Mengapa Tetes Air Berbentuk Bola?

Ini fenomena yang kita amati sehari-hari. Percikan air membentuk teses-tetes berupa bola. Tetes air hujan juga berupa bola. Asalkan gaya kohesi antara molekul air lebih besar daripada gaya adhesi antara molekul air dengan molekul yang bersentuhan dengan permukaan maka bentuk bola lah yang muncul. Bentuk yang sama juga diamati pada tetesan air raksa di atas permukaan kaca. Mengapa demikian? Karena bentuk bola menghasilkan energi interaksi total antar molekul paling kecil. Lebih detailnya mari kita bahas sebagai berikut:

Satu molekul air melakukan tarik-menarik dengan molekul air disekelilingnya. Tarikan tersebut menyebabkan penurunan energi potensial. Ingat, jika ada gaya tarik maka energi potensial bernilai negatif. Misalkan akibat tarikan oleh molekul sekelilingnya, satu molekul mengalami penurunan energi sebesar . Karena jumlah molekul air sebanding dengan volume tetesan maka penurunan energi tetesan akibat tarikan antar molekul adalah

dengan  konstanta pembading. Persamaan di atas diturunkan atas asumsi bahwa jumlah molekul yang mengelilingi satu molekul semuanya sama. Namun, kondisi berbeda jika kita melihat molekul di permukaan air. Moekul di permukaan air hanya daitarik dalam satu arah (ke dalam) dan tidak ada tarikan ke arah luar (karena tidak ada molekul air di luar permukaan). Oleh karena itu penurunan energi molekul air di permukaan lebih kecil daripada . Ini artinya, energi  terlalu kecil untuk energi tarikan semua molekul air karena belum memperhatikan kehadiran permukaan. Jadi, pada energi tersebut harus ditambah faktor akibat kehadiran permukaan. Kehadiran permukaan menambah energi tetesan. Besarnya tambahan energi akibat kehadiran permukaan sebanding dengan luas permukaan dan dapat kita tulis

dengan  adalah konstanta pembanding lain. Akhirnya, energi total tetesan air memenuhi persamaan

 

Bentuk geometri paling stabil jika energi paling kecil. Energi paling kecil dicapai jika nilai suku volum (suku pertama di ruang kanan) paling besar dan nilai suku permukaan (suku kedua di ruas kanan) paling kecil. Artinya, energi akan minimal jika perbandingan luas permukaan dan volume sekecil mungkin. Gemoetri yang memiliki sifat demikian hanyalah bola. Tidak ada geometri lain yang memiliki perbandingan luas permukaan dengan volume yang lebih kecil daripada bola. Inilah penyeban mengapa bentuk tetes air atau zat cair lain adalah bola.

(Mikrajuddin, abdullah, 416)