Pengaruh suhu terhadap pemuaian zat yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari.

MATERI

A. ALAT YANG DIGUNAKAN UNTUK MENYELIDIKI PEMUAIAN ZAT

• Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat padat disebut muschenbroek. Dalam eksperimen yang dilakukan menunjukkan bahwa hampir semua benda padat apabila dipanaskan mengalami perubahan panjang, luas dan volume.

                                    Gambar : Muschenbroek

• Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian zat cair disebut labu didih. Sifat utama zat cair adalah menyesuaikan dengan bentuk wadahnya. Oleh karena itu zat cair hanya memiliki muai volume saja.

                                               Gambar : Labu didih

• Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian gas disebut dilatometer.

Gambar : Dilatometer

B. PENERAPAN PEMUAIAN DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

     a. Pengelingan

• Menyambung dua pelat dengan menggunakan paku khusus dengan 
  proses khusus disebut mengeling.
• Pengelingan dapat dijumpai pada pembuatan badan kapal

     b.  Bimetal

• Bimetal adalah dua keping logam yang mempunyai koefisien muai panjang berbeda dikeling menjadi satu.  Pengelingan adalah menyatukan logam dengan paku logam. 
• Keping bimetal peka terhadap perubahan suhu. Jika keping bimetal dipanaskan, maka akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai panjangnya lebih kecil. Bila didinginkan, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai panjangnya lebih besar. 
• Bimetal dimanfaatkan untuk membuat termostat. Termostat adalah alat yang berfungsi ganda sebagai saklar otomatis dan sebagai pengatur suhu. Beberapa alat yang memanfaatkan keping bimetal dalam termostat, antara lain: setrika listrik, almari es, bel listrik, alarm kebakaran, lampu sen mobil atau motor, rice cooker, oven.

     c. Pemasangan roda logam pada  pedati dan kereta api

• Pelat logam dipanaskan terlebih dahulu kemudian dipasang pada roda kayu pedati atau kereta api. Setelah dingin maka roda logam tersebut akan menyusut sehingga terpasang sangat kuat pada roda kayu pedati maupun kereta api.

C. MASALAH YANG DITIMBULKAN OLEH PEMUAIAN DALAM  
     KEHIDUPAN SEHARI-HARI
     a. Penyambungan rel kereta api

• Pada sambungan dibuat agak renggang agar jika terjadi pemuaian rel kereta api tidak melengkung.

     b. Pemasangan kaca jendela

• Bingkai jendela dibuat sedikit lebih besar daripada ukuran sebenarnya. Hal ini dilakukan untuk memberi ruang kaca sehingga ketika terjadi pemuaian kaca tidak retak atau pecah.

     c. Penggunaan zat cair pada termometer 

• Cairan pada termometer menggunakan zat cair yang sangat peka terhadap perubahan suhu, misalnya : alkohol dan raksa

     d. Pemasangan kabel listrik yang berada di sepanjang jalan raya

• Pemasangan kawat telepon atau kawat listrik dibiarkan kendor saat pemasangannya pada siang hari. Hal ini dilakukan dengan maksud, pada waktu malam hari kawat telepon atau listrik mengalami penyusutan sehingga kawat tersebut tidak putus.

     e. Celah pemuaian pada sambungan jembatan

• Sering kamu jumpai sambungan antara dua jembatan beton terdapat celah di antaranya. Hal ini bertujuan agar jembatan tersebut tidak melengkung saat terjadi pemuaian.

     f. Gelas yang diisi air panas secara tiba-tiba bisa pecah

• Hal ini terjadi karena gelas bagian dalam sudah memuai, sedangkan gelas bagian luar belum memuai. Akibatnya gelas tersebut pecah.

