Dokumen tersebut membahas materi pelajaran fisika tentang fluida statis dan dinamis untuk siswa SMA kelas XI semester genap, mencakup konsep tegangan permukaan, meniskus, kapilaritas, dan viskositas beserta contoh soalnya.

1. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XI Semester Genap 1
Created by Rizki Donhery, S. Pd. / NIP. 19850524 200901 1 002
A. IDENTITAS
Mata Pelajaran : Fisika
Kelas/Semester : XI/Ganjil
Pertemuan ke- : 13 – 14
Alokasi Waktu : 5 x 45 menit
B. STANDAR KOMPETENSI
2. Menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik sistem kontinu dalam menyelesaikan masalah
C. KOMPETENSI DASAR
2.2 Menganalisis hukum-hukum yang berhubungan dengan fluida statik dan dinamik serta penerapannya
dalam kehidupan sehari-hari
D. INDIKATOR
1. Kognitif
Menerapkan hukum dasar fluida statik pada masalah fisika sehari-hari
2. Psikomotor
Melakukan percobaan sederhana yang berhubungan dengan tegangan permukaan
3. Afektif
Menerapkan perilaku berkarakter Disiplin, Tanggung Jawab, Kreatif, dan Kerja Keras
E. MATERI AJAR
1. TEGANGAN PERMUKAAN
Amati gambar berikut ini.
Gambar 14. Serangga mengapung di permukaan air Gambar 15. Klip mengapung di permukaan air
Contoh peristiwa lain yang membuktikan adanya tegangan permukaan, antara lain, peristiwa jarum,
silet, penjepit kertas, atau nyamuk yang dapat mengapung di permukaan air; butiran-butiran embun
berbentuk bola pada sarang laba-laba; air yang menetes cenderung berbentuk bulat-bulat dan air
berbentuk bola di permukaan daun talas.
Tegangan permukaan suatu cairan berhubungan dengan garis gaya tegang yang dimiliki permukaan
cairan tersebut. Gaya tegang ini berasal dari gaya tarik kohesi (gaya tarik antara molekul sejenis)
molekul-molekul cairan.
Fluida Statik (Bagian-2)Handout 7

2. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XI Semester Genap 2
Created by Rizki Donhery, S. Pd. / NIP. 19850524 200901 1 002
Gambar 16 berikut ini melukiskan gaya kohesi yang bekerja pada molekul P (di dalam cairan dan
molekul Q (di permukaan).
Q
P
Gambar 16. Tegangan Permukaan
Molekul P mengalami gaya kohesi dengan molekul-molekul di sekitarnya dari segala arah, sehingga
molekul ini berada pada keseimbangan (resultan gaya nol). Namun, molekul Q tidak demikian. Molekul
ini hanya mengalami kohesi dari partikel di bawah dan di sampingnya saja. Resultan gaya kohesi pada
molekul ini ke arah bawah (tidak nol).
Gaya-gaya resultan arah ke bawah akan membuat permukaan cairan sekecil-kecilnya. Akibatnya
permukaan cairan menegang seperti selaput yang tegang. Keadaan ini dinamakan tegangan
permukaan.
Jika setetes air raksa diletakkan di atas permukaan kaca, maka raksa akan membentuk bulatan-bulatan
kecil seperti bentuk bola. Hal ini terjadi karena gaya kohesi molekul-molekul air raksa menarik
molekul-molekul yang terletak di permukaan raksa ke arah dalam.
Mengapa berbentuk seperti bola? Bola merupakan bangun yang mempunyai luas permukaan yang
terkecil untuk volume yang sama. Permukaan raksa terasa seperti selaput yang terapung. Tegangan
selaput ini dinamakan tegangan permukaan.
Tegangan permukaan suatu zat cair didefinisikan sebagai gaya tiap satuan panjang. Jika pada suatu
permukaan sepanjang l bekerja gaya sebesar F yang arahnya tegak lurus pada l, dan γ menyatakan
tegangan permukaan, maka persamaannya adalah
Keterangan:
F = gaya (N)
l = panjang permukaan (m)
γ = tegangan permukaan (N/m)
Persamaan di atas menunjukkan bahwa ketika kita mengatakan tegangan permukaan suatu cairan
sabun 40 dyne/cm, ini artinya gaya yang bekerja pada tiap cm panjang lapisan sabun adalah 40 dyne.

3. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XI Semester Genap 3
Created by Rizki Donhery, S. Pd. / NIP. 19850524 200901 1 002
Tinjau Seutas kawat yang dibengkokkan membentuk huruf U. Pada kaki-kaki kawat tersebut dipasang
seutas kawat sedemikian rupa sehingga dapat bergeser. Ketika kedua kawat ini dicelupkan ke dalam
larutan sabun dan di angkat kembali, maka kawat kedua akan tertarik ke atas (kawat harus ringan).
Agar kawat kedua tidak bergerak ke atas, kita harus menahannya dengan gaya ke arah bawah.
2γl
Kawat-1
Kawat-2
Gambar 17. Bukti Tegangan Permukaan
Jika panjang kawat kedua l dan larutan sabun yang menyentuhnya memiliki dua permukaan, maka
tegangan permukaan sabun bekerja sepanjang 2l. Tegangan permukaan (γ) dalam hal ini didefinisikan
sebagai perbandingan antara gaya tegangan permukaaan (F) dan panjang permukaan (2l) tempat gaya
tersebut bekerja. Secara matematis dapat ditulis
Pada umumnya nilai tegangan permukaan zat cair berkurang dengan adanya kenaikan suhu.
Zat Cair Suhu (0
C) Tegangan Permukaan (N/m)
Raksa
Darah (seluruhnya)
Darah (plasma)
Alkohol
Air
Air
Air
Benzena
Larutan sabun
Oksigen cair
20
37
37
20
0
20
100
20
20
-193
0,440
0,058
0,073
0,023
0,076
0,072
0,059
0,029
0,025
0,016
Sumber : Fisika, Kane & Sternheim, 1991
2. GEJALA MENISKUS
Amati gambar berikut ini.
kaca kaca
Fk Fk
F Fa F Fa
air raksa
Gambar 18 Gaya kohesi dan adhesi pada zat cair yang membasahi dinding dan tidak membasahi dinding.

4. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XI Semester Genap 4
Created by Rizki Donhery, S. Pd. / NIP. 19850524 200901 1 002
Jika pada lengkungan air dan raksa kita tarik garis lurus, maka garis itu akan membentuk sudut θ
terhadap dinding vertikal tabung kaca. Sudut θ tersebut dinamakan sudut kontak. Oleh karena itu,
sudut kontak adalah sudut yang dibentuk antara permukaan zat cair dengan permukaan dinding pada
titik persentuhan zat cair dengan dinding.
θ
θ
air raksa
Gambar 19. Sudut Kontak
Kelengkungan permukaan air:
Akibat gaya kohesi antara partikel air (Fk) lebih kecil daripada gaya adhesi antara partikel air dengan
partikel kaca (Fa), maka resultan kedua gaya (F) arahnya keluar. Agar tercapai keadaan yang
seimbang, permukaan air yang menempel pada dinding kaca harus melengkung ke atas. Kelengkungan
permukaan suatu zat cair di dalam tabung disebut dengan meniskus. Karena bentuknya cekung maka
meniskus air dalam bejana kaca dinamakan meniskus cekung. Besarnya sudut kontak untuk meniskus
cekung lebih kecil dari 90°.
Kelengkungan permukaan raksa:
Gaya kohesi antara partikel-partikel raksa (Fk) lebih besar daripada gaya adhesi antara partikel raksa
dengan partikel kaca (Fa), sehingga resultan kedua gaya (F) mengarah ke dalam. Agar tercapai
keseimbangan, permukaan raksa yang menempel pada dinding kaca harus melengkung ke bawah dan
disebut sebagai meniskus cembung. Besarnya sudut kontak untuk meniskus cembung ini lebih besar
dari 90o
.
Terdapat hubungan antara kemampuan membasahi air dengan tegangan permukaan air. Makin kecil
nilai tegangan permukaan air, makin besar kemampuan air untuk membasahi benda. Makin tinggi
suhu air, makin kecil tegangan permukaan. Artinya makin baik air tersebut untuk membasahi benda.
Itulah sebabnya mencuci dengan air panas dan air sabun hasilnya lebih bersih daripada menggunakan
air biasa.
3. GEJALA KAPILARITAS
Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa sempit).
Kapilaritas dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi dan adhesi antara zat cair dengan dinding kapiler.
Gejala kapilaritas banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, naiknya minyak tanah
melalui sumbu kompor, pengisapan air oleh tanaman (naiknya air dari akar menuju daun-daunan
melalui pembuluh kayu pada batang) dan peristiwa pengisapan air oleh kertas isap atau kain. Selain
menguntungkan gejala kapilaritas ada juga yang merugikan misalnya ketika hari hujan, air akan
merambat naik melalui pori-pori dinding sehingga menjadi lembab. Dinding yang lembab tidak baik
untuk kesehatan.

5. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XI Semester Genap 5
Created by Rizki Donhery, S. Pd. / NIP. 19850524 200901 1 002
Amati gambar berikut ini.
θ θ
Air (a) Raksa (b)
Gambar 20. (a) Jika sudut kontak kurang dari 90°, maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler naik
(b) jika sudut kontak lebih besar dari 90°, maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler turun.
Kenaikan atau penurunan zat cair pada pipa kapiler disebabkan oleh adanya tegangan permukaan (γ)
yang bekerja pada keliling persentuhan zat cair dengan pipa.
Perhatikan Gambar berikut ini.
γ r F = (γ cos θ) (2πr)
θ
h
w
= πr2
hρg
Gambar 21. Analisis gejala kapilaritas
Tegangan permukaan menarik pipa ke arah bawah karena tidak seimbang oleh gaya tegangan
permukaan yang lain. Sesuai dengan hukum III Newton tentang aksi reaski, pipa akan melakukan gaya
yang sama besar pada zat cair, tetapi dalam arah berlawanan. Gaya inilah yang menyebabkan zat cair
naik. Zat cair berhenti naik ketika berat zat cair dalam kolam yang naik sama dengan gaya ke atas yang
dikerjakan pada zat cair.
Keterangan:
h = kenaikan/penurunan zat cair dalam pipa (m)
γ = tegangan permukaan (N/m)
θ = sudut kontak (derajat)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3
)
r = jari-jari pipa (m)

6. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XI Semester Genap 6
Created by Rizki Donhery, S. Pd. / NIP. 19850524 200901 1 002
4. VISKOSITAS
Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam
fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin 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.
Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas
(η). Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2
atau pascal sekon (Pa s). Apabila suatu benda
bergerak dengan kelajuan v dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya η, maka benda
tersebut akan mengalami gaya gesekan fluida sebesar FS = k η v, dengan k adalah konstanta yang
bergantung pada bentuk geometris benda. Berdasarkan perhitungan laboratorium pada tahun 1845,
Sir George Stokes menunjukkan bahwa untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola nilai k =
6πr. Bila nilai k dimasukkan ke dalam persamaan, maka diperoleh persamaan :
Persamaan di atas selanjutnya dikenal sebagai hukum Stokes.
Keterangan:
FS = gaya gesekan stokes (N)
= koefisien viskositas fluida (Pa s)
r = jari-jari bola (m)
v = kelajuan bola (m/s)
Amati gambar berikut ini.
FA FS
w
Gambar 22. Gaya-gaya yang bekerja pada bola yang bergerak dalam fluida kental.
Pada kecepatan terminal, resultan yang bekerja pada bola sama dengan nol.
Gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah gaya berat w, gaya
apung FA, dan gaya lambat akibat viskositas atau gaya stokes FS.
Ketika dijatuhkan, bola bergerak dipercepat. Namun, ketika
kecepatannya bertambah, gaya stokes juga bertambah.
Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaan seimbang
sehingga bergerak dengan kecepatan konstan yang disebut
kecepatan terminal.

7. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XI Semester Genap 7
Created by Rizki Donhery, S. Pd. / NIP. 19850524 200901 1 002
Untuk benda berbentuk bola
Sehingga kecepatan terminal bola:
Viskositas beberapa fluida:
Fluida Ns/m2
Air (00
C)
Air (200
C)
Air (1000
C)
Darah (370
C)
Oli motor (00
C)
Udara (00
C)
CO2 (200
C)
Gliserin
1,79 × 10-3
1,00 × 10-3
0,28 × 10-3
4,0 × 10-3
110 × 10-3
0,017 × 10-3
0,014 × 10-3
1,5
F. CONTOH SOAL
1. Tentukan tegangan permukaan air jika pada permukaan air tersebut diletakkan silet bermassa
0,3 gram dan panjangnya 4 cm.
2. Sebuah pipa kapiler yang jari-jarinya 1 mm berisi raksa yang massa jenisnya 13,6 g/cm3
. Jika sudut
kontak, tegangan permukaan, dan percepatan gravitasi berturut-turut 120o
, 1,36 N/m, 10 m/s2
,
tentukan penurunan raksa dalam pipa kapiler.
3. Pada suatu hari hujan turun dengan derasnya. Jika jari-jari tetes air hujan yang jatuh di udara
(ρ = 1,29 kg/m3
) adalah 0,2 mm dan koefisien viskositas udara η = 1,8 × 10-5
kg/ms, hitunglah
kecepatan terminalnya.
G. LATIHAN
1. Sebuah pipa kapiler diameternya 4 mm dan kedua ujung pipa terbuka. Pipa dimasukkan secara tegak
lurus ke dalam ember yang berisi air. Tentukan tinggi kenaikan air di dalam pipa jika koefisien
tegangan permukaan air 7,27 x 10-2
Nm-1
, sudut kontak permukaan air dengan pipa 370
, massa jenis air
1 g cm-3
, dan percepatan gravitasi bumi 10 ms-2
.
2. Sebuah bola logam mempunyai jari-jari 2 cm dan massa jenis 4 g cm-3
, jatuh bebas di dalam gelas kimia
berisi gliserin yang mempunyai viskositas 1,5 Nsm-2
. Massa jenis air 1 g cm-3
dan percepatan gravitasi
bumi 10 ms-2
. Tentukan kecepatan terminal bola.
H. RUJUKAN
Giancoli. 2001. Fisika Jilid 1 (Terjemahan). Jakarta: Erlangga
Tipler. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik (Terjemahan). Jakarta: Erlangga
Air, udara, dan alkohol mempunyai koefisien kekentalan
kecil sekali dibandingkan dengan gliserin. Oleh karena itu,
dalam perhitungan sering diabaikan.
Berdasarkan eksperimen juga diperoleh bahwa koefisien
viskositas tergantung suhu. Pada kebanyakan fluida makin
tinggi suhu makin rendah koefisien viskositasnya. Itu
sebabnya di musim dingin oli mesin menjadi kental
sehingga kadang-kadang mesin sukar dihidupkan.