Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan adalah gaya yang diakibatkan oleh suatu benda yang bekerja pada permukaan zat cair sepanjang permukaan yang menyentuh benda itu. Apabila F = gaya (newton) dan L = panjang (m), maka tegangan-permukaan, S dapat ditulis sebagai S = F/L. tegangan permukaan dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi antara molekul air.
Molekul cairan biasanya saling tarik menarik. Di bagian dalam cairan, setiap
molekul cairan dikelilingi oleh molekul-molekul lain di setiap sisinya;
tetapi di permukaan cairan, hanya ada molekul-molekul cairan di samping dan di bawah. Di bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya. Karena
molekul cairan saling tarik menarik satu dengan lainnya, maka terdapat
gaya total yang besarnya nol pada molekul yang berada di bagian dalam
cairan. Sebaliknya, molekul cairan yang terletak dipermukaan ditarik
oleh molekul cairan yang berada di samping dan bawahnya. Akibatnya, pada
permukaan cairan terdapat gaya total yang berarah ke bawah. Karena
adanya gaya
total yang arahnya ke bawah, maka cairan yang terletak di permukaan
cenderung memperkecil luas permukaannya, dengan menyusut sekuat mungkin.
Hal ini yang menyebabkan lapisan cairan pada permukaan seolah-olah tertutup oleh selaput elastis yang tipis. Fenomena ini kita kenal dengan istilah Tegangan Permukaan.
Untuk membantu menurunkan persamaan tegangan permukaan, mari tinjau sebuah kawat yang dibengkokkan membentuk huruf U. Sebuah kawat lain yang berbentuk lurus dikaitkan pada kedua kaki kawat U, di mana kawat lurus tersebut bisa digerakkan (lihat gambar di bawah).
Jika kawat ini dimasukan ke dalam larutan sabun, maka setelah dikeluarkan akan terbentuk lapisan air sabun pada permukaan kawat tersebut. Mirip seperti ketika bermain gelembung sabun. Karena kawat lurus bisa digerakkan dan massanya tidak terlalu besar, maka lapisan air sabun akan memberikan gaya tegangan permukaan pada kawat lurus sehingga kawat lurus bergerak ke atas (perhatikan arah panah). Untuk mempertahankan kawat lurus tidak bergerak (kawat berada dalam kesetimbangan), maka diperlukan gaya total yang arahnya ke bawah, di mana besarnya gaya total adalah F = w + T. Dalam kesetimbangan, F = gaya tegangan permukaan yang 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 sabun merupakan perbandingan antara Gaya Tegangan Permukaan (F) dengan panjang permukaan di mana gaya bekerja (d). Untuk kasus ini, panjang permukaan adalah 2l. Secara matematis, ditulis :
Karena tegangan permukaan merupakan perbandingan antara Gaya tegangan permukaan dengan Satuan panjang, maka satuan tegangan permukaan adalah Newton per meter (N/m) atau dyne per centimeter (dyn/cm).
1 dyn/cm = 10-3 N/m = 1 mN/m
Tegangan
permukaan juga bisa diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya
mencuci. Agar pakaian yang kita cuci benar-benar bersih maka air harus
melewati celah yang sangat sempit pada serat pakaian. Untuk itu
diperlukan penambahan luas permukaan air.Hal ini sangat sukar dilakukan
karena adanya tegangan permukaan. Sehingga nilai tegangan permukaan air
harus diturunkan dahulu. Kita bisa menurunkan tegangan permukaan dengan
cara menggunakan air panas. Makin tinggi suhu air, maka baik karena
semakin tinggi suhu air, semakin kecil tegangan permukaan.
Alternatif lainnya adalah menggunakan sabun. Pada suhu 20 oC, nilai Tegangan Permukaan air sabun adalah 25,00 mN/m. Pada 100 oC, nilai tegangan permukaan air panas = 58,90. Pada suhu 20 oC,
nilai tegangan permukaan air sabun adalah 25,00 mN/m. Lebih
menguntungkan pakai sabun… airnya juga tidak panas. Jangan heran kalau
sabun sangat laris di pasar. Bukan cuma pakaian, tapi tubuh kita juga.
