PERCOBAAN EFEK MPEMBA

PERCOBAAN EFEK MPEMBA 

Alat dan Bahan: 

1. Termometer 

2. Gelas ukur 

3. Lemari pendingin 

4. Wadah plastik 

5. Air dingin 

6. Air panas 

Prosedur Percobaan

1. Mempersiapkan alat dan bahan
2. Mencatat suhu freezer pada lemari pendingin.
3. Menuangkan 150 ml air panas ke tiap wadah plastik yang berjumlah 12 buah.
4. Melakukan langkah no. 3 untuk air dingin dengan volume dan jumlah wadah plastik yang sama.
5. Memberi tanda berbeda pada wadah plastik untuk membedakan sampel air panas dengan sampel air dingin.
6. Mengukur suhu awal dari sampel air panas dan air dingin, kemudian mencatat hasil pengukuran tersebut pada lembar pengamatan.
7. Memasukkan wadah plastik berisi air panas dan air dingin ke dalam freezer.
8. Memeriksa salah satu wadah plastik dari sampel air panas dan sampel air dingin di dalam freezer setelah 30 menit dan mencatat suhu serta volume es yang terbentuk dalam wadah tersebut
9. Mengulangi langkah no. 8 setiap selang waktu 30 menit hingga di dalam wadah telah terbentuk es semuanya.

Teknik Analisis Data

Dalam percobaan ini, teknik analisis data yang digunakan adalah analisis kualitatif. Data yang di diperoleh kemudian dibandingkan dengan teori yang ada. Pada percobaan ini, data yang diperoleh berupa suhu air dan jumlah volume es yang terbentuk pada tiap wadah dengan selang waktu 30 menit sampai air dalam wadah sepenuhnya terbentuk menjadi es. Data yang diperoleh kemudian ditabulasikan ke dalam tabel.

HASIL PERCOBAAN

(Dilakukan oleh Alex Gadung P, Mahasiswa FKIP Fisika UNS, Surakarta)

Pada percobaan ini diambil data berupa suhu air dingin dan air panas pada tiap wadah dan jumlah volume es yang terbentuk dalam selang waktu 30 menit. Suhu awal air dingin yang digunakan yaitu 30^oC sedangkan suhu awal air panas yaitu 80^oC, dengan suhu awal dari freezer yaitu -5^oC. Volume air mula-mula pada dua wadah masing-masing 150 ml. Data yang diperoleh kemudian dimasukkan ke dalam tabel berikut:

Analisis Data

Data percobaan yang diperoleh pada tabel di atas kemudian dianalisis secara kualitatif. 

Tujuan dari percobaan ini adalah membandingkan laju pendinginan air panas dan air dingin dalam keadaan yang identik. 

Prinsip kerja percobaan ini adalah memasukkan 150 ml air panas dan air dingin pada wadah yang berbeda sejumlah 12 buah untuk masing-masing sampel air ke dalam freezer dan mengukur suhu serta volume es pada wadah plastik setiap selang waktu 30 menit hingga semua air dalam wadah berubah menjadi es.

Setelah 30 menit, salah satu wadah dari tiap sampel diukur suhunya menggunakan termometer kemudian diambil dan volume es diukur menggunakan gelas ukur. Dalam mengukur volume es, air dalam wadah terlebih dahulu dibuang kemudian es yang ada dalam wadah didiamkan hingga mencair. Es yang telah mencair inilah yang diukur volumenya. Pengukuran volume es setiap selang waktu 30 menit dilakukan hingga air telah berubah menjadi es.

Berdasarkan tabel tabulasi data, dapat diketahui bahwa dalam 30 menit pertama belum terbentuk es pada kedua wadah. Namun, suhu pada masing-masing wadah telah mengalami penurunan. Data di atas menunjukkan bahwa penurunan suhu yang terjadi pada wadah yang berisi air bersuhu awal 80^oC lebih besar daripada penurunan suhu pada wadah berisi air bersuhu awal 30^oC. 

Berdasarkan data penurunan suhu pada masing-masing wadah tersebut dapat dikatakan bahwa laju pendinginan air panas lebih cepat daripada air dingin. Hal ini sesuai dengan teori bahwa laju transportasi panas yang melalui daerah tertentu berbanding lurus dengan gradien suhu. Penurunan suhu yang terjadi juga disebabkan oleh panas yang diradiasikan kedua sampel air. Semakin tinggi suhu benda maka semakin besar panas yang diradiasikan ke lingkungan, sehingga semakin cepat pula mengalami penurunan suhu.

