Jumat, 19 April 2013

TERMODINAMIKA

Percobaan Termodinamika
Membentuk Gelembung Sabun
A.    Dasar Teori
Coba kita pikir begini, Tidak akan terkejutkah Anda bila bentuk gelembung itu persegi? Itu karena

semua pengalaman kita sejak bayi mengatakan bahwa hukum alam lebih menyukai bentuk-bentuk yang mulus. Memang tidak banyak benda alami yang memiliki ujung tajam atau membentuk sudut ganjil. Pengecualian yang penting dalam hal ini adalah kristal-kristal mineral tertentu, yang cantik justru karena memiliki bentuk-bentuk geometris serba tajam. Itu mungkin sebabnya mengapa sebagian orang percaya bahwa kristal-kristal dan piramida memiliki supranatural.
Akan tetapi itu metafisika, bukan sains. Gelembung-gelembung bundar berbentuk bola karena ada suatu gaya tarik menarik yang disebut tegangan permukaan yang menarik molekul-molekul air sekuat mungkin antara sejumlah partikel adalah ketika mereka membentuk sebuah bola. Di antara semua bentuk yang mungkin, kubus, piramida, bongkahan tak beraturan, bola memiliki luas sebelah luar paling kecil.
Segera setelah Anda melepaskan sebuah gelembung dari pipa tiup atau dari salah satu peralatan lebih modern, tegangan permukaan membuat lapisan tipis air sabun mencari luas permukaan yang sekecil mungkin. Maka terjadilah sebuah bola. Andaikata Anda tidak dengan sengaja memerangkapkan udara didalamnya, air sabun akan terus menyusut membentuk sebuah titik bola padat, seperti yang terjadi pada air hujan.
Akan tetapi udara di dalam mendorong ke arah luar, menahan selaput air. Semua gas memberikan tekanan pada wadah penyimpanan mereka karena mereka terdiri atas molekul-molekul terbang bebas yang terus membentur apa pun yang menghalangi. Dalam sebuah gelembung, gaya-gaya tegangan permukaan ke arah dalam pada selaput air diseimbangkan dengan tepat oleh gaya mendorong keluar oleh udara dari dalam. Jika ada perbedaan sedikit saja, gelembung entah akan mengeceil atau mengembang sampai keduanya sama besar.
Cobalah meniupkan udara lebih banyak untuk membuat gelembung lebih besar. Itu sama dengan menambahkan tekanan udara di sebelah dalam. Yang dapat diperbuat oleh selaput air untuk mengimbangi kenaikan tekanan ke luar adalah memperluas permukaannya. Ini dapat menyebabkan bertambah besarnya gaya-gaya tegangan permukaan ke arah dalam. Maka gelembung itu secara serentak memperbesar ukurannya. Namun dalam proses tersebut selaput air semakin tipis, pasalnya persediaan air memang terbatas. Apabila Anda terus menambahkan udara ke dalamnya, akhirnya selaput tadi tidak memiliki cadangan air lagi untuk memperluas permukaan. Akibat buruknya mulai ditebak. Gelembung-pun meletus.
Hal yang tepat sama juga terjadi pada permen karet, kecuali bahwa ahli-ahli tegangan permukaan ke arah dalam, gaya yang cenderung memperkecil gelembung atau balon berasal dari elastisitas karet dalam permen Anda. Elastisitas, seperti tegangan permukaan, seolah-olah berkata: “Kalau boleh, aku ingin menjadi bola yang sekecil mungkin”.
B.     Alat Percobaan
1.      Air Sabun
2.      Sedotan
C.    Langkah Kerja
1.      Meniup air sabun dengan sedotan hingga terbentuk gelembung yang berukuran sedang. Lalu membuat agar gelembung terlepas dari sedotan, sehingga melayang di udara. Memperhatikan bentuk gelombang sabun itu.
2.      Meniup lagi air sabun dengan sedotan hingga berukuran lebih kecil dari gelembung yang pertama. Segera tutup ujung yang terbuka dengan jarimu jangan sampai ada udara yang keluar masuk ke dalam gelembung. Mengusahakan gelembung tidak terlepas dari ujung sedotan yang satunya. Memperhatikan apa yang terjadi dengan bentuk gelembung.
D.     Pembahasan
Gelembung-gelembung sabun berbentuk bulat atau bundar seperti bola, karena adanya gaya tarik menarik yang disebut tegangan permukaan, yang menarik molekul-molekul air dengan sangat kuat untuk membentuk kelompok-kelompok. Pengelompokan sejumlah partikel itu hanya mungkin terjadi jika mereka membentuk sebuah bola. Di antara semua bentuk yang ada misalnya kubus, piramida, atau lainnya hanya bentuk bola yang memiliki bagian luar paling kecil.
Ketika kita meniup air sabun melalui pipa kecil, tegangan pada permukaan air akan mencari luas permukaan yang paling kecil. Maka terbentuklah gelembung berbentuk bola. Jika kita meniupkan udara lebih banyak ke dalamnya, gelembung air sabun itu akan terus memperluas permukaannya untuk menyeimbangkan tekanan dari dalam. Namun, permukaan gelembung itu akan makin menipis, karena persediaan air memang terbatas. Karenanya, pada satu titik tertentu, tegangan itu pun tidak sanggup lagi menahan tekanan udara dari dalam, dan gelembung pun pecah.
                        Dibanding air biasa, gelembung air sabun lebih mudah terbentuk, karena sabun memiliki fungsi khusus mengurangi tegangan pada permukaan air. Sabun menjadikan tegangan permukaan air cukup elastis untuk dapat ditarik, dan dapat diregangkan membentuk wujud tiga dimensi.
E.     Kesimpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa Gelembung sabun atau tetes air berbentuk bulat karena dipengaruhi oleh adanya tegangan permukaan.
Gelembung sabun memiliki dua selaput tipis pada permukaannya dan di antara kedua selaput tersebut terdapat lapisan air tipis. Adanya tegangan permukaan menyebabkan selaput berkontraksi dan cenderung memperkecil luas permukaannya. Ketika selaput air sabun berkontraksi dan berusaha memperkecil luas permukaannya, timbul perbedaan tekanaan udara di bagian luar selaput (tekanan atmosfir) dan tekanan udara di bagian dalam selaput. Tekanan udara yang berada di luar selaput (tekanan atmosfir) turut mendorong selaput air sabun ketika ia melakukan kontraksi, karena tekanan udara di bagian dalam selaput lebih kecil. Setelah selaput berkontraksi, maka udara di dalamnya (udara yang terperangkap di antara dua selaput) ikut tertekan, sehingga menaikan tekanan udara di dalam selaput sampai tidak terjadi kontraksi lagi. Dengan kata lain, ketika tidak terjadi kontraksi lagi, besarnya tekanan udara di antara selaput sama dengan tekanan atmosfir + gaya tegangan permukaan yang mengerutkan selaput.

