Rumus Tegangan Permukaan dan Viskositas – Materi Fisika Kelas 11

Halo, Sobat Zenius! Kali ini gue akan membahas mengenai rumus tegangan permukaan zat cair lengkap dengan contoh soal dan pembahasannya. 

Gak cuman tegangan permukaan zat cair, gue juga akan membahas mengenai fenomena zat cair lainnya dalam Fisika. Salah satunya adalah viskositas atau kekentalan dalam zat cair. 

Artikel ini bakalan pas bangat buat elo yang baru masuk ke kelas 11, karena sebelum elo belajar lebih lanjut tentang fluida dinamis, suhu dan kalor, teori kinetik gas, termodinamika, dan lain-lain, elo harus pahami dulu tentang tegangan permukaan dan viskositas.

Oke, kita mulai aja ya!

Fenomena Tegangan Permukaan

Oke, di bagian pertama artikel ini gue akan menjelaskan mengenai rumus tegangan permukaan zat cair. 

Tapi sebelum mengetahui rumusnya, elo harus mengetahui apa pengertian dari tegangan permukaan.  

Jadi, tegangan permukaan adalah kecenderungan zat cair untuk menegang sehingga permukaannya ditutupi semacam lapisan elastis. 

Banyak fenomena alam di kehidupan sehari-hari kita yang terjadi karena didukung adanya fenomena tegangan permukaan, antara lain:

• Serangga (seperti capung, belalang atau lady bug) yang hinggap di atas air namun tidak tenggelam.
• Air yang terjatuh di atau daun talas. 
• Air yang terjatuh di atas jaket parasut (tahan air).
• Mencuci baju lebih mudah ketika menggunakan sabun atau detergen.

Secara fisis, ilustrasi benda dalam mengeluarkan tegangan permukaan adalah sebagai berikut

Besarnya tegangan permukaan bergantung pada seberapa besar gaya F yang bisa ditahan.Dari konsep ini, maka rumus tegangan permukaan zat cair diperoleh sebagai berikut:

Di mana,

Tegangan permukaan (N/m)

F = Besarnya gaya (N)

d = Panjang benda (m)

Oke, karena sekarang elo udah tau rumus tegangan permukaan zat cair, gue punya challenge nih. 

Kira-kira kalo ada pertanyaan seperti ini: Dimensi yang sama dengan tegangan permukaan fluida adalah…

1. Momentum 
2. Impuls 
3.  Tetapan Gas 
4.  Usaha 
5.  Kecepatan 

Pembahasan: 

1. Rumus Momentum

P = m v

Dimana:

P = momentum (kg m / s)

m = massa benda (kg)

v = kecepatan benda(m/s)

Maka saat dihitung hasil akhirnya akan memiliki satuan: [M][L][T]⁻¹

2. Rumus Impuls 

I = F ∆t

F = m a

Dimana

I = impuls (Ns)

F = gaya (N)

∆t = selisih waktu (s)

Maka saat dihitung hasil akhirnya akan memiliki satuan: [M][L][T]⁻¹

3. Rumus Tetapan Pegas 

k = F / ∆x

Dimana:

k = Nilai Konstanta Pegas (N/m)

F = Besar Gaya yang diberikan ke Pegas (N)

Δx = Perubahan panjang pegas (m)

Maka saat dihitung hasil akhirnya akan memiliki satuan: [M][T]⁻²

4. Rumus Usaha 

W = F.s

Dimana:

W = Usaha yang Diberikan pada Benda (Joule)

F = Gaya (Newton)

s = Jarak perpindahan benda setelah mengalami gaya (meter)

Maka saat dihitung hasil akhirnya akan memiliki satuan: [M][L]²[T]⁻²

5. Rumus Kecepatan 

v = s/ t

Dimana:

v = kecepatan (m/s atau km/jam)

 t = waktu jam/s (second/detik)

s = jarak meter (m) atau kilometer (km)

Maka saat dihitung hasil akhirnya akan memiliki satuan: [L][T]⁻¹

Nah, sekarang elo udah tau semua rumus, terus hal selanjutnya yang perlu elo lakukan adalah membandingkannya dengan rumus tegangan permukaan yaitu:

Artinya, rumus tegangan permukaan adalah gaya dibagi panjang.

= Satuan gaya / panjang
= [kg.m/s²] / [m]

= [M][L][T]⁻² / [L]

= [M][T]⁻²

Berarti, Dimensi yang sama dengan tegangan permukaan fluida adalah Rumus Tetapan Pegas.

Oh iya guys, sebelum gue lanjut ke bagian berikutnya, materi mengenai rumus tegangan permukaan zat cair ini merupakan salah satu materi yang muncul di UTBK SBMPTN lho. 

