Kali ini kita bahas satu topik lagi tentang Cairan dalam Fisika untuk Hiburan. Prinsip Archimedes atau hukum fisika daya apung benda dalam cairan sudah saya bahas antara lain dalam artikel: Fisika untuk Hiburan 59 (Cairan): Cairan Menekan ke Atas?
Prinsip Archimedes menyatakan:
Setiap benda yang seluruhnya atau sebagian terendam dalam cairan (gas atau cairan) dalam keadaan diam mengalami gaya ke atas, atau gaya apung, yang besarnya sama dengan berat cairan yang dipindahkan oleh benda tersebut.
Sekarang kita lihat sifat cairan pada permukaannya, yang pernah menjadi bahan penelitian skripsi saya, antara lain lihat artikel: Johan Japardi Berbagi Penemuan Hasil Penelitian 1: Proyektor Mikroskop.
Sifat permukaan cairan adalah sebagai berikut:
Permukaan cairan itu tegang, seperti halnya pada seutas tali. Adanya tegangan permukaan (surface tension) menyebabkan seekor nyamuk bisa berdiri di atasnya, atau Anda bisa meletakkan sekeping pisau silet di atas permukaan cairan itu.
Ini bukan disebabkan oleh gaya apung atau gaya ke atas per prinsip Archimedes. Tegangan permukaan cairan terjadi karena molekul-molekul cairan pada permukaan itu berbatasan langsung dengan molekul-molekul udara dengan kerapatan atau densitas yang lebih kecil.
Penurunan tegangan permukaan inilah yang mendasari pendispersian zat padat dalam cairan (suspensi) atau cairan dalam cairan (emulsi) antara zat padat dengan cairan atau cairan dengan cairan yang sama sekali tidak saling campur.
Karena melibatkan zat padat dengan cairan atau 2 cairan, maka yang berlaku dalam pendispersian adalah tegangan antarmuka (interface tension). Topik ini terlalu luas untuk kita bicarakan di sini.
Mari kita jelajahi sifat permukaan cairan yang sangat menarik ini.
Anda mungkin berpikir bahwa sebuah koin yang tidak tenggelam hanya bisa ditemukan dalam dongeng.
Beberapa eksperimen mudah akan menunjukkan kepada Anda bahwa koin seperti itu benar-benar ada. Mulailah dengan benda kecil, misalnya jarum. Tampaknya tidak mungkin membuat jarum baja mengapung, bukan? Tapi itu tidak terlalu sulit untuk dilakukan.
Jarum mengapung. Sumber: buku Physics for Entertainment, Book 1, hlm. 87.
Atas: penampang jarum (tebal 2 mm) dan tekanan yang dibuatnya (perbesaran dua kali lipat). Bawah: cara membuat jarum mengapung dengan menggunakan secarik kertas rokok.
Tempatkan secarik kertas rokok di atas air dalam gelas dan sebatang jarum yang benar-benar kering di atas kertas itu. Keluarkan kertas rokok dengan hati-hati dengan cara berikut.