6 Contoh Soal Tegangan Permukaan Dan Pembahasannya Dengan Rumus Kelas 11 Sma

Pernahkah Anda memandang tetesan air nan mengumpul rapi di atas permukaan daun? Nah, kejadian sederhana seperti itu adalah contoh dari tegangan permukaan nan bakal Anda temui dalam materi Fisika kelas 11 SMA.

Secara sederhana, tegangan permukaan mempelajari tentang gimana permukaan unsur cair bisa menegang layaknya selaput elastis dan menghasilkan beragam kejadian unik di sekitar kita. 🍀💧

Supaya Anda lebih mudah memahami, tulisan Mamikos kali ini ini juga sudah dilengkapi dengan contoh soal tegangan permukaan dan pembahasannya nan bisa Anda jadikan latihan.

Pengertian Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan merupbakal sifat alami nan dimiliki setiap zat cair, di mana bagian permukaannya berperilsaya seperti sebuah selaput elastis nan tegang. Fenomena tersebut terjadi lantaran molekul-molekul di permukaan cairan mengalami style tarik menarik nan tidak seimbang.

Molekul nan berada di bagian dalam saling menarik secara merata, tetapi molekul di permukaan hanya tertarik ke arah samping dan ke bawah. Akibatnya, permukaan cairan condong mengecil dan mempertahankan corak sekecil mungkin.

Besarnya tegangan permukaan biasanya dinyatbakal sebagai style per satuan panjang dengan satuan Newton per meter (N/m). Nilai ini menunjukkan seberapa kuat permukaan cairan menahan style dari luar.

Oh, ya, kejadian tegangan permukaan dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, lho. Misalnya, tetesan air nan tampak membulat lantaran permukaan air berupaya mengecil, alias keahlian serangga mini untuk melangkah di atas air tanpa tenggelam.

Selain itu, tegangan permukaan juga menjadi dasar dari beberapa peristiwa krusial dalam fisika dan kimia, seperti naiknya cairan di dalam pipa kapiler serta pembuatan lapisan tipis cairan pada permukaan benda.

Rumus Tegangan Permukaan

Nah, sebelum lanjut ke pempembahasan contoh soal tegangan permukaan dan pembahasannya, kita pelajari terlebih dulu rumusnya, yuk.

Untuk menghitung besar tegangan permukaan suatu cairan, digunbakal konsep dasar bahwa permukaan cairan bisa memberikan style sepanjang pemisah tertentu, dengan rumus:

[γ=FL]

Keterangan:

• γ adalah tegangan permukaan (N/m),
• F adalah style nan bekerja pada permukaan cairan (N),
• L adalah panjang garis permukaan nan mengalami style (m).

Rumus di atas menunjukkan bahwa semakin besar style nan bisa ditahan oleh suatu permukaan cairan untuk setiap satuan panjang, semakin besar pula nilai tegangan permukaannya.

Kasus Dua Permukaan (Lapisan Sabun)

Pada beberapa kondisi, seperti lapisan sabun alias movie cair tipis, style bekerja pada dua sisi permukaan sekaligus. Karena itu, style total nan muncul menjadi dua kali lipat:

[F=2γL]

Rumus ini sering dipakai pada soal-soal kawat U dan bingkai sabun, di mana lapisan cairan mempunyai permukaan depan dan belakang.

Tegangan Permukaan sebagai Energi

Tegangan permukaan juga dapat dilihat sebagai daya nan dibutuhkan untuk memperbesar luas permukaan cairan. Dalam pendekatan energi, persamaannya adalah:

[γ=WA]

Dengan:

• W = upaya untuk memcorak permukaan baru (Joule),
• A = pertambahan luas permukaan (m²).

Semakin besar daya nan diperlukan untuk menambah luas permukaan, semakin tinggi nilai tegangan permukaan cairan tersebut.

Contoh Soal Tegangan Permukaan dan Pembahasannya Lengkap

Agar penerapan rumus nan sudah kita pelajari sebelumnya semakin mudah untuk Anda pahami, berikut tersedia beberapa contoh soal tegangan permukaan dan pembahasannya lengkap.