Cara Kerja Sedotan

A.    Dasar Teori
Sedotan merupakan benda yang sangat bermanfaat. Minum susu atau jus teras lebih nikmat dengan sedotan. Selain untuk minum, sedotan pun dapat digunakan untuk bermain balon-balon sabun. Bahkan sedotan dapat dapat digunakan untuk membuat kerajian tangan. Sebelum ditemukannya sedotan buatan, orang menggunakan sedotan dari bahan rumput gandum atau dari bahan gelas.

Tahukah Anda, siapa yang pertama kali membuat sedotan minum? Dia adalah Marvin Stone. Tahun 1888 Stone mematenkan proses putara spiral untuk memproduksi sedotan minum berbahan baku kertas. Aslinya, dia adalah pembuat pipa kertas untuk rokok. Sebelum sedotan minum berbahan kertas dibuat, sebuah toko minuman memanfaatkan batang rumput sebagai sedotan. Stone membuat beberapa kali eksperimen untuk menemukan kertas terbaik yang bisa dijadikan sedotan minuman.

Ia dilahirkan di Portage County, Ohio pada tahun 1842. Ayahnya, Chester Batu, adalah seorang penemu terkenal banyak mesin, termasuk mesin tekan keju dan dicuci. Marvin C. Batu jenius inventif mewarisi ayahnya, dan membuat artikel berguna di masa kanak-kanaknya. Dia adalah lulusan dari [Oberlin College], namun tentu saja itu terputus oleh [Perang Saudara], di mana ia mengambil bagian dengan kredit dan memenangkan promosi.Setelah kuliah ia mulai kursus teologis, namun ditinggalkan untuk pergi ke Washington di mana ia bekerja sebagai koresponden surat kabar selama beberapa tahun. Belakangan dalam hidupnya, ia menemukan sebuah mesin untuk membuat pemegang kertas rokok dan membuat kontrak dengan Perusahaan Duke. Setelah itu ia mulai sebuah pabrik di Ninth Street, Washington. Berikutnya ia menemukan sebuah mesin untuk kertas sedotan angin, yang populer digunakan untuk minum minuman dingin.

Setelah menemukan bahan kertas yang tidak rembes saat digunakan untuk minum, Stone lalu mencari ukuran ideal sedotan minum. Akhirnya ketemu ukuran panjang ideal 8,5 inchi untuk sedotan. Diameternya dibuat agak besar untuk menghindari mampet saat biji jeruk masuk sedotan.

