Penjelasan tentang Tegangan Permukaan

Apabila sebuah silet diletakkan mendatar pada permukaan air dengan hati-hati, ternyata silet terapung. Padahal massa jenis silet lebih besar dari massa jenis air. Zat cair yang keluar dari suatu pipet bukan sebagai aliran tetapi sebagai tetesan. Demikian juga, nyamuk atau serangga dapat hinggap di permukaan air. Peristiwa-peristiwa tersebut berhubungan dengan gaya-gaya yang bekerja pada permukaan zat cair, atau pada batas antara zat cair dengan bahan lain. Jika kita amati contoh-contoh di atas, ternyata permukaan air tertekan ke bawah karena berat silet atau nyamuk. Jadi, permukaan air tampak seperti kulit yang tegang. Sifat tegang permukaan air inilah yang disebut tegangan permukaan. 

Tegangan permukaan zat cair dapat dijelaskan dengan memerhatikan gaya yang dialami oleh partikel zat cair. Jika dua partikel zat cair berdekatan akan terjadi gaya tarik-menarik.

Anggang- anggang dapat hinggap di permukaan air karena adanya tegangan permukaan.

Gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang sejenis disebut kohesi. Gambar berikut melukiskan sebuah molekul di dalam zat cair yang dapat dianggap sebagai sebuah bola besar sehingga gaya kohesi di luar bola diabaikan. 

Gaya tarik- menarik antara partikel di dalam zat cair (A) dan di permukaan zat cair (B).

Bola A adalah molekul yang berada dalam zat cair, sedangkan bola B adalah molekul yang berada di permukaan zat cair. Pada bola A, bekerja gaya sama besar ke segala arah sehingga resultan gaya yang bekerja pada A sama dengan nol. 

Pada bola B, hanya bekerja gaya P yang arahnya ke bawah dan ke samping, sehingga resultan gaya-gaya yang bekerja berarah ke bawah. Resultan gaya ini yang mengakibatkan lapisan atas zat cair seakan-akan tertutup oleh selaput yang elastis. 

Secara kuantitatif, tegangan permukaan didefinisikan sebagai besarnya gaya yang dialami oleh tiap satuan panjang pada permukaan zat cair yang dirumuskan:

γ = F/l

dengan:

γ = tegangan permukaan (N/m)

F = gaya pada permukaan zat cair (N)

l = panjang permukaan (m)

Besarnya tegangan permukaan zat cair dapat ditentukan dengan menggunakan sebuah kawat yang dibengkokkan sehingga berbentuk U. Selanjutnya, seutas kawat lurus dipasang sehingga dapat bergerak pada kaki- kaki kawat U,. Perhatikan gambar berikut:

Tegangan permukaan pada kawat.

Jika kawat dicelupkan ke dalam larutan sabun dan diangkat keluar, maka kawat lurus akan tertarik ke atas. Apabila berat w₁ tidak terlalu besar, maka dapat diseimbangkan dengan menambah beban w₂ . Dalam keadaan setimbang kawat lurus dapat digeser tanpa mengubah keseimbangannya selama suhunya tetap. Pada keadaan setimbang, maka gaya permukaan air sabun sama dengan gaya berat kawat lurus dijumlahkan dengan berat beban.

F = w₁ + w₂

Karena lapisan air sabun memiliki dua permukaan maka gaya permukaan bekerja sepanjang 2 l , maka tegangan permukaan zat cair dapat dinyatakan:

γ = F/2l