Difusi

Sekolah Kita

Kamis, 28 Januari 2010

Difusi

Pengantar

Pernah lihat asap ? asap rokok, asap knalpot, asap pabrik, asap hasil pembakaran sampah dkk…. Kalau kita perhatikan secara saksama, asap yang ngepul dari ujung rokok yang terbakar atau asap yang nyembur dari knalpot motor butut biasanya mula-mula masih bisa kita lihat… setelah beberapa saat, asap tidak bisa kita lihat lagi… aneh bin ajaib  si asap jalan-jalan ke mana ya ? Ada lagi contoh yang lain… Pernah pakai parfum ? ya pernah dong gurumuda, masa ya pernahlah  Walaupun dirimu nyemprot parfum di kamar pribadi, masilnya, ibu atau ayah mu di kamar sebelah bisa ikut2an menikmati keharuman parfum kesayanganmu… Pacar kesayangan yang lagi nunggu di ruang tamu juga bisa kebagian rejeki… wah, harumnya pacarku… malam mingguannya pasti asyik neh  hiks2… Kalau ibu lagi memasak makanan yang lezat dan mengundang selera di dapur, aroma masakan bisa dirasakan dari rumah tetangga… Mengapa bisa demikian ya ?

Masih banyak contoh lain… kalau dirimu memasukkan beberapa tetes tinta atau pewarna makanan ke dalam gelas yang berisi air bening, biasanya tinta atau pewarna makanan akan menyebar secara merata ke seluruh air… ingat ya, hal ini terjadi secara otomatis… kelihatannya sepele, tetapi sangat mengagumkan…

DIFUSI

Contoh yang telah gurumuda ulas sebelumnya merupakan beberapa peristiwa difusi yang sering kita alami dalam kehidupan sehari-hari… Difusi tuh apaan sich ? sejenis gorengan-kah ?  Difusi tuh proses berpindahnya molekul-molekul zat dari tempat yang berkonsentrasi tinggi menuju tempat yang berkonsentrasi rendah… Yang dimaksudkan dengan konsetrasi di sini adalah banyaknya molekul/mol zat per volume. Tempat yang berkonsentrasi tinggi adalah tempat di mana terdapat banyak molekul zat per volume. Sebaliknya tempat yang berkonsetrasi rendah adalah tempat di mana terdapat sedikit molekul atau bahkan tidak ada molekul per volume.

Ketika dirimu membakar sampah, biasanya konsentrasi asap di sekitar tempat pembakaran sampah cukup tinggi… Ketika seseorang merokok, tempat di sekitar ujung rokok yang terbakar biasanya memiliki konsetrasi asap yang tinggi… Karena terdapat perbedaan konsentrasi, maka molekul-molekul asap secara otomatis menyebar dari tempat yang berkonsetrasi tinggi menuju tempat yang berkonsetrasi rendah… Molekul-molekul asap yang pada mulanya ngumpul bareng akhirnya tercerai berai ke segala arah…

Ketika dirimu menyemprot parfum ke tubuh, tempat di mana parfum tersebut disemprot memiliki konsentrasi yang tinggi… karena terdapat perbedaan konsentrasi, maka molekul-molekul parfum bergerak dari tempat yang berkonsetrasi tinggi menuju tempat yang berkonsetrasi rendah… Pacar kesayangan yang lagi menunggu di ruang tamu pun kebagian rejeki… Seandainya molekul-molekul parfum tidak sampai pada tempat di mana pacarmu berada, tentu saja pacarmu tidak bisa menikmati harumnya parfum kesayanganmu…

Ketika dirimu memasukkan beberapa tetes tinta atau pewarna makanan ke dalam gelas yang berisi air bening, bagian air yang pertama kali ditetesi tinta atau pewarna makanan biasanya memiliki konsentrasi yang lebih tinggi… Karena terdapat perbedaan konsentrasi maka molekul-molekul tinta atau molekul-molekul pewarna makanan menyebar ke seluruh bagian air yang memiliki konsentrasi rendah… Proses difusi akan terhenti setelah konsentrasi molekul tinta dalam semua bagian air sama.

Perlu diketahui bahwa proses difusi bisa dijelaskan menggunakan teori kinetic (Teori kinetic mengatakan bahwa setiap zat terdiri dari molekul-molekul dan molekul-molekul tersebut bergerak terus menerus secara acak). Untuk lebih memahami hal ini, gurumuda menggunakan ilustrasi saja… tataplah gambar di bawah dengan penuh kelembutan…

Anggap saja ini gambar sebuah wadah yang berbentuk silinder, di mana semua bagian wadah penuh terisi air. Karena ditetesi tinta, maka air yang berada di permukaan wadah memiliki konsentrasi yang lebih tinggi daripada air yang ada di bagian dasar…

C₁ adalah bagian silinder atau bagian air yang memiliki konsentrasi tinggi, sedangkan C₂ adalah bagian silinder atau bagian air yang memiliki konsentrasi rendah… Untuk mempermudah analisis maka kita hanya meninjau gerakan molekul-molekul tinta pada bagian tengah silinder (delta x).

Jumlah molekul-molekul tinta pada C₁ lebih banyak (konsentrasi tinggi) daripada molekul-molekul tinta pada C₂ (konsentrasi rendah). Karena molekul-molekul tinta bergerak terus menerus secara acak, maka molekul-molekul tinta yang berada di C₁ mempunyai kemungkinan yang lebih besar untuk bergerak menuju bagian tengah silinder (delta x). Sebaliknya, jumlah molekul-molekul tinta yang berada di C₂ sangat sedikit sehingga mempunyai kemungkinan yang sangat kecil untuk bergerak menuju bagian tengah silinder (delta x). Dengan demikian, akan ada aliran total molekul-molekul tinta dari C₁ menuju C₂… Nah, sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh seorang ahli fisiologi yang bernama om Adolf Fick (1829-1901), ditemukan bahwa laju difusi sebanding alias berbanding lurus dengan perbedaan konsentrasi (C₂-C₁). Semakin besar perbedaan konsentrasi, semakin besar laju aliran molekul-molekul zat. Sebliknya, semakin kecil perbedaan konsentrasi, semakin kecil laju aliran molekul-molekul zat. Hal ini mungkin sesuai dengan dugaan kita bahwa perbedaan konsentrasi turut mempengaruhi laju aliran molekul-molekul…

Catatan :

Selain berpindah tempat dengan cara difusi, molekul-molekul zat (khususnya zat gas) juga bisa mengungsi dari satu tempat ke tempat lain menggunakan bantuan angin.

Penerapan Difusi dalam kehidupan sehari-hari

Seandainya tidak ada difusi, pacar kesayangan tidak bisa menikmati harumnya parfummu. Tanpa difusi, aroma masakan ibu di dapur yang lezat dan mengundang selera juga tidak bisa membuyarkan lamunanmu dan pingin secepatnya menghabiskan santapan bergizi yang tersedia di meja makan hiks2… Masih banyak contoh lain… Btw, difusi juga memiliki peran yang sangat penting bagi kelangsungan hidup manusia, hewan, tumbuhan dkk…

Tumbuh-tumbuhan biasanya membutuhkan karbondioksida (CO₂) untuk melakukan fotosintesis. Karena terdapat perbedaan konsentrasi CO₂ antara bagian dalam daun dengan udara luar, maka molekul-molekul CO₂ berbondong-bondong mengungsi ke dalam daun. Si CO₂ berdifusi ke dalam daun melalui stomata… lega rasanya, kata daun. Untung ada difusi, kalau tidak diriku bisa mati karena kekurangan CO₂ Sebaliknya, uap air dan oksigen berdifusi keluar…

Selain tumbuhan, kucing, tikus dkk juga bisa mati lemas jika tidak ada difusi… Kalau tumbuhan membutuhkan CO₂ untuk melakukan fotosintesis, maka kucing, tikus dkk membutuhkan oksigen untuk setiap reaksi yang menghasilkan energi… agar bisa tiba dengan selamat dalam sel-sel maka molekul-molekul oksigen tentu saja menggunakan cara difusi…

Na, sekarang giliran manusia… dirimu dan diriku juga bisa mati lemas jika tidak ada difusi… biasanya manusia menyedot oksigen melalui proses pernafasan. Setelah tiba dengan selamat di paru-paru, oksigen berdifusi menuju darah. Selanjutnya darah akan menghantar molekul-molekul oskigen menuju sel-sel tubuh. Setelah menghantar molekul-molekul oskigen menuju sel-sel tubuh, darah menggiring molekul-molekul karbondioksida yang dihasilkan sel-sel tubuh menuju paru-paru. Selanjutnya molekul-molekul karbondioskida berbondong-bondong melakukan difusi menuju udara luar. Selengkapnya bisa dipelajari pada mata pelajaran kimia, biologi dkk… bye

Referensi

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Diposkan oleh Hebi di 05:30 

Read More

Hukum Hukum Gas

Sekolah Kita

Kamis, 28 Januari 2010

                                                                      Hukum Hukum Gas

Pengantar

Dirimu pernah mendaki gunung kah ? kalau belum, mungkin pernah jalan-jalan ke puncak ? Biasanya udara di puncak lebih dingin. Siang hari saja sudah dingin apalagi malam hari… Kalau tidur tidak ditemani selimut, dirimu akan kedinginan sepanjang malam. Katanya di puncak gunung Jayawijaya (di Papua) atau puncak mount everest, suhu udara sangat dingin sehingga semuanya pada membeku. Kalau pingin es batu gratis, silahkan mendaki kedua gunung tersebut. Biasanya hanya orang-orang tangguh saja yang bisa sampai di puncak… Apalagi mount everest. Ada dua kemungkinan kalau orang mendaki mount everest : pulang dengan selamat atau “pergi” dengan tenang. Kemungkinan besar “pergi” dengan tenang

Aneh ya, mengapa udara di puncak lebih dingin ? Seharusnya udara di puncak lebih panas karena puncak khan lebih dekat dengan matahari. Tapi kenyataannya tidak seperti itu… Semakin tinggi suatu tempat diukur dari permukaan laut, semakin rendah suhu udara di tempat tersebut. Mengapa bisa demikian ?

