempunyai permukaan berbentuk cekung jika…

A. Sudut sentuh tumpul

B. Gaya adhesi lebih kecil daripada gaya kohesi

C. Gaya adhesi lebih besar daripada gaya kohesi dan sudut sentuhnya sama

dengan 90

o

D. Gaya adhesi lebih besar daripada gaya kohesi dan sudut sentuhnya lebih besar

dari 90

o

E. Gaya adhesi lebih besar daripada gaya kohesi dan sudut sentuhnya kurang dari

90

o

20. Sebuah logam bergerak vertikal ke bawah dengan kelajuan tetap 0,5 cm/s di dalam

suatu fluida yang mempunyai massa jenis 2 g/cm

3

. Jari-jari bola 0,9 cm dan massa

jenisnya 7 g/cm

3

. Jika g = 10 m/s

2

, maka koefisien viskositas fluida tersebut

adalah…

A. 1,8 Ns/m

2

B. 36 Ns/m

2

C. 180 Ns/m

2

D. 18 Ns/m

2

E. 72 Ns/m

2

21. Mengapa saat kita mencuci dengan air hangat, pakaian akan lebih cepat bersih

daripada mencuci dengan air dingin. Jelaskan alasanmu!

Penjelasan:

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 terlebih dahulu dengan

menggunakan air panas. Makin tinggi suhu air makin baik karena tegangan

permukaan akan semakin kecil.

(10)

SYAMSUL BAHRI - 2016

dosenmuda.com

22. Tentukan kecepatan terminal sebutir tetes hujan. Anggap garis tengah tetes hujan

0,5 mm, massa jenis udara 1,30 kg/m

3

, dan koefisien viskositas udara 1,80 x 10

-5

Pa.s (g= 10 m/s

2

_).

A. 2,54 m/s

B. 7,64 m/s

C. 15,00 m/s

D. 5,40 m/s

E. 10,30 m/s

23. Besarnya gaya gesekan yang bekerja pada benda yang jatuh di dalam zat cair

tergantung pada….

A. Kecepatan benda, viskositas, dan ukuran benda

B. Tegangan permukaan, viskositas, dan massa jenis zat cair

C. Kecepatan benda, ukuran benda, dan tegangan permukaan

D. Massa jenis benda, massa jenis zat cair, dan viskositas

E. Massa jenis benda, tegangan permukaan, dan kecepatan benda

24. Perhatikan alat-alat di bawah ini!

(1) Silet di atas air

(2) Penyelam dalam air

(3) Pesawat terbang

(4) Nyamuk di atas air

(5) Busa sabun

Dari peristiwa di atas, yang merupakan akibat dari adanya tegangan permukaan

adalah…

A. (1), (2), (3)

B. (1), (3), (5)

C. (1), (4), (5)

D. (1), (2), (4)

E. (2), (3), (4)

25. Perhatikan besaran-besaran di bawah ini!

(1) Gaya tegang

(2) Massa Fluida

(3) Panjang permukaan

(4) Jenis Fluida

(5) Volume fluida

Dari besaran-besaran di atas, yang merupakan factor-faktor yang mempengaruhi

tegangan permukaan adalah…

(A)

(1) dan (2)

(B)

(2) dan (3)

(C)

(3) dan (4)

(D)

(4) dan (5)

(E) (1) dan (3)

ESSAI

1. Seorang siswa memasukan pipa kapiler yang jari-jarinya 1 mm ke dalam cairan yang

massa jenisnya 0,8 g/cm

3

. Ternyata sudut kontaknya 60

0

dan cairan naik setinggi 40

(11)

SYAMSUL BAHRI - 2016

dosenmuda.com

mm dari permukaan cairan diluar kapiler. Berapakah tegangan permukaan zat cair

tersebut?

2. Berapakah kenaikan alkohol dalam sebuah pipa kapiler yang berdiameter 0,05 cm

jika tegangan permukaan sebesar 0,25 N/m dan massa jenis alkohol 0,8 gram/cm

3

_.

Asumsikan bahwa sudut kontaknya sama dengan nol.

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Edisi Ke lima Jilid 1, Terjemahan. Jakarta: Erlangga.

Halliday, dkk. 2010. Fisika Dasar Jilid 7 Edisi ke 1, Terjemahan. Jakarta: Erlangga.

Sears, F. W. dan Zemansky, M.W. 2001. Fisika universitas jilid 1. Jakarta : Erlangga.

Serway , A. Raymond dan John W. Jewett. 2009. Fisika untuk sains dan teknik. Jakarta:

Penerbit Salemba Teknika.

Tipler, Paul A. 2001. Fisika Untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 2 (Terjemahan

Dr. Bambang Soegijono). Jakarta: Erlangga.

Young, Hugh D. dan Roger A. Freedman. 2002.

Fisika Universitas, Terjemahan.

Erlangga : Jakarta.