Kumpulan Contoh Soal TERLENGKAP! 32+ Contoh Soal Fisika Tegangan Permukaan dan Pembahasannya!
Pilihan Ganda
1. 1. Tegangan permukaan adalah fenomena fisika yang terjadi pada zat cair. Pernyataan yang paling tepat mengenai tegangan permukaan adalah…
A. Gaya tarik-menarik antar molekul sejenis yang berada di dalam zat cair.
B. Gaya tarik-menarik antar molekul tidak sejenis yang berada di permukaan zat cair.
C. Gaya persatuan panjang yang bekerja tegak lurus pada permukaan zat cair, disebabkan oleh kohesi.
D. Gaya gesek antar lapisan zat cair yang bergerak relatif.
2. 2. Satuan internasional (SI) untuk tegangan permukaan adalah…
A. Newton per meter (N/m)
B. Joule (J)
C. Pascal (Pa)
D. Watt (W)
3. 3. Dimensi dari tegangan permukaan adalah…
A. [M][L]⁻¹[T]⁻²
B. [M][L]⁰[T]⁻²
C. [M][L]¹[T]⁻¹
D. [M][L]⁻¹[T]⁻¹
4. 4. Salah satu faktor yang dapat menurunkan tegangan permukaan suatu zat cair adalah…
A. Menambah tekanan pada permukaan.
B. Menurunkan suhu zat cair.
C. Menaikkan suhu zat cair.
D. Menambah massa jenis zat cair.
5. 5. Apabila sabun atau deterjen ditambahkan ke dalam air, maka tegangan permukaan air akan…
A. Meningkat drastis.
B. Tetap sama.
C. Menurun.
D. Meningkat sedikit.
6. 6. Serangga kecil seperti nyamuk dapat berjalan di atas permukaan air tanpa tenggelam. Fenomena ini merupakan contoh aplikasi dari…
A. Tekanan hidrostatis.
B. Hukum Archimedes.
C. Tegangan permukaan.
D. Viskositas fluida.
7. 7. Jika sebuah jarum diletakkan perlahan di atas permukaan air dan mengapung, gaya yang menahan jarum tersebut adalah…
A. Gaya berat jarum.
B. Gaya apung Archimedes.
C. Gaya tegangan permukaan.
D. Gaya gesek air.
8. 8. Seutas kawat lurus sepanjang 5 cm diletakkan di atas permukaan air. Jika tegangan permukaan air adalah 0,072 N/m, besar gaya minimal yang dibutuhkan untuk mengangkat kawat tersebut adalah…
A. 0,0036 N
B. 0,0072 N
C. 0,0144 N
D. 0,036 N
9. 9. Gaya tarik-menarik antar molekul sejenis disebut…
A. Adhesi
B. Kohesi
C. Kapilaritas
D. Viskositas
10. 10. Gaya tarik-menarik antar molekul tidak sejenis disebut…
A. Adhesi
B. Kohesi
C. Kapilaritas
D. Viskositas
11. 11. Peristiwa naik atau turunnya zat cair dalam pipa kapiler dikenal sebagai gejala…
A. Tekanan osmosis.
B. Difusi.
C. Kapilaritas.
D. Evaporasi.
12. 12. Bentuk tetesan air yang cenderung bulat disebabkan oleh…
A. Gaya gravitasi.
B. Tekanan udara.
C. Gaya kohesi yang dominan.
D. Gaya adhesi yang dominan.
13. 13. Sebuah cincin kawat dengan jari-jari 7 cm diangkat dari permukaan air. Jika tegangan permukaan air adalah 0,07 N/m, gaya minimum yang diperlukan untuk mengangkat cincin tersebut adalah…
A. 0,014 N
B. 0,0308 N
C. 0,0616 N
D. 0,0924 N
14. 14. Permukaan air dalam tabung reaksi kaca akan membentuk meniskus cekung. Hal ini menunjukkan bahwa…
A. Gaya kohesi lebih besar dari gaya adhesi.
B. Gaya adhesi lebih besar dari gaya kohesi.
C. Tegangan permukaan air sangat rendah.
D. Air tidak membasahi kaca.
15. 15. Sebaliknya, permukaan raksa dalam tabung reaksi kaca akan membentuk meniskus cembung. Hal ini menunjukkan bahwa…
