Selalu Ada Fisika dalam Hidupmu bahkan dalam Sarapanmu

Beberapa dari para pembaca mungkin pernah mendengar produk sereal bernama Cheerios, sebuah sereal berbentuk menyerupai donat yang dimanufaktur oleh General Mills di Amerika Serikat. Tetapi, apakah kalian pernah mendengar mengenai “The Cheerios effect”? Pernahkah kalian memperhatikan sereal kalian tiap kali sarapan? Apabila dilihat lebih dekat, kita bisa melihat bahwa tiap butir dari sereal melekat satu sama lain atau menempel di sekeliling mangkuk. Hal tersebut memudahkan kita untuk memakannya. Tapi, apa penyebab mereka saling menempel? “The Cheerios Effect” tentunya tidak hanya bekerja pada sereal Cheerios, tetapi juga pada sereal lain bahkan sampai objek lain yang kecil. 

Sebutan “Cheerios Effect” hanyalah sebutan awam warga Eropa untuk fenomena dimana benda-benda kecil yang mengambang di atas air akan terlihat menarik atau menolak satu sama lain. Efek ini pertama kali diungkapkan pada tahun 2005 oleh sepasang ilmuwan matematika. Sereal memiliki berat yang sangat ringan, bahkan beratnya tidak melebihi berat susu. Karenanya, ia memiliki gaya apung saat dimasukkan ke dalam susu. Gaya apung tersebut mendorong ke atas sisi bawah sereal hingga sesuai dengan gaya gravitasi yang mendorongnya ke bawah. Interaksi tersebut dapat menahan sereal untuk mengapung di permukaan susu. Pada intinya fenomena tersebut menjelaskan alasan mengapa sereal bisa mengapung.

Namun, jika kalian lihat lebih dekat, ketika permukaan susu dengan sereal bertemu, dapat dilihat bahwa bentuk susu melengkung ke atas. Pada sereal yang menempel di sekeliling mangkuk pun juga terlihat bahwa bentuk susu melengkung ke atas apabila bertemu dengan tepi mangkuk. Hal tersebut diakibatkan oleh suatu efek yang bernama “Meniscus Effect”. Meniskus sendiri memiliki arti yaitu bentuk yang seolah-olah terlihat melengkung pada fluida yang biasanya dipengaruhi oleh sudut kontak. Molekul air memiliki gaya tarik satu sama lain yang sangat besar, sehingga mereka saling menempel. Tetapi mereka lebih tertarik pada tepi wadah seperti mangkuk, gelas, atau sereal. 

Gaya tarik-menarik antar partikel yang sama disebut sebagai gaya kohesi. Sedangkan gaya tarik-menarik antar partikel yang berbeda jenis dinamakan sebagai gaya adhesi. Gaya adhesi lah yang berlaku pada fenomena ini. Gaya adhesi antara sereal dengan susu atau suatu fluida dapat membentuk cekungan seperti huruf U tiap kali suatu fluida bertemu dengan tepi objek yang ringan. Sebuah benda yang mudah mengapung akan selalu terdorong ke titik tertinggi pada meniskus, sehingga hal tersebut menyebabkan sereal suka menempel pada tepi mangkuk atau menempel satu sama lain dalam kasus “The Cheerios Effect”. Dua objek terdekat akan didorong ke titik tinggi meniskus di antara mereka, membuat mereka saling menempel satu sama lain. Sedangkan objek yang sendirian akan terdorong ke titik meniskus yang paling tinggi, yaitu ke tepi wadah. 

Cr: Dominic Vella dan L. Mahadevan

Lalu apa yang akan terjadi apabila benda kecil yang lebih berat daripada air mengambang di atas air? Tentunya mereka akan tetap mengambang karena tegangan permukaan air, walaupun mereka tidak memiliki gaya apung sebesar sereal. Molekul-molekul air sangat lengket satu sama lain. Mereka hampir seperti membran yang cukup kuat untuk menahan berat objek kecil, contohnya yaitu seperti paku payung. Apabila dua paku payung diletakkan berdekatan di permukaan air, maka mereka juga akan saling menarik satu sama lain, sama halnya seperti sereal. Namun, berbeda dengan sereal, air yang bertemu dengan tepi paku payung yang mengambang tampak melengkung ke bawah, seolah-olah paku payung tersebut hampir tenggelam. Dua paku payung yang berdekatan akan terlihat seperti mereka saling jatuh ke lubang satu sama lain dan menempel. 

Pada akhirnya apakah hal tersebut juga terjadi di alam dan tidak hanya pada mangkuk sereal? Tentu akan terjadi pada serangga air yang kecil, contohnya yaitu Gerridae atau anggang-anggang. Rambut-rambut kecil di kakinya dapat merangkap gelembung udara dan meningkatkan daya apung, seolah-olah mereka memiliki pelampung di kakinya. Serangga-serangga yang hidup dengan menjelajahi permukaan air mengambang dengan memanfaatkan tegangan permukaan air, sama halnya seperti paku payung. Lalu, bagaimana cara mereka bisa keluar dari air? Mereka menggunakan cara yang cukup pintar untuk seekor serangga, yaitu dengan memanjat meniskus air. Dengan mengangkat bagian depan badan mereka, serangga tersebut dapat tertarik ke tepi air yang melengkung ke atas seperti halnya bagaimana sereal tertarik ke tepi mangkuk.

Daftar Pustaka

Childress, S. (2010). Walking on water. Journal of fluid mechanics, 644, 1-4.

Karpitschka, S., et al., (2016). Liquid drops attract or repel by the inverted Cheerios effect. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(27), 7403-7407.

Vella, D, and L. Mahadevan. "The “cheerios effect”." American journal of physics 73.9 (2005): 817-825.