PREDIKSI SOAL UN IPA SMP/MTS 2012

1.   Perhatikan gambar bimetal pada suhu 26ºC berikut ini !

 Ketika bimetal tersebut dinaikkan suhunya menjadi 50 ºC, peristiwa  
 yang terjadi sebagai berikut :

No	Bimetal membengkok	karena koefisian muai panjang logam (a)
1.	ke arah logam (a)	lebih besar dari koefisian muai panjang logam (b)
2.	ke arah logam (b)	lebih besar dari koefisian muai panjang logam (b)
3.	ke arah logam (a)	lebih kecil dari koefisian muai panjang logam (b)
4.	ke arah logam (b)	lebih kecil dari koefisian muai panjang logam (b)

  Arah membengkok dan alasan yang benar ditunjukkan oleh nomor....

  A.    (1) dan (2)      

  B.     (1) dan (4)

  C.  (2) dan (3)

  D.    (3) dan (4)

2.     Di pagi hari yang sejuk, ibu membuat kopi tanpa gula. Kemudian            

      dituangkannya air mendidih ke dalam gelas yang berisi kopi tersebut. Tiba-tiba gelas pecah seperti pada gambar disamping ini.

Hal ini disebabkan, oleh ….

A.    kalor jenis gelas bagian dalam dan bagian luarnya menjadi tidak 

      seimbang

B.    daya serap kalor oleh dinding gelas bagian dalam lebih besar dari pada oleh bagian luarnya

C.   dinding gelas bagian dalam sudah memuai sedangkan dinding gelas bagian luar belum memuai

D.   tekanan air panas dan tekanan udara pada dinding gelas bagian dalam dan luar menjadi tidak seimbang

3.  Kadang – kadang kita mendapat kesulitan untuk membuka tutup botol 
     logam pada sebuah botol kosong. Agar tutup botol tersebut dengan  
     mudah dibuka, cara yang harus dilakukan adalah memasukkan botol  
     ke dalam….

1. air panas, agar udara dalam botol memuai
2. air dingin, agar udara dalam botol menyusut
3. air panas, agar tutup botol memuai
4. air dingin, agar mulut botol menyusut

4.  Pada suatu ketika ibu kesulitan memisahkan 2 buah gelas yang 
     tersusun menjadi satu seperti gambar berikut ini.

    

Langkah yang harus dilakukan adalah ....

A. menuangkan air panas pada gelas yang di dalam
B. merendam air panas pada gelas yang di luar
C. merendam  kedua gelas pada air panas
D. memasukkan kedua gelas ke lemari pendingin

5.  Pemasangan kabel listrik di jalan raya dibuat agak longgar.                                        

   

     Cara ini mempunyai tujuan untuk menghindari ….

     A.    kawat listrik tidak putus ketika dialiri arus listrik

     B.     kawat tidak memuai bila kena panas matahari

     C.     kawat tidak mudah putus di malam hari ketika suhu dingin

     D.    memberi toleransi pemuaian pada waktu siang dan malam

6.  Pemuaian zat cair lebih besar dari zat padat. Pernyataan ini dapat

     ditunjukkan pada peristiwa ….

      A. penguapan air laut oleh panas matahari

      B. es yang berada dalam gelas berisi penuh air ternyata es mencair

          seluruhnya tidak ada yang tumpah

     C. gelas yang berisi es, ternyata permukaan luar gelas basah

     D. panci yang berisi air penuh, ternyata airnya dapat tumpah ketika

          sedang mendidih

7.  Berikut adalah manfaat pemuaian dalam kehidupan sehari-hari,

     yaitu ….

     A. pemasangan kawat telepon

     B. pemasangan kaca jendela

     C. pemasangan bingkai roda logam pada pedati dan kereta api

     D. sambungan rel kereta api

8.  Pada suhu kamar, keadaan bimental seperti diagram 1. Ketika 
     dipanaskan bimental membengkok seperti ditunjukkan diagram 2. 

Hal ini dapat terjadi karena kedua logam memiliki perbedaan besaran fisika. Besaran tersebut adalah ....

