BAB KAPILARITAS FISIKA

Kapilaritas

“ Kapilaritas adalah peristiwa naik turunnya permukaan zat cair dalam pipa sempit (sering disebut pipa kapiler). “

Peristiwa ini selain disebut kapilaritas sering juga disebut gejala kapiler. Kenaikan dan penurunan permukaan zat cair dalam pipa kapiler ini dipengaruhi oleh gaya adhesi dan kohesi serta tegangan permukaan.

h = 2. γ. cos θ / ρ.g.r

h = kenaikan/penurunan permukaan zat cair dalam pipa
γ = tegangan permukaan
θ = sudut kontak
ρ = massa jenis zat cair (kg/m³)
g = percepatan gravitasi (m/s²)
r = jari-jari pipa kapiler

Contoh soal kapilaritas 

1.      Sebuah pipa kapiler yang berameter 0,6 mm dimasukkan secara tegak lurus ke dalam sebuah bejana yang berisi air raksa (ρ = 13.600 kg/m³). Sudut kontak raksa dengan dinding pipa adalah 140^o. Bila tegangan permukaan raksa adalah 0,06 N/m, maka berapa penurunan raksa dalam pipa kapiler tersebut? ( g = 9,8 m/s²).

                                                                                               
d = 0,6 mm = 6 x 10^-4 m
r = 3 x 10^-4 m
γ = 0,06 N/m
ρ (raksa) = 13.600 kg/m³
g = 9,8 m/s²
θ = 140^o
ditanyakan:

 penurunan permukaan raksa di pipa kapiler (h)?
jawab
h = 2. γ. cos θ / ρ.g.r
h = 2. 0,06. cos 140^o / 13.600.9,8.3 x 10^-4
h = -0,092/ 39,384
h = -0,0023 mm

2. Suatu tabung berdiameter 0,4 cm jika dimasukkan secara vertikal ke dalam air, sudut kontaknya 60°. Jika tegangan permukaan air 0,5 N/m dan g = 10 m/s², tentukanlah kenaikan air pada tabung.

Jawab

Diketahui: dtabung = 0,4 cm  r = 0,2 cm, θ = 60°, . γ = 0,5 N/m, dan g = 10 m/s².

h = (2γcosθ)/ρgR

h = (2 . 0,5 . cos 60)/(1 . 10 . 0,2) 

h = 0,025m

Meniskus

“ Meniskus adalah peristiwa mencekung atau mencembungnya permukaan zat cair. “

Berdasarkan bentuk permukaan zat cair, meniskus dibedakan menjadi dua, yaitu meniskus cembung dan meniskus cekung. Meniskus cembung terjadi jika kohesi lebih besar daripada adhesi (kohesi > adhesi). Sedangkan meniskus cekung terjadi jika adhesi lebih besar daripada kohesi (adhesi > kohesi).

Kohesi       : gaya tarik menarik antara partikel partikel yang sejenis.

Viskositas dan Hukum Stokes.

            Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Semakin besar viskositas (kekentalan) fluida, maka semakin sulit suatu fluida untuk mengalir dan juga menunjukkan semakin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antara molekul gas. Zat cair lebih kental (viskositasnya) daripada gas, sehingga untuk mengalirkan zat cair diperlukan gaya yang lebih besar dibandingkan dengan gaya yang diberikan untuk mangalirkan gas.

Bila sebuah bola (gambar 1.16) yang massa jenisnya lebih besar daripada massa jenis fluida dan berjari-jari r, dimasukkan ke dalam suatu fluida zat cair, maka bola tersebut akan jatuh dipercepat sampai suatu saat kecepatannya maksimum (V_maks). Pada kecepatan V_maks ini, benda akan bergerak beraturan karena gaya beratnya sudah diimbangi oleh gaya gesek fluida.

Menurut George Stokes besarnya gaya gesek pada fluida inilah yang disebut gaya stokes dengan koefisien viskositasnya η dengan konstanta k = 6πr. Sehingga gaya gesek (gaya stokes) dapat dirumuskan sebagai:

Jika sebuah benda berbentuk bola jatuh bebas dalam suatu fluida kental (gambar 1.17), kecepatannya akan bertambah karena pengaruh gravitasi bumi sehingga mencapai suatu kecepatan terbesar yang tetap. Kecepatan terbesar yang tetap tersebut dinamakan kecepatan terminal. Pada saat kecpatan terminal tercapai, berlaku keadaan: