Bank Soal Fisika SMA Tegangan Permukaan Zat Cair dan Viskositas Fluida

Soal

Pilgan

Pembahasan

Sebuah batang kawat hitam dibengkokkan dan kemudian batang kawat biru bermassa 0,2 g dan panjang 0,1 m dipasang pada kawat hitam tersebut seperti pada gambar. Selanjutnya, kawat-kawat tersebut dicelupkan dalam cairan sabun dan diangkat vertikal sehingga terbentang lapisan sabun sehingga kawat biru mengalami gaya tarik ke atas. Jika kawat biru digantungkan dengan beban bermassa 0,3 g, agar sistem kawat setimbang, maka besar tegangan permukaan cairan sabun itu adalah ... N/m. (g = 10 m/s²)

A

0,075 N/m

B

0,050 N/m

C

0,025 N/m

D

0,015 N/m

E

0,012 N/m

Pembahasan:

Diketahui:

Massa kawat biru m_kb = 0,2 g = 0,0002 kg

Massa beban m_b = 0,3 g = 0,0003 kg

Panjang kawat biru l = 0,1 m

Percepatan gravitasi g = 10 m/s²

Ditanya:

Tegangan permukaan cairan $\gamma$ = ?

Dijawab:

Tegangan permukaan merupakan kecenderungan permukaan zat cair menegang, sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis. Persamaan tegangan permukaan dinyatakan dengan

$\gamma=\frac{F}{d}$

dimana d adalah panjang permukaan. Jika menggunakan batang panjang $\rightarrow d=2l$ maka persamaannya menjadi

$\gamma=\frac{F}{2l}$

Karena sistem berada dalam keadaan setimbang (berlaku hukum I Newton), maka gaya-gaya yang bekerja adalah sama besar. Gaya ke bawah adalah gaya berat kawat dan gaya berat beban, sedangkan gaya ke atas adalah gaya tegang permukaan.

Gaya berat adalah gaya yang bekerja pada benda akibat dari percepatan gravitasi.

$w=mg$

Sehingga,

$\Sigma F=0$

$F-w_{\text{kb}}-w_{\text{b}}=0$