Tegangan Permukaan Pada Klip

TEGANGAN PERMUKAAN PADA KLIP Rohmad Eko wahyudi, Nur Lailiyah, Hasan Bisri Jurnal Fisika Dasar Jurusan Fisika, FMIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111

ABSTRAK Fluida biasanya dipelajari secara keseluruhan tanpa memperhatikan beberapa bagiannya. Tetapi permukaan zat cair sebagai salah satu bagian dari fluida, dalam keadaan diam juga berprilaku dengan cara menarik. Sejumlah observasi umum menunjukkan bahwa permukaan zat cair berprilaku seperti membran yang teregang karena tegangan. Seperti contoh, setetes air di ujung keran yang menetes, atau tergantung dari dahan kecil pada embun di pagi hari. Dalam hal ini berarti bahwa air tersebut memilki suatu permukaan yang dapat teregang ketika permukaan tersebut bersentuhan dengan benda lain. 1.1 Latar Belakang Gelembung sabun merupakan sesuatu yang sudah bukan hal asing lagi bagi ibu-ibu pencuci baju atau piring. Gelembung tersebut jika diamati selalu berbentuk bulat, mengapa hal ini dapat terjadi? Fenomena seperti ini tidaklah hanya terjadi pada gelembung sabun, tetapi juga terjadi pada tetesan embun, tetesan air kran dan lain-lain. Selain fenomena diatas ada juga fenomena yang lain, yakni seekor capung dapat hinggap diatas permukaan air tanpa tenggelam didalamnya atau klip yang dapat berada dipemukaan zat cair tanpa tenggelaam. Hal ini terlihat sepele, tetapi memiliki sesuatu nilai ilmiah yang besar yakni tegangan permukaan suatu zat cair yang mengakibatkan capung tidak tenggelam dan gelembung sabun yang selau bulat diudara. 1.2 Permasalahan Permasalan yang akan dibahas dalam jurnal ini yaitu menentukan tegangan permukaan pada klip yang mengapung diatas permukaan zat

cair dan mengapa gelembung sabun selalu berbentuk bulat. 1.3 Tujuan Percobaan ini bertujuan untuk menentukan tegangan permukaan pada klip yang mengapung disuatu fluida zat cair dan mengatahui proses terjadi pengapungan klip pada permukaan zar cair. 1.4 Konsep tegangan permukaan Melalui percobaan sederhana dengan menggunakan serpihan kertas atau klip yang diletakan diatas permukaan zat cair, tegangan permukaan zat cair dapat ditentukan. Adapun prosedur kerja dari percobaan sederhana ini adalah dengan meletakkan klip pada permukaan air secara perlahanlahan. Klip yang dijadikan alat ini adalah klip yang tebuat dari logam sehingga massa jenis klip tersebut labih besar dari massa jenis air. Karena massa jenis klip itu lebih besar dari massa jenis air maka seharusnya klip tersebut tidak tenggelam. Tapi pada kenyataannya klip tersebut tidak tenggelam yakni

terapung. Fenomena ini merupakan salah satu contoh dari tegangan permukaan zat cair. Untuk menjelaskan fenomena klip yang terapung diatas air, terlebih dulu harus diketahui apa sesungguhnya tegangan permukaan itu. Tegangan permukaan terjadi karena permukaan semakin memahami penjelasan ini. Perhaitkan ilusi berikut ini. Kita tinjau cairan yang berada didalam sebuah wadah. Molekul cairan biasanya saling tarik menarik. Dibagian dalam cairan, setiap molekul cairan dikelilingi oleh molekul-molekul lain disetiap sisinya; tetapi permukaan cairan, hanya ada molekul-molekul cairan disamping dan dibawah. Dibagian atas tidak ada bagian molekul lainnya. Karena memiliki cairan yang saling tarik menarik satu dengan yang lainnya, maka terdapat gaya total yang besarnya nol pada molekul yang berada dibagian dalam cairan. Sebaliknya, molekul cairan yang terletak dipermukaan ditarik oleh molekul cairan yang berada disamping san dibawahnya. Akibatnya, pada permukaan cairan terdapat gaya total yang bearah kebawah. Karena adanya gaya total yang mengarah kebawah, maka cairan yang terletak dipermukaan cenderung memperkecil luas permukaannya, dengan menyusut sekuat mungkin. Hal ini yang menyebabkan lapisan cairan pada permukaan seolah-olah tertutup oleh selaput elastis tipis. Fenomena ini dikenal dengan istilah Tegangan Permukaan. 2.3 Klip dipermukaan zat cair Ketika klip diletakkan secara hati-hati diatas permukaan air,