Mengapa pokok bahasan ini disebut Teori kinetik gas ?

Pada pembahasan mengenai wujud-wujud zat (Ditinjau dari sifat mikroskopis), gurumuda telah mengulas perbedaan antara zat padat, zat cair dan zat gas berdasarkan sifat dan perilaku atom atau molekul penyusunnya. Gaya tarik (gaya elektromagnetik) antara atom-atom atau molekul-molekul penyusun zat padat sangat kuat sehingga mereka selalu bergetar pada posisi yang sama dan tetap berada dalam satu kesatuan. Istilah kerennya, mereka tidak tercerai berai alias tetap ngumpul. Lebih asyik ngumpul katanya… makan gak makan asal ngumpul  Ini yang menjadi alasan mengapa bentuk batu, besi, timah, emas dkk tampak padat. Semua bagian zat padat seolah-olah saling menempel.

Berbeda dengan zat padat, gaya tarik antara atom-atom atau molekul-molekul penyusun zat cair kurang kuat. Akibatnya, atom atau molekul penyusun zat cair bisa bergerak lebih bebas dan tumpang tindih dengan teman-temannya. Jadi tidak perlu heran mengapa air, minyak tanah, bensin dkk kelihatan cair dan bentuknya pun bisa berubah-ubah sesuai dengan wadah yang ditempatinya. Btw, walaupun bentuk zat cair bisa berubah-ubah, volume zat cair biasanya tetap. Hal ini dikarenakan gaya tarik antara atom atau molekul penyusun zat cair masih mampu menahan mereka untuk tetap ngumpul alias tidak tercerai berai.

Zat gas mau beda sendiri. Gaya tarik antara atom atau molekul penyusun zat gas sangat lemah. Akibatnya atom-atom atau molekul-molekul penyusun zat gas bisa bergerak sesuka hatinya dan dengan seenaknya mengucapkan selamat tinggal kepada temannya. Ketika mereka berpapasan pun paling cuma ciuman sebentar, setelah itu pisah lagi. Malas ngumpul katanya… lebih enak hidup sendiri…  Gaya tarik yang sangat lemah ini yang membuat atom-atom atau molekul-molekul penyusun zat gas tercerai berai sehingga lenyap dari penglihatan kita. Sampai di sini dirimu mual-mual atau pusink-pusink tidak ? hiks2… piss…

Karena atom-atom atau molekul-molekul penyusun zat gas bisa bergerak sesuka hatinya, maka pembahasan kita selanjutnya lebih difokuskan pada zat gas. Situasi untuk zat padat dan zat cair lebih beribet dan analisis kita pun akan menjadi lebih sulit. Jadi dirimu tidak perlu heran mengapa bagian ini disebut teori kinetik gas. Teori kinetik gas sebenarnya merupakan pengembangan dari teori kinetik. Teori kinetik mengatakan bahwa setiap zat terdiri dari atom-atom atau molekul-molekul dan atom-atom atau molekul-molekul tersebut bergerak terus menerus secara sembarangan. Dugaan teori kinetik ini cocok untuk situasi dan kondisi atom atau molekul penyusun zat gas.

Ketika bergerak, atom atau molekul penyusun zat gas pasti punya kecepatan. Atom atau molekul juga punya massa. Karena punya massa (m) dan kecepatan (v), maka tentu saja atom atau molekul mempunyai energi kinetik (EK) dan momentum (p). Energi kinetik : EK = ½ mv². Sedangkan momentum : p = mv. Kayanya bukan cuma energi kinetik (EK) dan momentum (p) saja, tetapi gaya (F) juga. Atom atau molekul khan jumlahnya banyak tuh. Ketika mereka bergerak ke sana kemari, pasti ada kemungkinan terjadi tumbukan. Jadi gaya muncul karena adanya perubahan momentum ketika terjadi tumbukan. Ingat lagi pembahasan mengenai impuls dan momentum.

Kita bisa mengatakan bahwa teori kinetik gas sebenarnya didasarkan pada energi kinetik, momentum dan gaya. Ketiga hal ini yang kita pelajari pada pokok bahasan dinamika gerak (hukum newton, impuls dan momentum). Bedanya, dalam teori kinetik gas kita menerapkan ilmu dinamika pada tingkat atom atau molekul penyusun zat gas.

Sifat makroskopis dan mikroskopis zat gas

Dirimu masih ingat materi suhu dan kalor tidak ? Kalau lupa, saran terbaik dari gurumuda adalah segera meluncur ke TKP dan pelajari kembali. Pokok bahasan suhu dan kalor + Teori kinetik gas tuh saling berkaitan. Bedanya, dalam pokok bahasan suhu dan kalor kita menganalisis keadaan suatu benda (termasuk gas) berdasarkan ukuran besar alias sifat makroskopisnya. Sedangkan dalam pokok bahasan teori kinetik gas, kita menganalisis keadaan suatu benda (terutama gas) berdasarkan ukuran kecil alias sifat mikroskopisnya. Kalau bingung dengan istilah makroskopis dan mikroskopis, pahami penjelasan gurumuda berikut ini…..

Misalnya udara… Ketika kita mengatakan : udara panas sekali (suhu udara tinggi), apa yang kita katakan mungkin hanya didasarkan pada hasil pengukuran (kita mengukur suhu udara menggunakan termometer) atau apa yang dirasakan tubuh. Kita tidak tahu apa yang terjadi dengan atom-atom atau molekul-molekul penyusun udara, sehingga udara bisa panas. Jadi ketika kita mengatakan udara panas sekali (suhu udara tinggi), sebenarnya kita hanya meninjau udara berdasarkan sifat makroskopis saja. Apabila yang kita analisis adalah massa, kecepatan, energi kinetik dan momentum atom-atom atau molekul-molekul penyusun udara, maka kita dikatakan meninjau udara berdasarkan sifat mikroskopis. Sampai di sini du yu andersten ?

Nah, sifat makroskopis zat gas bisa diukur secara langsung, sedangkan sifat mikroskopis tidak bisa diukur secara langsung. Besaran-besaran yang menyatakan sifat makroskopis zat gas adalah suhu alias temperatur, volume, tekanan. Suhu udara bisa kita ukur menggunakan termometer. Volume udara juga bisa kita ukur. Kalau dirimu niup balon, biasanya semakin banyak udara yang masuk ke dalam balon, balon semakin mengembung. Dalam hal ini volume balon bertambah akibat adanya peningkatan volume udara dalam balon. Demikian juga ketika dirimu menambah angin pada ban mobil atau ban sepeda motor. Setelah mendapat sumbangan angin, ban yang pada mulanya kempis menjadi gemuk (volume ban bertambah). Selain suhu dan volume, tekanan udara juga bisa diukur. Masih ingat materi fluida statis ? Pada pokok bahasan Tekanan pada fluida, gurumuda sudah menjelaskan panjang lebar mengenai tekanan udara dan bagaimana mengukur tekanan udara.

Pada kesempatan ini, terlebih dahulu kita bahas besaran-besaran yang menyatakan sifat makroskopis zat gas, seperti suhu, volume, tekanan dan bagaimana hubungan antara besaran-besaran tersebut. Hubungan antara sifat makroskopis (suhu, volume, tekanan zat gas) dan sifat mikroskopis (kecepatan, energi kinetik, momentum atom/molekul penyusun zat gas) akan kita oprek pada episode berikutnya…

Hubungan antara Suhu (T) dan Volume (V)

Dalam pokok bahasan suhu dan kalor, kita mengenal besaran suhu alias temperatur (T). Suhu alias temperatur merupakan ukuran panas atau dinginnya suatu benda… Selain suhu, kita juga mengenal besaran volume (V). Suhu udara dan volume udara memiliki keterkaitan. Volume udara bisa berubah apabila suhu udara berubah. Jika suhu udara meningkat, maka volume udara bertambah (udara memuai)… Sebaliknya kalau suhu udara menurun, maka volume udara akan berkurang (udara menyusut). Ingat lagi pokok bahasan pemuaian (materi suhu dan kalor). Kita bisa mengatakan bahwa suhu udara berbanding lurus alias sebanding dengan volume udara. Secara matematis bisa ditulis seperti ini :

Hubungan antara Tekanan (P) dan Suhu (T)

Selain suhu dan volume, ada juga besaran tekanan (P). Masih ingat pokok bahasan fluida statis ? Dalam fluida statis, gurumuda sudah menjelaskan secara panjang pendek mengenai tekanan (P), khususnya tekanan udara. Ingat ya, tekanan fluida (zat cair atau gas) selalu bertambah terhadap kedalaman atau semakin berkurang terhadap ketinggian. Misalnya air yang berada di dasar wadah memiliki tekanan yang lebih besar daripada air yang berada di permukaan wadah. Jadi tekanan air di dasar lebih besar daripada di permukaan. Demikian juga dengan udara… “Dasar udara” tuh ada di permukaan laut atau dekat tepi pantai. Semakin ke atas, tekanan udara semakin kecil… Apalagi di puncak gunung…

