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"

Prinsip Dasar Lampu Pijar dan Lampu Halogen Lengkap

Prinsip Dasar Lampu Pijar dan Lampu Halogen Lengkap - Saat malam tiba, sumber penerangan yang umum pada saat sekarang adalah lampu. (dahulu nenek moyang kita menggunakan oncor atau ublik sebagai sumber penerangan malam hari). Lampu sekarang memiliki banyak jenis salah satunya yang paling familiar dan paling lama adalah lampu pijar. Sudah bertahun-tahun bahkan puluhan tahun kita mengenal benda ajaib hasil temuan Thomas alfa Edison ini. Namun tahukah kita bagaimana lampu pijar ini dapat menyala ? lampu menyala karena susu pak ! (mungkin ini jawaban yang konyol yang pernah saya dengar dari iklan susu balita, dan kita tahu bukan itu jawabannya, hehe). Lampu menyala karena listrik pak ! benar tapi kurang spesifik, karena setrika juga menggunakan listrik tapi tidak menyala , atau solder pun juga begitu. lalu bagaimana prinsip kerja lampu pijar tersebut?

Panas dan Berpijar

Lampu pijar terdapat suatu kawat yang sangat tipis yang biasa disebut filament. Filament ini terbuat dari tungsten dan memiliki hambatan yang besar. Saat arus listrik mengalir electron electron  dalam rangkaian mengalir melalui filament ini. Karena hambatan filament ini besar maka electron tersebut bertumbukan atau juga bergesekan dengan atom-atom yang ada di dalam filament ini . karena bergesekan ini menyebabkan filemen menjadi panas (sama halnya jika kita menggesekkan tangan kita, maka akan terasa panas/ hangat). Jika suatu benda dipanaskan maka benda tersebut akan meradiasikan gelombang elektromagnetik, semakin panas benda tersebut gelombang elektromagnetik yang diradiasikan akan semakin pendek dan berada pada spectrum cahaya tampak. (seperti halnya jika seorang pandai besi sedang memanaskan besi, maka besi tersebut akan berubah menjadi merah atau memancarkan warna merah atau yang biasa orang menyebutnya berpijar) semakin panas suhu filament cahaya yang dipancarkan akan bergeser dari warna merah-kuning-hijau- biru – putih . pemanasan yang terjadi pada filament sangat tinggi sampai berpijar dan memancarkan cahaya kuning . tetapi sebenarnya hanya 10 sampai 12 persen energinya hanya dipancarkan sebagai cahaya tampak. Selebihnya dipancarkan sebagai cahaya inframerah yang tidak kasat mata dan lebih menyebabkan pemanasan.

filamen yang berpijar menghasilkan cahaya 

Untuk mencegah oksidasi filament tersebut maka didalam bola lampu pijar diisikan gas lembam atau tidak reaktif (gas mulia ) seperti argon atau krypton. Denagn tambahan sediikit nitrogen. Gas-gas ini menjaga agar filamen tidak teroksidasi atau “terbakar habis” seperti ketika di udara bebas. Sebagian bola lampu kecil memecahkanmasalah ini dengan cara dihampakan.  

Filament Dari Tungsten

Filament adalah kumparan tipis kawat tungsten. Tungsten digunakan karena memiliki titik leleh paling tinggi dari semua logam (3400 derajat celcius) dan tetap kuat walaupun dipanaskan sampai suhu 3500 derajat celcius atau lebih. Selain itu tungsten juga memiliki tekanan uap paling rendah diantara semua logam, jadi menguap paling sedikit dibandingkan logam lain. (logam pun dapat menguapkan beberapa atomnya tetapi prosesnya lambat sekali sehingga tidak pernah kita sadari kecuali pada suhu yang sangat tinggi)

Ketika kawat tungsten dipanaskan maka kawat ini akan menguap cukup cepat dan mengakibatkan kawat menjadi tipis. Kaarena proses penguapan yang terus menerus kawat tungsten ini kan putus dan lampu menjadi padam. Sebelum lampu padam kadang kita dapat mengetahui sisa-sisa penguapan tungsten dari lapisan gelap yang megotori bagian dalam kaca. Lapisan ini adalah hasil pengembunan uap tungsten karena bagian kaca lebih dingin. Lapisan ini juga yang menyebabkan lampu pijar tidak seterang biasanya.

