Contoh soal tegangan permukaan, kapilaritas, viskositas dan hukum Stokes

Postingan ini membahas contoh soal tegangan permukaan, kapilaritas, viskositas dan hukum Stokes. Tegangan permukaan adalah gaya yang diakibatkan oleh benda yang berada di permukaan air.

Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair pada pipa kapiler. Viskositas adalah ukuran kekentalan fluida yang menunjukkan besar kecilnya gesekan internal fluida. Sedangkan hukum Stokes menjelaskan tentang benda yang bergerak didalam fluida kental akan mengalami hambatan oleh gaya gesekan dari fluida tersebut.

Rumus tegangan permukaan sebagai berikut:
γ =

F

L

Rumus tegangan permukaan air sabun:
γ =

F

2L

γ = tegangan permukaan (N/m), F = gaya tegang permukaan (N), dan L = panjang kawat (m).
Rumus kapilaritas:
h =

2 . γ cos θ

ρ g . r

h = kenaikan zat cair (m), θ = sudut kontak, r = jari-jari tabung (m), γ = tegangan permukaan (N/m), ρ = massa jenis (kg/m3), g = percepatan gravitasi (m/s2).
Rumus viskositas:
F =

η . A . v

L

F = gaya untuk menggerakkan lapisan fluida (N), η = koefisien viskositas, A = luas keping (m2), v = kelajuan (m/s), L = jarak dua keping (m).
Hukum Stokes:
F = 6π η r v
v =

2 r2 . g

9η

(ρo – ρ1)

Untuk lebih jelasnya perhatikan contoh soal tegangan permukaan, kapilaritas, viskositas dan hukum Stokes dibawah ini.

Contoh soal 1

Sebuah kawat sepanjang 10 cm berada diatas permukaan zat cair. Jika gaya tegangan permukaan 4 . 10-3 N maka besar tegangan permukaan zat cair adalah …

A. 4,0 x 10-3 N/m
B. 4 x 10-2 N/m
C. 2,5 x 10-2 N/m
D. 2,0 x 10-3 N/m
E. 2,0 x 10-2 N/m

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui:

• L = 10 cm = 0,1 m
• F = 4 x 10-3 N

Maka tegangan permukaan dihitung dengan rumus sebagai berikut:

→ γ =

F

L

= →

4 x 10-3

0,1

= 4 x 10-2 N/m.

Soal ini jawabannya B.

---

Contoh soal 2

Jari-jari pembuluh Xileum pada tanaman adalah 1,0 x 10-5 m. Jika tegangan permukaan air 72,8 x 10-3 N/m, sudut kontak 0° dan g = 10 m/s2 maka tinggi kenaikan air pada pembuluh akibat adanya kapilaritas adalah…

A. 1,456 x 103 m
B. 1,456 x 102 m
C. 1,456 x 10-1 m
D. 1,456 x 10-2 m
E. 1,456 x 10-3 m

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui:

• r = 1,0 x 10-5 m
• γ = 72,8 x 10-3 N/m
• ρ = 1000 kg/m3
• θ = 0°
• g = 10 m/s2

Maka tinggi kenaikan air dihitung dengan rumus dibawah ini:

→ h =

2 . γ cos θ

ρ g . r

→ h =

2 x 72,8 x 10-3 N/m cos 0°

1000 kg/m3 . 10 m/s2 x 1,0 x 10-5 m

= 1,456 x 10-3 m

Jadi soal ini jawabannya E.

---

Contoh soal 3

Perhatikan gambar dibawah ini.

Pipa kapiler berisi air dengan sudut kontak θ. Jika jari-jari pipa kapiler 0,8 x 10-3 m, tegangan permukaan 0,072 N/m dan cos θ = 0,55 maka ketinggian air dalam pipa kapiler adalah…

Pembahasan / penyelesaian soal

Cara menjawab soal ini sebagai berikut:

→ h =

2 . γ cos θ

ρ g . r

→ h =

2 x 0,072 N/m 0,55

1000 kg/m3 . 10 m/s2 x 0,8 x 10-3 m

= 0,0099 m

Soal ini jawabannya E.

---

Contoh soal 4

Diketahui kelereng berjari-jari 0,5 x 10-2 m dijatuhkan ke dalam drum berisi oli yang memiliki koefisien viskositas 0,11 kg/s. Jika kelerang bergerak dengan kelajuan 5 π-1 m/s maka besar gaya gesekan yang dialami kelerang adalah…

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui:

• r = 0,5 x 10-2 m
• η = 0,11 kg/s
• v = 5 π-1m/s

Maka gaya gesekan yang dialami kelereng dihitung dengan rumus dibawah ini:

→ F = 6π η r v
→ F = 6π x 0,11 kg/s . 0,5 x 10-2 m . 5π-1 m/s = 1,65 N

Soal ini jawabannya B.

---

Contoh soal 5

Massa jenis kelerang 900 kg/m3 denga jari-jari 1,5 x 10-2 m dijatuhkan bebas kedalam tabung berisi minyak oli. Jika massa jenis oli 800 kg/m3 dan koefisien viskositas 0,03 pa.s maka kecepatan terminal kelerang adalah…

A. 5,0 x 103 m/s
B. 5,0 x 10-1 m/s
C. 5,0 x 10-2 m/s
D. 5,0 x 10-3 m/s
E. 5,0 x 10-4 m/s

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui:

• ρo m/s = 900 kg/m3
• ρ1 kg/m3
• r = 1,5 x 10-2 m
• η = 0,03 pa.s

Kecepatan terminal kelereng dihitung dengan rumus dibawah ini:

→ v =

2 r2 . g

9η

(ρo – ρ1)
→ v =

2 (1,5 x 10-2 m)2 . 10 m/s2

9 x 0,03 pa . s

(900 – 800) kg/m3
→ v = 5,0 x 10-4 m/s

Jadi soal ini jawabannya E.