Percakapan Fiksi Antar Planet, Saat Pluto Menjadi Asteroid

Jika teman-teman adalah anak generasi 90 an, pasti saat SD kalian pernah di ajarkan bahwa planet anggota surya kita ada 9, yaitu Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, dan Pluto. Iya kan??

Namun sekarang, Pluto bukan lagi sebagai anggota planet tata surya kita. Sejak tanggal 24 Agustus 2006, sekitar 2500 ilmuwan yang bertemu di Praha telah mengesahkan pedoman baru bersejarah yang menurunkan pangkat planet kerdil yang jaraknya sangat jauh dari matahari itu ke kategori kedua.

Para ilmuwan menyepakati syarat benda angkasa disebut planet adalah harus berada di orbit sekitar matahari, ukurannya cukup besar sehingga bentuknya hampir bulat, dan menjauhkan orbitnya dari benda-benda lain. Status Pluto diperjuangkan selama bertahun-tahun, tetapi planet itu lebih kecil dari planet “tradisional” lain dalam sistem tata surya kita. Nah, akhirnya sekarang Pluto masuk kedalam kategori asteroid ke 134340.

Kalau saja pluto adalah manusia, tentu saja ia akan menceritakan perasaan hatinya ketika ia dipecat gara-gara peraturan yang dibuat-buat. Ia dilemparkan dari gelar terhormat sebagai planet, diturunkan derajatnya menjadi asteroid 134340.

Bayangkan saja, bagaimana perasaan Pluto saat ia melangkah gontai, menundukkan kepalanya disepanjang lorong tata surya dengan perasaan campur aduk. Ketika semua pasang mata mengamati setiap langkahnya yang berjalan menjauh … malu, terhina, terasing, marah, hancur…

eh, malah jadi lebay

"Seseorang memanggilmu dengan nomor! Apa itu bukan penghinaan? Bahkan seekor sapi pun punya kehormatan mendapatkan sebuah nama."

Mata Pluto terasa panas dan rasanya ingin sekali menyumbat telinganya saat semua planet-planet mulai berbisik-bisik.

Venus          : "Eh eh .. namanya diganti apa sih? Asteroid apa?"

Mars            : "Duh aku lupa, asteroid 13… apa gitu.. susah nyebutnya. Tanya bumi deh!

Bumi           : "Asteroid 134340… di bumi sih 13 itu angka sial, haha!"

Merkurius  : "Hhhh (menarik napas panjang ) Pluto yang malang! Makanya jangan jauh-jauh dari matahari"

Jupiter         : "Haa....h.ahaa (tertawa mengejek )…… badannya kecil sih. Dasar planet kurang gizi"

Saturnus   : "Makanya upgrade penampilan dong, jangan kampungan begitu. Contoh dong aku, merawat diri. Lihat deh cincinku kian hari kian mengkilap

Neptunus   : "Gimana tidak ditendang sama ilmuwan? Ngorbit saja ugal-ugalan. Masa sampai nyerobot orbitku kayak gitu? Coba kalau kami sampai tabrakan, aku sih tidak akan kenapa-napa, dia yang bakal hancur lebur!!

Mars              : "Mungkin dia mau cari sensasi kali."

Uranus       : "Aku juga mengorbit dengan cara berbeda. Aku menggelinding berpuntir, tapi aku tidak akan memotong orbit planet lain"

Jupiter          : "Nep, kalau dia memotong orbitmu lagi, ambil saja jadi satelitmu!"

Neptunus      : "Apa? Jadi satelitku? Mimpi apa dia ? Ihhh … (mencibir jijik).

Referensi:Yohanes surya Ph.D. Perburuan Bintang Sirius.

Misteri Lubang Hitam Black Hole

Tentunya bagi teman-teman yang suka dengan Ilmu Pengetahuan Alam, terutama ilmu Astronomi sudah tidak asing dengan istilah "Lubang Hitam atau Black Hole".

Lubang Hitam dalam pengertian sederhananya adalah Ruang waktu yang memiliki Gravitasi paling kuat, bahkan cahaya pun tidak bisa melarikan diri dari materi tersebut.

Sampai sekarang pun keberadaan Lubang Hitam masih menjadi sebuah misteri. Misteri mengenai lubang hitam sampai sekarang baru bisa dikaji  dari jauh, hal tersebut dikarenakan perkembangan Ilmu Sains dan Teknologi manusia nyatanya belum mampu membawa kita menuju lubang tersebut.

Banyak Teori yang sudah bermunculan mengenai Fenomena tersebut, mulai dari teori  John Michell dan Pierre-Simon Laplace pada abad 18an, 1 abad kemudian seorang astronom Jerman  Karl Schwarzschild dengan menggunakan Teori Relativitas Einstein dan Akhirnya Istilah Lubang hitam pu semakin populer saat John Archibald Wheeler sering menggunakan istilah Lubang Hitam pada ceramah-ceramahnya tahun 1967.

Lubang hitam tidak bisa kita amati langsung , karena memang "hitam" bahkan konon tidak ada cahaya apapun yang mampu lari darinya.

Nah, kalo tidak bisa di amati secara langsung dengan cara apa kita bisa mengamatinya?

Sampai sekarang, satu-satunya cara mengamati objek tersebut adalah dengan mengamati apa yang terjadi ketika sesuatu ( bintang,planet, meteor dll) terlalu dekat dengan objek tesebut.

Objek yang mendekati perlahan-lahan ditarik terpisah dan mengeluarkan sinar-x yang kita bisa mengukurnya. Dalam beberapa kasus, awan gas dapat diterangi cahaya matahari dan kita bisa benar-benar ‘melihat’ lubang hitam di tengah, karena objek tersebut satu-satunya yang benar-benar hitam.

Nah, sampai sekarang Lubang hitam masih menyimpan sebuah misteri yang menarik banyak perhatian para astronom. Selain itu, Lubang hitam juga memiliki fakta-fakta unik yang mungkin belum kalian ketahui. Berikut beberapa fakta mengenai lubang hitam:

1. Galaksi Bima sakti memiliki Lubang hitam yang massanya diperkirakan 4 juta kali lebih besar daripada massa Matahari
2. Semua bintang yang memiliki massa 20 kali massa matahari, setelah mati atau runtuh berpotensi menjadi lubang hitam. Sedangkan, Bintang yang massanya hampir sama dengan matahari, termasuk matahari, setelah mati tidak akan menjadi lubang hitam.
3. Lubang hitam beragam ukurannya, yang ukurannya kecil disebut Primordial.
4. Jika anda berada didekat lubang hitam, Waktu akan terasa melambat.
5. Lubang hitam terdekat dengan bumi berjarak 20.000 tahun cahaya. Bayangkan berapa jaraknya jika dinyatakan dalam km! jika dalam 1 detik saja cahaya mampu menempuh jarak 299.792.458 km.
6. Lubang hitam hanya akan menarik objek-objek yang berada dalam jarak tertentu. Yang perlu teman-teman syukuri, dengan jarak bumi terhadap lubang hitam terdekat begitu jauhnya, maka sementara kita aman, hehe
7. Jika manusia jatuh ke lubang hitam, tubuh kita akan memanjang tanpa robek seperti mie ayam. hal tersebut tentunya dikarenakan gaya gravitasinya begitu kuat.
8. Jika Kecoa jatuh ke lubang hitam, mereka akan bertahan dalam waktu yang lebih lama jika dibandingkan manusia. Hal tersebut dikarenakan kecoa lebih kecil ukurannya, sehingga gaya tekan yang didapatkannya sebagai akibat gaya ke atasnya juga lebih kecil.
9. Lubang Cacing yang dikatakan sebagai tempat yang akan kita masuki jika tersedot ke lubang hitam sampai sekarang baru sampai sebatas teori.
10. Lubang hitam pertama kali ditemukan selama penerbangan balon pelacak sinar-X tahun 1960.
11. Kita tidak bisa melihat Lubang hitam secara walaupun kita menggunakan teleskop. Para Astronomom lebih sering mengamati lubang hitam melalui pengamatan terhadap gerak bintang terhadap seragamnya.
12. Medan Gravitasi disekitar lubang hitam sangat besar, sehingga kecepatan lepas di dekatnya mendekati kecepatan cahaya.

