6 Contoh Soal Tegangan Permukaan dan Pembahasannya dengan Rumus Kelas 11 SMA

Contoh Soal Tegangan Permukaan dan Pembahasannya Lengkap

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

1. Pada sebuah percobaan tentang tegangan permukaan, tercatat bahwa gaya yang bekerja pada permukaan cairan sebesar 4 N. Bila panjang permukaan tempat gaya 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 yang diketahui: [γ=40,2]

Hitung: [γ=20,N/m]

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

Baca Juga :

10 Contoh Soal Asas Black Fisika Kelas 11 SMA dan Pembahasannya dengan Rumus

2. Sebuah kawat dibentuk menyerupai huruf U, lalu dipasangi kawat kecil bermassa 0,2 gram pada bagian atasnya. Saat rangkaian ini dicelupkan ke dalam larutan sabun, terbentuk lapisan sabun yang menarik kawat kecil tersebut ke atas.

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

Pembahasan:

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

Massa kawat kecil = 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 harus 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 memiliki dua sisi, sehingga gaya 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 dinding tabung adalah 60°. Jika air naik setinggi 2,5 cm di dalam tabung tersebut, berapakah nilai tegangan permukaan air?

Pembahasan:

Soal ini berkaitan dengan gejala kapilaritas, sehingga digunakan persamaan:
[h=2γcosθρgr]

1. Menentukan nilai-nilai yang 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 sudut 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 data 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]