Bank Soal Fisika SMA Tegangan Permukaan Zat Cair dan Viskositas Fluida

Diketahui:

Massa jenis raksa $\rho_{\text{raksa}}$ = 13,6 g/cm³ = 13.600 kg/m³

Jari-jari pipa kapiler r = 1 mm = 0,001 m

Tegangan permukaan $\gamma$ = 2,72 N/m

Sudut kontak $\theta$ =$120^{\circ}$

Percepatan gravitasi g = 10 m/s²

Ditanya:

Penurunan tinggi raksa dalam pipa kapiler h = ?

Dijawab:

Naiknya air dalam pipa kapiler merupakan contoh dari gejala kapilaritas. Kapilaritas adalah peristiwa naik/turunnya permukaan fluida di dalam pipa kapiler (pipa sempit) yang disebabkan oleh gaya kohesi dan gaya adesi. Gaya kohesi adalah gaya tarik antar molekul sejenis, sedangkan gaya adesi adalah gaya tarik molekul tak sejenis. Secara matematis, kenaikan/penurunan zat cair dalam pipa kapiler dinyatakan dengan persamaan:

$h=\frac{2\gamma\cos\theta}{\rho gr}$

dimana h adalah ketinggian naik/turunnya fluida, $\gamma$ adalah tegangan permukaan, $\theta$ adalah sudut kontak, $\rho$ adalah massa jenis fluida, dan r adalah jari-jari pipa kapiler. Dengan demikian, faktor yang mempengaruhi kapilaritas antara lain besarnya tegangan permukaan, massa jenis fluida/zat cair, sudut kontak zat cair, massa jenis, dan jari-jari pipa kapiler.

Sehingga,

$h=\frac{2\gamma\cos\ \theta}{\rho gr}$

$h=\frac{\left(2\right)\left(2,72\right)\cos120^{\circ}}{\left(13.600\right)\left(10\right)\left(0,001\right)}$

$h=\frac{\left(2\right)\left(2,72\right)\left(-0,5\right)}{\left(13.600\right)\left(10\right)\left(0,001\right)}$

$h=\frac{-2,72}{136}$

$h=-0,02$ m

$h=-2$ cm

Tanda negatif menunjukkan bahwa terjadi penurunan zat cair.

Jadi, penurunan tinggi raksa dalam pipa kapiler adalah sebesar 2 cm.