A. Gaya kohesi lebih besar dari gaya adhesi.
B. Gaya adhesi lebih besar dari gaya kohesi.
C. Tegangan permukaan raksa sangat rendah.
D. Raksa membasahi kaca.
16. 16. Usaha yang diperlukan untuk memperluas permukaan suatu zat cair disebut juga dengan…
A. Energi kinetik permukaan.
B. Energi potensial permukaan.
C. Energi permukaan.
D. Energi termal permukaan.
17. 17. Sebuah film sabun memiliki tegangan permukaan 0,03 N/m. Jika luas permukaannya diperbesar dari 20 cm² menjadi 50 cm², usaha yang dilakukan adalah…
A. 9 × 10⁻⁴ J
B. 1,8 × 10⁻³ J
C. 9 × 10⁻³ J
D. 1,8 × 10⁻² J
18. 18. Sudut kontak adalah sudut yang dibentuk antara permukaan zat cair dan dinding wadah. Untuk zat cair yang membasahi dinding, sudut kontaknya akan…
A. Tumpul (> 90°)
B. Lancip (< 90°)
C. Siku-siku (= 90°)
D. Bervariasi tergantung volume.
19. 19. Perhatikan pernyataan berikut:
1. Semakin tinggi suhu, tegangan permukaan semakin besar.
2. Adanya zat terlarut dapat mengubah tegangan permukaan.
3. Zat cair yang memiliki gaya kohesi lebih besar dari adhesi akan membentuk meniskus cembung.
4. Minyak memiliki tegangan permukaan yang lebih besar daripada air.
Pernyataan yang benar adalah…
A. 1 dan 2
B. 1 dan 3
C. 2 dan 3
D. 3 dan 4
20. 20. Sebuah pipa kapiler dengan jari-jari 0,5 mm dicelupkan ke dalam air. Jika tegangan permukaan air 0,072 N/m, massa jenis air 1000 kg/m³, dan sudut kontak 0°, serta g = 10 m/s², ketinggian air dalam pipa kapiler adalah…
A. 1,44 cm
B. 2,88 cm
C. 0,72 cm
D. 0,072 cm
Isian Singkat
1. 1. Tegangan permukaan adalah gaya persatuan _________ yang bekerja tegak lurus pada permukaan zat cair.
2. 2. Fenomena tetesan embun yang berbentuk bulat pada daun adalah contoh dari pengaruh _________ permukaan.
3. 3. Semakin tinggi suhu suatu zat cair, maka tegangan permukaannya akan semakin _________.
4. 4. Usaha yang diperlukan untuk memperluas permukaan zat cair dapat dihitung dengan rumus W = γ × _________.
5. 5. Zat yang ditambahkan ke dalam air untuk menurunkan tegangan permukaannya disebut _________.
Uraian
1. 1. Jelaskan mengapa serangga kecil seperti nyamuk atau perahu mainan dari kertas lilin bisa berjalan/mengapung di atas permukaan air tanpa tenggelam!
2. 2. Terangkan perbedaan antara gaya kohesi dan adhesi serta hubungannya dengan tegangan permukaan dan gejala kapilaritas!
3. 3. Bagaimana pengaruh sabun atau deterjen terhadap tegangan permukaan air dan mengapa hal itu penting dalam mencuci pakaian?
4. 4. Sebuah kawat tipis sepanjang 10 cm diletakkan di atas permukaan air. Jika tegangan permukaan air adalah 0,072 N/m, berapa gaya minimum yang diperlukan untuk mengangkat kawat tersebut dari permukaan air?
5. 5. Jelaskan fenomena kapilaritas dan berikan contohnya dalam kehidupan sehari-hari!
Mencocokkan
1. Pasangkan konsep berikut dengan definisinya yang tepat:
1. Kohesi
2. Adhesi
3. Tegangan Permukaan
4. Kapilaritas
Pilihan Definisi:
A. Gaya tarik-menarik antar molekul tidak sejenis.
B. Peristiwa naik atau turunnya zat cair dalam pipa kapiler.
C. Gaya persatuan panjang pada permukaan zat cair.
D. Gaya tarik-menarik antar molekul sejenis.
2. Pasangkan besaran fisika berikut dengan satuannya yang tepat:
1. Tegangan Permukaan
2. Gaya
3. Usaha / Energi
4. Panjang
Pilihan Satuan:
A. Newton (N)
B. Meter (m)
C. Joule (J)
D. Newton per meter (N/m)
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. C
Pembahasan: Tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang yang bekerja tegak lurus pada permukaan zat cair, yang timbul akibat adanya gaya kohesi (tarik-menarik antar molekul sejenis) pada molekul-molekul di permukaan cairan.
2. A
Pembahasan: Tegangan permukaan didefinisikan sebagai gaya per satuan panjang, sehingga satuan SI-nya adalah Newton per meter (N/m). Dapat juga dinyatakan dalam Joule per meter persegi (J/m²).