Setelah membaca fakta-fakta unik di atas, tentunya kalian semakin penasaran dengan lubang hitam. Dari fakta di atas juga diketahu bahwa black hole/lubang hitam memiliki ukuran yang sangat besar ( Supermassive).

Berikut ini Pakgurufisika juga akan berbagi informasi terkait beberapa lubang hitam yang berukuran sangat besar, ukurannya mencapai ratusan, ribuan, jutaan bahkan milyaran kali massa matahari.

kok tau besar, memang gimana ya kira-kira cara ngukurnya ?

Untuk mengukur besarnya ukuran sebuah lubang hitam, ilmuwan menggunakan dua buah metode, yaitu metode mengukur kecepatan gerak gas dan metode mengukur kecepatan gerak bintang yang mengitari lubang hitam. Karena jaraknya yang sangat jauh, model perhitungannya yang berbeda-beda, dan terbatasnya informasi menyebabkan hasil pengukuran  tidak sepenuhnya akurat. namun ilmuwan terus berusaha meningkatkan keakuratan pengukurannya.

1. NGC 4889

Lubang hitam ini berada di Konstelasi Coma Berenices, jaraknya dari bumi 335 juta tahun cahaya, massanya Sekitar 21 milyar kali massa Matahari.

2. NGC 1277

Lubang hitam ini berada di konstelasi Perseus, jaraknya dari bumi 220 juta tahun cahaya dan massanya 17 milyar kali massa matahari.

3. NGC 3842

NGC 3842 berada di konstelasi Leo, jaraknya dari bumi 320 juta tahun cahaya, massanya 9,7 milyar kali massa matahari.

4. NGC 4061

Lokasi Black hole yang satu ini terletak di Konstelasi Coma Berenices. Jarak lubang hitam ini dari bumi adalah 325 juta tahun cahaya. Massanya Sekitar 1-9 milyar kali massa Matahari.

5. M87

Lokasi lubang hitam ini berada pada Konstelasi Virgo dimana jaraknya dari bumi 50 juta tahun cahaya. Massanya Sekitar 6,6 milyar kali massa Matahari.

6. M60

Lokasi lubang hitam M60 berada di Konstelasi virgo dengan jarak 51 juta tahun cahaya dari bumi. Massa M60 sekitar 4,5 milyar massa matahari.

7. ULAS  J1120-0641

Terdapat di Konstelasi Leo, dengan jarak 13 milyar tahun cahaya dan massanya sekitar 2 milyar massa matahari.

8. NGC 6240

Lokasi lubang hitam berada pada konstelasi Ophiuchus dengan jarak 320 tahun cahaya dari bumi dan memiliki massa sekitar 850.000.000-2 milyar massa matahari.

9. NGC 3115

Lokasi lubang hitam NGC 3115 berada pada konstelasi Sextans yang berjarak 32 juta tahun cahaya dan memiliki massa 400.000.000-2 milyar kali massa matahari.

Sekian, semoga bermanfaat ya :)

Sumber : 

http://www.infoastronomy.co.vu/

http://www.mobgenic.com/
http://blackholes.stardate.org/directory/type.php?p=supermassive

Burung Merak dan Kolibri, Bukti Keindahan Fisika

Henry Poincare, Fisikawan Perancis, pernah mengatakan :

"Ilmuwan tidak mempelajari alam karena manfaatnya, ia mempelajarinya karena ia menyukainya, dan ia menyukainya karena keindahannya. Jika Alam tidak indah, maka alam tidak patut untuk dipelajari, jika alam tidak patut dipelajari, maka kehidupan menjadi tidak patut dijalani".

Mungkin diantara kalian ada yang mempunyai pertanyaan yang sama dengan saya,

Fisika, Indahnya ada dibagian mana coba?

Itung-itungannya bikin pusing kepala, Rumus-rumusnya aja banyaknya minta ampun, lihat simbol diferensial aja udah bikin horor, haha,

Namun jika kita melihat Burung merak dan Burung Kolibri, tidak akan ada yang menyangkal akan keeksotisan burung satu ini. warna bulunya yang indah dan berwarna warni, bahkan Sri khrisna memakai Bulu Burung Merak ini dikepalanya (Coba kalian nonton Kartun "little khrisna" kalau belum tahu ).

Ternyata keindahan bulu merak ini konsekuensi dari fenomena fisika juga lho ..

Hmmm........apa ya keindahan Bulu Burung Merak dan Kolibri masih ada hubungannya dengan Ilmu Fisika, ??

Warna-warna bulu seekor Burung kolibri tidak disebabkan oleh pigmen. Sifat Iridensi permainan warna yang menciptakan warna-warna yang cemerlang yang sering terlihat dibagian leher dan perutnya disebabkan olek suatu Efek Interferensi. Interferensi ini disebabkan struktur-struktur dalam bulunya. warna-warnanya akan berubah menurut sudut pandang pengamatnya. Sama seperti bulu burung kolibri, warna-warna terang dari Bulu burung merak juga dipengaruhi oleh interferensi. 

kedua jenis burung tersebut, struktur-struktur dalam bulu-bulunya menguraikan dan menggabungkan kembali cahaya tampak sehingga terjadi interferensi.

Bulu merak yang berwarna-warni seperti yang ditunjukkan pada gambar diatas, permukaan dari bulu mikroskopiknya terdiri atas keratin yang menopang sel-sel batang melanin berwarna coklat tuadengan pola-pola biasa (kuku anda terbuat dari keratin, dan melanin adalah pigmen gelap yang ada pada pigmen manusia).

sel-sel batang yang mengandung melanin ini terpisah dengan orde mikrometer, sehingga permukaan bulu ini berfungsi sebagai kisi difraksi.

Seberkas cahaya monokromatis jika dilewatkan pada kisi difraksi akan membentuk pola gelap terang. namun jika cahaya polikromatis/putih melewati kisi difraksi cahaya tersebut akan terurai menjadi berbagai macam warna. 

Konsep difraksi dan interferensi tersebut lantas digunakan dan diaplikasikan oleh Burung merak dan kolibri dalam memperindah bulu mereka. warna-warna pada bulu burung tersebut bergantung pada jarak sel-sel batang melanin, sudut cahaya yang mengenainya. terkadang juga dapat mengeluarkan berbagai macam warna pada kedua mata kita karena sudut pandang dari masing-masing mata kiri dan kanan kita juga berbeda.

Bagaimana ?? 

sudah paham ??

Fisika Indah kan ??

Sekian, Semoga Bermanfaat

Sumber :Serway, Jewet.2010. Fisika untuk sains dan teknik. Jakarta: Salemba Teknika

Penjaga Pantai Dan Fisika (Aplikasi Hukum Snellius)

Siapa yang menyangka bahwa menjadi seorang Penjaga pantai juga harus mengaplikasikan Ilmu dan Konsep Fisika dalam pekerjaannya. 