Hubungan perubahan suhu terhadap waktu selama proses pendinginan disajikan dalam grafik pada gambar berikut.

Pada percobaan ini juga dilakukan pengamatan terhadap pembentukan es dari tiap wadah berisi sampel air panas dan air dingin yang kemudian diukur volumenya. 

Berdasarkan data pengamatan, es mulai terbentuk di dalam wadah air dingin pada suhu 3^oC. Sedangkan dalam wadah air panas, es mulai terbentuk pada suhu 6^oC. Hal ini disebabkan oleh perbedaan suhu air dalam wadah dengan suhu freezer. Perbedaan suhu ini menyebabkan adanya perpindahan panas baik secara konduksi, konveksi, maupun radiasi sehingga suhu pada tepi wadah lebih rendah daripada bagian tengah wadah.

Terbentuknya es pada dinding wadah saat suhu air di bagian dalam masih belum mencapai 0^oC dikarenakan suhu air di dalam wadah bagian tepi lebih rendah daripada bagian tengah wadah.

Hubungan volume es terhadap waktu selama proses pendinginan disajikan dalam grafik berikut.

Grafik tersebut menunjukkan bahwa pada wadah berisi air panas, es mulai terbentuk 3,5 jam setelah wadah dimasukkan ke dalam freezer. Sedangkan pada wadah air dingin, es mulai terbentuk 4 jam setelah wadah dimasukkan ke dalam freezer. Kemudian setelah 7,5 jam seluruh air dalam wadah berisi air panas telah menjadi es seluruhnya, sedangkan pada wadah berisi air dingin belum seluruhnya menjadi es. Inilah yang teramati sebagai Efek Mpemba.

Terimakasih.

PEMBUATAN ALAT PERAGA BRACHISTOCRONE

Selamat malam semuanya.

Sebelumnya, maaf jika beberapa hari ini tidak ada update postingan baru, hal tersebut dikarenakan kesibukan Pakgurufisika di dunia nyata. Harap maklum ya!

Nah, pada kesempatan kali ini kami akan berbagi Makalah Pembuatan Alat Peraga Fisika BRACHISTOCRONE. Tujuan dari makalah ini adalah untuk Membuat rangkaian sederhana Brachistocrone dan mengetahui Bentuk lintasan manakah yang paling cepat.

Coba kalian lihat gambar berikut!

Gambar di atas adalah Alat praktikum Brachistochrone yang merupakan hasil karya Ardika Agung P, Mahasiswa Pendidikan Fisika, Universitas Sebelas Maret. Secara sederhana, Alat peraga Brachistochrone di atas bertujuan untuk Mengetahui Lintasan berbentuk apa yang memiliki waktu tempuh paling cepat.

Lintasan Paling ujung adalah lintasan lurus, lintasan yang tengah adalah lintasan berbentuk seperempat lingkaran dan lintasan paling kanan adalah Lintasan berbentuk Sikloid.

Manakah yang kiranya merupakan lintasan yang memiliki waktu tempuh paling cepat, teman-teman?

Untuk Jawabannya, silakan kalian lihat pada kesimpulan makalah yang akan saya lampirkan pada akhir postingan ini.

Dalam pembuatan alat peraga fisika ini memiliki beberapa tahapan, yaitu:

1. Tahap Persiapan

Pada tahap persiapan ini meliputi menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan dalam membuat Brachistochrone. Adapun alat dan bahan yang dibutuhkan antara lain:

• Obeng, tang dan palu, masing masing 1 buah. 
• Gergaji (1 buah)
• Mobil-mobilan (3 buah)
• Papan kayu ( 3 buah)
• Amplas (3 buah)
• Plat besi (1 buah)
• Kawat (1 buah)
• kayu (secukupnya)

2. Tahap Pembuatan

Setelah menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan maka tahap selanjutnya adalah membuat alat Brachistochrone tersebut. Langkah-langkah dalam membuat Brachistochrone ini adalah sebagai berikut:

