Pernahkah anda melihat lilin? Semoga anda akan menggunakannya. Satu fenomena menarik yang dapat kita lihat apabila lilin sedang menyala. Bahagian bawah sumbu lilin yang menyala biasanya sentiasa basah dengan lilin cair (pada sumbu). Kehadiran lilin cair pada sumbu bermakna lilin boleh menyala untuk jangka masa yang lama. Apakah yang menyebabkan lilin cair bergerak ke atas ke arah sumbu lilin yang menyala? Kita boleh memerhatikan fenomena yang sama pada obor.
Banyak perkara menarik dalam hidup kita adalah serupa dengan fenomena yang berlaku pada lilin dan lampu minyak. Seolah-olah cecair itu mempunyai kaki, yang membolehkannya bergerak ke atas. Bolehkah anda menjelaskannya secara saintifik? Satu konsep fizik yang boleh menjelaskan fenomena yang berlaku pada lilin, lampu minyak dan banyak lagi fenomena berkaitan ialah kapilari.
Daya Kohesi dan Lekatan
Kohesi ialah daya tarikan antara molekul bahan yang sama, manakala daya tarikan antara molekul bahan yang berbeza dipanggil lekatan. Contohnya, jika kita menuangkan air ke dalam gelas, kohesi berlaku apabila molekul air saling menarik, manakala lekatan berlaku apabila molekul air dan molekul kaca saling menarik.
Sudut Sentuh
Sebelum mendalami konsep kapilari, kita mesti terlebih dahulu memahami bagaimana daya pelekat dan daya kohesif mempengaruhi kapilari. Contohnya, pertimbangkan cecair dalam gelas. Apabila daya kohesif molekul cecair lebih kuat daripada daya pelekat (daya tarikan antara molekul cecair dan molekul kaca), permukaan cecair akan melengkung ke atas. Contohnya ialah apabila air berada di dalam gelas. Lazimnya dikatakan bahawa air membasahi permukaan kaca. Sebaliknya, jika daya pelekat lebih kuat, permukaan cecair akan melengkung ke bawah. Contohnya, apabila merkuri berada di dalam gelas.
Sudut yang dibentuk oleh lengkung dipanggil sudut sentuhan. Apabila daya kohesi cecair lebih besar daripada daya pelekat, sudut sentuhan yang terbentuk secara amnya kurang daripada 90°.o (imej a). Sebaliknya, jika daya lekatan lebih besar daripada daya kohesi bendalir, maka sudut sentuhan yang terbentuk adalah lebih besar daripada 90o (rajah b). Daya lekatan dan kohesi secara teorinya sukar dikira, tetapi sudut sentuhan boleh diukur. Apakah hubungannya dengan kapilari?
Konsep Kapilari
Jika daya kohesi cecair lebih besar daripada daya pelekat, permukaan cecair akan melengkung ke atas. Apabila kita memasukkan tiub atau paip nipis (paip dengan diameter yang lebih kecil daripada bekas), bahagian cecair yang lebih tinggi akan terbentuk. Dalam erti kata lain, cecair di dalam bekas naik melalui turus paip. Ini kerana daya tegangan permukaan keseluruhan di sepanjang dinding tiub bertindak ke atas. Ketinggian maksimum yang boleh dicapai oleh cecair adalah apabila daya tegangan permukaan adalah sama atau sama dengan berat cecair di dalam paip. Oleh itu, cecair hanya boleh naik ke ketinggian di mana daya tegangan permukaan diseimbangkan oleh berat cecair di dalam paip.
Sebaliknya, jika daya pelekat lebih besar daripada daya kohesif cecair, permukaan cecair akan melengkung ke bawah. Apabila kita memasukkan tiub atau paip nipis (paip dengan diameter yang lebih kecil daripada bekas), bahagian bawah cecair akan terbentuk (lihat imej di bawah).
Kesan ini dikenali sebagai pergerakan kapilari, atau kapilari, dan tiub nipis ini dipanggil tiub kapilari. Perlu diingatkan bahawa saluran darah terkecil kita juga boleh dipanggil tiub kapilari, kerana peredaran darah dalam saluran kecil ini juga disebabkan oleh kesan kapilari. Begitu juga, fenomena lilin atau minyak tanah yang mencair naik melalui sumbu juga jelas. Tambahan pula, kapilari dipercayai memainkan peranan penting dalam pergerakan air dan nutrien dari akar ke daun melalui saluran xilem kecil. Tanpa kapilari, permukaan tanah akan kering serta-merta selepas hujan atau pengairan. Satu lagi kesan penting kapilari ialah pengekalan air dalam jurang antara zarah tanah.
Persamaan Kapilari
Bagaimanakah kita boleh menentukan ketinggian air yang naik melalui turus tiub kapilari? Cecair kelihatan naik di dalam turus. 
tiub kapilari yang mempunyai jejari r hingga ketinggian h. Daya yang memainkan peranan dalam menahan cecair pada ketinggian h ialah komponen daya tegangan permukaan dalam arah menegak: F cos theta.
Bahagian atas tiub kapilari terbuka, jadi tekanan atmosfera dikenakan pada permukaan cecair. Panjang permukaan sentuhan antara cecair dan tiub ialah 2 phi r (lilitan bulatan). Oleh itu, magnitud komponen menegak daya tegangan permukaan yang bertindak di sepanjang permukaan sentuhan ialah:
Jika lengkung ke atas permukaan cecair diabaikan, maka isipadu cecair dalam paip ialah:
Isipadu cecair = Luas permukaan paip x Tinggi cecair
V = A h
V = (π r 2 ) j
Jika komponen menegak Daya Tegangan Permukaan diseimbangkan dengan berat turus cecair dalam tiub kapilari, maka cecair tidak boleh naik lagi. Dalam erti kata lain, cecair akan mencapai ketinggian maksimumnya, apabila komponen menegak daya tegangan permukaan diseimbangkan dengan berat cecair pada ketinggian h. Komponen menegak daya tegangan permukaan ialah:
F = γ 2 π r cos θ
Sementara itu, berat cecair dalam tiub kapilari ialah:
w = mg
w = ρ V g
w = ρ (π r 2 jam) g
Apabila cecair mencapai ketinggian maksimumnya (h), komponen menegak daya tegangan permukaan mestilah sama dengan berat cecair dalam tiub kapilari. Secara matematik, ia ditulis:
Inilah persamaan yang kita cari. Jika anda ingin menentukan ketinggian turus cecair, sila gunakan persamaan ini.