Bagaimana Dengan Lampu Halogen?

lampu halogen 

Lampu halogen sebenarnya adalah variasi atau penyempurnaan dari lampu pijar. Lampu ini juga lampu pijar dan menggunakan filament dari tungsten juga. Tetapi lampu ini dapat menyala lebih terang dari lampu pijar biasa. Lampu ini dapat berumur dua kali lebih panjang dari bola lampu pijar biasa. Hal ini dikarenakan gas yan diisikan dalam lampu halogen berbeda dengan lampu pijar. Gas yang diisikan pada lampu halogen adalah gas iodium atau brom. Dua gas yang orang kimia bilang tergolong unsur halogen, makanya lampu ini disebut lampu halogen.

Siklus yang berulang

Tugas halogen dalam lampu pijar adalah menurunkan laju peguapan tungsten dengan cara yang menarik sekali. Mula-mula uap iodium akan bereksi dengan atom-atom yang menguap sebelum mereka mengembun di permukaan kaca, reaksi tersebut menghasilkan tungsten iodide, senyawa kimia berwujud gas. Molekul tungsten iodide tersebut melayang-layang di dalam lampu sampai bertemu kembali dengan filament yangsedang berpijar. Temperature yang tinggi membuat senyawa tersebut terurai kembali menjadi uap iodium dan tungsten logam yang langsung menyatu kembali dengan filamen. Iodium yang dilepaskan dalam proses penguraian ini selanjutnya bebas untuk bereaksi dengan atom-atom tungsten, maka siklus ini berlanjut, dengan atom iodium terus menangkap atom tungsten yang menguap dan mengembalikan mereka ke filament. Proses daur ulang ini kurang lebih dapat menggandakan masa hidup filament sehingga umur lampu lebih lama.

 Proses halogen memungkinkan lampu dioperasikan pada suhu lebih tinggi tanpa pelapukan filament yang berlebihan sehigga menghasilkan cahaya lebih terang, lebih puth. Namun suhu didalam dinding bola lampu harus lebih tinggi (diatas 250 derajat celcius)  agar atom-atom tungsten tidak langsung mengembun. Oleh karena itu bola lamu halogen terbuat dari kuarsa Yang tahan terhadap temperature jauh lebih tinggi daripada kaca biasa. Bentuknyapun seperti tabung dan dindingnya pun tidak jauh dari filament supaya tetap panas . 

Cara Mengukur Jarak Bumi-Bulan Lengkap Gambar

Bumi memiliki satu satelit alami yang disebut bulan, Bulan mengitari bumi dengan periode 29 hari 12 jam 44 menit dan 3 detik atau yang disebut dengan Bulan Sinodik. Perputaran bulan mengelilingi bumi ini sangat berguna sekali bagi kebutuhan manusia di bumi, yaitu dapat digunakan untuk penanggalan atau kalender. Melalui revolusi bulan mengelilingi bumi terjadilah apa yang disebut dengan Fase-fase bulan, mulai dari bulan sabit, setengah penuh, purnama, sampai bulan mati. dahulu orang menggunakan fase bulan ini untuk menentukan waktu kalender bahkan sampai sekarang.

Bulan memiliki diameter sekitar ¼ kali diameter Bumi, massanya 1/81 kali massa bumi, gravitasi 1/6 kali gravitasi bumi dan kerapatan bulan hampir sama dengan kerapatan bumi, yaitu sekitar 3/5 kali kerapatan bumi. 

Bulan dapat diamati dari bumi karena jaraknya lebih dekat daripada jarak planet atau bintang-bintang yang lain. Kalau kita mengamati saat bulan purnama bulan memiliki bagian yang terang (terdiri atas bukit-bukit yang tinggi) dan bagian yang gelap (bagian yang lebih rendah). Bagian yang gelap ini disebut dengan “maria” (sekumpulan air),karena pada zaman dahulu orang mengira di bulan terdapat laut. 

Walaupun memang jarak bulan ke bumi lebih dekat ketimbang jarak benda langit lainnya, namun bagaimanakah cara menentukan/mengukur jarak bumi ke bulan?

Tentu, untuk mengukur jarak bumu-bulan kita tidak bisa melakukannya dengan pengukuran langsung, melainkan dengan menggunakan pengukuran tak langsung.

coba kalian baca terlebih dahulu artikel yang membahas Cara Mengukur Massa Bumi

Sama halnya dengan cara mengukur Massa bumi, cara mengukur Jarak Bumi-bulan menggunakan pengukuran tak langsung. ada beberapa Metode untuk menentukan Jarak Bumi sampai Ke bulan, antara lain, 

1. Metode Hipparchus

Pengukuran Jarak bumi-bulan telah dilakukan sejak 130 SM oleh Hipparchus (astronomi, matematikawan dari Yunani). Hipparchus mengukur jarak bumi bulan pada saat gerhana bulan. Saat terjadi gerhana bulan Hipparchus mengukur lama waktu bulan mulai menghilang sampai muncul kembali.