Biasanya udara di puncak gunung lebih dingin (suhu udara lebih rendah). Demikian juga tempat-tempat yang letaknya di dataran tinggi (Bandung dkk). Sebaliknya tempat-tempat yang lebih dekat dengan permukaan laut (jakarta, surabaya, semarang, makasar, yogya) lebih panas. Berdasarkan kenyataan ini, kita bisa menyimpulkan bahwa suhu (T) dan tekanan (P) memiliki hubungan. Semakin besar tekanan udara, semakin tinggi suhu udara tersebut (udara makin panas). Sebaliknya, semakin kecil tekanan udara, semakin rendah suhu udara tersebut (udara makin dingin). Dengan kata lain, tekanan udara berbanding lurus alias sebanding dengan suhu udara. Secara matematis bisa ditulis seperti ini :

Hubungan antara Tekanan (P) dan Volume (V)

Untuk membantu meninjau hubungan antara tekanan (P) dan volume (V), gurumuda ingin mengajakmu berimajinasi sejenak. Amati gambar di bawah… Permukaan wadah yang berwarna biru bisa digerakkan naik turun. Di dalam wadah ada udara. Volume udara dalam wadah 1 (volume 1) lebih besar dari volume udara dalam wadah 2 (volume 2). Volume udara dalam wadah 2 (volume 2) lebih besar dari volume udara dalam wadah 3 (volume 3). Jadi volume 1 > volume 2 > volume 3.

Catatan :

Gambar ini disederhanakan menjadi 2 dimensi. Btw, anggap saja ini gambar 3 dimensi (volume = panjang x lebar x tinggi).

Mula-mula permukaan wadah yang berwarna biru diam alias tidak bergerak (gambar 1). Ketika permukaan wadah yang berwarna biru didorong ke bawah dengan gaya F₁, volume udara dalam wadah menjadi lebih kecil (gambar 2). Didorong lagi ke bawah dengan gaya F₂, volume udara menjadi semakin kecil (volume 3). Ingat ya, untuk membuat volume udara menjadi lebih kecil tentu saja diperlukan gaya dorong yang lebih besar. Jadi gaya F₂ tentu saja lebih besar dari F₁.

Sekarang tataplah persamaan di bawah :

Luas permukaan wadah sama, karenanya besar Tekanan (P) hanya dipengaruhi oleh gaya (F) saja. Berdasarkan persamaan di atas, tampak bahwa Tekanan berbanding lurus dengan Gaya. Semakin besar Gaya, semakin besar Tekanan. Karena gaya F₂ lebih besar dari gaya F₁ , maka Tekanan udara pada wadah 3 (gambar 3) tentu saja lebih besar dari Tekanan udara pada wadah 2 (gambar 2). Jadi P₃ > P₂. Sebaliknya, volume udara pada wadah 3 (gambar 3) malah lebih kecil daripada volume udara pada wadah 2 (gambar 2). Bahasa gaulnya V₃ <>2. Kita bisa mengatakan bahwa Tekanan udara (P) berbanding terbalik dengan volume udara (V). Semakin besar tekanan udara, semakin kecil volume udara tersebut. Sebaliknya semakin kecil tekanan udara, semakin besar volume udara tersebut. Secara matematis ditulis seperti ini :

Sejauh ini kita masih meninjau hubungan antara suhu, volume dan tekanan secara terpisah. Pertama kita hanya meninjau hubungan antara Suhu (T) dan volume (V) saja. Setelah itu kita meninjau hubungan antara Tekanan (P) dan Suhu (T). Terakhir kita meninjau hubungan antara Tekanan (P) dan Volume (V). Perlu diketahui bahwa suhu, volume dan tekanan gas memiliki keterkaitan erat. Ketiga besaran ini saling mempengaruhi. Apabila salah satu besaran berubah, kedua besaran lain akan berubah. Misalnya ketika suhu gas mengalami perubahan, volume dan tekanan gas ikut2an berubah. Apabila tekanan gas berubah, maka suhu dan volume zat gas juga ikut2an berubah. Masalahnya sekarang kita tidak tahu secara pasti seberapa besar perubahan yang terjadi. Kalau suhu gas bertambah 3^oC, misalnya, besarnya perubahan yang dialami oleh volume dan tekanan tuh berapa ? Minimal harus bisa dihitung… Berdasarkan kenyataan ini, alangkah baiknya jika tinjau hubungan kuantitatif antara suhu, volume dan tekanan.

Catatan :

Hubungan kuantitatif = hubungan yang bisa dinyatakan dengan persamaan. Melalui persamaan tersebut kita bisa menghitung dan meramalkan besarnya perubahan yang terjadi.

HUKUM-HUKUM GAS (persamaan keadaan)

Setiap zat alias materi, termasuk zat gas terdiri dari atom-atom atau molekul-molekul. Karena atom atau molekul mempunyai massa maka tentu saja zat gas juga mempunyai massa. Hubungan antara massa, suhu, volume dan tekanan zat gas dikenal dengan julukan persamaan keadaan. Jadi persamaan keadaan sebenarnya merupakan persamaan yang menggambarkan kondisi makroskopis zat gas.

Salah satu teknik yang sering dipakai dalam ilmu fisika untuk membantu menurunkan hubungan antara beberapa besaran adalah menjaga agar salah satu besaran selalu konstan (konstan = tetap = tidak berubah). Misalnya begini… Kalau kita ingin mengetahui hubungan antara suhu dan tekanan gas, maka volume gas dijaga agar selalu konstan. Kalau kita ingin mengetahui hubungan antara suhu dan volume gas maka tekanan gas dijaga agar selalu konstan. Demikian juga kalau kita ingin mengetahui hubungan antara tekanan dan volume gas maka suhu gas dijaga agar selalu konstan. Ingat ya, ketiga besaran ini saling mempengaruhi. Ketika salah satu besaran berubah, maka besaran yang lain akan berubah. Karenanya jika kita tidak menggunakan teknik ini, maka kita tidak akan bisa mengetahui secara pasti bagaimana hubungan kuantitatif antara satu besaran dengan besaran lain. Btw, dirimu dan diriku tidak perlu melakukan eskperimen lagi…. Om-om ilmuwan sudah melakukannya untuk kita. Tapi kalau dirimu ingin melakukan eksperimen lagi juga silahkan….

Hubungan antara volume dan tekanan gas (suhu gas konstan)

Almahrum Robert Boyle (1627-1691) melakukan eksperimen alias percobaan untuk menyelidiki hubungan kuantitaif antara tekanan dan volume gas. Percobaan ini dilakukan dengan memasukan sejumlah gas tertentu ke dalam sebuah wadah tertutup. Sampai pendekatan yang cukup baik, om obet menemukan bahwa apabila suhu gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, volume gas semakin berkurang. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, volume gas semakin bertambah. Istilah kerennya tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas. Hubungan ini dikenal dengan julukan Hukum Boyle. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

Arti dari persamaan 1 adalah : pada suhu (T) konstan, apabila tekanan (P) gas berubah maka volume (V) gas juga berubah sehingga hasil kali antara tekanan dan volume selalu konstan. Dengan kata lain, apabila tekanan gas bertambah, maka volume gas berkurang atau sebaliknya jika tekanan gas berkurang maka volume gas bertambah, sehingga hasil kali antara tekanan dan volume selalu konstan.

Grafik yang menyatakan hubungan antara volume dan tekanan tampak seperti pada gambar di bawah.

Catatan :

Pertama, berdasarkan hasil percobaannya, om obet menemukan bahwa volume gas tidak mengalami perubahan secara teratur. Kadang cepat kadang lambat… Karenanya dirimu tidak perlu bingung mengapa garis pada grafik di atas kelihatan melengkung. Seandainya volume gas berubah secara teratur maka garis akan tampak lurus. Tapi kenyataannya tidak seperti itu. Waktu masih sekolah gurumuda bingung juga dengan persoalan ini. Kalau volume gas berbanding terbalik dengan tekanan, mengapa garisnya tidak lurus saja, kok harus pake melengkung segala. Baru tahu jawabannya di kemudian hari 

Kedua, tekanan yang dimaksudkan di sini adalah tekanan absolut, bukan tekanan ukur. Kalau bingung, baca lagi pembahasan mengenai Tekanan Dalam Fluida (materi fluida statis)

Hubungan antara suhu dan volume gas (tekanan gas bernilai tetap)

Seratus tahun setelah om Obet Boyle menemukan hubungan antara volume dan tekanan, seorang ilmuwan berkebangsaan Perancis yang bernama om Jacques Charles (1746-1823) menyelidiki hubungan antara suhu dan volume gas. Berdasarkan hasil percobaannya, om Cale menemukan bahwa apabila tekanan gas selalu konstan, maka ketika suhu gas bertambah, volume gas pun ikut2an bertambah. Sebaliknya ketika suhu gas berkurang, volume gas pun ikut2an berkurang.