Penjaga pantai harus mampu menolong orang atau pengunjung yang tenggelam di lautan karena terseret ombak. Dalam melaksanakan tugasnya sudah pasti Penjaga pantai haruslah orang yang ahli dalam berenang, berbadan kuat (seperti Larry si penjaga pantai dalam kartun spongebob, hehe) dan selalu siap siaga.

Penyelamatan seseorang harus dilakukan secepat mungkin karena nyawa taruhannya, karenanya ada faktor lain yang perlu diperhitungkan dalam penyelamatan oleh penjaga pantai selain kecepatan berenang, karena hal ini juga mempengaruhi waktu yang digunakan untuk menolong korban.

Penjaga pantai yang berlari di daratan kemudian berpindah masuk ke dalam laut untuk berenang menuju korban memiliki kasus yang sama dengan saat cahaya yang merambat di udara kemudian masuk kedalam medium kaca. 

Saat cahaya merambat di udara dan penjaga pantai berlari di daratan akan memiliki kelajuan yang lebih besar daripada saat cahaya merambat pada medium kaca atau saat penjaga pantai berenang di lautan, keduanya sama-sama mengalami penurunan kelajuan. 

Pada cahaya Indeks bias bahan adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya pada medium tersebut. Maka sama halnya dengan penjaga pantai, “indeks bias” nya adalah Perbandingan kelajuan berlari di darat dengan kelajuan berenang di lautan. 

Menurut Azaz fermat (Azaz fermat merupakan “nenek moyang” dari hukum optik geometris, bahkan hukum snellius juga dapat diturunkan dari azaz fermat) bahwa "lintasan sinar cahaya yang merambat dari titik A ke titik B adalah sedemkian rupa sehingga waktu yang dibutuhkannya minimum" ( lihat gambar dibawah !). Maka dapat diketahui bahwa lintasan sinar adalah lintasan dengan waktu tempuh paling minimum atau paling cepat.

Untuk cahaya yang merambat pada medium yang sama lintasannya adalah lurus agar waktu tempunya minimum, namum saat cahaya memasuki medium yang berbeda lintasan cahaya ternyata tidak lurus dan hal ini dijelaskan pada hukum snellius. Walaupun lintasan cahaya tidak lurus, sesuai dengan azaz fermat, tapi lintasan cahaya yang demikianlah yang memiliki waktu tempuh paling minimum, bukan lintasan yang lurus. Dimana sudut biasnya ditentukan oleh indeks bias bahan, sesuai dengan hukum snellius

Sama halnya dengan lintasan cahaya yang melewati medium. Lintasan penjaga pantai harus sesuai dengan “hukum snellius” untuk mendapatkan selang waktu penyelamatan yang paling cepat. Dimana indeks biasnya dicari dengan membandingkan kecepatan berlari pada daratan dengan kecepatan berenang di dalam air.

Seorang Penjaga pantai harus menentukan dimana ia harus masuk ke air untuk menolong seorang perenang yang sedang berada dalam bahaya. Jika ia memasuki air secara langsung (dengan kata lain pada sudut i yang sangat kecil ) pada lintasan 1 maka ia menghabiskan terlalu sedikit waktu untuk berlari dan terlalu banyak waktu untuk berenang. 

Lintasan penjaga pantai dari titik A ke titik B akan memiliki nilai minimum pada lintasan 3, lintasan 3 memiliki nilai sudut datang yang lebih besar dari sudut bias. Hal ini karena kecepatan perenang di laut lebih lambat dibanding kecepatan saat berlari di pasir. Sama halnya ketika cahaya yang memasuki kaca, maka sinar biasnya akan mendekati garis normal.

Sekian, Semoga bermanfaat

daan menambah kecintaan kalian dengan Ilmu Fisika 

Mengapa Ikan Tidak Mati Saat Kilat Menyambar Lautan?

Laut dan samudra merupakan bagian dari permukaan bumi. Sekitar 2/3 permukaan bumi ditutupi oleh air, berupa laut dan samudra. Laut juga merupakan habitat hewan-hewan air, seperti: ikan, kerang, gurita, dan hewan-hewan air lainnya. Hewan-hewan air tersebut tidak hanya hidup di perairan dalam, namun juga banyak yang hidup di perairan dangkal, seperti: lumba-lumba, ikan terbang, Giant traveling, dan lainnya.

Karena permukaan bumi sebagian besar adalah lautan, maka cuaca alam seperti hujan dan petir, sebagian besar terjadi berada di atas lautan. 

Petir yang berasal dari awan bermuatan (biasanya terjadi saat hujan) akan menuju awan lain atau bumi. Jika petir tersebut berasal dari awan yang berada di atas lautan, maka petir tersebut akan menuju lautan. 

Sebuah sambaran petir rata-rata memiliki Arus sebesar 20.000 ampere. Selain itu, sambaran petir memiliki energi yang mampu menyalakan sebuah bola lampu 100 watt selama lebih dari 3 bulan. Dengan energi yang sangat besar ini, petir dapat menghancurkan benda-benda yang disambarnya dan bahkan dapat mengakibatkan kematian bagi makhluk hidup yang disambarnya .

Gambar. Petir Yang Terjadi di Atas Lautan

Lalu bagaimana dengan nasib ikan-ikan yang hidup di lautan saat lautan tersambar petir? 

Apakah mereka akan mati?

Kenyataannya ikan-ikan tersebut tidak mati. 

lha kok bisa, ya?

Air laut kan merupakan konduktor yang baik karena memiliki kadar garam (ion ion) yang konsentrasinya dibilang cukup tinggi. Artinya air laut dapat menghantarkan listrik dengan baik.

Kalau kalian sering menonton film misteri atau anime Detective Conan. Tentunya kalian pernah menjumpai kejadian orang yang mati tersetrum listrik di kamar mandi karena kabel listriknya tercelupkan ke air. 

Pernah, kan?

Itu baru air tawar.  Kalau air asin tentu saja lebih mujarab hasilnya :D

Seperti lautan yang kandungan airnya asin, jika disambar petir yang arusnya sangat besar tentu harusnya ikan-ikan yang hidup di dalamnya akan mati (mateng/gosong). Kan air laut Konduktor yang baik.

Tapi, faktanya ikan-ikan tersebut tidak mati lho.

Ada apa sebenarnya? 

Apakah hukum fisika tidak berlaku di lautan?

Tentu saja hukum fisika tetap berlaku. 

Justru karena air tersebut konduktor yang baik, maka ikan-ikan tersebut malah akan terlindungi. 

Kita tahu bahwa pada bola konduktor saat dimuati listrik (digosok-gosok) muatan listrik akan terdistribusi di permukaan bola karena muatannya dapat bergerak bebas dan medan listrik di dalam bola konduktor adalah nol, sedangkan potensial di dalam bola konduktor sama (tidak ada beda potensial). 

Berbeda dengan bola isolator jika dimuati listrik, muatannya akan tersebar di seluruh bola baik di dalam maupun di luar. Sama halnya dengan aliran listrik pada konduktor, arus listrik pada kawat juga hanya berada pada permukaan kawat saja. 

Nah begitu pula dengan petir dan lautan. 