molekul-molekul air yang terletak dipermukaan agak ditekan oleh gaya berat klip tersebut, sehingga molekul-molekul air yang terletak dibawah memberikan gaya pemulih keatas untuk menopang klip tersebut (ingat kembali keelastisitas). Dalam kenyataannya, bikan hanya klip alias penjepit, tetapi juga bisa benda lain seperti jarum. Apabila karum diletakkan diatas permukaan zat cair secara hati-hati, maka jarum akan terapung. Adanya tegangan permukaan cairan juga menjadi alasan mengapa serangga bisa mengapung diatas permukaan zat cair. 2.4 Persamaan Tegangan Permukaan Untuk membantu menurunkan persamaan, dapat menggunakan sebuah kawat yang dibentuk seperti huruf U. Sebuah kawat lain yang berbentuk lurus dikaitkan pada kedua kaki kawat U, dimana kawat lurus tersebut bisa digerakkan (lihat gambar dibawah ini). Jika kawat ini dimasukkan kedalam larutan sabun, maka setelah dikeluarkan akan terbentuk lapisan air sabun pada permukaan tersebut. Hal ini dapat terjadi karena kawat lurus tersebut bisa digerakkan dan massanya tidak terlalu besar, maka lapisan air sabun akan memberikan gaya tegangan permukaan kawat lurus bergerak keatas (perhatikan arah panah). Untuk mempertahankan kawat lurus tidadk bergerak (kawat berada dalam keseimbangan), maka diperlukan gaya total yang arahnya kebawah, dimana besarnya gaya totalnya adalah F=w+T. Dalam keseimbangan, gaya tegangan

permukaan yagn 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 sebun merupakan perbandingan antara gaya tegangan permukaan (F) dengan panjang permukaan dimana gaya bekerja (d). Untuk kasus ini, panjang permukaan adalah 2l. Secara metematis, ditulis: Karena tegangan permukaan merupakan perbandingan antara gaya tegangan permukaan dengan satuan panjang, maka satuan tegangna pemukaan adalah newton per meter (N/m) atau dyne per centimeter (Dyn/cm). Berikut ini beberapa nilai tegangan permukaan yang diperoleh berdasarkan percobaan:

Berdasarkan data tegangan tegangan permukaan, tanpak bahwa suhu mempengaruhi nilai tegangan permukaan fluida. Umumnya ketika terjadi kenaikan suhu, nilai tegangan permukaan mengalami penurunan (bandingkan niali tegangan permukaan air pada setiap kenaikan suhu,lihat tabel). Hal ini disebabkan karena ketika suhu meningkat, moekul bergerak semakin cepat sehingga pengaruh interaksi antar molekul cairan berkurang. Akibatnya niali tegangan permukaan juga mengalami penurunan. 2.5 Aplikasi konsep tegangan permukaan

Dalam mencuci pakaian tentunya tidak lepas dari sabun. Hal ini perlu dilakukan agar cucian benarbenar bersih maka air harus melewati selah yag sempit pada pakaian. Untuk itu diperlukan penambahan luas permukaan air. Nah, hal ini sangat sukar dilakukkan karena adanya tegangan permukaan. Oleh karena itu nilai tegangan permukaan harus diturunkan terlebih dahulu. Untuk menurunkan nilai tersebut, dapat menggunakan air panas. Makkin tinggi suhu air, maka baik karena semakin tinggi suhu air, semakin kecil tegangan permukaan (lihat tabel). Ini alternatif pertama dan merupakan cara yang jarang digunakan. Kecuali merekan yang suka bermain air panas. Alternatif lainnya adalah menggunakan sabun. Pada suhu 20 derajat celsius, nilai tegangan permukaan air sabun adalah 25,00 mN/m. Coba bandingkan air sabun dan air panas, manakah tegangan permukaan yang lebih kecil? Pada suhu 100 derajat celsius, nilai tegangan permukaan air panas = 58,90 mN/m. Pada suhu 20 derajat celsius, nilai tegangan permukaan air sabun adalah 25,00 mN/m. 2.6 Gelembung Sabun atau Tetesan Air Berbentuk Bulat Gelembung air sabun atau tetesan air berbentuk bulat karena dipengaruhi oleh adanya tegangan permukaan. Gelembung sabun memiliki dua selaput tipis pada permukaannya dan diantara kedua selaput tersebut terdapat lapisan air tipis. Adanya tegangan permukaan menyebabkan selaput berkontraksi dan cenderung memperkecil luas permukaannya, timbul perbedaan

tekanan udara dibagian luar selaput, tekanan udara yagn berada diluar selaput (tekanan atmosfir) turut mendorong selaput air sabun ketika ia melakukkan kontraksi, karena tekanan udara dibagian dalam selaput lebih kecil. Setelah selaput berkontraksi, maka udara didalamnya (udara yang terperangkap diantara dua selaput)

ikut tertekan, sehingga menaikkan tekanan udara didalam selaput sampai tidak terjadi kontraksi lagi. Dengan kata lain, ketika tidak terjadi kontraksi lagi, besarnya tekanan udara diantara selaput sama dengan tekanan atmosfir ditambah gaya tegangan permukaan yang mengerutkan selaput. Pada tetesan air diudara