A. kalor jenis

B. tebal setiap logam

C. massa jenis

D. koefisien muai panjang

9.  Perhatikan gambar termostat setelah mendapatkan kenaikan suhu berikut

  

Rangkaian pasangan logam bimetal yang benar untuk alat tersebut 

      adalah….

Pilihan	Logam ( a )	Logam ( b )
A	Baja ( 0,000011 / ºC )	Kuningan ( 0,000019 / ºC )
B	Besi ( 0,000012 / ºC )	Kuningan ( 0,000019 / ºC )
C	Tembaga ( 0,000018 / ºC )	Besi ( 0,000012 / ºC )
D	Baja ( 0,000011 / ºC )	Tembaga ( 0,000018 / ºC )

10. Perhatikan gambar seterika listrik yang dilengkapi dengan termostat 
       berikut !

Pengaruh kenaikan suhu seterika, membuat posisi bimetal  menjadi melengkung seperti pada gambar di atas. 
Hal ini disebabkan ….

A. kalor jenis logam (B) lebih besar daripada kalor jenis logam (A)

B. kalor jenis logam (B) lebih kecil dairpada kalor jenis logam (A)

C. koefisien muai panjang logam (B) lebih besar daripada koefisien 
     muai panjang logam (A)

D. koefisien muai panjang logam (B) lebih kecil daripada koefisien 
     muai panjang logam (A)

11. Alat yang digunakan untuk menyelidiki muai panjang suatu benda 
      adalah ….

      A. dilatometer

      B. labu didih

      C. muschen broek

      D. termometer

12. Menyambung dua pelat dengan menggunakan paku khusus dan 
      proses yang khusus disebut ….

      A. keping bimetal

      B. sambungan rel kereta api

      C. mengeling

      D. mengelas

13. Keping bimetal terdiri dari dua keping yang memiliki koefisien muai 

      panjang berbeda   dikeling   menjadi  satu. Jika keping bimetal 
      tersebut   dipanaskan, maka akan melengkung ke arah….

      A. logam yang angka koefisien muai panjangnya besar

      B. logam yang angka koefisien muai panjangnya kecil

      C. logam yang angka koefisien muai ruangnya besar

      D. logam yang angka koefisien muai ruangnya besar

14. Mengapa pada sambungan rel kereta api diberi celah?

      A. Mengurangi gesekan dengan kereta apinya.

      B. Pada saat besi memuai, relnya tidak melengkung

      C. Pada saat besi memuai, rel tidak terlepas dari bantalan kayunya.

      D. Pada saat dilewati kereta api, relnya tidak melengkung.

18 | Gerak Lurus Beraturan (GLB)

Gerak Lurus

Pernahkah kamu mengamati bagaimana jalannya kereta api? Lintasannya lurus, parabola atau lingkaran? Gerak suatu benda dalam lintasan lurus disebut gerak lurus. Buah kelapa yang jatuh dari pohonnya adalah contoh gerak lurus. Gerak bumi mengelilingi matahari merupakan gerak dengan kecepatan tetap dengan waktu tempuh satu tahun. Menurut bentuk lintasannya, gerak lurus dibagi menjadi gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan.

Gerak Lurus Beraturan (GLB)

Benda yang bergerak dengan kecepatan tetap dikatakan melakukan gerak lurus beraturan. Jadi, syarat benda bergerak lurus beraturan apabila gerak benda menempuh lintasan lurus dan kelajuan benda tidak berubah. Pada gerak lurus beraturan, benda menempuh jarak yang sama dalam selang waktu yang sama pula. Sebagai contoh, mobil yang melaju menempuh jarak 2 meter dalam waktu 1 detik, maka satu detik berikutnya menempuh jarak 2 meter lagi, begitu seterusnya. Dengan kata lain, perbandingan jarak dengan selang waktu selalu konstan atau kecepatannya konstan. Pada gerak lurus beraturan (GLB) kelajuan dan kecepatan hampir sulit dibedakan karena lintasannya yang lurus menyebabkan jarak dan perpindahan yang ditempuh besarnya sama. Persamaan GLB, secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

v = kecepatan (m/s)

s = perpindahan (m)

t = waktu (s)