Saat lautan tersambar petir, listrik atau muatannya hanya berada pada permukaan lautan saja karena medan listrik di dalam lautan yang berupa konduktor adalah nol. Muatan listrik/petir akan bergerak karena adanya medan listrik atau perbedaan potensial listrik. Jika medan listrik di dalam lautan adalah nol maka muatan listrik tidak akan sampai kedalam. Muatan listrik ini akan menyebar di permukaan lautan saja. Sehingga ikan-ikan yang berenang di dalam lautan malah aman. 

Tapi, jika saat tersambar petir bagian tubuh ikan tersebut muncul ke permukaan, sudah dipastikan ia akan meninggal dunia.

kasihann..

Ilustrasi Fisikanya, bisa dilihat pada gambar berikut!

Wah, ternyata tempat yang aman dari listrik petir adalah malah konduktor (teman baik listrik itu sendiri).

Nah, kalau saat ada petir menyambar-menyambar gak jelas di tempat kalian, maka tempat yang paling aman adalah di dalam mobil. Kenapa? 

Karena mobil yang terbuat dari konduktor bagian luarnya akan menjaga kalian dari arus listrik yang sangat besar tadi. Medan listrik di dalam mobil adalah nol. Walaupun mobil itu sampai disambar petir sekalipun, insyaAllah kalian akan aman di dalamnya.

Sekian, Semoga bermanfaat

Tikus dan Fisika ( Penerapan Prinsip Bernoulli)

Tikus merupakan salah satu hewan pengerat yang sering dianggap musuh bagi manusia. Mereka biasanya berkeliaran diberbagai tempat yang sering kita jumpai, mulai dari lingkungan rumah, kebun, sawah maupun perkantoran. Tikus merupakan omnivora (pemakan segalanya), mereka suka memakan apa saja , mulai dari daging, sayuran, dan bermacam makanan lainnya, bahkan di era modern sekarang, Tikus pun suka makan Uang, apalagi uang rakyat :D

Bagi petani, tikus merupakan ancaman, karena pada kenyataannya memang tikus merupakan hama. Tikus sering memakan /merusak tanaman padi, kacang, jagung dan tanaman lainnya yang ditanam oeh para petani, akibatnya hasil panen petani pun berkurang.

benarkah Tikus sejahat itu ?? 

namun kenapa dikartun tikus digambarkan sebagai sosok yang lucu dan baik hati ,seperti sosok jerry, tikus dalam kartun TOM and JERRY  ?

Nah,,,dibalik banyak hal negatif/kerusakan yang disebabkan olehnya, ternyata masih ada hal yang dapat kita pelajari dari tikus, terutama saat tikus membuat lubang sarang ditanah. 

Emang apa yang dapat kita pelajari ??

Hmm…sabar, lanjutkan aja membaca artikel ini sampai selesai.

Jika kalian pernah belajar Fisika, baik saat kalian SMP maupun SMA tentunya kalian pernah mendengar beberapa Hukum Fisika. Hukum Tentang gerak dan gaya “Hukum Newton”, Hukum kekekalan energi, hukum Gauss, Hukum Termodinamika , Hukum Bernoulli dan beberapa hukum fisika lainnya. 

Hukum Bernoulli merupakan salah satu hukum dalam ilmu fisika yang Prinsipnya sudah banyak diaplikasikan dalam kehidupan sekitar kita, antara lain efek venturi, tabung pitot, cerobong asap dan yang paling familiar bagi kita tentunya aplikasinya pada sayap pesawat terbang. Mengenai Prinsip Bernoulli pada pesawat terbang bisa kalian membacanya pada artikel kami tentang Prinsip fisika pada Pesawat Terbang.

Nah, sebelum membahas penerapan Prinsip Bernoulli yang digunakan si tikus, mari sejenak kita nostalgia dengan Hukum Bernoulli.

Gambar. Kekekalan energi pada aliran fluida

Jika kita membahas tentang hukum Bernoulli berarti kita membahas hubungan antara kecepatan aliran fluida (Fluida dinamis), ketinggian, dan tekanan menggunakan konsep usaha dan Energi, jadi jika hukum Bernoulli masi berhubungan dengan konsep Usaha dan hukum kekekalan energi, (lihat gambar diatas).

Persamaan diatas merupakan persamaan Bernoulli. Persamaan tersebut didapatkan dengan menurunkan Usaha dan Energi yang bekerja pada aliran fluida, penjelasan lengkapnya bagaimana persamaan tersebut diperoleh,bisa kalian lihat lagi dibuku Fisika kalian, atau lihat pada lampiran disini.

Seperti penjelasan sebelumnya diatas, banyak aplikasi prinsip Bernoulli pada kehidupan sekitar kita, nah pada artikel ini kita akan membahas Prinsip Bernoulli yang digunakan Tikus, lebih tepatnya saat si tikus membuat lubang pada tanah.

Gambar diatas adalah ilustasi lubang yang dibuat tikus didalam tanah. Lubang tersebut sangat penting bagi tikus karena lubang tersebut selain berfungsi sebagai sarang, lubang tersebut juga berguna untuk bersembunyi dari para predator yang membahayakan kehidupan si tikus. Karena pentingnya lubang tersebut, maka si tikus membuat lubang tersebut tidak asal-asalan.

Ternyata, saat tikus membuat lubang tersebut mereka menggunakan prinsip Bernoulli, wah,,, wahh

Coba amati gambar diatas !!

lubang-lubang tersebut memiliki ketinggian yang berbeda, hal tersebut dimaksudkan agar Si tikus tidak mau mati karena sesak napas. 

Lhah kok bisa ???

Begini, karena perbedaan ketinggian pada permukaan tanah tersebut, maka udara berdesak-desakan ( lihat bagian kanan gambar !!). Aliran udara tersebut Mirip seperti aliran air yang mengalir dari pipa yang penampangnya besar menuju pipa yang penampangnya kecil. Karena udara tersebut berdesak-desakan maka laju udara meningkat (v) yang mengakibatkan tekanan udara menurun (P).

Nah, dengan adanya perbedaan tekanan udara tersebut, maka udara dipaksa mengalir masuk melalui lubang tikus. Hal tersebut sesuai denga konsep “ Udara mengalir dari tempat yang tekanan udara-nya tinggi ke tempat yang tekanan udaranya rendah”. Dengan menggunakan prinsip tersebut memungkikan si tikus dapat bernafas di bawah tanah.

Bagaimana kawan ??

Tikus aja suka Fisika lho, maka kamu ndak 

Masih banyak penerapan prinsip bernolli dalam kehidupan kita sehari –hari, tunggu update nya di blog ini ! 

Sekian, semoga bermanfaat

Mengukur Keliling dan Jari-Jari Bumi

Bumi tempat kita hidup merupakan salah satu planet di tata surya yang termasuk planet Terestrian yaitu  planet yang memiliki ciri-ciri berukuran tidak terlalu besar daripada planet Jovian (yaitu planet Jupiter, saturnus, Uranus, dan Neptunus). Bumi terdiri dari banyak bebatuan sehingga massa jenisnya lebih besar daripada planet jovian yang banyak terdiri atas gas.

Walaupun termasuk planet yang berukuran tidak terlalu besar tetapi bumi memiliki jari-jari yang sangat besar yaitu sekitar 6400 km. Pengukuran jari-jari bumi ini ternyata sudah dilakukan oleh orang yunani kuno. pernahkah anda memperkirakan bagaimana orang zaman dahulu yang belum mempunyai peralatan canggih dapat menentukan keliling, bahkan jari-jari bumi?