Hubungan antara suhu dan volume dinyatakan melalui grafik di bawah…

Perubahan volume gas akibat adanya perubahan suhu, terjadi secara teratur. Karenanya dirimu tidak perlu heran mengapa garis pada grafik ini tampak lurus (garisnya memang miring tapi bentuknya lurus alias tidak melengkung). Apabila garis pada grafik digambarkan sampai suhu yang lebih rendah maka garis akan memotong sumbu di sekitar -273 ^oC. Berdasarkan banyak percobaan yang pernah dilakukan, ditemukan bahwa walaupun besarnya perubahan volume setiap gas berbeda-beda, tetapi ketika garis pada grafik V-T digambarkan sampai suhu yang lebih rendah maka garis selalu memotong sumbu di sekitar -273 ^oC. Jadi semua gas bernasib sama… Kita bisa mengatakan bahwa seandainya gas didinginkan sampai -273 ^oC maka volume gas = 0. Apabila gas didinginkan lagi hingga suhunya berada di bawah -273 ^oC maka volume gas akan bernilai negatif. Aneh khan kalau volume sampai bernilai negatif…. volume gas = 0 saja diriku sudah sulit membayangkannya apalagi volume gas bernilai negatif. Tentu saja tidak mungkin… Cukup logis kalau kita mengatakan bahwa -273 ^oC merupakan suhu terendah yang bisa dicapai. Karena garis memotong sumbu di sekitar -273 ^oC maka sesuai dengan kesepakatan bersama, di tetapkan bahwa suhu terendah yang bisa dicapai adalah -273,15 ^oC.

-273,15 ^oC dikenal dengan julukan suhu nol mutlak dan dijadikan acuan skala mutlak alias skala Kelvin. Kelvin adalah nama almahrum Lord Kelvin (1824-1907), mantan fisikawan Inggris. Pada skala ini, suhu dinyatakan dalam Kelvin (K), bukan derajat Kelvin (^OK). Jarak antara derajat sama seperti pada skala celcius. 0 K = -273,15 ^oC dan 273,15 K = 0 ^oC. Suhu dalam skala Celcius dapat diubah menjadi skala Kelvin dengan menambahkan 273,15, suhu dalam skala Kelvin bisa diubah menjadi skala Celcius dengan mengurangi 273,15. Secara matematis, bisa ditulis sebagai berikut :

T (K) = T (^oC) + 273,15

T (^oC) = T (K) – 273,15

Keterangan :

T = Temperatur alias suhu

K = Kelvin

C = Celcius

Jika suhu dinyatakan dalam skala Kelvin maka grafik di atas akan tampak seperti gambar di bawah…

Grafik hubungan antara volume dan suhu ini mirip seperti grafik sebelumnya. Yang diubah hanya skala suhu saja. Perubahan volume gas tetap berbanding lurus dengan perubahan suhu gas, yang ditandai dengan garis lurus yang melalui titik asal (0). Berdasarkan grafik ini, bisa disimpulkan bahwa pada tekanan tetap, volume gas selalu berbanding lurus dengan suhu mutlak gas. Apabila suhu mutlak gas bertambah maka volume gas juga bertambah, sebaliknya apabila suhu mutlak gas berkurang maka volume gas juga berkurang. Hubungan ini dikenal dengan julukan hukum Charles. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

Hukum Charles juga bisa ditulis seperti ini :

Arti dari persamaan 1 adalah : pada tekanan (P) konstan, apabila suhu mutlak (T) gas berubah maka volume (V) gas juga berubah sehingga hasil perbandingan antara suhu mutlak dan volume selalu konstan. Dengan kata lain, jika suhu mutlak gas bertambah, maka volume gas juga bertambah atau sebaliknya jika suhu mutlak gas berkurang maka volume gas juga berkurang, sehingga hasil perbandingan antara suhu dan volume selalu konstan.

Catatan :

Yang dimaksudkan dengan suhu mutlak gas adalah suhu gas yang dinyatakan dalam skala Kelvin. Apabila suhu masih dalam skala Celcius, maka ubah terlebih dahulu ke dalam skala Kelvin.

Hubungan antara Tekanan gas dan Suhu gas (volume gas bernilai tetap)

Setelah om Obet dan om Cale mengabadikan namanya dalam ilmu fisika, om Joseph Gay-Lussac (1778-1850) pun tidak mau ketinggalan. Berdasarkan percobaan yang dilakukannya, om Jose menemukan bahwa apabila volume gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, suhu mutlak gas pun ikut2an bertambah. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, suhu mutlak gas pun ikut2an berkurang. Istilah kerennya, pada volume konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlak gas. Hubungan ini dikenal dengan julukan Hukum Gay-Lussac. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

Hukum Gay-Lussac juga bisa ditulis seperti ini :

Arti dari persamaan 1 adalah : pada volume (V) konstan, apabila tekanan (P) gas berubah maka suhu mutlak (T) gas juga berubah sehingga hasil perbandingan antara tekanan dan suhu mutlak selalu konstan. Dengan kata lain, jika tekanan gas bertambah, maka suhu mutlak gas juga bertambah atau sebaliknya jika tekanan gas berkurang maka suhu mutlak gas juga berkurang, sehingga hasil perbandingan antara tekanan dan suhu selalu konstan.

Catatan :

Yang dimaksudkan dengan suhu mutlak gas adalah suhu gas yang dinyatakan dalam skala Kelvin. Apabila suhu masih dalam skala Celcius, maka ubah terlebih dahulu ke dalam skala Kelvin.

Perlu diketahui bahwa hukum Boyle, hukum Charles dan hukum Gay-Lussac memberikan hasil yang akurat apabila tekanan dan massa jenis gas tidak terlalu besar. Di samping itu, ketiga hukum tersebut juga hanya berlaku untuk gas yang suhunya tidak mendekati titik didih. Berdasarkan kenyataan ini, bisa disimpulkan bahwa hukum Boyle, hukum Charles dan hukum Gay-Lussac tidak bisa diterapkan untuk semua kondisi gas. Oya, yang dimaksudkan dengan gas di sini adalah zat gas yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Istilah kerennya gas riil alias gas nyata… misalnya oksigen, nitrogen dkk…

Karena hukum Boyle, Hukum Charles dan hukum Gurumuda… eh hukum Gay-Lussac tidak bisa berlaku untuk semua kondisi gas riil, maka kita memerlukan sebuah pendekatan baru. Pada episode berikutnya, dirimu akan berkenalan dengan konsep Gas Ideal alias gas sempurna. Gas ideal ini tidak ada dalam kehidupan sehari-hari. Gas ideal hanya sebuah model ideal saja, mirip seperti konsep benda tegar dan fluida ideal. Jadi kita menganggap ketiga hukum gas di atas berlaku dalam semua kondisi gas ideal.

Catatan :

Pertama, dalam menyelesaikan soal-soal hukum gas, suhu alias temperatur harus dinyatakan dalam skala Kelvin

Kedua, apabila tekanan gas masih berupa tekanan ukur, ubah terlebih dahulu menjadi tekanan absolut. Tekanan absolut = tekanan atmosfir + tekanan ukur

Contoh soal 1 : Hukum Boyle (hubungan volume vs tekanan pada suhu konstan)

Pada suhu 20 ^oC, gas karbon dioksida memiliki volume = 20 liter dan tekanan ukur = 4 x 10⁵ N/m². Berapakah volume gas jika tekanan ukurnya diturunkan menjadi 2 x 10⁵ N/m² ?

Panduan jawaban :

1 N/m² = 1 Pa (satu pascal)

Tekanan atmosfir (P_atm) = 1,01 x 10⁵ Pa = 1,01 x 10² kPa = 101 kPa (kPa = kilo pascal)

Tekanan ukur 1 = 4 x 10⁵ N/m² = 400 kPa

Tekanan ukur 2 = 2 x 10⁵ N/m² = 200 kPa

Yang diketahui adalah tekanan ukur. Oprek dulu menjadi tekanan absolut. Tekanan absolut = Tekanan atm + Tekanan ukur

P₁ = P_atm + P_{ukur 1} = 101 kPa + 400 kPa = 501 kPa

P₂ = P_atm + P_{ukur 2} = 101 kPa + 200 kPa = 301 kPa

V₁ = 20 liter

V₂ = ?

Sekarang kita tumbangkan soal

Jika tekanan diturunkan, maka volume gas bertambah menjadi 33,3 liter

33,3 L = 33,3 x 10³ mL = 33,3 x 10³ cm³

33,3 L = 33,3 dm³ = 33,3 x 10^-3 m³

Keterangan :

L = liter

mL = mili liter

cm³ = centimeter kubik

dm³ = desimeter kubik

m³ = meter kubik

Contoh soal 2 : Hukum Charles (hubungan volume vs suhu pada tekanan konstan)

Pada tekanan 101 kPa, suhu sejumlah gas oksigen = 20 ^oC dan volumenya = 20 liter. Berapakah volume gas oksigen jika suhunya dinaikan menjadi 40 ^oC ?

Panduan jawaban :

T₁ = 20 ^oC + 273 = 293 K

T₂ = 40 ^oC + 273 = 313 K

V₁ = 20 L

V₂ = ?

Jika suhu gas oksigen dinaikkan maka volumenya juga bertambah menjadi 21,4 Liter. Besarnya pertambahan volume gas adalah : 21,4 liter – 20 liter = 1,4 liter

Contoh soal 3 : Hukum Gay-Lussac (hubungan tekanan vs suhu pada volume konstan)

Pada suhu 20 ^oC, tekanan ukur ban mobil = 300 kPa. Setelah mobil melaju dengan kecepatan tinggi, suhu di dalam ban naik menjadi 40 ^oC. Berapa tekanan di dalam ban sekarang ?