1. Pada sebuah percobaan tentang tegangan permukaan, tercatat bahwa style nan bekerja pada permukaan cairan sebesar 4 N. Bila panjang permukaan tempat style tersebut bekerja adalah 20 cm, berapakah nilai tegangan permukaannya?

Pembahasan:

Diketahui:

• Gaya permukaan, (F=4,N)
• Panjang permukaan, (L=20,cm=0,2,m)

Rumus tegangan permukaan: [γ=FL]

Substitusi nilai nan diketahui: [γ=40,2]

Hitung: [γ=20,N/m]

Jadi, besar tegangan permukaan cairan tersebut adalah (20,N/m).

2. Sebuah kawat dicorak menyerupai huruf U, lampau dipasangi kawat mini bermassa 0,2 gram pada bagian atasnya. Saat rangkaian ini dicelupkan ke dalam larutan sabun, tercorak lapisan sabun nan menarik kawat mini tersebut ke atas.

Untuk menjaga agar kawat tetap dalam keadaan setimbang, digantungkan beban bermassa 0,1 gram pada kawat mini itu. Jika panjang kawat mini adalah 10 cm, tentukan besar tegangan permukaan lapisan sabun tersebut.

Pembahasan:

1. Mengubah massa menjadi berat (g = 10 m/s²)

Massa kawat mini = 0,2 gram = (0,2×10-3)kg
(Wk=0,2×10-3×10=2×10-3)N

Massa beban = 0,1 gram = (0,1×10-3)kg
(Wb=0,1×10-3×10=1×10-3)N

2. Panjang kawat kecil
(l = 10) cm = (10-1)m

3. Kondisi setimbang
Gaya dari tegangan permukaan kudu menahan berat kawat dan beban.
[F=Wk+Wb]
[F=2×10-3+1×10-3=3×10-3,N]

4. Menghitung tegangan permukaan

Lapisan sabun mempunyai dua sisi, sehingga style bekerja pada panjang 2l.
[γ=F2l]
[γ=3×10-32×10-1]
[γ=1,5×10-2,N/m]

Jadi tentukan besar tegangan permukaan lapisan sabun tersebut adalah 1,5×10-2,N/m.

3. Sebuah tabung kapiler dengan diameter 0,4 cm dicelupkan secara vertikal ke dalam air. Sudut kontak antara air dan tembok tabung adalah 60°. Jika air naik setinggi 2,5 cm di dalam tabung tersebut, berapakah nilai tegangan permukaan air?

Pembahasan:

Soal ini berangkaian dengan indikasi kapilaritas, sehingga digunbakal persamaan:
[h=2γcosθρgr]

1. Menentukan nilai-nilai nan diketahui

2. Substitusi ke rumus kapilaritas
[2,5×10-2=2γcos60°(103)(10)(2×10-3)]

Hitung bagian penyebut:
[103×10×2×10-3=20]

Lalu:
[2,5×10-2=2γ×1220]

Sederhanakan:
[2,5×10-2=γ20]

3. Hitung tegangan permukaan
[γ=20×2,5×10-2]
[γ=50×10-2]
[γ=0,5,N/m]

Nilai tegangan permukaan air adalah 0,5,N/m.

4. Sebuah pipa kapiler dicelupkan ke dalam wadah berisi minyak tanah. Diketahui tegangan permukaan minyak tanah adalah(10-4,N/m). Jari-jari pipa kapiler 1 mm, massa jenis minyak tanah 0,8 g/cm³, percepatan gravitasi 10 m/s², dan perspektif kontak antara minyak tanah dan pipa adalah 20°. Tentukan berapa besar kenaikan permukaan minyak tanah di dalam pipa kapiler tersebut.