Pada tahun 225 SM seorang matematikawan yang tinggal di  mesir yang bernama Erathostenes (276 SM-194 SM) melakukan perhitungan keliling bumi dengan metode yang sederhana.

Pada tanggal tertentu (21 juni) yang merupakan titik balik matahari, diketahui bahwa di Kota Syene (sebuah kota di Mesir, sekarang bernama Aswan) matahari tepat berada di atas kota tersebut, yang ditandai dengan apabila diletakkan tongkat yang tegak lurus terhadap bumi maka tongkat tersebut tidak memiliki bayangan, begitu juga dengan benda-benda lain seperti tugu dan bangunan lainnya. 

Pada waktu yang sama (tanggal 21 juni) di Aleksandria yang berjarak 800 km dari syene, Erathostenes mengukur bayangan tongkat yang berdiri tegak. Ternyata bayangan tongkat di Aleksandria membentuk sudut 7,2o. Karena jarak matahari sangat jauh dan berukuran lebih besar dibanding bumi maka dapat diasumsikan sinar matahari yang datang ke bumi adalah sejajar. Sehingga sudut yang dibentuk tongkat dengan bayangannya adalah sama dengan sudut pada pusat bumi yang dibentuk oleh dua titik yaitu kota syene dan Aleksandria.

Dengan menganggap bumi sebagai bola sempurna, maka keliling bumi dapat dihitung. Jika panjang tali busur pada juring lingkarang yang membentuk sudut 7,2^o adalah 800 km, maka keliling lingkaran dihitung

Dan besarnya jari-jari bumi

Hasil ini sangat dekat dengan jari-jari bumi yang kita ketahui sekarang, yaitu 6375 km. yaitu hanya selisih beberapa kilometer saja. 

Pengukuran yang cukup luar biasa untuk orang zaman dahulu. Kita tahu bahwa pengukuran tersebut tidak langsung menggunakan alat ukur panjang, namun menggunakan pengukuran  tidak langsung, menggunakan metode matematika. hal ini membuktikan bahwa peradaban mesir dan yunani sudah maju. 

Sekian, semoga bermanfaat

Referensi : Yohanes Surya. Olimpiade fisika .

Kelebihan Baterai Lithium Ion

Selamat pagi semuanya, jika dikesempatan sebelumnya telah membahas tentang Baterai Lithium Ion dan Prinsip Kerjanya, maka pada kesempatan kali ini kami akan membahas tentang Kelebihan dan kekurangan Baterai Lithium Ion.

Sedikit mengulas kembali, tentunya setelah membaca artikel sebelumnya, kalian akan menyadari jika Baterai Lithium Ion sudah sangat sering kita jumpai dalam kehidupan kita sehari-hari.

Coba saja kalian lihat Baterai Hp atau Smartphone kalian, mayoritas baterai Hp/smartphone sekarang masih menggunakan jenis baterai Lithium Ion, lho !

Sebenarnya apa saja sih kelebihan dan kekurangan jenis baterai tersebut ?

Kelebihan sifat logam lithium yang memberikan energi yang besar pada baterai disebabkan oleh daya oksidatif yang tinggi dan massa atom relatif yang kecil sehingga dengan berat yang lebih ringan. Baterai ini dapat menghasilkan energi yang besar, sebagai perbandingan, baterai Ni/Cd hanya memiliki energi sekitar 50 Watt.hour (Wh) dengan daya maksimum 1.2V sedangkan lithium-ion baterai memiliki sekitar 150 Wh dengan daya 3.7 V untuk tiap 1 Kg-nya. Dari segi volume, tiap dm3 lithium-ion baterai memiliki 500 Wh energi sedangkan Ni/Cd hanya sekitar 150 Wh. Dengan kelebihan tersebut, alat elektronik menjadi semakin ringan dan kecil. 

Namun, sifat reaktif lithium juga merupakan kendala dari pembuatan lithium-ion baterai. Kendala utama yang mempersulit bahkan merugikan produsen baterai dan konsumen adalah faktor keamanan. Dalam pembuatan lithium-ion baterai, tahap akhir sebelum dipasarkan adalah awal pengisian baterai sekitar 40% dari kapasitas. Tahap awal charging baterai merupakan tahap yang sangat rentan kebakaran. Salah satu peristiwa yang terjadi adalah di Jepang pada tahun 2007 dimana pabrik baterai Panasonic terbakar saat tahap pengisian baterai. Pada tahun 2006 dan 2008, Sony menarik lebih dari 10 juta baterai untuk PC-nya karena adanya kendala keamanan. Di tahap konsumen juga kadang terjadi insiden akibat lithium-ion baterai.

Penyebab terjadinya api pada baterai ion lithium adalah kontak lithium dengan logam lain, overcharge, dan pemanasan. Sedikit lithium kontak dengan serbuk logam akan menyebabkan api, sehingga jangan pernah menusuk baterai dengan paku atau benda lain!

Pemakaian charger yang tidak sesuai dimana mengisi baterai dengan tegangan diatas yang seharusnya dalam jangka waktu lama dapat menyebakan kebakaran. Dan pemanasan diatas 60 derajat juga dapat membahayakan pengguna. Namun, saat ini baterai telah dilengkapi dengan termometer dan polimer separator yang dapat mencegah bahaya oleh temperatur tinggi. 

Salah satu kendala yang lain dari lithium-ion baterai selain keamanan adalah sumber lithium sendiri. Lithium terbanyak dimiliki oleh negara Chili yang menyimpan cadangan lithium sekitar 3 juta ton atau sekitar 73.2% cadangan dunia. Sedangkan di negara-negara lain adalah sisanya atau sekitar 26.8% yang setengahnya dimiliki oleh China. Sehingga, negara-negara produsen lithium-ion baterai sangat tergantung dari kondisi politik negara Chili.

Dengan kelebihan dan kekurangan yang dimiliki oleh lithium-ion baterai, sampai baterai lithium-ion tetap menjanjikan untuk energi listrik yang bebas polusi. Dengan kombinasi sumber energi listrik dari tenaga matahari dan angin, masa depan baterai lithium-ion yang akan digunakan tiap rumah dan kendaraan sebagai penyimpan energi listrik sangat berperan untuk mengurangi penggunaan listrik yang bersumber dari bahan fosil.

Jika kita ringkas penjelasan di atas , maka dapat kita simpulkan kelebihan dan kekurangan Baterai Lithium Ion sebagai berikut:

Kelebihan baterai lithium-ion:

• Lebih ringan. Elektroda baterai lithium-ion terbuat dari lithium yang ringan dan karbon. Lithium adalah elemen yang sangat reaktif, artinya dia banyak energy yang bisa disimpan dalam ikatan atomnya.
• Lebih bertenaga. Satu kilogram baterai lithium-ion bisa menampung 150 Ah/kg, sementara satu kilogram baterai NiMH bisa menampung 100 Ah/kg.
• Lebih kuat. Sebuah baterai lithium-ion hanya kehilangan 5% isinya setiap bulan, dibandingkan denagn baterai NiMH yang kehilangan 20% isinya per bulan
• Lebih awet. Baterai lithium-ion bisa menangani ratusan kali siklus isi / kuras (charge / discharge)
• Tidak ada efek memory, itu artinya tidak harus menunggu baterai benar-benar kosong untuk melakukan isi ulang.
• Mudah ditemukan di pasaran.
• Perawatan lebih mudah.
• Lebih cocok baterai gadget portable.