Secara grafik dapat digambarkan sebagai berikut

Jika benda sudah memiliki jarak tertentu terhadap acuan, maka

dengan s0 = kedudukan benda pada t = 0(kedudukan awal) Kecepatan gerak benda pada GLB adalah tetap. Seperti terlihat pada grafik di bawah, benda bergerak dengan kecepatan tetap v m/s. Selama t sekon maka jarak yang ditempuh adalah s = v x t. Jarak yang ditempuh benda tersebut dalam suatu grafik v – t pada GLB adalah sama dengan luas daerah yang diarsir.

Latihan Yuk!!

1. Bus Trans Jakarta melaju dengan kecepatan konstan 108 km/jam selama 2 jam. Tentukan jarak yang ditempuhnya!
2. Pesawat tempur F-16 melintas di udara dengan kecepatan tetap 216 km/jam, menempuh jarak 500 meter. Berapakah waktu yang dibutuhkannya?
3. Dua buah mobil A dan B mula-mula terpisah sejauh 500 m, bergerak dengan kecepatan konstan masing-masing 20 m/s dan 30 m/s. Hitung kapan dan di mana mobil A berpapasan!

16 | Kecepatan dan Kelajuan

Pengertian Kecepatan dan Kelajuan

Istilah kecepatan dan kelajuan dikenal dalam perubahan gerak. Kecepatan termasuk besaran vektor, sedangkan kelajuan merupakan besaran skalar. Besaran vektor memperhitungkan arah gerak, sedangkan besaran skalar hanya memiliki besar tanpa memperhitungkan arah gerak benda. Kecepatan merupakan perpindahan yang ditempuh tiap satuan waktu, sedangkan kelajuan didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh tiap satuan waktu. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

Kecepatan Rata-Rata dan Kelajuan Rata-Rata

Kecepatan rata-rata didefinisikan sebagai perpindahan yang ditempuh terhadap waktu. Jika suatu benda bergerak sepanjang sumbu-x dan posisinya dinyatakan dengan koordinat-x, secara matematis persamaan kecepatan rata-rata dapat ditulis sebagai berikut

Keterangan:

v = kecepatan rata-rata (m/s)

delta x = xakhir – xawal= perpindahan (m)

delta t = perubahan waktu (s)

Kelajuan rata-rata merupakan jarak yang ditempuh tiap satuan waktu. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut

Keterangan:

v = kecepatan rata-rata (m/s )

s = jarak tempuh (m)

t = waktu tempuh (s)

Latihan Yuk!!

1. Anton berlari mengelilingi lapangan berukuran 8 m x 6 m sebanyak 2,5 putaran. Selang waktu yang diperlukan 10 sekon. Hitunglah kelajuan dan kecepatan Anton!
2. Seekor semut bergerak dengan menempuh jarak 60 cm setelah 3 detik. Hitunglah kelajuan semut tersebut!
3. Seorang pelari menempuh lintasan berbentuk lingkaran yang berjari-jari 14 m sebanyak 2,5 putaran selama 20 detik. Tentukan kelajuan dan kecepatan pelari tersebut.

