Artikel Sains: Jembatan Cair, Keajaiban Fisika

Artikel Sains: Jembatan Cair, Keajaiban Fisika

Jembatan yang terbuat dari zat cair? Bukan sulap bukan sihir, sebab itu bisa dibuat dengan ilmu fisika. Sebuah tim peneliti dari Austria mendemonstrasikan bahwa kini kita dapat membangun jembatan yang tersusun dari zat cair. Dalam percobaan tersebut, tim ini berhasil memperagakan sebuah jembatan yang tersusun dari air murni yang telah didestilasi tiga kali. Mereka juga menghubungkan celah sepanjang 2,5 centimeter hingga selama 45 menit, seakan melawan pengaruh gaya gravitasi. Sepintas hal ini terdengar seperti sihir, walaupun jelas hanyalah rekayasa fisika. Lantas, apa rahasianya?

Tegangan tinggi

Salah satu kunci dalam percobaan tersebut adalah pemakaian tegangan listrik yang tinggi. Tim tersebut menempatkan air murni yang akan dijadikan jembatan itu di dalam dua buah gelas kaca, kemudian sepasang elektroda diletakkan di dalamnya. Kedua gelas kaca diletakkan berdekatan namun tidak berhimpitan. Dalam waktu hanya seperseribu detik setelah perbedaan tegangan sebesar 25 ribu volt diterapkan melalui sepasang elektroda tersebut, air di dalam salah satu gelas kaca merambat cepat ke tepian dan secepat kilat melompat melewati celah di antara kedua gelas kaca.

Apa yang menyebabkan tegangan tinggi tersebut mampu melontarkan air melompati celah dan lalu menjaga “jembatan cair” tidak runtuh dipengaruhi gravitasi? Saat ini belum ada yang mengetahuinya dengan pasti. Walaupun begitu, beberapa kesimpulan awal sudah bisa ditarik dari percobaan itu.

Secara kimiawi sebuah molekul air dilambangkan dengan kode H2O. Ini karena memang molekul air terdiri dari dua atom hidrogen (H) yang bermuatan positif dan sebuah atom oksigen (O) bermuatan negatif. Saat genangan air murni dipengaruhi oleh medan listrik, seperti saat tegangan tinggi diterapkan pada percobaan di atas, maka molekul-molekul air akan berjejer rapih dan saling bergandengan: atom-atom hidrogen tertarik ke elektroda bermuatan negatif sementara atom oksigen menjurus ke elektrode positif. Selama ini hal ini sudah diketahui berlaku pada tingkat molekuler, akan tetapi belum pernah diperagakan sebelumnya pada tingkat makroskopik seperti pada percobaan jembatan cair di atas.

Untuk menguji hipotesa ini, tim peneliti yang sama kemudian menggunakan sebatang kaca yang telah lebih dulu diberi muatan listrik. Ternyata memang medan listrik dari batang kaca mampu membuat bentuk jembatan cair itu berubah dari lurus menjadi melengkung mendekati batang kaca.

Air Mengalir Dalam Air

Di antara pengukuran lain yang dilakukan, tim tersebut juga mengukur variasi kepadatan cairan di sepanjang “jembatan dari air” yang terbentuk.

Mereka menggunakan metode optik yang umum disebut ‘visualisasi Schlieren’ . Dalam metode ini, berkas-berkas cahaya dilewatkan tegak lurus terhadap “jembatan dari air” dan kemudian melewati tepian sebuah silet tajam sebelum mencapai detektor cahaya. Jika kepadatan cairan di sepanjang jembatan itu seragam nilainya, maka semua berkas cahaya akan melewati tepian silet dan tertangkap oleh detektor. Akan tetapi, jika ada variasi kepadatan cairan pada jembatan itu, variasi itu akan membelokkan dan mengganggu jalan sebagian berkas cahaya yang lewat, sehingga total berkas yang tertangkap detektor menjadi berkurang.

Dengan metode tersebut, tim dari Austria itu menemukan bahwa kepadatan cairan pada jembatan memang tidak seragam, di mana sisi bagian dalam dari jembatan lebih padat daripada sisi luarnya. Selain itu, variasi kepadatan cairan tersebut tidaklah statis, melainkan mengalir dari gelas kaca yang satu ke yang lainnya. Sekedar sebagai analogi, anda bisa membayangkan sebuah kabel ko-axial (walaupun analogi ini tidaklah sangat akurat karena kedua fenomena ini berasal dari hukum fisika yang berbeda) di mana kabel di lingkaran dalam mengalirkan arus listrik sedangkan kabel di lingkaran luar hanyalah membantu menyalurkan aliran itu. Begitu juga, dalam “jembatan cair” ini, molekul air yang mengalir adalah molekul-molekul di sisi dalam, sedangkan molekul-molekul di sisi luar hanyalah diam dan membantu aliran molekul-molekul di sisi dalam jembatan.

Untuk Apa Selanjutnya?

Tim dari Austria itu ingin mempelajari dengan lebih detil bagaimana sesungguhnya struktur molekul-molekul yang membentuk “jembatan cair itu. Untuk itu mereka merencanakan percobaan lanjutan yang akan menggunakan sinar-X.

Selain untuk menjawab keingintahuan secara ilmu fundamental, percobaan ini juga punya potensi aplikasi yang besar. Salah satunya berkaitan dengan bidang mikrofluida , di mana cairan-cairan dengan volume sangat kecil dikendalikan dengan presisi dan diteliti dengan akurat, baik untuk pendeteksian biologis, medis, maupun lingkungan.

Saat ini masih banyak kendala yang perlu dipecahkan sebelum sebuah aplikasi nyata bisa diperoleh. Salah satunya adalah bahwa jembatan cair ini tidak bisa bertahan jika air murni yang telah didestilasi tiga kali tersebut dikotori oleh debu dan partikel. Akibat muatan-muatan tambahan yang dibawa oleh debu dan partikel itu, maka jembatan cair itu akan dilewati arus listrik yang semakin tinggi.

Suhu pada jembatan itu ikut meningkat, dan jembatan akan runtuh karena gerakan acak molekul-molekul air mengalahkan efek medan listrik yang telah menjajarkannya dengan rapi. Walaupun begitu, bukan tidak mungkin percobaan-percobaan berikutnya akan memunculkan kejutan dan gagasan baru yang akan memecahkan kendala di atas.