Kekurangan baterai lithium-ion:

• Baterai lithium-ion mulai terdegradasi sejak meninggalkan pabrik. Baterai hanya kuat bertahan dua sampai tiga tahun, sejak tanggal perakitan.
• Baterai lithium-ion sangat sensitiif terhadap suhu tinggi. Suhu yang tinggi menyebabkan baterai terdegradasi lebih cepat dari pada seharusnya.
• Usia baterai akan tamat, jika penggunaannya benar-benar sampai kosong
• Satu set baterai lithium-ion memiliki komputer onboard untuk mengaturnya. Membuat harga baterai terdongkrak.
• Terdapat peluang kecil, apabila proses pengepakannya buruk, baterai akan meledak dan terbakar.
• Tidak kuat terhadap temperatur panas.
• Butuh ukuran fisik yang lebih tebal dan besar untuk kapasitas Ah/kg yang besar.

Sekian, ulasan singkat kami tentang kelebihan dan kekurangan Baterai Lithium Ion, Semoga dapat menambah ilmu kita semua 

Referensi:

Atkins, P.W.2006. Kimia Fisika, Jakarta: Erlangga 

Budiono, Mismail, 2011. Dasar Elektro, Jakarta: Penerbit Erlangga

Halliday, David. 1984. Fisika (diterjemahkan oleh Erwin Sucipto). Jakarta: Erlangga.

Hana, Rose.2015. Makalah Baterai LIOH

Bulan dan Fase-fase Bulan Lengkap Docx

Jika dilihat dari posisinya, bulan adalah benda angkasa yang paling dekat dengan bumi. Bulan juga menjadi benda kedua yang paling terang setelah matahari dan satu-satunya permukaan benda langit yang dapat dengan mudah kita amati.

Bulan adalah bola batu raksasa yang mengitari bumi. Permukaan bulan gersang dan dipenuhi kawah yang berasal dari ledakan meteorit miliaran tahun yang lalu. Bulan mungkin terbentuk saat planet lain bertumbukan dengan bumi muda. Pecahan batuan dari peristiwa itu muncul bersama dan membentuk bulan.

Bulan merupakan satu-satunya benda langit pengikut bumi yang berdiameter 3480 km yang beredar pada jarak rata-rata 384.421 km. Bulan mempunyai dua gerakan yang penting yaitu rotasi bulan dan revolusi bulan.

Rotasi bulan adalah perputaran bulan pada porosnya dari arah barat ke timur. Dalam satu kali rotasi bulan memerlukan waktu sama dengan satu kali revolusinya mengelilingi bumi. Oleh karena waktu berotasi dan berevolusi bulan sama, maka permukaan bulan yang menghadap bumi relatif tetap. Adanya sedikit perubahan pada permukaan bulan disebabkan gerak angguk bulan pada porosnya. 

Revolusi bulan adalah peredaran bulan mengelilingi bumi dari arah barat ke timur. Waktu yang diperlukan untu melakukan satu kali revolusi rata-rata 27 hari 7 jam 43,2 menit. 

Waktu peredaran bulan ini (revolusi bulan) juga terbagi menjadi dua, yaitu:

1. Sideris adalah waktu yang ditempuh bulan untuk kembali ke asalnya. Revolusi bulan ini dijadikan dasar bulan qomariyah, tetapi waktu yang dipergunakannya bukan waktu sideris melainkan waktu yang sinodis.
2. Sinodis adalah waktu yang ditempuh bulan dari posisi sejajar antara matahari, dan bumi ke posisi sejajar berikutnya. Waktu sejajar ditempuh rata-rata 29 hari 12 jam 44 menit 2,8 detik sama dengan 29,53058796 hari atau di bulatkan menjadi 29,531 hari.

Bidang yang dipakai bulan dalam mengelilingi bumi disebut bidang edar bulan, yang memotong bidang ekliptika sebesar 05^o08’52”. Dengan demikian, bidang edar bulan tidak berimpit dengan bidang edar bumi. Jika kedua bidang edar tersebut berimpit, maka setiap bulan akan terjadi dua kali gerhana, yaitu gerhana matahari pada awal bulan dan gerhana bulan pada pertengahan bulan. 

Walaupun demikian, gerhana matahari atau gerhana bulan setiap tahun masih terjadi tiga atau empat kali. Hal ini disebabkan oleh kecilnya sudut potong antara bidang edar tersebut dengan bidang ekliptika.

Fase-fase Bulan 

Bulan adalah benda langit yang tidak mempunyai sinar sendiri. Cahayanya yang tampak dari bumi merupakan sinar matahari yang dipantulkan oleh bulan. Dari hari ke hari, bentuk dan ukuran cahaya bulan itu berubah-ubah sesuai dengan posisi bulan terhadap matahari dan bumi. 

Pada saat bulan berada tepat di antara bumi dan matahari, yaitu saat terjadi konjungsi, maka seluruh bagian bumi tidak menerima sinar matahari tepat menghadap ke bumi. Akibatnya pada saat itu bulan tidak tampak dari bumi. Hal ini disebut bulan mati. 

Ketika bulan bergerak, maka bagian bulan yang menerima sinar matahari terlihat dari bumi. Bagian bulan yang terlihat dari bumi sangat kecil dan membentuk bulan sabit. Itulah yang dikenal dengan hilal awal bulan. 

Semakin jauh bulan bergerak meninggalkan konjungsi semakin besar pula cahaya bulan yang tampak dari bumi. Tujuh hari kemudian sesudah bulan mati, bulan akan tampak dari bumi dengan bentuk setengah lingkaran. Itulah yang disebut dengan kwartir I. Pada akhirnya sampailah bulan pada titik tejauh dari matahari dan secara penuh menghadap ke matahari yang disebut dengan saat konjungsi.

Pada saat konjungsi, bumi persis sedang berada antara bulan dan matahari. Bagian bulan yang sedang menerima sinar matahari hampir seluruhnya terlihat dari bumi, akibatnya bulan tampak seperti bulatan penuh yang dinamakan bulan purnama. Setelah itu bulan bergerak terus dan bentuk bulan semakin mengecil. Tujuh hari kemudian setelah purnama bulan akan tampak dalam bentuk setengah lingkaran lagi, itulah yang disebut dengan kwartir II. Dan pada akhirnya sampailah pada saat konjungsi kembali, menjelang bulan berikutnya dimana sama sekali tidak tampak dari bumi yaitu saat bulan mati.

Gambar Fase-fase Bulan

Dengan demikian fase-fase bulan dalam konteks satu bulan penuh meliputi:

A. Newmoon (bulan baru), yaitu fase ketika terjadi peristiwa konjungsi antara bulan dan matahari. Sisi bulan yang menghadap bumi tidak menerima cahaya dari matahari, maka bulan tidak terlihat.

B. Waxing Cressent, Hilal awal bulan/bulan sabit muda, yaitu fase ketika bulan meninggalkan konjungsi pada hari tanggal 1,2, dan 3 Qamariyah. Selama fase ini, kurang dari setengah bagian bulan yang bersinar . Dan selama fase ini berlangsung, bagian yang menyala secara bertahap akan bertambah besar. 

C. First Quarter, yaitu fase setelah bulan meninggalkan konjungsi pada perempatan pertama dalam ukuran sudut busur. Fase ini terjadi pada tanggal 6,7, dan 8 Qamariah. Bulan mencapai tahap ini ketika setengah bagian dari bulan terlihat. 