3. B
Pembahasan: Tegangan permukaan (γ) = Gaya (F) / Panjang (L).
Dimensi Gaya = [M][L][T]⁻²
Dimensi Panjang = [L]
Maka, Dimensi γ = ([M][L][T]⁻²) / [L] = [M][L]⁰[T]⁻².
4. C
Pembahasan: Peningkatan suhu menyebabkan energi kinetik molekul meningkat, sehingga gaya kohesi antar molekul melemah dan tegangan permukaan menurun.
5. C
Pembahasan: Sabun atau deterjen adalah surfaktan, zat yang molekulnya dapat menyelip di antara molekul air dan melemahkan gaya kohesi antar molekul air, sehingga menurunkan tegangan permukaan.
6. C
Pembahasan: Kaki serangga memiliki sifat hidrofobik dan luas permukaan kontak yang cukup untuk didukung oleh gaya tegangan permukaan air, sehingga mereka tidak tenggelam.
7. C
Pembahasan: Jarum dapat mengapung karena gaya tegangan permukaan air yang cukup besar untuk menahan berat jarum, asalkan jarum diletakkan dengan hati-hati agar tidak memutus selaput permukaan air.
8. B
Pembahasan: Panjang kawat (L) = 5 cm = 0,05 m. Tegangan permukaan (γ) = 0,072 N/m. Ketika kawat diangkat, ada dua sisi kawat yang bersentuhan dengan permukaan air. Jadi, panjang total kontak = 2L = 2 × 0,05 m = 0,1 m. Gaya (F) = γ × (2L) = 0,072 N/m × 0,1 m = 0,0072 N.
9. B
Pembahasan: Kohesi adalah gaya tarik-menarik antar molekul yang sejenis. Gaya kohesi inilah yang menyebabkan tegangan permukaan.
10. A
Pembahasan: Adhesi adalah gaya tarik-menarik antar molekul yang tidak sejenis. Contohnya adalah air yang menempel pada dinding kaca.
11. C
Pembahasan: Kapilaritas adalah fenomena naik atau turunnya permukaan zat cair dalam pipa sempit (kapiler) yang disebabkan oleh kombinasi tegangan permukaan, gaya kohesi, dan gaya adhesi.
12. C
Pembahasan: Tetesan air cenderung berbentuk bulat karena gaya kohesi antar molekul air berusaha meminimalkan luas permukaan, dan bentuk bola memiliki luas permukaan terkecil untuk volume tertentu.
13. C
Pembahasan: Jari-jari cincin (r) = 7 cm = 0,07 m. Tegangan permukaan (γ) = 0,07 N/m.
Panjang keliling kontak ada dua (luar dan dalam cincin). L = 2 × (2πr) = 4πr.
L = 4 × 3,14 × 0,07 m = 0,8792 m.
Gaya (F) = γ × L = 0,07 N/m × 0,8792 m = 0,061544 N ≈ 0,0616 N.
14. B
Pembahasan: Meniskus cekung terjadi ketika gaya adhesi antara air dan kaca lebih besar daripada gaya kohesi antar molekul air, sehingga air cenderung menempel pada dinding kaca dan ‘naik’.
15. A
Pembahasan: Meniskus cembung terjadi ketika gaya kohesi antar molekul raksa lebih besar daripada gaya adhesi antara raksa dan kaca, sehingga raksa cenderung ‘menarik diri’ dari dinding kaca.
16. C
Pembahasan: Usaha yang diperlukan untuk memperluas permukaan zat cair sebanding dengan perubahan luas permukaan dan tegangan permukaan, dan usaha ini disimpan sebagai energi permukaan.
17. B
Pembahasan: Tegangan permukaan (γ) = 0,03 N/m.
Perubahan luas (ΔA) = (50 – 20) cm² = 30 cm² = 30 × 10⁻⁴ m².
Karena film sabun memiliki dua permukaan, perubahan luas total adalah 2 × ΔA = 2 × 30 × 10⁻⁴ m² = 60 × 10⁻⁴ m².
Usaha (W) = γ × (2ΔA) = 0,03 N/m × (60 × 10⁻⁴ m²) = 1,8 × 10⁻³ J.
18. B
Pembahasan: Zat cair yang membasahi dinding (adhesi > kohesi) akan membentuk meniskus cekung dan memiliki sudut kontak lancip (< 90°).
19. C
Pembahasan: 1. Salah, semakin tinggi suhu, tegangan permukaan semakin kecil.
