Mengenal Kapilaritas Lewat Contoh Soal UN: Konsep, Rumus, dan Trik Mudah Memahaminya

Pernah melihat air yang naik perlahan di batang tisu atau di dalam pipa kecil? Fenomena sederhana itu disebut kapilaritas. Meski terlihat sepele, konsep ini punya peran besar dalam kehidupan sehari-hari—mulai dari cara tanaman menyerap air hingga kerja tinta di pena.

Dalam pelajaran fisika, kapilaritas sering muncul dalam topik fluida, dan tak jarang juga muncul dalam Ujian Nasional (UN) atau ujian sejenisnya. Artikel ini akan membahas pengertian kapilaritas, rumus yang digunakan, serta beberapa contoh soal UN kapilaritas yang bisa kamu jadikan latihan.

Dengan penjelasan yang santai dan mudah dicerna, kamu bisa memahami konsep ini tanpa harus pusing dengan rumus yang rumit. Yuk, kita mulai!

baca juga: Mau Jadi Ahli Robot Antariksa? Cuma Modal

🔖 Baca juga:

Contoh Soal Kinematika Gerak Rotasi Sebagai Panduan Belajar Fisika dan Analisis Pergerakan Benda

Apa Itu Kapilaritas dan Mengapa Terjadi?

Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair di dalam pipa kapiler (pipa kecil) akibat adanya gaya adhesi dan kohesi.

• Gaya adhesi adalah gaya tarik antara partikel zat cair dengan dinding pipa.
• Gaya kohesi adalah gaya tarik antarmolekul dalam zat cair itu sendiri.

Jika gaya adhesi lebih besar dari gaya kohesi, maka cairan akan naik ke atas (contohnya air di dalam pipa kaca).
Sebaliknya, jika gaya kohesi lebih besar, cairan akan turun atau menurun permukaannya (contohnya merkuri di dalam pipa kaca).

Fenomena ini bisa kamu lihat juga di kehidupan sehari-hari:

• Air meresap naik di tisu atau kain.
• Tinta mengalir di ujung pena.
• Akar tanaman menyerap air dari tanah.

Bagaimana Rumus Kapilaritas Bekerja?

Ketinggian naik atau turunnya cairan dalam pipa kapiler bisa dihitung dengan rumus Jurin, yaitu: h=2γcos⁡θrρgh = \frac{2 \gamma \cos \theta}{r \rho g}h=rρg2γcosθ​

Keterangan:

• hhh = tinggi naik/turun cairan (m)
• γ\gammaγ = tegangan permukaan zat cair (N/m)
• θ\thetaθ = sudut kontak antara cairan dan dinding pipa
• rrr = jari-jari pipa kapiler (m)
• ρ\rhoρ = massa jenis zat cair (kg/m³)
• ggg = percepatan gravitasi (m/s²)

Dari rumus ini, terlihat bahwa:

• Semakin kecil jari-jari pipa, makin besar tinggi kenaikan cairan.
• Tegangan permukaan dan sudut kontak juga memengaruhi besar kapilaritas.

Jadi, pipa yang lebih kecil membuat air naik lebih tinggi. Itulah mengapa akar tanaman yang halus bisa menyerap air lebih efektif.

Bagaimana Contoh Soal Kapilaritas Muncul di UN?

Yuk, lihat salah satu contoh soal UN tentang kapilaritas berikut ini:

Soal 1:
Sebuah pipa kapiler dengan jari-jari 0,5 mm dicelupkan ke dalam air yang memiliki tegangan permukaan 0,075 N/m dan massa jenis 1000 kg/m³. Jika sudut kontak antara air dan kaca adalah 0°, berapakah tinggi kenaikan air dalam pipa tersebut?

Penyelesaian:
Diketahui: r=0,5 mm=5×10−4 mr = 0,5 \text{ mm} = 5 \times 10^{-4} \text{ m} r=0,5 mm=5×10−4 m γ=0,075 N/m\gamma = 0,075 \text{ N/m} γ=0,075 N/m ρ=1000 kg/m3\rho = 1000 \text{ kg/m}^3 ρ=1000 kg/m3 θ=0°⇒cos⁡θ=1\theta = 0° \Rightarrow \cos \theta = 1 θ=0°⇒cosθ=1 g=10 m/s2g = 10 \text{ m/s}^2g=10 m/s2

Gunakan rumus Jurin: h=2γcos⁡θrρgh = \frac{2 \gamma \cos \theta}{r \rho g} h=rρg2γcosθ​ h=2(0,075)(1)(5×10−4)(1000)(10)h = \frac{2 (0,075)(1)}{(5 \times 10^{-4})(1000)(10)} h=(5×10−4)(1000)(10)2(0,075)(1)​ h=0,155×10−4×104=0,03 m=3 cmh = \frac{0,15}{5} \times 10^{-4} \times 10^4 = 0,03 \text{ m} = 3 \text{ cm}h=50,15​×10−4×104=0,03 m=3 cm

Jawaban: Tinggi air yang naik dalam pipa adalah 3 cm.

