Tegangan Permukaan adalah fenomena fisik yang terjadi di permukaan suatu cairan akibat gaya kohesi antar molekul cairan tersebut. Gaya ini menyebabkan permukaan cairan bertindak seperti sebuah membran elastis yang memiliki “tegangan”. Tegangan permukaan memungkinkan beberapa benda ringan (misalnya jarum atau serangga seperti capung) dapat “mengapung” di atas air tanpa tenggelam, meskipun massa jenisnya lebih besar dari air.
Penyebab Tegangan Permukaan
- Gaya Kohesi
Molekul-molekul dalam cairan saling menarik satu sama lain.- Di bagian dalam cairan, gaya kohesi seimbang ke segala arah.
- Di permukaan cairan, molekul-molekul hanya ditarik ke dalam (ke arah molekul cairan lainnya), sehingga menciptakan tegangan yang membuat permukaan menjadi stabil.
- Minimisasi Energi
Cairan cenderung mengurangi luas permukaannya untuk meminimalkan energi permukaan, sehingga berbentuk bulat atau lengkung dalam kondisi tertentu. Contoh: tetesan air di permukaan daun.
Rumus Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan (γ\gammaγ) didefinisikan sebagai gaya per satuan panjang pada permukaan cairan. Rumusnya:γ=FL\gamma = \frac{F}{L}γ=LF
di mana:
- γ\gammaγ: tegangan permukaan (N/m atau dyn/cm).
- FFF: gaya yang bekerja pada permukaan (N).
- LLL: panjang garis pada permukaan (m).
Faktor yang Mempengaruhi Tegangan Permukaan
- Sifat Cairan
Cairan dengan gaya kohesi yang kuat (seperti air) memiliki tegangan permukaan lebih tinggi dibandingkan cairan dengan gaya kohesi lemah (seperti alkohol). - Temperatur
- Tegangan permukaan berkurang seiring kenaikan temperatur.
- Molekul-molekul cairan pada suhu tinggi memiliki energi kinetik lebih besar, sehingga gaya kohesi berkurang.
- Zat Pereduksi Tegangan Permukaan
- Zat seperti sabun atau deterjen dapat menurunkan tegangan permukaan air.
- Ini karena zat tersebut mengganggu kohesi antara molekul-molekul air.
Aplikasi Tegangan Permukaan
- Fenomena di Alam
- Serangga yang Berjalan di Atas Air: Misalnya, capung dan serangga air memanfaatkan tegangan permukaan untuk bergerak tanpa tenggelam.
- Tetesan Air: Air membentuk tetesan karena tegangan permukaan, terutama pada daun tanaman atau permukaan tahan air.
- Industri dan Kehidupan Sehari-hari
- Sabun dan Deterjen: Zat ini mengurangi tegangan permukaan air, sehingga air dapat menyebar lebih baik dan membersihkan kotoran dengan lebih efektif.
- Pembuatan Gelembung Sabun: Gelembung bertahan karena lapisan tipis cairan dengan tegangan permukaan.
- Mekanisme Biologis
- Paru-Paru Manusia: Lapisan surfaktan di alveolus paru-paru mencegah kolapsnya alveolus dengan mengurangi tegangan permukaan pada antarmuka udara-cairan.
- Aksi Kapilaritas: Tegangan permukaan membantu naiknya air melalui pembuluh kapiler pada tumbuhan.
- Pengujian Kualitas Cairan
- Tegangan permukaan dapat digunakan untuk mengidentifikasi atau mengontrol kualitas cairan seperti minyak, cat, atau larutan kimia.
Contoh Soal
Soal: Sebuah kawat sepanjang 0,2 m diletakkan di atas permukaan air dan ditarik dengan gaya 0,06 N0,06 \, \text{N}0,06N. Berapakah tegangan permukaan air tersebut?
Jawab:
Diketahui:F=0,06 N, L=0,2 mF = 0,06 \, \text{N}, \, L = 0,2 \, \text{m}F=0,06N,L=0,2m γ=FL=0,060,2=0,3 N/m\gamma = \frac{F}{L} = \frac{0,06}{0,2} = 0,3 \, \text{N/m}γ=LF=0,20,06=0,3N/m
Tegangan permukaan air adalah 0,3 N/m0,3 \, \text{N/m}0,3N/m.
Fenomena Khusus
- Efek Marangoni
Variasi tegangan permukaan dapat menyebabkan aliran cairan di permukaan, seperti gerakan “air mata anggur” pada dinding gelas anggur. - Kolaps Gelembung
Gelembung udara pecah karena perbedaan tegangan permukaan di bagian yang menipis.