Buat elo para pejuang UTBK tahun ini, cuss download aplikasi Zenius buat dapetin berbagai fitur dan materi belajar yang seru. Langsung klik gambar di bawah, ya!

Gaya Interaksi antar Partikel

Setelah belajar rumus tegangan permukaan zat cair, di bagian ini gue akan membahas mengenai fenomena gaya interaksi antar partikel. 

Interaksi antar partikel dibagi menjadi dua tergantung jenisnya yaitu adhesi (interaksi dua benda berbeda jenis) dan kohesi (interaksi dua benda sesama jenis). 

Perbedaan besar antara adhesi dan kohesi dilihat dari timbulnya meniskus/ lengkungan pada suatu permukaan zat cair.

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)

Viskositas

Viskositas merupakan ukuran kekentalan suatu fluida yang menyatakan besarannya suatu gesekan dalam fluida.

Berikut ini ilustrasi dari fluida kental di antara dua keping sejajar atas dan bawah yang berjarak L satu sama lain. Pada ilustrasi di bawah, keping atas bergerak sedangkan keping bawah diam.

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 dijatuhkan bebas dalam suatu fluida kental, maka kecepatan benda akan semakin bertambah hingga mencapai suatu kecepatan maksimum (kecepatan terminal).

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 Tegangan Permukaan Zat Cair

Nah, sebagai penutup artikel, biar gak lupa gue mau challenge elo dengan satu soal yang bisa elo jawab menggunakan rumus tegangan permukaan zat cair nih:

Contoh Soal:

Diketahui, tegangan permukaan untuk 3 cairan yang berbeda adalah sebagai berikut:

• Air Sabun 0,025 N/m
• Air 0,072 N/m
• Alkohol 0,023 N/m

Sebuah kawat bermassa 1,08 gram dan memiliki panjang 40 cm akan diletakkan di permukaan tiga jenis zat cair tersebut. Benarkah kawat akan tenggelam di dalam cairan alkohol dan sabun?

Jawaban:

Nah, kalo pertanyaannya berkaitan dengan tegangan permukaan untuk 3 cairan yang berbeda artinya, elo harus cari W  atau usaha yang diberikan pada benda (pegas) dulu)  

W_kawat = Massa kawat x gravitasi

= 1,08 gram x 10

= 0,0108 N

Kemudian hitung gaya untuk masing-masing tegangan permukaan:

• Air sabun

F_as = 2 . Ɣ . l (panjang)

= 2 . 0,025 . 0,4 m

= 0,02 N

• Air 

F_a = 2. Ɣ . l (panjang)

= 2 . 0,072 . . 0,4 m

= 0,00576 N

• Alkohol 

F_al  = 2. Ɣ . l (panjang)

= 2 . 0,023 . 0,4 m

= 0,0184 N

Nah, sekarang elo udah tau gaya untuk masing-masing tegangan permukaan, selanjutnya, untuk dapat tenggelam W_kawat  harus lebih besar dari F. 

Tapi W_kawat yang kita hitung diawal hanya 0,0108 N saja, berarti lebih kecil dari semua F pada ketiga cairan. Artinya pernyataan ini salah karena kawat tidak akan tenggelam di semua cairan.

Oke, sampai situ dulu penjelasan gue tentang rumus tegangan permukaan zat cair hingga rumus viskositas.

Gak cuman Fisika, di Zenius elo juga bisa mempelajari mata pelajaran lainnya, lho, seperti Bahasa Inggris, Sejarah, Biologi, dan lain-lainnya. Yuk, buat akun Zenius kalian sekarang.

Gue harap kalian semua jadi paham dan bisa ngebantai semua rumus tegangan permukaan zat cair dan viskositas dengan mudah ya. 

Atau kalo elo mau tau lebih banyak lagi tentang materi Fisika, gak cuman materi tegangan permukaan, elo bisa tonton video-video dan download PDF di bawah dan jangan lupa untuk terus berlatih ya. 

Semangat terus ya, Sobat Zenius dan jangan lupa kerjakan latihan soal yang tersedia ya. Sampai jumpa di artikel selanjutnya!

Baca Juga Artikel Fisika Lainnya:

4 Rumus Gerak Harmonik Sederhana yang Mudah Dipahami

2 Rumus Torsi (Momen Gaya) yang Mudah Dipahami

2 Rumus Dimensi Daya yang Mudah Dipahami

9 Rumus Momen Inersia dan 4 Contoh Soal

Rumus Panjang Gelombang dalam Fisika Beserta 3 Contoh Soal

Originally Published:  September 20, 2021
Update by: Sabrina Mulia Rhamadanty