D. Waxing Gibbous, fase ini terjadi pada tanggal 10, 11, dan 12 Qamariyah. Awal fase ini ditandai saat bulan adalah setengah dari ukuran bulan penuh. 

F. Full moon (Bulan purnama), yaitu fase ketika terjadinya peristiwa konjungsi. Permukaan bulan yang terkena sinar matahari akan terlihat dari bumi, fase ini terjadi pada tanggal 13, 14, dan 15 Qamariyah. Sisi bulan yang menghadap bumi mendapat cahaya matahari sepenuhnya, maka seluruh bulan terlihat. Hal ini terjadi ketika bulan berada di sisi berlawanan dari bumi.

F. Wanning Gibbous, terjadi pada tanggal 17, 18, dan 19 Qamariyah. Awal fase ini ditandai saat bulan adalah setengah ukuran penuh. 

G. Third Quarter, yaitu fase dimana bulan meninggalkan matahari setelah peristiwa istiqbal. Fase ini terjadi pada tanggal 21, 22, dan 23 Qamariyah. Bulan mencapai tahap ini ketika bentuk bulan nampak setengah dari yang terlihat. 

H. Waning Cressent (Hilal akhir bulan/bulan sabit tua), yaitu Fase dimana bulan berbentuk sabit pada akhir bulan. Fase ini terjadi pada tanggal 27, 28, dan 29 Qamariyah. 

Sekian, Semoga postingan ini bermanfaat :)

Mengenal Efek Mpemba Lengkap Gambar

Ketika teman-teman membaca judul artikel ini, pasti masih banyak di antara kalian yang merasa asing dengan istilah “Efek Mpemba”. Ya, istilah ini masih kalah terkenal dibandingkan dengan beberapa istilah fisika lainnya.

Sesuai dengan namanya, Efek Mpemba merupakan sebutan untuk sebuah peristiwa yang dialami oleh seseorang yang bernama Erasto Mpemba.

Erasto Mpemba?

Siapakah dia? 

Adakah di antara kalian yang sudah mengenal tokoh tersebut terlebih dahulu?

Jika ada yang belum mengenal beliau, coba kalian baca artikel yang membahas Erasto Mpemba

Peristiwa ini terjadi ketika Mpemba masih duduk di bangku sekolah menengah di Tanzania, Afrika. Saat itu, Mpemba dan teman sekelasnya melakukan praktik pembuatan es krim. Dan dalam keadaan yang mendesak, Mpemba terpaksa memasukkan cairan susu rebus miliknya yang masih panas ke dalam kulkas. Tapi, tidak seperti yang diperkirakan, cairan susu rebusnya itu justru membeku lebih dahulu daripada cairan susu rebus dalam keadaan lebih dingin.

Rasa keingintahuan Mpemba yang tinggi membuatnya terus berusaha mencari jawaban atas peristiwa yang dialaminya itu. Berbagai cara, seperti melakukan percobaan menggunakan cairan lain dan bertanya kepada fisikawan yang ia temui selama kuliah telah dilakukan. 

Hasil dari penelitiannya ini kemudian dipublikasikan dan menjadi fenomena baru di dunia ilmiah (Mpemba & Osborne, 1969).

Efek Mpemba terjadi ketika dua sampel air yang identik dalam segala hal (kecuali suhu) diletakkan pada suhu pendingin yang sama.  Air yang pertama memiliki suhu yang lebih tinggi dari air yang kedua. Dan hasilnya, Air yang awalnya suhunya lebih tinggi akan membeku terlebih dahulu daripada air yang kedua.

Berdasarkan teori yang ada, Efek ini tidak mungkin terjadi. Namun, telah diamati dalam berbagai percobaan bahwa efek ini sebenarnya mungkin (Jeng, 2006).

Ingin membuktikannya?

Coba kalian Praktekan sendiri! Pasti kalian juga akan terkejut!

Alat dan bahan yang dibutuhkan, Langkah-langkah kerja, dan contoh Analisis data bisa kalian lihat pada “Petunjuk praktikum Efek Mpemba”.

Selamat mencoba,,,,Jika kalian berhasil berarti kalian berbakat menjadi ilmuwan :D

Yok lanjut…..

Secara sederhana Efek Mpemba dideskripsikan sebagai fenomena sampel air panas yang membeku lebih cepat atau lebih dulu daripada sampel air dingin.

Air panas membeku sebelum air dingin hanya jika air sangat dingin dan air yang lebih dingin mempunyai suhu inti yang lebih rendah dari air yang lebih panas. Efek Mpemba tidak dapat diamati jika air panas membeku lebih dahulu namun semua kondisi selama pendinginan tidak “identik” (Brownridge, 2010).

Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Efek Mpemba

1. Jumlah Energi yang Berpindah

Jumlah energi yang berpindah dari air dingin dan air panas untuk mengubahnya menjadi es ini tidak jauh berbeda seperti yang diperkirakan. Sebagian besar ekstraksi energi digunakan untuk menggerakkan fase transisi dari cair menjadi padat yang diatur oleh kalor laten peleburan (Lf). Setelah cairan didinginkan hingga titik beku, jumlah energi yang sama harus diekstraksi untuk membentuk es pada keadaan awal dari keduanya, yakni air panas dan dingin. 

Pada titik beku, energi 336 Joule/gram air harus diekstrak untuk mendorong fase transisi (terlepas dari suhu awal).

2. Gradien Suhu

Air panas dapat mengejar Air dingin karena pendinginan sebagian besar didorong oleh gradien suhu cairan. 

Pada dasarnya, laju perpindahan kalor yang melalui daerah tertentu berbanding lurus dengan gradien suhu ruang. Oleh karena itu, perubahan suhu yang lebih besar dari suatu volume cairan akan menghasilkan fluks panas yang lebih tinggi sehingga energi panas yang besar berpindah dari sistem. Tingkat pendinginan akan lebih besar di tempat yang memiliki gradien suhu lebih besar, yang dalam kasus ini terjadi pada wadah yang berisi air panas.

Hal tersebut ditunjukkan pada gambar berikut.

(a) Grafik Gradien Suhu Air Panas (b) Grafik Gradien Suhu Air Dingin  (Sumber: Corrigan, 2012) 

Pada gambar tersebut, garis tengah wadah adalah tempat dimana suhu akan menjadi yang terbesar 

(T max). Seperti panas yang diangkut keluar dari sisi wadah melalui konduksi (dinyatakan oleh arah), suhu rata-rata cairan akan menurun, gradien juga menjadi lebih kecil, dan laju perpindahan kalor melambat. 

Awalnya cairan dingin memiliki gradien jauh lebih kecil, sehingga laju pendinginan lebih lambat. Ini berarti bahwa dari waktu ke waktu, air panas pada akhirnya dapat mengejar air dingin, dalam arti asimtotik. Gradien yang lebih besar dari keadaan awalnya akan membantu air panas untuk menutup kesenjangan suhu antara air panas dan air dingin.

Hal tersebut dapat yang ditunjukkan oleh gambar berikut!

Grafik Perubahan Suhu terhadap Waktu Selama Proses Pendinginan (Sumber: Brownridge, 2010)

Air panas dapat mulai untuk mengejar ketinggalannya dengan air dingin tapi tidak dapat melampauinya. Hal ini karena sebagian air panas mendingin, gradien menjadi mirip dengan gradien awal air dingin, dan oleh karena itu fluks panas menurunkan respon (Corrigan, 2012).