Karena bulan berputar mengelilingi bumi, bulan akan bergerak dari titik A ke titik B, pengamat di bumi akan melihat bulan di titik A separuh penuh kemudian lama-kelamaan bulan akan menuju bayangan umbra dan akan mulai menghilang, setelah beberapa jam bulan akan muncul kembali.

Di titik B pengamat di bumi juga akan melihat bulan nampak Separuh penuh, karena bulan mengitari bumi satu putaran atau 360^oatau 2π radian selama satu bulan, maka sudut AOB dapat diketahui dengan menghitung lama waktu bulan dari A ke B . 

Hipparchus juga menghitung bahwa sudut AOB sama dengan 2,5α , dimana α adalah sudut antara PCR yang menurut pengukurannya sebesar 0,553 = 0,00965 rad. Maka  jarak bulan bumi dapat dicari dengan memperhatikan gambar di atas.

Dengan mengetahui jari-jari bumi , maka jarak bumi-bulan dapat ditentukan. Dengan memasukkan α sebesar 0,00965 maka ia memperoleh jarak bumi-bulan sebesar 3,77 x 10⁸ m. hasil ini cukup baik. Perhitungan modern mendapatkan hasil sebesar 3,84 x 10⁸m.

2. Metode Segitiga

Cara lain untuk menentukan jarak bumi-bulan adalah menggunakan trigonometri sederhana. 

Pada saat yang sama bulan di ukur dari dua tempat yang berbeda dengan jarak yang jauh. Dari titik A orang mengukur sudut depresi antara dia dengan bulan, pada waktu yang sama di titik B oraang juga menukur sudut depresi antara dia dengan bulan. Hal ini akan lebih mudah dilakukan saat bulan hampir berada di atas kedua orang tersebut. Maka sudut AOB dapat diketahui. Jika sudut AOB sudah diketahui maka jarak bumi bulan dapat dicari D = AB X α, dimana α adalah sudut AOB dalam satuan radian. (catatan: dalam pengkuran ini jari-jari bumi dan jari-jari bulan diabaikan)

3. Metode laser

Metode ini adalah metode yang paling modern, praktis, akurat dan sederhana. Prinsip dari metode ini adalah pemantulan gelombang. Dengan meletakkan retroreflektordi bulan yang dilakukan oleh tim Apollo 11, maka sinar laser yang ditembakkan dari bumi dapat dipantulkan kembali ke bumi. 
Dengan menghitung waktu bolak-balik sinar laser yang ditembakkan ke bulan, jarak bumi bulan dapat dihitung D = c t/2 , dimana c adalah kecepatan cahaya di ruang hampa yaitu sebesar 299792458 m/s dan t adalah selang waktu saat laser ditembakkan sampai kembali lagi ke bumi.dengan metode ini didapat hasil dengan nilai ketidakpastian hanya 15 cm. 

Sekian, Semoga Bermanfaat

Referensi : Yohanes Surya . Olimpiade Fisika

Proses Terjadinya Pelangi Lengap Gambar Fisika

 

Kalian sudah pernah melihat Pelangi, kan ?
indah, kan ?

Karena keindahanya, Kata Pelangi pun sering digunakan Sebagai Judul Lagu anak-anak, Judul lagu pop (Pelangi di matamu, By Jamrud), Puisi dan banyak karya lainnya. Dibalik Keindahanya, Apakah kalian pernah menyadari bahwa Pelangi merupakan fenomena alam yang terjadi dengan proses fisika yang sangat menarik untuk dipelajari ?

Hmm,,lagi-lagi Ilmu Fisika, Kok di blog ini sering banget ya membahas Fenomena yang berhubungan dengan Ilmu Fisika ya ?

Kan nama Blognya aja Pakgurufisika, jadi sering banget Fenomena/peristiwa yang terjadi disekitar kita dibahas dengan Ilmu Fisika

Sudah lumayan banyak Fenomena/ Peristiwa yang kami bahas mendalam dengan ilmu Fisika diblog ini, seperti

Lalu Bagaimanakah Proses terjadinya Pelangi ?

