Tegangan Permukaan: Pengertian, Rumus, dan Contoh Soalnya

rumus tegangan permukaan
ilustrasi oleh dribbble.com

Rumus tegangan permukaan adalah γ = F/d atau γ = F/2l, dimana tegangan permukaan adalah gaya atau tarikan ke bawah yang menyababkan permukaan cairan berkontraksi dan benda dalam keadaan tegang.

Pernahkah kamu melihat pisau silet suatu waktu bisa mengapung di atas air? Mengapa terjadi demikian? Secara Fisika, fenomena ini bisa terjadi karena adanya tegangan permukaan. Berikut penjelasan lebih lengkapnya.

Tegangan permukaan merupakan gaya atau tarikan ke bawah yang menyebabkan permukaan cairan berkontraksi dan benda dalam keadaan tegang.

rumus tegangan permukaan

Hal ini terjadi disebabkan oleh gaya – gaya tarik yang tidak seimbang pada antar muka cairan. Gaya ini biasa segera diketahui pada kenaikan cairan biasa dalam pipa kapiler dan bentuk suatu tetesan kecil cairan.

Atau tegangan permukaan bisa juga fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yang ada dalam keadaan diam (statis).

Manfaat Tegangan Permukaan

Berikut beberapa manfaat dari Tegangan Permukaan, diantaranya yaitu:

  • Dapat mempengaruhi penyerapan obat untuk bahan pembantu padat pada persediaan obat.
  • Penetrasi molekul lewat membran biologis.
  • Pembentukan dan kestabilan emulsi dan dispersi partikel gak larut dalam media cair buat membentuk sediaan suspensi.

Penyebab Terjadinya Tegangan Permukaan

Penyebab terjadinya tegangan permukaan dikarenakan adanya kohesi di bawah zat cair yang lebih besar dari pada kohesi dipermukaan zat cair.

Sehingga permukaan air akan cenderung mengerut dan membentuk luas permukaan sekecil mungkin.

Hal tersebut dapat membuktikan, jika titik – titik embun yang menempel di atas rumput berbentuk seperti bola karena luas permukaan terkecil yaitu bangun yang berbentuk bola.

Faktor yang Mempengaruhi Tegangan permukaan

Tegangan permukaan menurun dengan meningkatnya suhu, karena meningkatnya energi kinetik molekul.

Penambahan zat terlarut dalam suatu cairan akan meningkatkan viskositas larutan, jadi tegangan permukaan akan bertambah besar.

Surfaktan merupakan zat yang bisa mengaktifkan permukaan. Karena, cenderung buat terkonsentrasi pada permukaan. Contohnya: Sabun.

Rumus Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan (gama) yaitu didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya tegangan dengan panjang permukan tempat gaya tersebut bekerja. Rumus fisikanya, yaitu:

γ = F/d atau γ = F/2l

Keterangan:

  • F = Gaya (N)
  • γ = Tegangan Permukaan (Nm)
  • d = Panjang Permukaan (m)

Contoh Tegangan Permukaan Zat Cair

Beberapa gejala yang dapat menunjukan tegangan permukaan zat cair yaitu sebagai berikut:

  • Serangga air yang bisa berjalan di permukaan air.
  • Kenaikan batas air pada pipa kapiler atau terbentuknya buih dan gelombang pada air sabun.
  • Air yang keluar dari pipet berupa tetesan berbentuk bulat – bulat atau pisau silet yang bisa mengapung diatas permukaan air (diletakkan dipermukaan air secara hati – hati).
Baca Juga  Pengertian, Peranan, dan Fungsi Pers

Menentukan Tegangan Permukaan secara Pipa Kapiler

Cara penentuan tegangan permukaan secara pipa kapiler, antara lain yaitu:

  • Sampel (misalnya minyak) dimasukkan ke dalam piala gelas dandiukur suhunya.
  • Pipa kapiler dimasukkan ke dalam piala gelas yang berisi sampel.Sampel akan naik ke pipa sampai ketinggian tertentu.
  • Kenaikan sampel dalam pipa kapiler diukur dari permukaan sampeldalam piala gelas.