Produk pengembangan sedotan ini kemudian dipatenkan pada 3 Januari 1888. Pabriknya mulai memproduksi sedotan minuman dalam jumlah banyak mulai 1890. Akhirnya, pabrik milik Stone ini lebih banyak membuat sedotan minuman ketimbang pipa rokok. Dalam perkembangan selanjutnya, pabrik Stone ini malah lebih konsentrasi membuat sedotan.
Di tahun 1906 mesin pembuat sedotan pertama kali dibuat oleh Stone. Dia bikin perusahaan khusus pembuat mesin produksi sedotan. Nama perusahaannya Stone Straw Corporation. Dari mesin inilah bentuk sedotan dibuat lebih bervariasi dan bahan bakunya tidak lagi terpaku pada kertas kedap air.
Mesin dengan menggunakan prinsip kerja spiral buatan Stone ini rupanya menginspirasi banyak industri. Dari cara kerja mesin Stone lalu pada tahun 1928 berkembanglah mesin pembuat motor listrik, tekstil, baterai, industri packaging, dan sebagainya.
Pada tahun 1938 Joseph B. Friedman mengembangkan sedotan fleksibel yang dikenal dengan sebutan flexy-straw. Awalnya dia kasihan melihat putrinya yang kesal dengan sedotan sodanya yang bengkok dan menghalangi aliran muniman. Dari situlah dia membuat flexy-straw yang dapat dibengkokkan tanpa menghalangi aliran minuman seperti yang kita temui sekarang. Pada bagian atas sedotan ada lipatan-lipatan kecil yang dibengkokkan ke segala arah. Joseph B.Friedman juga menilai sedotan ciptaan Marvin Stone masih memiliki kekurangan, diantaranya mudah retak dan kurang bersih. Joseph B.Friedman mengganti bahan sedotannya dengan plastik yang bersih dan tidak mudah rusak.

B.     Alat Percobaan
1.      Gelas berisi minuman
2.      Sedotan 2 buah

C.    Langkah Kerja
1.      Menuangkan air kedalam gelas (air yang matang) kemudian memasukan sedotan kedalam gelas. Mengamati apa yang terjadi.
2.      Membandingkan jika cara meminumnya dengan menggunakan 2 sedotan (satu sedotan dimasukan ke dalam gelas dan sedotan yang satunya lagi diluar gelas), menjelaskan apa yang terjadi dengan 2 peristiwa fisika ini.


D.    Pembahasan



Perhatikan Gambar diatas, Sedotan bertindak sebagai “pipa” penghubung antara cairan minuman dan rongga mulut kita. Cairan minuman sendiri tidak memiliki tenaga untuk bergerak naik ke mulut kita. Tenaga tersebut diberikan oleh udara atmosfer di sekitar gelas. Dan seperti yang telah disebutkan tadi, udara akan bergerak ke zona yang tekanannya lebih rendah. Zona apa yang tekanannya lebih rendah itu? Zona itu adalah rongga mulut kita.
Ketika kita menyedot minuman, sebenarnya yang kita lakukan hanyalah memperbesar ruangan rongga mulut. Membesarnya rongga mulut mengakibatkan tekanan di dalam rongga mulut tersebut menurun. Mengecilnya tekanan di dalam rongga mulut yang membesar itu diakibatkan oleh banyaknya ruang kosong di dalamnya. Mengecilnya tekanan di dalam rongga mulut lantas “mengundang” udara atmosfer untuk masuk ke dalamnya. Akan tetapi, karena udara atmosfer terhalang oleh cairan minuman yang ada di gelas, maka udara atmosfer hanya dapat mendorong cairan minuman itu untuk bergerak masuk ke mulut kita melalui sedotan.
Jadi, yang dilakukan mulut sebenarnya bukanlah menyedot, melainkan hanya membesarkan rongga mulut (memperkecil tekanan) sehingga udara luar dapat mendorong cairan minuman masuk ke dalamnya.

E.     Kesimpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa sedotan adalah sebuah benda berbentuk pipa yang mampu menyedot air ke tempat yang lebih tinggi. Biasanya terjadi pada air di dalam gelas, botol dan minuman kemasan bisa naik ke dalam mulut kita.
Di sekitar kita terdapat udara yang bersifat menekan benda ke segala arah, termasuk air dan gelas. Ketika kita minum air dengan sedotan, maka kita mengurangi tekanan udara di dalam mulut.
Tekanan udara di dalam mulut lebih kecil dibanding tekanan udara di luar. Cara kerja sedotan terlihat dari tekanan udara luar yang mendorong air masuk ke dalam tekanan yang lebih kecil, yaitu mulut kita. Begitupula sebaliknya, jika sedotan kita tiup dengan tekanan udara yang lebih besar, maka arus air akan meuju ke udara luar.
 

Tidak ada komentar:

Posting Komentar