Apa saja Ilmu/Konsep Fisika dalam Proses Terjadinya Pelangi ?

Proses terjadinya Pelangi dapat kita tinjau dari materi fisika yaitu Optik atau cahaya. Beberapa konsep fisika yang berhubungan dengan proses terjadinya pelangi antara lain pembiasan, pemantulan, dispersi cahaya dan spektrum gelombang elektromagnetik yang diwujudkan berupa warna cahaya pada pelangi.

Masih ingat kan dengan Materi Optika SMP dan SMA diatas ?

Kalau lupa, coba baca lagi Penjelasannya ditautan ini Pembiasan, Pemantulan, Dispersi cahaya dan Spektrum gelombang elektromagnetik

Pelangi merupakan satu-satunya gelombang elektromagnetik yang dapat oleh lihat mata manusia. Pelangi adalah gejala optik dan meteorologi yang terjadi sacara alamiah dalam atmosfir bumi serta melibatkan cahaya matahari, pengamat dan tetesan air hujan.

Jika ada cahaya matahari yang bersinar setelah hujan berhenti, maka cahaya tersebut akan menembus tetesan air hujan di udara. Udara dan tetesan air hujan memiliki kerapatan yang berbeda, sehingga ketika cahaya matahari merambat dari udara ke tetesan air hujan akan mengalami pembelokkan arah rambat cahaya (pembiasan cahaya). 

Cahaya matahari merupakan sinar polikromatik, saat masuk ke dalam tetesan air hujan akan diuraikan menjadi warna-warna monokromatik yang memiliki panjang gelombang yang berbeda-beda. Cahaya matahari yang telah terurai menjadi warna monokromatik sebagian akan mengalami pemantulan saat mengenai dinding tetesan air hujan dan sebagian lainnya akan menembus ke luar tetesan air hujan.

Masing-masing gelombang cahaya monokromatik tersebut akan mengalami pembiasan cahaya saat keluar dari tetesan air hujan dan arah pembiasannya akan berbeda-beda, tergantung pada warnanya. Pembiasan ini terjadi karena cahaya mengalami perubahan indeks media dari udara ke air. Ketika sinar dihantarkan kembali ke permukaan belakang tetesan air,hampir seluruhnya dibiaskan dan keluar dari tetesan air

 

Gambar Pembiasan Pelangi

Warna-warna monokromatik yang keluar dari tetesan air hujan mempunyai panjang gelombang yang berada dalam rentang 400 – 700 nm. Pada rentang 400 – 700 nm, gelombang cahaya yang dapat dilihat oleh mata manusia ialah gelombang yang mempunyai gradasi warna merah sampai ungu. Gradasi warna tersebut diasumsikan sebagai warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu.

Susunan gradasi warna tersebut kita namakan sebagai pelangi. 

Ketika kita melihat warna-warna ini pada pelangi, kita akan melihatnya tersusun dengan dengan merah di paling atas dan warna ungu di paling bawah. Skema terjadinya pelangi lihat pada gambar dibawah ini !

 

Gambar Proses Fisis Pelangi Pertama Secara Keseluruhan

Saat kita melihat pelangi, daerah di bawah pelangi akan terlihat lebih terang jika dibandingkan dengan daerah lainnya di sekitar pelangi. Daerah yang terlihat lebih terang tersebut dinamakan daerah terang pelangi. 

Ada dua hal yang menyebabkan daerah terang pelangi terlihat lebih terang dibandingkan daerah lainnya, yaitu;

• Cahaya matahari yang masuk ke tetesan air hujan yang menimbulkan pelangi pertama mempunyai intensitas cahaya matahari yang paling besar.
• Pada proses pembentukan pelangi pertama, saat berada dalam tetesan air hujan, cahaya matahari hanya mengalami satu kali proses pemantulan cahaya, sehingga energi yang terserap oleh tetesan air hujan masih cukup banyak.

Proses terjadinya pelangi melalui pembiasan, pemantulan dan dispersi cahaya secara matematis dapat dijelaskan sebagai berikut

 

Gambar Ilustrasi sudut Pelangi

Hitungan Matematis Pembentukan Pelangi dan Perhitungan sudut pelangi masing masing Spektrum Warna, bisa kalian lihat pada Lampiran disini

Bentuk Pelangi
Bentuk Pelangi itu sebenarnya seperti apa sih ??