Kapilaritas disebabkan oleh interaksi molekul – molekul di dalam zat cair. Dalam zat cair, molekul – molekulnya dapat mengalami gaya adhesi dan gaya kohesi.

Gaya kohesi merupakan tarik – menarik antara molekul – molekul sejenis di dalam suatu zat cair. Sedangkan, gaya adhesi merupakan tarik – menarik antara molekul – molekul lain yang gak sejenis, yaitu bahan wadah dimana zat cari berada.

Apabila gaya adhesi lebih besar dari kohesi, seperti pada minyak dengan permukaan gelas maka minyak akan berinteraksi kuat dengan permukaan gelas. Sehingga, minyak membasahi kaca dan permukaan atas cairan akan melengkung (cekung).

Keadaan ini dapat menyebabkan cairan naik ke atas oleh tegangan permukaan yang arahnya keatas sampai batas keseimbangan gaya keatas dengan gaya berat cairan tercapai. Sehingga, minyak dapat naik ke atas dalam suatu pipa kecil yang biasa disebut pipa kapiler.

Jika sudut kontak antara cairan dengan tabung kapiler lebih dari 23 derajat, maka bentuk permukaan cairan tertekan ke bawah yang disebut meniskus cekung.

Rumus/persamaan menghitung tinggi rendahnya atau naik turunnya permukaan zat cair pada pipa kapiler adalah:

h = (2 γ cosO) / (ρ.g.R)

Keterangan:

  • h = Kenaikkan/penurunan zat cair dalam pipa (m)
  • γ = Tegangan Permukaan (N/m)
  • O = Sudut kotak (derajat)
  • ρ = Massa jenis zat cair (hg/m³)
  • R = Jari – jari pipa (m)

Contoh Soal Tegangan Permukaan

  • Sebatang kawat dibengkokkan seperti huruf U. Kemudian kawat kecil AB bermassa 0,2 gram dipasang dalam kawat tersebut. Kemudian kawat ini dicelupkan dalam lapisan sabun dan diangkat vertikal sehingga terbentang satu lapisan sabun. Kawat AB mengalami gaya tarik ke atas. Agar terjadi kesetimbangan, maka kawat kecil AB digantungkan beban bermassa 0,1 gram. Jika panjang kawat AB = 20 cm dan g = 9,8 m/s2, maka besar tegangan permukaan lapisan sabun adalah …
Penyelesaian :

Diketahui :

mk = 0,2 gram = 0,2 x 10-3 kg
mb = 0,1 gram = 0,1 x 10-3 kg
g = 9,8 m/s2
l = 20 cm = 0,2 m

Ditanya : Tegangan permukaan lapisan sabun (γ)

Jawab :

  • Sebuah kawat yang panjangnya 24 cm berada di permukaan air dengan panjangnya sejajar dengan permukaan. Koefisien tegangan permukaan air adalah 0,073 N/m. Gaya tambahan di luar berat kawat yang diperlukan untuk menarik kawat adalah …
Baca Juga  6 Macam Simbiosis dan Contohnya [Penjelasan Lengkap]

Penyelesaian :

Diketahui :
l = 24 cm = 24 x 10-2 m.
γ = 0,073 N/m

Ditanya : Gaya tambahan untuk menarik kawat (F)

Jawab :

F = γ . d = γ. 2l
F = 0,073 x 2 x 24 x 10-2
= 0,073 x 48 x 10-2
= 3,5 x 10-2 N

Jadi, gaya tambahan untuk menarik kawat (F) adalah sebesar 3,5 x 10-2 N. 

  • 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.

Penyelesaian :

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)
  • = (2 x cos 60) / (1000 x-10 x 10⁻³)
  • = 1/10 = 0,1 m = 10 cm

Jadi, permukaan air pada pipa kapiler naik setinggi 10 cm

Demikian penjelasan terkait tegangan permukaan rumus serta contoh soalnya. Semoga bermanfaat!

Tegangan Permukaan: Pengertian, Rumus, dan Contoh Soalnya