Panduan jawaban :

T₁ = 20 ^oC + 273 = 293 K

T₂ = 40 ^oC + 273 = 313 K

P₁ = P_atm + P_{ukur 1} = 101 kPa + 300 kPa = 401 kPa

P₂ = ?

Kurangi dulu dengan tekanan atmosfir

P₂ = 428,4 kPa – 101 kPa = 327,4 kPa

Setelah suhu di dalam ban meningkat menjadi 40 ^oC, tekanan dalam ban bertambah menjadi 327,4 kPa. Ini adalah tekanan ukur. Besarnya pertambahan tekanan adalah : 327,4 kPa – 300 kPa = 27,4 kPa

Kalau dihitung dalam persentase :

Kenaikan tekanan di dalam ban sebesar 0,09 %

Berikut ini seperangkat peralatan perang dan amunisi yang mungkin dibutuhkan :

Volume

1 liter (L) = 1000 mililiter (mL) = 1000 centimeter kubik (cm³)

1 liter (L) = 1 desimeter kubik (dm³) = 1 x 10^-3 m³

Tekanan

1 N/m² = 1 Pa

1 atm = 1,013 x 10⁵ N/m² = 1,013 x 10⁵ Pa = 1,013 x 10² kPa = 101,3 kPa (biasanya dipakai 101 kPa)

Pa = pascal

atm = atmosfir

Referensi

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Diposkan oleh Hebi di 05:30 

Read More

Teori atom dan Teori kinetik

Sekolah Kita

Kamis, 28 Januari 2010

                                                                Teori atom dan Teori kinetik

Pengantar

Teori atom dan teori kinetik. Istilah apa lagi ini, bikin pusink saja. Teori atom dan teori kinetik tuh semacam kue, enak sekali… terasa lezat dan nikmat di otak… hiks2… Omong soal atom, pasti langsung ingat bom atom. Hirosima dan nagasaki langsung hancur lebur dalam sekejap, bikin orang jepang pada stress. Amerika dan kroni2nya senang, Indonesia pun ikut2an senang, lumayan mempercepat kemerdekaan. Si Dai Nippon ini sudah keterlaluan jadi sekali-sekali dihajar saja biar kapok. Untung ada fisika ya….  Btw, sebenarnya atom tuh apa sich ? sejenis roti bakar-kah

Sebelum kita membahas teori kinetik gas dkk, terlebih dahulu kita pelajari teori atom dan teori kinetik. Bagaimanapun ini merupakan pengetahuan dasar yang perlu dipahami dengan baik. Seperti biasa, dari balik blog gurumuda mengucapkan selamat bertempur, semoga dirimu tidak lari terbirit-birit… he2…. piss….

Teori atom

Sejak ribuan tahun lalu, orang yunani kuno percaya bahwa setiap zat murni (misalnya emas murni, besi murni , tembaga dll) terdiri dari atom-atom. Orang yunani sok tahu saja. Menurut mereka, kalau sebuah zat murni dipotong menjadi kecil, lalu potongan kecil tersebut dipotong lagi, lalu di potong lagi… demikian seterusnya, maka akan ada potongan terkecil yang tidak bisa dipotong lagi. Potongan terkecil yang tidak bisa dipotong lagi itu diberi julukan “atom”. Atom artinya “tidak dapat dibagi” (bahasa orang yunani)

(Pada waktu itu memang atom dianggap tidak bisa dibagi lagi. Tapi di kemudian hari beberapa om jenius menemukan elektron dan inti atom (proton dan neutron) sehingga anggapan bahwa atom tidak bisa dibagi lagi telah ditendang. Jadi atom tuh terdiri dari elektron (bermuatan negatif) dan inti atom. Elektron-elektron berjingkrak-jingkrak mengitari inti atom. Di dalam inti atom terdapat proton (bermuatan positif) dan neutron (netral alias tidak bermuatan). Bukan cuma ini, masih ada lagi… pernah dengar quark dkk ? nanti baru kita oprek dalam pokok bahasan tersendiri… Ok, kembali ke laptop)

Perlu diketahui bahwa teori atom juga punya saingan. Kalau dalam dunia perpolitikan, istilahnya oposisi. Kalau dalam dunia pertemanan, istilahnya lawan alias musuh bebuyutan. hehe… Ada sebuah teori lain, namanya teori kontinu (kontinu = berkelanjutan). Teori ini mengatakan bahwa zat murni tuh bisa dibagi lagi sampai tak berhingga. Menurut teori ini tidak ada yang namanya potongan terkecil. Potongan terkecil masih bisa dipotong-potong dan diulek-ulek lagi menjadi lebih kecil. Dipotong lagi dan diulek lagi… demikian seterusnya menjadi tak berhingga.

Dari kedua teori ini, mana yang benar ? Teori atom yang benar atau teori kontinu ? Mene ketehe…  Dalam ilmu fisika, setiap teori akan diakui secara ilmiah kalau teori tersebut bisa dibuktikan dalam eksperimen alias percobaan. Nah, pada abad 18, 19 dan 20, melalui eksperimen yang dilakukan oleh om-om ilmuwan yang kurang kerjaan, teori atom ternyata terbukti benar (kebanyakan dibuktikan dari analisis reaksi kimia). Masa sich ? yawdah kalo dirimu tidak percaya…

Sebelum membahas pembuktian teori atom, terlebih dahulu baca pesan-pesan berikut ini :

Unsur, senyawa, molekul dan atom

Dirimu sudah dapat pelajaran kimia tentang unsur dan senyawa ? mudah2an belum  Gurumuda ulas lagi ya, biar dirimu lebih nyambung dengan penjelasan selanjutnya…

Unsur merupakan zat murni yang tidak dapat dibagi lagi menjadi zat lain secara kimia, misalnya emas (Au), besi (Fe), tembaga (Cu), seng (Zn), Natrium (Na), Calsium (Ca), klor (Cl), Nitrogen (N), oksigen (O), hidrogen (H) dkk. Selain unsur, ada juga yang namanya senyawa. Senyawa terdiri dari unsur-unsur. Karena terdiri dari unsur-unsur, maka senyawa masih bisa dibagi lagi menjadi unsur-unsur. Contoh senyawa adalah air. Bagian terkecil dari unsur adalah atom, sedangkan bagian terkecil dari senyawa adalah molekul. Molekul terdiri dari atom-atom yang saling nempel.

Biar dirimu lebih paham, gurumuda pakai penjelasan panjang lebar saja. Pernah lihat emas murni (emas 24 karat) ? emas murni merupakan salah satu contoh unsur. Emas murni sebenarnya terdiri dari atom-atom emas (Au). Atau contoh lain…. Pernah lihat potongan besi ? Potongan besi juga merupakan salah satu contoh unsur. Besi terdiri dari atom-atom besi (Fe). Intinya, yang namanya unsur tuh zat murni yang terdiri dari atom-atom sejenis. Kalau atom emas ya atom emas semua, kalau atom besi ya atom besi semua. Tidak pake campur. Unsur sudah. Sekarang giliran senyawa. Dirimu pernah lihat air khan ? Air yang sering dirimu lihat, pegang dan minum tuh terdiri dari molekul-molekul air (rumus kimianya H₂O). Molekul air terdiri dari dua atom Hidrogen (H) dan satu atom oksigen (O). Lanjut ya….

Berikut ini beberapa pembuktian teori atom :

Pertama, hukum perbandingan tetap.

Hukum perbandingan tetap mengatakan bahwa apabila unsur-unsur bergabung menjadi senyawa, maka senyawa yang terbentuk memiliki perbandingan massa yang sama. Contohnya garam… Ingat ya, garam yang kita lihat merupakan suatu senyawa yang terdiri dari molekul-molekul garam (rumua kimianya NaCl). Secara alami, molekul garam selalu terbentuk dari 23 bagian natrium (Na) dan 35 bagian klor (Cl). Musuh bebuyutan teori atom tidak bisa menjelaskan hal ini, tetapi teori atom bisa menjelaskannya. Menurut teori atom, atom merupakan bagian terkecil dari unsur. Karenanya atom tentu punya massa. Nah, perbandingan massa unsur-unsur yang membentuk suatu senyawa pasti berkaitan dengan massa relatif atom-atom pembentuk unsur tersebut. Berdasarkan jumlah setiap unsur yang membentuk senyawa, om-om ilmuwan menentukan massa relatif atom. Dikatakan relatif karena massa relatif atom suatu unsur dibandingkan dengan massa relatif atom unsur lain…

Hidrogen merupakan atom yang paling ringan, karenanya digunakan sebagai patokan. Massa relatif atom hidrogen (H) diberi nilai 1. Dengan menggunakan massa relatif atom hidrogen sebagai patokan, maka massa relatif atom karbon (C) diberi nilai 12, massa relatif atom oksigen (O) diberi nilai 16 dst… (lihat saja tabel periodik unsur). Massa relatif atom karbon = 12 itu artinya massa satu atom karbon 12 kali lebih besar dari massa satu atom hidrogen (H). Massa relatif atom oksigen = 16 itu artinya massa satu atom oksigen 16 kali lebih besar dari massa satu atom Hidrogen (H). Yang gurumuda ulas ini baru massa relatif atom, bukan massa atom.

Dalam Sistem Internasional (SI) kita mempunyai standar massa, yakni sebuah platina iridium yang disimpan di lembaga berat dan ukuran internasional (Perancis). Berdasarkan perjanjian internasional, massa platina iridium tersebut adalah 1 kg. Ini merupakan kilogram standar. Nah, dalam skala atomik, kita juga mempunyai standar massa kedua, yakni atom karbon ¹²C. Berdasarkan perjanjian internasional, massa 1 atom karbon ¹²C adalah 12,0000 satuan massa atom terpadu (unified atomic mass units, disingkat u).

