Tegangan Permukaan | Teknik Berjalan Di Atas Air

Sumber gambar: www.nyu.edu

Pernah melihat serangga air yang bebas bergerak di atas air dengan keempat kakinya? Coba perhatikan secara seksama, yang menempel dengan air hanya kakinya saja. Kalau begitu bisa dipastikan bahwa serangga itu tidak berenang atau mengapung. Kalau dia berenang atau mengapung pastilah sebagian tubuhnya tetap akan berada dalam air. Mungkinkah mereka memiliki teknik berjalan di atas air seperti ninja dan biksu Saolin dalam film?

Fenomena itu ternyata dapat dijelaskan oleh ilmu fisika. Kamu juga bisa mempraktekkan di rumah dengan sebatang jarum atau pisau silet atau benda-benda ringan lainnya. Walaupun jarum dan pisau silet terbuat dari logam, namun kamu bisa membuatnya tidak tenggelam. Dan kalau kamu mau teliti memperhatikannya, bagian jarum tersebut tidak masuk kedalam air. Jarum itu benar-benar berada di atas air dan hanya menindihnya sehingga terbentuk cekungan di sekitarnya. Ini sama seperti ketika kamu berada di atas trampoline yang terbuat dari karet atau bahan lentur lainnya. Badanmu tidak ada yang menembus trampoline itu, kamu akan ditahan dipermukaan trampoline. Dan karena berat tubuhmu menyebabkan permukaannya melengkung di sekitarmu. Dan juga yang perlu kita ingat fenomena ini bukanlah gaya apung atau gaya Archimedes, karena gaya apung nilainya sebanding dengan berat cairan yang didesak benda. Sedangkan dalam kasus ini benda tidak mendesak atau masuk ke dalam cairan.

Sedikit mirip jika permukaan zat cair dengan trampoline tadi. Dan untuk mempelajari kenapa permukaan zat cair memiliki sifat seperti itu kita sebaiknya meninjau gaya-gaya yang ada dalam molekul suatu zat. Setidaknya ada dua gaya yang perlu kita ungkap pada kasus ini. Pertama adalah gaya tarik menarik antara molekul yang sejenis disebut dengan gaya kohesi. Sedangkan gaya tarik menarik antara molekul yang berlainan jenis disebut dengan gaya adhesi.

Fenomena serangga dan benda-benda kecil tertahan dipermukaan air dapat dijelaskan menggunakan konsep gaya kohesi antar zat cair. Gaya kohesi zat cair saling bekerja antara molekul satu dengan yang lainnya. Artinya satu molekul dengan molekulnya berusaha untuk saling berdekatan. Untuk molekul yang berada di dalam atau ditengah-tengah, dia akan mendapat gaya kohesi dari semua arah dan memiliki resultan gaya nol. Namun untuk molekul yang berada dipermukaan, gaya kohesi yang bekerja padanya hanya dari samping dan bawah. Sedangkan dari sisi atas tidak ada gaya kohesi, sehingga menjadikan resultan gayanya lurus ke arah bawah. Hal ini berarti seluruh molekul yang ada dipermukaan tertarik kebawah dan menjadikannya menegang atau kenyal. Inilah yang disebut dengan Tegangan Permukaan.

Tegangan permukaan inilah yang menyebabkan cairan cenderung menjadikan permukaannya memiliki luar sekecil mungkin. Permukaan cairan dalam suatu wadah yang paling kecil/sempit adalah datar. Jadi jika ada benda yang mencoba mengubah keadaan datarnya dengan menekan dari atas, disini berarti permukaan cairan akan dipaksa melengkung. Dengan kata lain luas permukaan cairan bertambah. Maka tegangan permukaan akan memberikan perlawanan untuk mengembalikan luas permukaannya seperti semula dengan mendorong benda tersebut ke atas. Jadilah benda tersebut mengapung. Dan selama berat benda masih bisa ditolerir oleh gaya yang diberikan permukaan zat cair, benda tersebut akan mengapung di atas permukaannya. Maka gak usah heran jika hanya benda-benda kecil saja yang mampu ditahan. Karena jika berat benda terlalu besar akan mampu memecah belah kesatuan tegangan permukaan cairan tersebut dan benda akan masuk kedalam cairan. Tegangan permukaan ini juga yang menyebabkan mengapa tetes air berbentuk bulat, karena tetes air seluruh permukaannya bebas tidak menempel pada wadah, maka luas permukaannya yang paling kecil adalah bentuk bola.

Besaran tegangan permukaan dilambangkan dengan Y (gamma) yang nilainya sebanding dengan besar gaya yang diperlukan untuk memecahnya dan berbanding terbalik terhadap dua kali panjang permukaan yang dipecah. Secara matematis ditulis Y = F/2L.

Coba kalau tegangan permukaan air besar, pasti kita akan dapat berjalan dipermukaan air tanpa tenggelam. Tapi pasti ada konsekuensinya, kalau kita mau mengambil air kita harus memecah permukaan ‘jelly-nya’ yang kuat.