Jika kita melihatnya dengan mata telanjang saat fenomena tersebut terjadi maka bentuk pelangi adalah Setengah lingkaran atau melengkung (bagian lingkaran), namun sebenarnya bentuk pelangi adalah Lingkaran penuh. Hal tersebut disebabkan karena pelangi terpotong oleh horison bumi, atau objek lain yang menghalangi cahaya, misalkan gunung dan bukit.

Pelangi terjadi akibat pembiasan cahaya pada sudut 40-42 derajat. Karena sudut pembiasan tetap, maka letak terjadinya warna pelangi selalu tetap dari pusat cahaya, sehingga jari-jarinya juga tetap, kalau jari-jari nya tetap konstan dari satu pusat atau titik, kita akan mendapatkan lingkaran. Kalau lingkarannya kita potong, kita selalu dapat bagian lingkaran yang melengkung.

Saat memandang sebuah objek, mata manusia bersifat konvergen atau mengumpul. Pandangan mata kita saat melihat sebuah objek dapat diilustrasikan sebagai sebuah kerucut yang memiliki titik puncak pada mata kita.

Gambar Sifat Konvergen Mata Manusia

Kemiringan kerucut yang terbentuk dipengaruhi oleh posisi matahari. Sebagian alas kerucut tidak dapat kita lihat karena berada di bawah garis horizontal bumi, sedangkan sebagian lainnya terlihat sebagai busur atau biasa kita sebut sebagai pelangi. Selain itu,bila dilihat dari gambar dibawah ini, grafik tersebut menunjukkan bahwa setiap sudut dari pembiasan dan pemantulan sinar memiliki frekuensi berbeda terhadap warna dan panjangnya, sehingga membentuk kurva.

Sedangkan, posisi relatif pelangi terhadap pengamat dan matahari dapat juga dijelaskan. Posisi matahari pengamat dan pelangi akan selalu dalam satu axis, di mana matahari akan selalu berada di belakang pengamat. Kita tidak dapat melihat pelangi jika posisi matahari tegak lurus dengan garis horizontal bumi.

Gambar Posisi Matahari, Pengamat dan Pelangi

Bagaimana ?
sudah jelas dengan penjelasan diatas ?

Saya rasa pembahasan diatas sudah cukup mendalam, silahkan kembali pelajari lagi materi pembiasan, pemantulan, dispersi cahaya dan spektrum gelombang elektromagnetik agar lebih mudah mengerti dengan penjelasan diatas.

Sekian, semoga bermanfaat

Referensi :

Zarkasi,Taqiudin (2014), Fisika dalam Pelangi

Fisika Itu mudah Edisi ketiga , Yohannes Surya

Serway, Raymond A.dan John W. Jewett. (2010). Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid 3 (6th Edition).Terj.Chriswan Sungkono.Jakarta:Salemba Teknika.

Proses Terjadinya Petir Lengkap Gambar

Proses Terjadinya Petir Secara Fisika Dengan Gambar Lengkap - Salam fisika, Jika sebelumnya kami membahas tentang Bagaimanakah Proses terjadinya Pelangi dan Bentuknya yang begitu indah , Dikesempatan kali ini saya akan membahas Fenomena yang tak kalah indahnya sekaligus berbahaya yaitu PETIR.

Apa itu Petir ?

Petir merupakan Fenomena alam yang sangat indah sekaligus sangat berbahaya bagi makhluk hidup yang ada dibumi, termasuk bagi Manusia. Petir biasanya terjadi mengikuti peristiwa hujan, baik hujan air maupun hujan Es. Kalian tentunya sudah pernah melihat petir, Gambar dibawah adalah salah Petir di South Wales, Australia yang berhasil diabadikan dengan kamera.

Bagaimana Proses terjadinya Petir ? 

Terjadinya petir ternyata erat dengan Ilmu Fisika, terutama Konsep Muatan Listrik, Muatan Negatif (elektron) dan Muatan Positif (Proton)

Fenomena ini dimulai dengan munculnya lidah api listrik yang bercahaya terang yang memanjang kearah bumi kemudian diikuti suara yang menggelegar. Petir berbahaya bagi makhluk hidup karena temperatur/suhu sambaran melebihi panas matahari dan kekuatan benturannya menyebar kesegala arah.Proses terjadinya petir disebabkan oleh perpindahan muatan negatif (elektron) menuju ke muatan positif (proton).