1 u = 1,66 x 10^-27 kg.

Massa 1 atom Karbon (C) = 12,0000 u, massa 1 atom Hidrogen (H) = 1,0078 u, massa 1 atom Oksigen (O) = 15,9994 u, massa 1 atom Natrium = 22,9897 u dst… Mengenai massa atom, selengkapnya bisa dilihat di tabel periodik unsur.

Selain massa atom, ada juga yang namanya massa molekul. Massa molekul merupakan jumlah total massa atom-atom yang membentuk suatu molekul. Contoh… massa molekul garam (NaCl) = massa satu atom Natrium (Na) + massa satu atom Klor (Cl). Massa molekul air (H₂O) = massa 2 atom hidrogen (H) + massa satu atom oksigen (O).

Kedua, gerak brown

Bukan brondong tapi brown. he2… Kisahnya begini… Pada jaman dahulu kala, hiduplah seorang ahli biologi berkebangsaan Inggris yang bernama om Robert Brown. Katanya Om obet waktu itu sedang meneliti serbuk sari yang dimasukkan ke dalam air (Tahun 1827). Air dan serbuk sari dilihat pake mikroskop. Om obet kaget bukan main-main karena merasa aneh setelah melihat si serbuk sari bergerak sendiri. Aneh karena air khan lagi diam, masa serbuk sari bergerak. Arah gerakan serbuk sari sembarang saja tapi berkelanjutan alias kontinu. Biar paham, tataplah gambar di bawah dengan penuh kelembutan.

Waktu itu om obet menduga bahwa gerakan tersebut merupakan suatu bentuk kehidupan. Maksudnya si serbuk sari hidup, sehingga bisa jalan-jalan (serbuk sari termasuk zat organik. Zat organik = zat hidup, sedangkan zat tak organik = zat yang tak hidup alias benda mati). Tapi dugaannya keliru besar karena partikel tak organik yang berukuran kecil seperti serbuk sari juga bergerak ketika dimasukkan dalam air. Gerakan seperti ini dinamakan gerak brown, pake nama om obet brown.

Penemuan om obet ini belum bisa dijelaskan sampai dikembangkannya teori kinetik. Pending sebentar… Ikuti terus kisahnya ya, makin asyik saja neh….

Teori kinetik

Kinetik artinya bergerak (bahasa orang yunani). Teori kinetik mengatakan bahwa setiap zat terdiri dari atom-atom atau molekul-molekul dan atom-atom atau molekul-molekul tersebut bergerak terus menerus secara sembarangan.

Ketika bergerak, atom atau molekul pasti punya kecepatan. Atom atau molekul juga punya massa. Karena punya massa (m) dan kecepatan (v), maka tentu saja atom atau molekul mempunyai energi kinetik (EK) dan momentum (p). Energi kinetik : EK = ½ mv². Sedangkan momentum : p = mv. Kayanya bukan cuma energi kinetik (EK) dan momentum (p) saja, tetapi gaya (F) juga. Atom atau molekul khan jumlahnya banyak tuh. Ketika mereka bergerak ke sana kemari, pasti ada kemungkinan terjadi tumbukan. Jadi gaya muncul karena adanya perubahan momentum ketika terjadi tumbukan. Ingat lagi pembahasan mengenai impuls dan momentum. Kalau sudah lupa, segera meluncur ke TKP…

Kita bisa mengatakan bahwa teori kinetik sebenarnya didasarkan pada energi kinetik, momentum dan gaya. Ketiga hal ini yang kita pelajari pada pokok bahasan dinamika gerak (hukum newton, impuls dan momentum). Bedanya, dalam teori kinetik kita menerapkan ilmu dinamika pada tingkat atom atau molekul. Teori kinetik dikembangkan oleh om obet Boyle (1627-1691), om Daniel Bernoulli (1700-1782), om Jimi Joule (1818-1889), om Kronig (1822-1879), om Rudolph Clausius (1822-1888) dan om Clerk Maxwell (1831-1879).

Adanya teori kinetik ini bisa menjelaskan penemuan om brown di atas. Menurut teori kinetik, serbuk sari bergerak karena didorong oleh molekul-molekul air yang bergerak dengan cepat. Jumlah molekul air sangat banyak, karenanya serbuk sari ditendang dari berbagai arah.

Berdasarkan hukum perbandingan tetap dan adanya penemuan gerak brown, teori atom semakin diyakini oleh para ilmuwan. Btw, teori atom khan mengatakan bahwa setiap zat terdiri dari atom-atom. Dalam hal ini, atom merupakan potongan terkecil dari setiap zat. Dengan demikian atom tentu saja punya ukuran. Nah, masalahnya sekarang, ukuran atom tuh berapa ? panjangnya berapa, lebarnya berapa, tingginya berapa… Minimal harus ada eksperimen atau perhitungan matematis yang bisa mendeteksi ukuran atom.

Pada tahun 1905, eyang Einstein ambil alih… Waktu itu eyang Einstein menyelidiki ukuran atom secara teoritis. Berdasarkan teori atom, teori kinetik dan data yang diperoleh melalui eksperimen, eyang menemukan bahwa diameter atom adalah sekitar 10^-10 m. Jadi diameter atom diperoleh melalui perhitungan. Cara menghitungnya bagaimana ? sabar ya, neh baru pokok bahasan awal. Tunggu semua materi teori kinetik gas dimuat dulu, biar dirimu lebih nyambung dengan penalaran yang dibuat eyang Einstein sebelum menghitung ukuran atom. Karena ukuran atom telah ditemukan, maka teori atom dinyatakan sah. Teori kinetik pun ikut2an sah.

Dalam buku autobiografinya, eyang menulis demikian : “Tujuan utama saya adalah menemukan berbagai kenyataan yang membenarkan bahwa atom mempunyai ukuran tertentu. Ketika dalam proses penyelidikan, saya menemukan bahwa sesuai dengan teori atomistik, seharusnya ada gerakan-gerakan partikel mikroskopik yang bisa diamati secara terbuka, tanpa mengetahui bahwa gerak brown telah lama dikenal“. Oya, buku Autobiografi tuh buku yang ditulis oleh seseorang mengenai kisah hidupnya.

Berdasarkan apa yang ditulis eyang Einstein dalam buku autobiografinya, kita bisa mengatakan bahwa eyang sendiri tidak tahu sedikit pun mengenai kisah om obet yang menemukan gerak brown. Eyang Einstein bahkan meramalkan adanya gerak brown berdasarkan gagasan-gagasan teoritis. Teoritis tuh cuma teori-teori saja, tidak ada eksperimen alias percobaan. Agar bisa seperti eyang Einstein, logika (otak kiri) dan imajinasi (otak kanan) harus kuat. Bye… see u

Referensi

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Read More

Gelombang Harmonik

Sekolah Kita

Kamis, 28 Januari 2010

Gelombang Harmonik

Pengantar

Gelombang harmonik…. Uh, istilah apalagi neh  Sebelumnya gurumuda sudah membahas pulsa gelombang, kali ini gurumuda mengajakmu berkenalan dengan gelombang harmonik. Pulsa gelombang yang telah dibahas sebelumnya, misalnya pulsa gelombang transversal pada tali, biasanya timbul jika kita menggoyang atau menyentakkan tali turun naik (atau naik turun) hanya sekali… adanya sentakan yang kita berikan pada tali menyebabkan timbulnya pulsa atau denyut yang merambat sepanjang tali tersebut… nah, apabila kita menggerakan tali naik turun atau turun naik  secara berulang, khususnya jika gerakan kita berupa gerak harmonik sederhana, maka akan timbul gelombang yang merambat sepanjang tali tersebut… bentuk gelombang ini sangat teratur, seperti tampak pada gambar di atas. Gelombang jenis ini dikenal dengan julukan gelombang harmonik. harmonik artinya teraturBtw, kalo dirimu bingun dengan istilah gerak harmonik sederhana, sebaiknya pelajari materi getaran terlebih dahulu…

Untuk membantumu memahami hal ini, silahkan lakukan percobaan besar-besaran berikut… cari seutas tali… kalo dirimu tidak punya tali, pinjam saja punya tetangga  setelah dirimu punya tali, pegang salah satu ujung tali… ssttt… talinya dipegang dengan erat, awas talinya kabur  Jika dirimu memegang salah satu ujung tali dan menggerakannya naik turun secara teratur maka akan timbul gelombang yang merambat sepanjang tali tersebut… berbeda dengan pulsa yang cuma punya puncak saja, gelombang ini punya puncak dan lembah… untuk memperjelas, silahkan tatap gambar di bawah. Bentuknya kira2 seperti ini 

Gambar di atas adalah gambar gelombang harmonik. Gelombang harmonik pada tali biasanya timbul ketika kita menggerakan salah satu ujung tali ke atas dan ke bawah secara berulang dan teratur (gerak harmonik sederhana). Gelombang harmonik memiliki bentuk fungsi sinus jika titik asal dipilih pada sumbu x, sebagaimana tampak pada gambar di bawah. Gelombang harmonik yang memiliki bentuk fungsi sinus dikenal juga dengan julukan gelombang sinusoidal…

Sebaliknya gelombang harmonik juga bisa memiliki bentuk fungsi cosinus jika titik asal dipilih pada sumbu y, sebagaimana tampak pada gambar di bawah.

