Persamaan Young–Laplace Menghubungkan Kelengkungan dan Tekanan

Persamaan Young–Laplace menjelaskan selisih tekanan di dua sisi antarmuka yang melengkung. Besarnya berkaitan dengan tegangan permukaan dan dua kelengkungan utama permukaan, sehingga bentuk antarmuka ikut menentukan tekanan yang diperlukan untuk mempertahankannya.

Untuk tetesan berbentuk bola dengan satu antarmuka cairan dan gas, kedua jari-jari kelengkungannya sama. Hubungan itu menyederhana menjadi selisih tekanan dua kali tegangan permukaan dibagi jari-jari, atau Δp = 2γ/R.

Akibatnya, pada bahan dan kondisi yang sama, tetesan lebih kecil memiliki selisih tekanan lebih besar daripada tetesan besar. Pernyataan ini tidak berarti semua tetesan pasti bulat; gravitasi, kontak dengan permukaan, aliran, dan gaya luar dapat mengubah bentuknya.

Gelembung sabun perlu dibedakan dari tetesan karena selaputnya memiliki permukaan dalam dan luar. Dalam model tipis yang ideal, dua antarmuka itu membuat hubungan tekanannya menjadi Δp = 4γ/R, bukan 2γ/R.

Bentuk umum persamaan memakai jumlah kebalikan dua jari-jari kelengkungan. Permukaan yang datar memiliki kelengkungan nol, sedangkan kubah, meniskus, dan leher cairan dapat memiliki dua kelengkungan yang berbeda.

Persamaan ini digunakan untuk memahami kapilaritas, tetesan, gelembung, dan antarmuka fluida dalam keadaan mendekati setimbang. Pada aliran cepat, penguapan, campuran dengan surfaktan, atau permukaan yang berubah-ubah, analisis memerlukan syarat dan persamaan tambahan.

Foto pendamping memperlihatkan gelembung sabun sebagai contoh selaput tipis melengkung. Warna pada permukaannya berasal dari interferensi cahaya pada ketebalan film yang berbeda, bukan peta langsung tekanan di dalam gelembung.

Sumber: https://farside.ph.utexas.edu/teaching/336L/Fluidhtml/node41.html ; https://www.sciopen.com/article/10.46690/capi.2021.02.01

Catatan editorial: artikel evergreen ini merangkum materi fisika fluida dan artikel ilmiah terbuka. Persamaan dibahas untuk antarmuka setimbang; artikel membedakan satu antarmuka tetesan dari dua antarmuka pada gelembung sabun.

Dokumentasi foto: Gelembung sabun dengan pantulan lingkungan dan warna interferensi pada selaput tipis, didokumentasikan pada 2007. Foto ilustrasi antarmuka melengkung.

Kredit foto: Brocken Inaglory; disunting oleh Alvesgaspar / Wikimedia Commons.

Halaman foto: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reflection_in_a_soap_bubble_edit.jpg

Lisensi foto: CC BY-SA 3.0 — http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/

Perubahan gambar: orientasi EXIF dinormalkan, dikonversi ke JPEG, diperkecil proporsional hingga sisi terpanjang 1.600 piksel, dan dikompresi; tidak ada perubahan isi.