17 | Percepatan

Pengertian Percepatan

Suatu benda akan mengalami percepatan apabila benda tersebut bergerak dengan kecepatan yang tidak konstan dalam selang waktu tertentu. Misalnya, ada sepeda yang bergerak menuruni sebuah bukit memiliki suatu kecepatan yang semakin lama semakin bertambah selama geraknya. Gerak sepeda tersebut dikatakan dipercepat. Jadi percepatan adalah kecepatan tiap satuan waktu. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

Keterangan:

a = percepatan (m/s^2)

delta v = kecepatan (m/s)

delta t = waktu (s)

Percepatan merupakan besaran vektor. Percepatan dapat bernilai positif (+a) dan bernilai negatif (-a) bergantung pada arah perpindahan dari gerak tersebut. Percepatan yang bernilai negatif (-a) sering disebut dengan perlambatan. Pada kasus perlambatan, kecepatan v dan percepatan a mempunyai arah yang berlawanan. Berbeda dengan percepatan, percepatan rata-rata didefinisikan sebagai perubahan kecepatan terhadap selang

Percepatan rata-rata memiliki nilai dan arah. Percepatan rata-rata dapat dituliskan sebagai berikut.

Keterangan:

delta v = perubahan kecepatan (m/s)

delta t = perubahan waktu (s)

a = percepatan rata-rata (m/s^2)

Pengetahuan Umum
Kecepatan sebuah sepeda motor tidak konstan. Ketika melewati jalan yang menurun, sepeda motor akan bergerak dengan cepat. Sebaliknya, ketika tiba-tiba lampu lalu lintas menyala merah, tentu kita akan memperlambat kecepatan kendaraan kita. Kecepatan pada saat tertentu dinamakan kecepatan sesaat. Besarnya kecepatan sesaat di sebut kelajuan sesaat. Pada kendaraan bermotor, kelajuan sesaat dapat kita lihat pada speedometer. Jadi, speedometer merupakan alat untuk menunjukkan kelajuan sesaat.

Latihan Yuk!!

1. Seorang polisi mempercepat motornya untuk mengejar penjahat dari keadaan berhenti hingga kecepatannya menjadi 30 m/s dalam selang waktu 3 detik. Hitunglah percepatan motornya!
2. Sebuah bus Semarang—Solo bergerak dengan kecepatan 72 km/jam. Ketika mendekati sebuah perempatan lampu traffic light, sang sopir melihat perubahan warna lampu dari warna hijau, kuning, dan akhirnya merah. Jika perlambatan maksimal bus 4 m/s2, hitunglah waktu bus untuk berhenti agar tidak melewati batas lampu traffic light di depannya!

15 | Jarak dan Perpindahan

Pengertian Gerak

Coba kamu perhatikan benda-benda di sekitarmu! Adakah yang diam? Adakah yang bergerak? Batu-batu di pinggir jalan diam terhadap jalan kecuali jika ditendang oleh kaki maka benda tersebut akan bergerak, rumah-rumah di sekitar kita diam terhadap pohon-pohon di sekelilingnya, seseorang berlari pagi di taman, dikatakan orang tersebut bergerak terhadap jalan, batu-batu, rumah-rumah, maupun pohon-pohon yang dilewatinya, dan masih banyak lagi. Jadi apakah yang disebut gerak itu?

Suatu benda dikatakan bergerak jika benda itu mengalami perubahan kedudukan terhadap titik tertentu sebagai acuan. Jadi, gerak adalah perubahan posisi atau kedudukan terhadap titik acuan tertentu. Gerak juga dapat dikatakan sebagai perubahan kedudukan suatu benda dalam selang waktu tertentu. Berbeda halnya dengan peristiwa berikut, orang berlari di mesin lari fitnes (mesin kebugaran), anak yang bermain komputer dan lain sebagainya. Apakah mereka mengalami perubahan posisi atau kedudukan dalam selang waktu tertentu?

Kegiatan tersebut tidak mengalami perubahan posisi atau kedudukan karena kerangka acuannya diam. Penempatan kerangka acuan dalam peninjauan gerak merupakan hal yang sangat penting, mengingat gerak dan diam itu mengandung pengertian yang relatif. Sebagai contoh, ada seorang yang duduk di dalam kereta api yang sedang bergerak, dapat dikatakan bahwa orang tersebut diam terhadap kursi yang didudukinya dan terhadap kereta api tersebut, namun orang tersebut bergerak relatif terhadap stasiun maupun terhadap pohon-pohon yang dilewatinya.