Perlu diketahui bahwa ketika gelombang merambat sepanjang tali, setiap titik pada tali atau setiap bagian tali tersebut berosilasi ke atas dan ke bawah di sekitar posisi setimbangnya. Untuk kasus ini, posisi setimbang adalah garis sepanjang sumbu x. Bisa dikatakan bahwa setiap titik pada tali atau setiap bagian tali melakukan gerak harmonik sederhana… untuk membantumu memahami hal ini, silahkan tatap gambar di bawah…

Gambar di atas menunjukkan perubahan posisi salah satu titik pada tali ketika gelombang merambat sepanjang tali. Titik yang dimaksud diberi warna hitam… Tampak bahwa posisi titik berubah setiap satuan waktu. Perhatikan bahwa setiap titik atau setiap bagian tali yang lain juga mengalami perubahan posisi sebagaimana titik hitam pada gambar di atas. Jadi titik hitam yang digambarkan di atas hanya mewakili titik atau bagian tali yang lain… gerakan setiap titik pada tali atau setiap bagian tali tegak lurus terhadap panjang tali (sejajar sumbu y), sebaliknya gelombang bergerak sepanjang tali (sejajar sumbu x). Nah, ketika gelombang merambat sepanjang tali dengan laju v, setiap titik pada tali berosilasi di sekitar titik kesetimbangannya dengan frekuensi f.

Sekarang silahkan perhatikan gambar gelombang harmonik sebelumnya. Jarak dari satu puncak ke puncak berikutnya atau jarak dari satu lembah ke lembah berikutnya atau jarak dari satu titik ke titik yang bersangkutan pada pengulangan berikutnya disebut panjang gelombang (lambda). Frekuensi (f), panjang gelombang (lamda) dan laju gelombang (v) memiliki keterkaitan antara satu dengan yang lain. Selama satu periode (T = 1/f), gelombang menempuh jarak satu panjang gelombang (lambda). Untuk memahami arti kalimat ini, cermati gambar di atas perlahan-lahan. Tuh gambar yang banyak gelombangnya  Dengan demikian, hubungan antara laju gelombang (v), periode (T), frekuensi (f) dan panjang gelombang (lambda)

Dalam pokok bahasan laju gelombang sudah dijelaskan bahwa laju gelombang transversal dan laju gelombang longitudinal ditentukan oleh sifat-sifat medium yang dilaluinya. Dengan demikian, panjang gelombang dengan sendirinya ditentukan oleh frekuensi sumber gelombang (yang dimaksudkan dengan sumber gelombang di sini adalah benda yang bergetar atau benda yang berosilasi. Setiap gelombang muncul akibat adanya benda yang bergetar. Ingat lagi pokok bahasan pengertian dan jenis-jenis gelombang. Sudah dijelaskan di sana). Semakin besar frekuensi, semakin kecil panjang gelombang sehingga hasil kali antara frekuensi dan panjang gelombang alias laju gelombang tetap sama. Jadi gelombang-gelombang dari semua frekuensi merambat dengan laju yang sama, yang berbeda cuma panjang gelombangnya saja… panjang gelombang ini ditentukan oleh frekuensi sumber gelombang. Frekuensi tuh banyaknya getaran yang terjadi selama satu detik…

Persamaan yang menyatakan hubungan antara laju gelombang, panjang gelombang dan frekuensi atau periode yang telah diturunkan sebelumnya berlaku untuk semua jenis gelombang harmonik, baik gelombang harmonik tersebut berbentuk transversal maupun longitudinal. Oya, gelombang harmonik yang terjadi pada tali atau dawai, sebagaimana dijelaskan sebelumnya hanya digunakan sebagai contoh saja. Ini tidak berarti gelombang harmonik hanya merambat melalui tali saja atau gelombang harmonik hanya berbentuk transversal. Gelombang harmonik juga bisa berbentuk longitudinal. Gelombang harmonik juga bisa merambat melalui medium lain selain tali…

Referensi
Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga
Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga
Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga
Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Read More

Pengertian dan Jenis-jenis Gelombang

Sekolah Kita

Kamis, 28 Januari 2010

Pengertian dan Jenis-jenis Gelombang

Pengantar

Pernahkah anda bermain ke pantai ? wah… kalau yang tinggal di daerah yang jauh dari pantai kayanya belum neh…  suatu pemandangan indah ketika kita berada di pantai adalah gulungan gelombang laut yang datang dari tengah dan akhirnya pecah di tepi pantai… indah sekali, apalagi ketika kita berada di pantai kuta, Bali…. Gelombang laut merupakan salah satu contoh gelombang yang sering kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Selain gelombang laut, masih terdapat banyak contoh lainnya. Ketika anda melempar sebuah batu kecil pada permukaan air yang tenang, akan muncul gelombang yang berbentuk lingkaran dan bergerak ke luar. Contoh lain adalah gelombang yang merambat sepanjang tali yang terentang lurus, ketika kita menggerakan tali naik turun. Btw, sebenarnya gelombang itu apa ? terus apa yang menjadi penyebab adanya gelombang ?

Ketika kita berbicara mengenai gelombang, kita tidak bisa mengabaikan getaran. Getaran dan gelombang mempunyai hubungan yang erat sekali. Pokok bahasan getaran telah anda pelajari di kelas XI, mudah-mudahan anda belum melupakannya. Sebaiknya klik link di atas dan segera meluncur ke TKP untuk mempelajarinya lagi, seandainya dirimu telah melupakannya. Kali ini gurumuda mencoba menyinggung kembali apa itu getaran (Cuma intisarinya) dan bagaimana kaitannya dengan gelombang.

Getaran alias osilasi merupakan gerak bolak balik suatu partikel secara periodik di sekitar titik kesetimbangannya (jangan pake hafal.. pahami saja). Terdapat dua contoh umum getaran yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari, yakni getaran benda pada pegas dan getaran benda pada ayunan sederhana 

Getaran yang terjadi pada suatu benda disebabkan oleh adanya gangguan yang diberikan pada benda tersebut. Untuk kasus getaran bandul dan getaran benda pada pegas, gangguan tersebut disebabkan oleh adanya gaya luar (dalam hal ini kita yang menggerakan bandul atau benda pada pegas). Sebenarnya terdapat banyak contoh getaran yang dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Garputala bergetar ketika kita memberikan gangguan dengan cara memukul garputala tersebut. Kendaraan akan bergetar ketika mesinnya dinyalakan, dalam hal ini kendaraan tersebut diberi gangguan. Suara yang kita ucapkan tidak akan terdengar apabila pita suara kita tidak bergetar. Seindah apapun alunan musik, jika loudspeaker yang berfungsi sebagai sumber bunyi dan gendang telinga kita sebagai penerima tidak bergetar, maka dapat dipastikan kita tidak akan pernah mendengar musik tersebut.

Setiap gangguan yang diberikan kepada suatu benda akan menimbulkan getaran pada benda tersebut dan getaran ini akan merambat dari suatu tempat ke tampat lain melalui suatu medium tertentu (medium = perantara). Dalam hal ini, peristiwa perambatan getaran dari suatu tempat ke tempat lain melalui suatu medium tertentu disebut gelombang. Dengan kata lain, gelombang merupakan getaran yang merambat dan getaran sendiri merupakan sumber gelombang.

Ketika kita melempar batu ke dalam genangan air yang tenang, gangguan yang kita berikan menyebabkan partikel air bergetar alias berosilasi terhadap titik setimbangnya. Perambatan getaran pada air menyebabkan adanya gelombang pada genangan air tadi. Jika kita menggetarkan ujung tali yang terentang maka gelombang akan merambat sepanjang tali tersebut. Gelombang tali dan gelombang air adalah dua contoh umum gelombang yang dengan mudah kita saksikan dalam kehidupan sehari-hari.

Perlu anda ketahui bahwa ketika melihat gelombang pada genangan air, seolah-olah tampak bahwa gelombang tersebut membawa air keluar dari pusat lingkaran. Atau ketika menyaksikan gelombang laut bergerak ke pantai, mungkin anda berpikir bahwa gelombang membawa air laut menuju ke pantai. Kenyataannya bukan seperti itu. Sebenarnya yang anda saksikan adalah setiap partikel air tersebut berosilasi (bergerak naik turun) terhadap titik setimbangnya. Agar lebih memahami penjelasan gurumuda, alangkah baiknya jika dirimu melakukan percobaan kecil-kecilan. Coba letakan benda yang bisa terapung di atas air yang bergelombang. Dirimu akan mengamati benda tersebut bergerak naik turun pada tempat yang sama. Hal ini menujukkan bahwa gelombang tidak memindahkan air tersebut. Kalau gelombang memindahkan air, maka benda yang terapung juga ikut bepindah. Jadi air hanya berfungsi sebagai medium bagi gelombang untuk merambat. Paham khan ?