1. Potong plat besi dengan lebar 3cm sebagai dasar dari lintasan sebanyak 3 buah.
2. Buat pola dinding lintasan pada plat besi untuk litasan a berupa garis lurus, litasan b berupa sikloid dan lintasan c berupa seperempat lingkaran masing-masing 2 dan tebal 1cm.
3. Potong pola dinding lintasan pada plat besi dengan alat potong besi.
4. Satukan dinding plat besi dengan dasar lintasan dengan cara dilas.
5. Setelah lintasan terbentuk kita bentuk bagian atas dan dibagian bawah kita belokan secara horizontal yang digunankan sebagai tempat mobil-mobilan yang akan digunakan.
6. Kita potong papan kayu dengan ukuran yang sudah ditentukan yang akan digunakan sebagai penyangga dari lintasan-lintasan diatas.
7. Setelah papan penyangga sudah jadi satukan dengan lintasan dan paku supaya tidak bergeser-geser.
8. Bentuk kawat sesuai kebutuhan yang berfungsi sebagai pembatas titik awal mobil-mobilan.
9. Rangkailah alat yang digunakan untuk mendeteksi mobil yang paling cepat dengan menggunakan saklar dan ic 7486 (gerbang and).
10. Kemudian satukan dengan rangkaian diatas menjadi alat seperti gambar di atas.

3. Tahap Pengujian

Setelah alat Brachistochrone sudah selesai dirangkai, maka tahap selanjutnya adalah pengujian. Alat perlu diuji kembali apakah dapat berjalan dengan baik sesuai dengan teori atau tidak. Tahap pengujian yaitu dilakukan dengan membandingkan lama waktu dari ketiga bentuk lintasan yang telah dibuat. Jika pengujian alat ini telah sesuai dengan teori, maka alat sudah jadi. Sehingga dapat dilakukan pengambilan hasil.

Dalam Alat peraga ini, kita menggunakan mobil-mobilan yang kita luncurkan di ketiga lintasan diatas. Kemudian kita amati mobil di lintasan manakah yang membutuhkan waktu paling singkat. Untuk kelemahan Alat Peraga Brachistocrone ini adalah skala yang digunakan kurang besar, sehingga selisih waktu yang digunakan benda saat meluncur tidak begitu besar, sehingga sulit untuk diamati perbedaanya.

Jika ada yang berminat menjadikan judul ini sebagai Referensi dalam membuat Alat praktikum atau alat peraga dan lainnya, silakan mengunduh file PDF nya pada link yang sudah kami sediakan di bawah.

Jika ada yang mau mengecek isinya sebelum mengunduhnya, silahkan lihat pada tampilan di bawah ini!

Besaran Vektor Lengkap

BESARAN VEKTOR

A.    Menggabungkan atau Menjumlahkan Besaran vektor

a.      Secara Grafis

1.      Metode Poligon

Penggabungan vektor secara poligon dilakukan dengan cara menggambar vektor-vektor yang digabungkan tersebut secara berurutan (diteruskan). Kemudian Vektor resultannya (R) digambar dengan menghubungkan titik awal sampai akhir. (seperti pada gambar)

2.      Metode Jajaran genjang

Penggabungan vektor secara jajaran genjang dibuat dengan cara menggambar vektor-vektor yang akan digabungkan dari titik awal yang sama, kemudian buatlah garis sejajar vektor tadi (garis putus-putus) dari kedua ujung vektor yang digabungkan sehingga diperoleh titik potongnya. Terakhir gambarlah Vektor Resultannya dengan menghubungkan titik awal ke titik potong. (seperti pda gambar) 

 

b.      Secara Analitis (Perhitungan)

1.      Jika arahnya sama

Resultan vektor yang arahnya sama dihitung dengan menjumlahkan besar dari kedua vektor yang digabungkan.

                        R  = V₁  +  V₂

2.      Jika arahnya berlawanan

Resultan vektor yang arahnya sama dihitung dengan mengurangkan besar dari kedua vektor yang digabungkan (dihitung selisihnya).

                        R  = V₁  -  V₂

3.      Jika saling mengapit sudut

Resultan dari vektor yang arahnya tidak sama dan tidak berlawanan atau arahnya saling mengapit sudut dihitung dengan menggunakan rumus sbb :

Contoh Soal :

1. Vektor F_a dan F_b berturut-turut 30 N dan 50 N. Berapa resultan kedua vektor tersebut jika :

a.       kedua vektor searah !

b.      kedua vektor berlawanan arah !

c.       kedua vektor saling mengapit sudut 60° !