3. Karakteristik Air dalam Proses Pendinginan

Terdapat dua karakteristik air dalam proses pendinginan, yaitu:

• Perbedaan kalor laten peleburan dan kalor jenis air, yang menimbulkan daya pendinginan dari es
• Koefisien ekspansi termal negatif, yang menimbulkan kemampuan es untuk mengapung.

Berdasarkan karakteristik pertama, karena perbedaan kalor laten peleburan dan kalor jenis air yang cukup besar maka akan lebih efektif jika mendinginkan air panas dengan menjatuhkan es ke dalam wadah daripada memasukkannya ke dalam lemari pendingin. Sedangkan karakteristik kedua yaitu koefisien ekspansi termal negatif berkaitan dengan perpindahan kalor. 

Berikut ini perpindahan kalor yang terjadi dalam wadah air panas ketika proses pendinginan yang ditunjukkan oleh gambar berikut.

Gambar Geometri Formasi Es dan Aliran Konveksi dalam Wadah (Sumber: Corrigan, 2012)

Air akan mulai mendingin di sekitar tepi wadah dimana fluks panas terbesar. Sehubungan dengan suhu freezer, panas akan mengalir melalui bawah, samping, dan atas wadah. Air ini akan mendingin dan berubah menjadi es ketika panas diekstraksi sepanjang permukaan ini, meskipun bagian dalam air masih pada suhu yang cukup panas. Pendinginan permukaan ini akan membentuk lapisan es di seluruh permukaan bagian dalam wadah. 

Air yang lebih dingin, karena lebih padat (kecuali air bersuhu di bawah 4^oC menunjukkan respon kepadatan terbalik) akan tenggelam ke dasar, sedangkan air yang lebih panas akan menggantinya dengan bergerak ke atas karena kurang padat (Corrigan, 2012). 

Hal ini akan menyebabkan gravitasi yang menimbulkan wilayah konveksi dimulai dari bagian dalam cairan. Bagian terpanas dari cairan akan berada di pusat (secara horizontal) dari wadah, dan menuju atas wadah (karena kenaikan cairan yang lebih panas). 

Gambar berikut menunjukkan gambaran suhu sepanjang sumbu horisontal dan vertikal wadah.

Seperti dijelaskan di atas, air yang awalnya panas akan mendingin lebih cepat daripada air yang lebih dingin untuk mendekati suhu rata-rata dari waktu ke waktu. Hal ini disebabkan gradien suhu yang lebih besar serta arus konveksi yang lebih besar. Hal ini memungkinkan air panas untuk menutup kesenjangan suhu dengan air dingin.

Dalam wadah air dingin, gradien suhu berkurang, wilayah konveksi berkurang, dan perpindahan kalor pun berkurang. Namun, dalam wadah air panas, cairan panas pada bagian dalam terkonveksi oleh es yang terbentuk di sekeliling dinding wadah. Es ini akan mencair karena tingginya tingkat perpindahan kalor antara dinding dalam dan luar wadah (baik melalui konveksi dan konduksi). Faktanya, tidak semua es mencair untuk melepaskan diri dari dinding, namun hanya permukaan kontak antara es dan dinding. Hanya lapisan es yang sangat tipis dari es tersebut yang mencair untuk lepas dari dinding.

Konveksi internal dan daya apung es (karena kurang padat) akan menyebabkan es untuk pindah ke bagian dalam cairan yang terpanas (Brownridge, 2010). Berdasarkan hasil penelitian Corrigan (2012), es akan mencair dari bawah, samping, dan atas. Sebagai bagian dari es yang lepas dari dinding, es itu akan mengangkut energi "negatif" (dalam arti relatif) untuk bagian interior cairan, dan mendinginkannya menggunakan kekuatan luar biasa dari es untuk mendinginkan cairan sekitarnya (seperti dijelaskan pada karakteristik pertama di atas).

Air yang dihasilkan dari mencairnya es harus mendingin dan kembali menjadi es. Namun, es yang copot dari dinding secara efektif membawa efisiensi perpindahan kalor yang ada pada dinding tepat ke bagian dalam cairan. Panas yang terbawa di dinding sedang disimpan dalam es sebagai energi negatif (sekali lagi, kata negatif bermakna relatif). Es ini kemudian bergerak ke bagian dalam cairan di mana ia kemudian menyerap sejumlah energi dengan cara cepat. Sementara itu, di dinding, efisiensi perpindahan kalor yang besar ini digunakan untuk mengkonversi cairan lain menjadi es.

4. Ikatan Hidrogen Air

Ikatan hidrogen dikemukakan pertama kali oleh Latiner dan Rodebush pada tahun 1920. Ikatan hidrogen terdapat di antara molekul-molekul senyawa dimana terdapat atom H yang berikatan secara kovalen dengan atom unsur yang elektronegatif seperti F, N, dan O (misalnya saja pada senyawa H2O). Ikatan hidrogen juga terdapat pada molekul-molekul senyawa yang atomnya memiliki pasangan elektron yang masih bebas, yang dapat disumbangkan kepada atom H pada molekul lain. 

Ikatan hidrogen jauh lebih lemah dibandingkan dengan ikatan kovalen. Walaupun ikatan hidrogen merupakan ikatan yang lemah, tetapi ikatan hidrogen tersebut cukup berpengaruh terutama terhadap molekul air seperti titik didih, titik beku, dan anomali air. Karena pada air (H2O) memiliki dua atom H yang dapat membentuk ikatan hidrogen, maka penyimpangan titik didihnya menjadi tinggi (Syarifuddin, 1994: 134-135).

Dr. Sun Changqing dan Dr Xi Zhang (2013) dari Nanyang Technological University berpendapat bahwa Efek Mpemba terjadi karena interaksi yang tak biasa antara molekul-molekul air. Hal ini juga menentukan bagaimana molekul air menyimpan dan melepaskan energi. Tingkat di mana energi dilepaskan bervariasi dengan keadaan awal air dan air panas dapat melepaskan energi lebih cepat ketika ditaruh dalam lemari pendingin. Interaksi antara ikatan hidrogen dan ikatan kuat yang memegang atom hidrogen serta oksigen dalam masing-masing molekul bersama (dikenal sebagai ikatan kovalen) adalah yang menyebabkan efek Mpemba. 

Ketika cairan dipanaskan, ikatan kovalen antara atom meregang dan menyimpan energi. Namun pada air, ikatan hidrogen menghasilkan efek tak biasa yang menyebabkan ikatan kovalen memendek dan menyimpan energi saat dipanaskan.

Hal tersebut dapat dijelaskan pada gambar berikut.

Gambar. Ikatan Oksigen dan Hidrogen dalam Air (Sumber: Zhang, et al., 2013).

Jadi saat air dipanaskan, molekul-molekul air menjadi terpisah jauh dari satu sama lain karena ikatan hidrogen mengalami peregangan. Hal ini memungkinkan ikatan kovalen dalam molekul menyusut lagi dan melepaskan energi mereka. 

Poin pentingnya adalah bahwa proses di mana ikatan kovalen melepas energi, ini setara dengan pendinginan. Inilah pendinginan ekstra. Pendinginan ekstra ini ditambahkan pada proses pendinginan konvensional. Jadi air yang hangat akan mendingin lebih cepat daripada air yang kurang hangat, karena ada pendinginan ekstra dan itulah apa yang teramati dalam efek Mpemba (Zhang, et al., 2013).

Sekian, Semoga bermanfaat

Referensi :
Makalah Seminar Fisika "Efek Mpemba"