Soal seperti ini sering muncul karena menguji pemahaman konsep dasar dan kemampuan menghitung dengan satuan yang benar.

Mengapa Kapilaritas Penting Dipahami dalam Kehidupan Sehari-hari?

Banyak siswa yang berpikir kapilaritas hanyalah teori fisika yang sulit dipahami. Padahal, konsep ini sangat dekat dengan keseharian kita. Berikut beberapa penerapannya:

1. Tanaman menyerap air: Akar tanaman berfungsi seperti pipa kapiler yang membawa air ke daun.
2. Kertas tisu dan handuk: Serat-serat halus bertindak sebagai saluran kecil tempat air naik melalui gaya adhesi.
3. Alat tulis: Pena atau spidol menggunakan prinsip kapilaritas untuk menyalurkan tinta ke ujung pena.
4. Medis: Pada alat seperti tabung kapiler darah, fenomena ini membantu pengambilan sampel tanpa tekanan tambahan.

Dengan memahami konsep ini, kamu tidak hanya siap menghadapi ujian, tapi juga bisa melihat sains bekerja di sekitar kita.

Bagaimana Cara Mudah Mengingat Rumus Kapilaritas?

Ada beberapa trik sederhana agar kamu lebih cepat mengingat dan memahami konsep ini:

• Ingat huruf “h” untuk “height” (tinggi): Rumus mencari tinggi kenaikan cairan.
• Bayangkan dua gaya: adhesi (menempel ke dinding) dan kohesi (menarik sesama molekul).
• Semakin kecil pipa → semakin tinggi air naik.
• Sudut kontak kecil (air suka kaca) → air naik.
• Sudut kontak besar (air tidak suka kaca) → air turun.

Dengan pendekatan visual dan logika sederhana ini, kamu bisa memahami kapilaritas tanpa harus menghafal mati.

baca juga: PKM Universitas Teknokrat Indonesia: Inovasi Pembelajaran Matematika Menggunakan Gamifikasi Berbasis Android

Apa Tips Menjawab Soal UN tentang Kapilaritas?

Ketika menghadapi soal kapilaritas di ujian, perhatikan langkah-langkah berikut:

1. Tulis data dengan satuan SI.
   Ubah milimeter ke meter, gram ke kilogram, dan sebagainya.
2. Gunakan rumus Jurin secara sistematis.
   Pastikan nilai cos θ dimasukkan dengan benar (ingat, cos 0° = 1, cos 90° = 0).
3. Analisis konsepnya.
   Apakah cairan naik atau turun? Air naik, merkuri turun.
4. Cek hasil akhir.
   Nilai tinggi cairan biasanya dalam satuan sentimeter atau milimeter, bukan meter.

Dengan latihan yang konsisten, soal jenis ini bisa kamu taklukkan dengan mudah.

baca juga: PKM Universitas Teknokrat Indonesia: Inovasi Pembelajaran Matematika Menggunakan Gamifikasi Berbasis Android

Contoh Soal Latihan Tambahan

Soal 2:
Sebuah pipa kapiler dengan jari-jari 0,2 mm dicelupkan ke dalam merkuri (tegangan permukaan 0,465 N/m, massa jenis 13.600 kg/m³, dan sudut kontak 140°). Hitunglah tinggi permukaan merkuri dalam pipa!

Penyelesaian singkat: h=2γcos⁡θrρgh = \frac{2 \gamma \cos \theta}{r \rho g}h=rρg2γcosθ​ h=2(0,465)cos⁡140°(2×10−4)(13600)(10)h = \frac{2 (0,465) \cos 140°}{(2 \times 10^{-4})(13600)(10)}h=(2×10−4)(13600)(10)2(0,465)cos140°​

Karena cos 140° bernilai negatif, hasil hhh juga negatif — artinya cairan turun, bukan naik.
Hasil akhirnya sekitar –0,007 m atau –0,7 cm (permukaan merkuri turun 0,7 cm).

Kesimpulan

Kapilaritas bukan sekadar konsep fisika yang sulit dihafal, melainkan fenomena yang nyata di sekitar kita. Dengan memahami perbedaan antara gaya adhesi dan kohesi serta menggunakan rumus Jurin dengan benar, kamu bisa menaklukkan soal-soal UN yang berhubungan dengan topik ini.

Penulis: Tanjali Mulia Nafisa