Diketahui :                  F_a = 30 N

                                    F_b = 50 N

Ditanyakan :    a) R = ................. ? (searah)

                        b) R = ................. ? (berlawanan arah)

                        c) R = ................. ?  α = 60°

a)      R = F_a  +  F_b                                        b) R = F_a  -  F_b

R = 30  +  50                                            R = 30  -  50          

R =  80 N                                                 R = - 20 N

                                    (tanda – menyatakan arah R sama dengan Fb)

 2.        Vektor V = 400 N dengan arah 30°  terhadap arah horizontal.

      Tentukan  komponen vektor diatas pada sumbu X dan sumbu Y !

      Diketahui :      V = 400 N

      Ditanyakan :    V_x = .................. ?

                               V_y = .................  ?

                        V_x  =  V Cos α                                                            V_y  =  V Sin α

                        V_x  =  400 Cos 30°                                          V_y  =  400 Sin 30°

                        V_x  =  400 0,87                                                V_y =  400 0,5

                        V_x  =  348 N                                                    V_y  =  200 N

  

3. Vektor P, Q dan S berturut-turut  200 N, 300 N dan 400 N dan arahnya 30° , 150° dan 210°  . Tentukan resultan dari ketiga vektor !

Diketahui :      P = 200 N

                        Q = 300 N

                        S = 400 N

Ditanyakan :    R = .................... ?

Untuk menghitung Resultan vektor yang lebih dari 2 vektor lebih mudah menggunakan tabel seperti dibawah : 

B.    Menguraikan Besaran Vektor

Perhatikan vektor P pada gambar  dibawah !

Arah vektor P adalah ke kanan atas, vektor ini dapat diuraikan menjadi dua komponen yaitu (Px) ke kanan dan (Py) ke atas seperti pada gambar.

Contoh 1

Sebuah vektor P mempunyai besar 200 satuan  dengan arah membentuk sudut 30 ˚ dengan sumbu X positif. Berapakah besar komponen vektor diatas pada sumbu X dan pada sumbu Y ?

            Diketahui  :     P = 200 satauan

                                    α = 30˚

            Diatanya    :     Px  ..... ?

                                    Py .....  ?

            a.         Px = P Cos α                                       b.         Py = P Sin α

                        Px = 200 Cos 30˚                                            Py = 200 Sin 30˚

                        Px = 200 . 0,5√3                                             Py = 200 . 0,5

                        Px = 100 √3 satuan                                         Py = 100 satuan

Contoh 2

            Komponen dari vektor A pada sumbu X adalah 150 satuan. Bila vektor A mengapit sudut 60˚ dengan sumbu X positif. Berapakah besar komponen vektor A pada sumbu Y dan berapa pula besar vektor A tersebut ?

            Diketahui :      Ax = 150 satuan

                                    α = 60˚

            Ditanya :         Ay ..........  ?

                                    A ............. ?

            a.         A_x        = A Cos α                                            b.         A² = (A_x)² + (A_y)²

                        150      = A Cos 60˚                                                    300²     = 150² + (A_y)²  

                        150      = A . 0,5                                                          90000 = 22500 + (A_y)²

                        A         = 150 / 0,5                                                       (A_y)²    = 90000 - 22500

                        A         = 300 satuan                                                    (A_y)²    = 67500

                                                                                                             A_y       = √67500 satuan

 

C.    Perkalian Besaran Vektor

1.      Dot Produck (Perkalian vektor dengan vektor hasilnya skalar)

      Misalnya F(vektor gaya) dan S (vektor perpindahan), Jika kedua vektor   diatas dikalikan hasilnya akan berupa sebuah sekalar yaitu W (Usaha). Secara Matermatika Dot Produck dapat ditulis :

                                          V₁ . V₂   =   V₁.V₂  Cos α

2.      Kros Produck (perkalian vektor dengan vektor hasilnya vektor)

      Misalnya F (vektor gaya) dan R (vektor posisi), jika keuda vektor tersebut dikalikan hasilnya akan berupa sebuah vektor baru yaitu  τ (Momen Gaya). Secara Matematika perkalian Kros Product dapat ditulis sbb :

                                          V₁  x  V₂   =   V₁.V₂  Sin α

Arah dari hasil perkalian vektor  dengan cara kros product dapat ditentukan dengan aturan putaran skrup, yaitu putaran skrup sama dengan arah putaran vektor melalui sudut terkecil sedangkan arah gerakan skrup menyatakan arah  vektor yang dihasilkan dari perkalian kros product.

3.      Perkalian vektor dengan sebuah bilangan

a . V  =   a V

Nah Untuk tes Online silakan Klik  TES ONLINE VEKTOR

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"

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