Pembahasan:

Rumus kenaikan kapilaritas: [h=2γcosθρgr]

1. Mengubah info ke satuan SI

2. Substitusi ke dalam rumus kapilaritas

[h=2(10-4)cos20°(800)(10)(1×10-3)] 

Hitung penyebut:
[800×10×10-3=8]

Maka:
[h=2×10-4×0,948]

Hitung pembilang:
[2×10-4×0,94=1,88×10-4]

Lalu:
[h=1,88×10-48]
[h=2,35×10-5,m]

3. Selanjutnya ubah ke cm agar lebih mudah dibaca

[h=2,35×10-5,m=2,35×10-3,cm]

5. Sebuah pipa kapiler mempunyai jari-jari 0,15 mm dan digunbakal untuk mengameninggal naiknya air di dalam pipa tersebut. Diketahui bahwa perspektif kontak air dengan tembok pipa adalah 0°, dan tegangan permukaan air berbobot 0,073 N/m. Tentukan ketinggian air nan naik di dalam pipa kapiler tersebut.

Pembahasan:

Untuk menentukan ketinggian naiknya air, digunbakal persamaan kapilaritas:
[h=2γcosθρgr]

1. Mengonversi info ke satuan SI

2. Substitusi ke rumus kapilaritas

[h=2×0,073×11000×10×1,5×10-4]

Hitung penyebut:
[1000×10×1,5×10-4=1,5×10-1=0,15]

Maka:
[h=0,1460,15]
[h=0,993×10-1,m]
[h=9,93×10-2,m]

3. Ubah ke dalam satuan cm

[9,93×10-2,m=9,93,cm]

Jadi, ketinggian air nan naik dalam pipa kapiler adalah 9,93 cm.

6. Sebuah kawat dengan massa 1,08 gram dan panjang 40 cm bakal diletakkan pada permukaan tiga jenis cairan, ialah air, alkohol, dan larutan sabun. Pertanyaannya: apakah kawat tersebut bakal tenggelam ketika berada di atas permukaan alkohol dan air sabun?

Pembahasan:

Untuk mengetahui apakah kawat tenggelam alias tidak, kita bandingkan berat kawat dengan style nan dihasilkan oleh tegangan permukaan masing-masing cairan.

Jika style tegangan permukaan lebih mini dari berat kawat → kawat bakal tenggelam.
Jika style tegangan permukaan lebih besar dari berat kawat → kawat tetap mengapung.

1. Menghitung berat kawat

Massa kawat: [m=1,08,gram=1,08×10-3,kg]

Berat kawat:
[Wkawat=mg]
[Wkawat=1,08×10-3×10]
[Wkawat=0,0108,N]

2. Menghitung style tegangan permukaan tiap cairan

Rumus style tegangan permukaan:
[F=2γl]
dengan (l=40,cm=0,4,m).

a. Larutan sabun

[Fsabun=2×0,025×0,4]
[Fsabun=0,02,N]

b. Air

[Fair=2×0,072×0,4]
[Fair=0,0576,N]

c. Alkohol

[Falkohol=2×0,023×0,4]
[Falkohol=0,0184,N]

3. Membandingkan dengan berat kawat

Berat kawat = 0,0108 N

Jadi kawat tidak bakal tenggelam pada ketiga jenis cairan, termasuk alkohol dan air sabun, lantaran style tegangan permukaan masing-masing cairan tetap lebih besar dibandingkan berat kawatnya.

Penutup

Itulah tadi penjelasan komplit mulai dari pengertian, rumus, hingga contoh soal tegangan permukaan dan pembahasannya lengkap.

Bagi Anda kelas 11 SMA nan mau lanjut belajar dengan materi lainnya, jangan lupa mampir ke blog Mamikos, ya. Tersedia beragam penjelasan, contoh soal, hingga soal ujian secara gratis, lho. 🌸

Klik dan dapatkan info kost di dekat kampus idamanmu:

Kost Dekat UGM Jogja

Kost Dekat UNPAD Jatinangor

Kost Dekat UNDIP Semarang

Kost Dekat UI Depok

Kost Dekat UB Malang

Kost Dekat Unnes Semarang

Kost Dekat UMY Jogja

Kost Dekat UNY Jogja

Kost Dekat UNS Solo

Kost Dekat ITB Bandung

Kost Dekat UMS Solo

Kost Dekat ITS Surabaya

Kost Dekat Unesa Surabaya

Kost Dekat UNAIR Surabaya

Kost Dekat UIN Jakarta