Jarak dan Perpindahan

Jarak dan perpindahan mempunyai pengertian yang berbeda. Misalkan Fira berjalan ke barat sejauh 4 km dari rumahnya, kemudian 3 km ke timur. Berarti Fira sudah berjalan menempuh jarak 7 km dari rumahnya, sedangkan perpindahannya sejauh 1 km.

Berbeda halnya dengan contoh berikut. Seorang siswa berlari mengelilingi lapangan satu kali putaran. Berarti ia menempuh jarak sama dengan keliling lapangan, tetapi tidak menempuh perpindahan karena ia kembali ke titik semula.

Contoh lain, ada seorang pejalan kaki bergerak ke utara sejauh 3 km, kemudian berbelok ke timur sejauh 4 km, lalu berhenti. Berapa jarak yang ditempuh siswa tersebut? Berapa pula perpindahannya?

Jarak yang ditempuh siswa tersebut berarti keseluruhan lintasan yang ditempuh yaitu 3 km + 4 km = 7 km, sedangkan perpindahannya sepanjang garis putus-putus pada Gambar, yaitu 5 km (menggunakan phytagoras).

Dengan demikian, jarak didefinisikan sebagai panjang seluruh lintasan yang ditempuh. Perpindahan merupakan jarak dan arah dari kedudukan awal ke kedudukan akhir atau selisih kedudukan akhir dengan kedudukan awal. Jarak merupakan besaran skalar, sedangkan perpindahan merupakan besaran vektor.

Latihan Yuk!!

1. Seorang pramugari sedang berjalan menuju penumpang sambil membawa makanan dan minuman. Pramugari tersebut berada dalam pesawat yang sedang terbang meninggalkan lapangan udara. Apakah pramugari dapat dikatakan bergerak terhadap penumpang, makanan yang dibawanya, dan penjual tiket di lapangan udara? Berikan penjelasanmu!
2. Aisya salah satu atlet lari jarak jauh. Ketika pemanasan biasanya ia berlari mengelilingi taman berbentuk lingkaran sebanyak 3 putaran. Jika jari-jari lingkaran taman 14 m, tentukan jarak dan perpindahan yang dialaminya!

12 | Pemanfaatan Kalor dalam Kehidupan Sehari-hari

Termos

Termos berfungsi untuk menyimpan zat cair yang berada di dalamnya agar tetap panas dalam jangka waktu tertentu. Termos dibuat untuk mencegah perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, maupun radiasi. Dinding termos dibuat sedemikian rupa, untuk menghambat perpindahan kalor pada termos, yaitu dengan cara:

• permukaan tabung kaca bagian dalam dibuat mengkilap dengan lapisan perak yang berfungsi mencegah perpindahan kalor secara radiasi dan memantulkan radiasi kembali ke dalam termos,
• dinding kaca sebagai konduktor yang jelek, tidak dapat memindahkan kalor secara konduksi, dan
• ruang hampa di antara dua dinding kaca, untuk mencegah kalor secara konduksi dan agar konveksi dengan udara luar tidak terjadi.

Setrika

Setrika terbuat dari logam yang bersifat konduktor yang dapat memindahkan kalor secara konduksi ke pakaian yang sedang diseterika. Adapun, pegangan seterika terbuat dari bahan yang bersifat isolator.

Panci Masak

Panci masak terbuat dari bahan konduktor yang bagian luarnya mengkilap. Hal ini untuk mengurangi pancaran kalor. Adapun pegangan panci terbuat dari bahan yang bersifat isolator untuk menahan panas.

Latihan Yuk!!

1. Bagaimanakah cara kerja termos sehingga air yang tersimpan dalam termos tetap panas?
2. Setrika terbuat dari dua bahan yang berbeda, yaitu konduktor dan isolator. Sebutkan bagian-bagian seterika yang terbuat dari kedua bahan tersebut! Jelaskan!