Cairan (Fisika): Definisi, Sifat & Contoh

Cairan adalah salah satu dari empat keadaan materi, yang lainnya adalah padat, gas, dan plasma. Studi tentang fisika yang terkait dengan cairan adalah area yang sangat luas. Tetapi ketika Anda mempertimbangkan seberapa banyak hidup Anda bergantung pada air yang mengalir melalui pipa, atau perahu yang dapat mengapung di lautan, atau bahkan sirup panekuk Anda dapat mengalir dengan baik dari wadahnya, mudah untuk melihat mengapa mempelajari dan memahami cairan itu penting.

Ada empat keadaan utama materi: keadaan padat, keadaan cair, keadaan gas, dan plasma. Materi dapat berubah dari satu keadaan ke keadaan lain tergantung pada kondisi tekanan dan suhu.

Di sebuah padat, molekul material terikat erat, dan material mempertahankan bentuknya. Di sebuah cair, molekul-molekulnya kurang terikat erat dan mampu meluncur atau mengalir melewati satu sama lain. Di sebuah gas, molekul menjadi terpisah satu sama lain. Gas akan selalu mengisi wadahnya dan dapat dengan mudah mengembang dan mengerut, sedangkan cairan dan padatan tidak dapat (atau setidaknya tidak pada tingkat yang sama.) A

Ketika gas mengembun, dan molekul menjadi cukup dekat untuk saling mempengaruhi dan menempel, itu berubah menjadi bentuk cair. Ini biasanya membutuhkan pendinginan, yang menghilangkan energi dari sistem.

Ketika sesuatu dalam bentuk padat meleleh, itu menjadi cair. Ini biasanya membutuhkan pemanasan yang menambah energi ke sistem. Saat suhu material meningkat, gerakan molekul meningkat dan mengatasi gaya antarmolekul yang mencoba menahan molekul secara kaku.

Seperti disebutkan sebelumnya, cairan adalah keadaan materi. Ketidakmampatan cairan berarti bahwa mereka memiliki volume tetap (volume tertentu) dan tidak mengembang atau menyusut secara signifikan seperti gas.

Dalam cairan, molekul-molekul bergabung bersama secara lemah oleh gaya kohesif dan dapat mengalir dengan bebas melewati satu sama lain. Cairan mengambil bentuk bagian bawah wadah apa pun tempat mereka berada dan tidak mempertahankan bentuk yang pasti seperti padatan.

Cairan sering dikategorikan sebagai cairan, yang merupakan label yang lebih luas yang diterapkan pada cairan dan gas. Fluida adalah zat yang dapat mengalir, dan banyak hukum fisika yang berlaku untuk aliran zat cair juga berlaku untuk aliran gas.

Contoh cairan dapat ditemukan di sekitar Anda. Yang mungkin paling Anda kenal adalah air karena dibutuhkan untuk kehidupan dan menutupi sekitar 71 persen permukaan bumi. Karena air dalam bentuk cair pada suhu standar di Bumi, diyakini sebagai alasan kehidupan dapat terbentuk dan berkembang di sini.

Tentu saja ada banyak zat lain yang cair pada suhu kamar termasuk alkohol, bensin, dan bahkan merkuri.

Zat yang ada dalam bentuk cair hanya pada suhu yang jauh lebih dingin termasuk asetilena, karbon dioksida, metana, dan nitrogen cair. Zat yang ada dalam bentuk cair hanya pada suhu yang jauh lebih tinggi termasuk aluminium dan banyak logam lainnya, karbon, porselen dan pasir.

Kristal cair adalah keadaan materi antara cair dan padat. Beberapa zat pada dasarnya memiliki dua titik leleh yang berbeda: Satu di mana mereka menjadi kristal cair, dan titik lain yang lebih tinggi di mana mereka menjadi cairan biasa. Kristal cair dapat mengalir seperti cairan tetapi juga menampilkan simetri yang biasanya terkait dengan padatan kristal. Kristal cair digunakan dalam tampilan jam tangan, kalkulator, dan TV.

Tekanan adalah ukuran gaya per satuan luas. Dalam zat cair, semua molekul cair saling menekan dan menciptakan tekanan internal. Anda dapat membayangkan dinding wadah merasakan gaya ini per satuan luas juga, dan jika Anda membuat lubang, tekanan akan memaksa cairan keluar.

Tekanan dalam cairan juga mengapa Anda bisa mengapung di kolam renang. Gaya terkait melawan gravitasi.

Nilai tekanan dalam cairan tergantung pada kepadatan cairan dan kedalaman. Hubungannya adalah sebagai berikut:

Dimana P adalah tekanan, ρ adalah kepadatan, d adalah kedalaman, dan g adalah percepatan gravitasi.

Fakta bahwa tekanan meningkat dengan kedalaman adalah mengapa penyelam harus berhati-hati. Mereka harus membiarkan tubuh mereka menyesuaikan diri dengan peningkatan dan penurunan tekanan untuk menghindari cedera.

Untuk zat cair di dalam pipa, perbedaan tekanan di sepanjang pipa akan menyebabkan zat cair mengalir. Ini karena tekanan pada dasarnya adalah gaya, dan gaya yang tidak seimbang menyebabkan perubahan gerak.

Seperti yang mungkin Anda sadari, beberapa benda mengapung, dan beberapa benda tenggelam, dan bahkan benda yang tenggelam cenderung melakukannya dengan lambat. Ini memberitahu kita bahwa harus ada gaya yang diterapkan cairan yang melawan gravitasi. Gaya ini disebut gaya apung. Prinsip Archimedes menjelaskan kekuatan apung dalam cairan, yaitu gaya yang menyebabkan benda mengapung.

Archimedes menyatakan nilai gaya apung dengan sangat sederhana: Ini sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda yang terendam. Berat ini mudah dihitung sebagai produk dari volume benda (atau bagian dari benda) yang terendam, massa jenis cairan, dan g, percepatan gravitasi.

Karena gaya gravitasi pada suatu benda adalah produk dari massa dan g, dan massanya sama dengan produk dari volume dan kepadatannya, mudah untuk melihat bahwa untuk mengapung, benda harus kurang padat dari air.

Sifat lain dari cairan adalah viskositas. Viskositas adalah ukuran seberapa tipis atau tebal suatu cairan atau hambatannya untuk mengalir atau terhadap benda yang melewatinya. Jika Anda membandingkan sirup dengan air, misalnya, Anda akan melihat bahwa air mengalir lebih cepat dan lebih cepat daripada sirup kental. Itu karena sirup memiliki viskositas yang lebih tinggi. Dikatakan lebih kental.

Viskositas disebabkan oleh gesekan antar molekul dalam lapisan-lapisan fluida yang mengalir. Semakin besar gesekan, semakin besar viskositas. Faktor-faktor yang menentukan viskositas cairan termasuk suhu dan bentuk molekul.