Oya, apakah dirimu pernah mandi di laut ? yang gurumuda maksudkan adalah ketika air laut sedang bergelombang. Seandainya pernah, dirimu pasti merasa terhempas ketika diterpa gelombang laut… gurumuda termasuk anak pantai, sehingga sering merasakan hempasan gelombang ketika mandi di laut. Mengapa tubuh kita terhempas ketika diterpa gelombang laut ? Apabila dirimu tinggal di kota dan sering mandi di kolam renang, coba lakukan percobaan berikut. Guncangkan tangan anda di dalam air kolam sampai air kolam tersebut bergelombang. Ketika air kolam menjadi bergelombang, apakah dirimu merasakan dorongan yang ditimbulkan air tersebut ? walaupun efeknya kecil, gurumuda yakin anda pasti merasakan dorongan air kolam… bagi yang alergi air alias tidak pernah mandi di laut atau kolam renang, coba lakukan percobaan berikut… cari sebuah tali yang agak panjang… jika anda tidak punya koleksi tali, silahkan pinjam di toko terdekat  minta bantuan seorang teman untuk menggerakan salah satu ujung tali naik turun, sehingga tali tersebut bergelombang… nah, dirimu berdiri di ujung tali yang lain. Usahakan agar anda berdiri tepat pada ujung tali (talinya jangan dipegang, dibiarkan saja di lantai atau tanah). Ketika temanmu menggerakan tali dengan kuat, pasti akan terasa sakit jika salah satu ujung tali mengenai tubuh anda… mengapa demikian ? penjelasan panjang lebar ini hanya mau menunjukkan kepada anda bahwa setiap gelombang selalu membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Ketika mandi di laut, tubuh kita terhempas ketika diterpa gelombang laut karena terdapat energi pada gelombang laut. Energi yang terdapat pada gelombang laut bisa bersumber dari angin dkk. Ketika anda mengguncangkan tangan di dalam air kolam, sebenarnya anda sedang memindahkan energi pada air. Demikian juga ketika teman anda menggerakan tali, pada saat itu juga terjadi perpindahan energi dari tangan ke tali, yang kemudian membawanya sepanjang tali tersebut. Sakit yang dirasakan ketika salah satu ujung tali mengenai tubuh anda, disebabkan karena energi pada tali dipindahkan pada bagian tubuh yang bersentuhan dengan tali.

JENIS-JENIS GELOMBANG

Pada penjelasan di atas, gurumuda telah menyebutkan beberapa contoh gelombang yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Itu baru beberapa contoh… masih banyak contoh lain yang belum disebutkan. Walaupun terdapat banyak contoh gelombang dalam kehidupan kita, secara umum hanya terdapat dua jenis gelombang saja, yakni gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Pembagian jenis gelombang ini didasarkan pada medium perambatan gelombang.

Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik merupakan gelombang yang membutuhkan medium untuk berpindah tempat. Gelombang laut, gelombang tali atau gelombang bunyi termasuk dalam gelombang mekanik. Kita dapat menyaksikan gulungan gelombang laut karena gelombang menggunakan laut sebagai perantara. Kita bisa mendengarkan musik karena gelombang bunyi merambat melalui udara hingga sampai ke telinga kita. Tanpa udara kita tidak akan mendengarkan bunyi. Dalam hal ini udara berperan sebagai medium perambatan bagi gelombang bunyi.

Gelombang mekanik terdiri dari dua jenis, yakni gelombang transversal dan gelombang longitudinal.

Gelombang Transversal

Suatu gelombang dapat dikelompokkan menjadi gelombang trasnversal jika partikel-partikel mediumnya bergetar ke atas dan ke bawah dalam arah tegak lurus terhadap gerak gelombang. Contoh gelombang transversal adalah gelombang tali. Ketika kita menggerakan tali naik turun, tampak bahwa tali bergerak naik turun dalam arah tegak lurus dengan arah gerak gelombang. Bentuk gelombang transversal tampak

Berdasarkan gambar di atas, tampak bahwa gelombang merambat ke kanan pada bidang horisontal, sedangkan arah getaran naik-turun pada bidang vertikal. Garis putus-putus yang digambarkan di tengah sepanjang arah rambat gelombang menyatakan posisi setimbang medium (misalnya tali atau air). Titik tertinggi gelombang disebut puncak sedangkan titik terendah disebut lembah. Amplitudo adalah ketinggian maksimum puncak atau kedalaman maksimum lembah, diukur dari posisi setimbang. Jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada gelombang disebut panjang gelombang (disebut lambda – huruf yunani). Panjang gelombang juga bisa juga dianggap sebagai jarak dari puncak ke puncak atau jarak dari lembah ke lembah.

Gelombang Longitudinal

Selain gelombang transversal, terdapat juga gelombang longitudinal. Jika pada gelombang transversal arah getaran medium tegak lurus arah rambatan, maka pada gelombang longitudinal, arah getaran medium sejajar dengan arah rambat gelombang. Jika dirimu bingung dengan penjelasan ini, bayangkanlah getaran sebuah

Pada gambar di atas tampak bahwa arah getaran sejajar dengan arah rambatan gelombang. Serangkaian rapatan dan regangan merambat sepanjang pegas. Rapatan merupakan daerah di mana kumparan pegas saling mendekat, sedangkan regangan merupakan daerah di mana kumparan pegas saling menjahui. Jika gelombang tranversal memiliki pola berupa puncak dan lembah, maka gelombang longitudinal terdiri dari pola rapatan dan regangan. Panjang gelombang adalah jarak antara rapatan yang berurutan atau regangan yang berurutan. Yang dimaksudkan di sini adalah jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada rapatan atau regangan

Salah satu contoh gelombang logitudinal adalah gelombang suara di udara. Udara sebagai medium perambatan gelombang suara, merapat dan meregang sepanjang arah rambat gelombang udara. Berbeda dengan gelombang air atau gelombang tali, gelombang bunyi tidak bisa kita lihat menggunakan mata. Dirimu suka denger musik khan ? nah, coba sentuh loudspeaker ketika dirimu sedang memutar lagu. Semakin besar volume lagu yang diputar, semakin keras loudspeaker bergetar. Kalau diperhatikan secara seksama, loudspeaker tersebut bergetar maju mundur. Dalam hal ini loudspeaker berfungsi sebagai sumber gelombang bunyi dan memancarkan gelombang bunyi (gelombang longitudinal) melalui medium udara. Mengenai gelombang bunyi selengkapnya akan dipelajari pada pokok bahasan tersendiri.

Pada pembahasan di atas, sudah gurumuda jelaskan bahwa gelombang tali merupakan contoh gelombang transversal, sedangkan contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi. Lalu bagaimana dengan gelombang air ? gelombang air bukan sepenuhnya gelombang transversal atau gelombang longitudinal. Gelombang air merupakan gabungan antara gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Untuk memudahkan pemahaman dirimu, cermati gambar di bawah ini.

Tanda panah yang arahnya ke kanan menunjukkan arah perambatan gelombang pada air. Pada bagian permukaan dan di bawah permukaan, partikel air bergerak dalam lintasan melingkar atau elips dengan kedua komponen gelombang transversal dan longitudinal. Sebaliknya di bagian dasar hanya terdapat gelombang longitudinal (air hanya bergerak maju mundur).

Dari penjelasan panjang lebar dan bertele-tele sebelumnya  , kita bisa menyimpulkan beberapa hal penting berkaitan dengan gelombang mekanik :

Pertama, gelombang merupakan getaran yang merambat dengan laju tertentu melalui medium tertentu. Medium yang dimaksudkan di sini bisa berupa tali, air, pegas, tanah dan sebagainya. Laju getaran yang merambat dikenal dengan julukan laju perambatan alias laju gelombang (v). Laju gelombang ditentukan oleh sifat-sifat medium yang dilalui oleh gelombang. Btw, jangan kacaukan laju gelombang dengan laju medium yang dilalui oleh gelombang.

Kedua, medium yang dilalui oleh gelombang hanya bergerak bolak balik pada posisi setimbangnya, medium tidak merambat seperti gelombang.

Ketiga, gelombang bisa terjadi jika suatu medium bergetar atau berosilasi. Suatu medium bisa bergetar atau berosilasi jika dilakukan usaha alias kerja pada medium tersebut. Dalam hal ini, ketika usaha atau kerja dilakukan pada suatu medium maka energi dipindahkan pada medium tersebut. Nah, ketika getaran merambat (getaran yang merambat disebut gelombang), energi dipindahkan dari suatu tempat ke tempat lain melalui medium tersebut. Gelombang tidak memindahkan materi atau medium yang dilaluinya, gelombang hanya memindahkan energi… perhatikan bahwa pembahasan kita sebelumnya berkaitan dengan gelombang mekanik. Karenanya jika disebutkan gelombang maka yang saya maksudkan adalah gelombang mekanik.

Gelombang Elektromagnet

Sebelumnya kita sudah mengobok2 gelombang mekanik. Nah, kalau gelombang mekanik membutuhkan medium untuk berpindah tempat alias bergentayangan dari satu tempat ke tempat lain, bagaimana dengan gelombang elektromagnet ? Untuk bergentanyangan dari satu tempat ke tempat lain, gelombang elektromagnet tidak membutuhkan medium… kok bisa ? yupz… mengenai gelombang elektromagnetik selengkapnya kita obok2 pada pembahasan mengenai gelombang elektromagnet.

Sebelumnya kita sudah mengelompokkan gelombang berdasarkan medium perambatan. Btw, gelombang juga bisa dikelompokkan berdasarkan banyaknya dimensi yang dilalui gelombang ketika bergentanyangan dari suatu tempat ke tempat lain. Berdasarkan banyaknya dimensi, gelombang bisa dikelompokkan menjadi gelombang berdimensi satu, gelombang berdimensi dua, gelombang berdimensi tiga. Gelombang tali dan gelombang pegas merupakan contoh gelombang berdimensi satu… riak air termasuk gelombang berdimensi dua. Sebaliknya gelombang bunyi dan gelombang elektromagnetik termasuk gelombang berdimensi tiga…

Referensi

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Read More