2. Benar, zat terlarut (misal sabun) dapat menurunkan tegangan permukaan.
3. Benar, kohesi > adhesi menyebabkan meniskus cembung.
4. Salah, air memiliki tegangan permukaan yang lebih besar daripada minyak.
20. B
Pembahasan: Rumus kapilaritas: h = (2γ cosθ) / (ρgr)
Diketahui: γ = 0,072 N/m, θ = 0° (cos 0° = 1), ρ = 1000 kg/m³, g = 10 m/s², r = 0,5 mm = 0,5 × 10⁻³ m.
h = (2 × 0,072 × 1) / (1000 × 10 × 0,5 × 10⁻³)
h = 0,144 / 5
h = 0,0288 m = 2,88 cm.
Isian Singkat
1. panjang
2. tegangan
3. kecil/menurun
4. ΔA (perubahan luas permukaan)
5. surfaktan
Uraian
1. Serangga kecil atau perahu kertas lilin dapat mengapung di atas air karena adanya gaya tegangan permukaan. Kaki serangga atau permukaan lilin bersifat hidrofobik (tidak dibasahi air), sehingga molekul air di bawahnya saling tarik-menarik (gaya kohesi) dan membentuk semacam selaput elastis yang mampu menahan berat serangga/perahu tersebut. Selama berat benda tidak melebihi gaya tegangan permukaan yang mampu ditahan oleh luas kontak permukaannya, benda tersebut tidak akan tenggelam.
2. Gaya kohesi adalah gaya tarik-menarik antar molekul sejenis, sedangkan gaya adhesi adalah gaya tarik-menarik antar molekul tidak sejenis. Tegangan permukaan timbul karena adanya gaya kohesi yang dominan pada molekul-molekul di permukaan zat cair, menyebabkan permukaan berperilaku seperti selaput elastis. Dalam gejala kapilaritas, interaksi antara kohesi dan adhesi menentukan apakah zat cair akan naik atau turun dalam pipa kapiler. Jika adhesi > kohesi (misalnya air dalam pipa kaca), zat cair akan naik (meniskus cekung). Jika kohesi > adhesi (misalnya raksa dalam pipa kaca), zat cair akan turun (meniskus cembung).
3. Sabun atau deterjen adalah surfaktan, yaitu zat yang dapat menurunkan tegangan permukaan air. Molekul sabun memiliki bagian hidrofilik (suka air) dan hidrofobik (tidak suka air). Ketika ditambahkan ke air, molekul sabun akan menyelip di antara molekul-molekul air di permukaan, melemahkan gaya kohesi antar molekul air. Penurunan tegangan permukaan ini sangat penting dalam mencuci pakaian karena memungkinkan air untuk: 1) Membasahi serat kain dan kotoran dengan lebih baik (penetrasi lebih mudah), dan 2) Melonggarkan ikatan antara kotoran dan kain, sehingga kotoran lebih mudah terangkat dan terlarut dalam air.
4. Diketahui:
Panjang kawat (L) = 10 cm = 0,1 m
Tegangan permukaan (γ) = 0,072 N/m
Ditanya: Gaya minimum (F) untuk mengangkat kawat?
Penyelesaian:
Ketika kawat diangkat dari permukaan air, ada dua sisi kawat yang bersentuhan dengan permukaan air yang harus diputus. Oleh karena itu, panjang total kontak yang diperhitungkan adalah 2L.
F = γ × (2L)
F = 0,072 N/m × (2 × 0,1 m)
F = 0,072 N/m × 0,2 m
F = 0,0144 N
Jadi, gaya minimum yang diperlukan untuk mengangkat kawat tersebut adalah 0,0144 N.
5. Kapilaritas adalah gejala naik atau turunnya permukaan zat cair dalam pipa sempit (pipa kapiler). Fenomena ini terjadi karena interaksi antara gaya kohesi (antar molekul zat cair) dan gaya adhesi (antara molekul zat cair dan dinding pipa), serta tegangan permukaan. Jika gaya adhesi lebih besar dari kohesi (misalnya air dalam pipa kaca), zat cair akan naik. Jika gaya kohesi lebih besar dari adhesi (misalnya raksa dalam pipa kaca), zat cair akan turun. Contoh dalam kehidupan sehari-hari:
1. Naiknya minyak tanah pada sumbu kompor.
2. Penyerapan air oleh kertas tisu atau kain pel.
3. Naiknya air dari akar ke daun pada tumbuhan melalui pembuluh xilem.
4. Penyerapan tinta oleh kertas.
Mencocokkan
1. 1-D, 2-A, 3-C, 4-B
2. 1-D, 2-A, 3-C, 4-B