Ada beberapa tahapan yang biasanya dilalui, tahap pertama adalah pemampatan muatan listrik pada awan bersangkutan

bagian paling atas awan adalah listrik muatan negatif,

bagian tengah listrik bermuatan positif

bagian dasar adalah muatan negatif yang berbaur dengan muatan positif ( tempat petir biasanya berlontaran), besar medan listrik minimal yang memungkinkan terpicunya petir ini adalah sekitar 1.000.000 volt per meter.

Pada saat terjadi beda potensial yang tinggi antara awan dengan bumi, maka awan akan melepaskan muatan negatifnya agar terjadi kesetimbangan muatan. Elektron atau muatan negatif yang mengalir ke bumi itulah yang sebut dengan petir.

Suara petir berasal dari loncatan elekron yang menembus batas isolasi udara. Loncatan elektron yang berupa bunga api tersebut sangat besar dan sangat panas. Pada saat bunga api itu melewati udara, udara tersebut akan memuai.  Kilat petir terjadi dalam bentuk setidaknya dua sambaran. 

Sambaran pertama muatan negatif (-) mengalir dari awan ke permukaan tanah. Sejumlah kilat percabangan biasanya dapat terlihat menyebar keluar dari jalur kilat utama. Ketika sambaran pertama ini mencapai permukaan tanah, sebuah muatan berlawanan terbentuk pada titik yang akan disambarnya dan arus kilat kedua yang bermuatan positif terbentuk dari dalam jalur kilat utama tersebut langsung menuju awan ( Sambaran Kedua ). 

Dua kilat tersebut biasanya beradu sekitar 50 meter di atas permukaan tanah. Arus pendek terbentuk di titik pertemuan antara awan dan permukaan tanah tersebut, dan hasilnya sebuah arus listrik yang sangat kuat dan terang mengalir dari dalam jalur kilat utama itu menuju awan. Perbedaan tegangan pada aliran listrik antara awan dan permukaan tanah ini melebihi beberapa juta volt.

Selain tu, ada 2 teori Terbentuknya petir

Proses Ionisasi

Petir terjadi karena terkumpulnya ion bebas bermuatan negatif dan positif di awan,. Proses Ionisasi ini disebabkan oleh perubahan bentuk air mulai dari cair menjadi gas atau sebaliknya, bahkan padat (es) menjadi cair. 

Ion bebas menempati permukaan awan dan bergerak mengikuti angin yang berhembus, bila awan-awan terkumpul di suatu tempat maka awan bermuatan akan memiliki beda potensial yang cukup untuk menyambar permukaan bumi.

Gesekan antar awan

Mulanya awan bergerak mengikuti arah angin, selama proses ini maka awan saling bergesekan satu dengan yang lainya yang menyebabkan munculnya elektron-elektron bebas yang memenuhi permukaan awan. Proses ini bisa digambarkan secara sederhana pada sebuah penggaris plastik yang digosokkan pada rambut maka penggaris ini akan mampu menarik potongan kertas. Pada suatu saat awan ini akan terkumpul di sebuah kawasan, saat inilah petir dimungkinkan terjadi karena elektron-elektron bebas ini saling menguatkan satu dengan lainnya, Sehingga memiliki cukup beda potensial untuk menyambar permukaan bumi

Kesimpulan :

Secara singkat , Fenomena Petir terjadi karena beda potensial yang tinggi pada awan yang memiliki kelebihan muatan negatif pada lapisan bawah permukaan awan akan di buang ke bumi untuk menyeimbangkan muatannya, Sedangkan di bumi terdapat muatan positif, pada proses pembuangan elektron itulah terjadinya petir

Tahukah Kamu ?

• Energi yang dihasilkan oleh satu sambaran Petir sangat besar, lebih besar daripada energi listrik yang dihasilkan oleh seluruh pembangkit listrik di Amerika serikat
• Suhu pada jalur dimana petir terbentuk mencapai 10.000 ^oC
• Cahaya petir lebih terang daripada cahaya 10.000.000 bola lampu pijar berdaya 100 watt.
• Sebuah sambaran kilat berukuran rata-rata mengandung kekuatan listrik sebesar 20.000 amp
• Kilat bergerak dengan kecepatan 150.000 km/detik (Setengah dari kecepatan cahaya)

Sekian artikel dari kami mohon maaf bila ada kesalahan, terimakasih telah berkunjung.

Tag : Penyebab, Menyambar manusia, Petir menurut islam, Fisika, Terjadinya petir, Proses petir, Benda, Asal usul petir, Tegangan petir.