Minggu, 05 September 2010

Anomali Air

Pengantar
Pernah minum teh botol, coca cola botol ;) dkk ? Coba perhatikan botolnya…. bandingkan dengan botol bir bintang atau botol anggur orang tua. Kenapa ya, botol coca cola atau botol teh kok lebih tebal dari botol bir bintang atau botol anggur orang tua. Biasanya botol minuman dingin lebih tebal dari botol minuman panas :) tuh tujuannya untuk apa ya ? bingung-kah ? hiks2….
Biar dirimu paham, coba lakukan percobaan kecil2an berikut ini. Siapkan sebuah botol bir bintang atau botol anggur orang tua. Kalau tidak ada, gunakan saja botol lain, asalkan botolnya tidak tebal alias tipis. Di rumah ada kulkas ? coba masukan air ke dalam botol lalu simpan botol di dalam kulkas. Tutup pintu kulkas dan biarkan sampai air yang ada di dalam botol membeku…. setelah itu, segera kabur dari rumah biar tidak diomelin ayah atau ibu ;) Botolnya bisa pecah kalau air membeku… masa sich ? buktikan saja sendiri kalau tidak percaya…

Kalau orang mau bikin es batu, biasanya air dibungkus dalam plastik. Sebenarnya ada tujuannya juga, bukan asal bungkus dengan plastik. Plastik tuh elastis (mirip karet), sehingga ketika es batu mengembung, plastik pun ikut2an mengembung… Plastik menjadi lebih gemuk setelah air berubah menjadi es batu. Aneh khan ? seharusnya benda menyusut kalau suhunya berkurang… Air kok berperilaku menyimpang ya
Anomali alias keanehan Air
Seperti yang telah gurumuda jelaskan dalam pokok bahasan pemuaian, kebanyakan benda akan memuai (volume benda bertambah) jika suhunya bertambah dan benda menyusut (volume benda berkurang) ketika suhunya berkurang. Air mau beda sendiri… Keanehan air terjadi antara suhu 0 oC sampai 4 oC.
Antara suhu 0 oC sampai 4 oC volume air berkurang (air menyusut) seiring bertambahnya suhu. Misalnya jika kita memanaskan air pada suhu 0 oC, semakin panas si air, semakin berkurang volumenya. Proses penyusutan akan terhenti ketika air mencapai suhu 4 oC. Di atas 4 oC, air menjadi benda yang normal lagi. Maksudnya, volumenya akan bertambah (terjadi pemuaian) seiring bertambahnya suhu.
Sebaliknya, air akan memuai (volume air bertambah) ketika mendingin dari 4 oC sampai 0 oC. Misalnya air kita masukan ke dalam kulkas. Mula-mula suhu air 30 oC. Ketika dikurung dalam kulkas, air mulai kedinginan (suhu air menurun). Pada saat suhu air menurun, volume air juga berkurang (air mengalami penyusutan). Nah, ketika mencapai suhu 4 oC, air akan memuai (volumenya bertambah). Pemuaian akan terhenti ketika suhunya mencapai 0 oC. Volume air juga semakin bertambah ketika ia membeku menjadi es. Sangat berbeda dengan benda lain yang menyusut (volume benda berkurang) ketika benda semakin dingin.
Ingat ya, massa jenis suatu benda akan bertambah ketika benda tersebut menyusut (volume benda berkurang). Sebaliknya, massa jenis benda akan berkurang ketika benda memuai (volume benda bertambah). Ini persamaannya : Massa jenis = massa / volume. Massa benda selalu tetap. Sedangkan volumenya bisa berubah-ubah, tergantung dari suhu. Ketika volume benda berkurang, massa jenisnya akan bertambah. Semakin kecil volume, semakin besar massa jenis benda. Sebaliknya, jika volume benda bertambah, massa jenis benda akan berkurang. Nah, si air khan cuma bisa menyusut (volume air berkurang) sampai suhu 4 oC. Karenanya, air memiliki massa jenis paling tinggi pada suhu 4 oC. Sampai di sini, ar yu andersten ? ;)
Perhatikan grafik di bawah. Grafik ini menyatakan hubungan antara volume dan suhu air.
anomali-airJangan tanya gurumuda, mengapa air kok jadi aneh seperti itu. Anggap saja ini takdir :) Seandainya antara 0 oC sampai 4oC air tidak berperilaku menyimpang, makhluk hidup yang tinggal di bawah air akan punah ketika musim dingin tiba. Masa sich ?
Ketika musim dingin tiba, udara akan kedinginan (suhu udara menurun). Karena permukaan air danau atau air sungai juga bersentuhan dengan udara, maka air yang ada di permukaan sungai atau danau juga ikut2an kedinginan. Karena suhu air menurun, maka volume air juga berkurang. Karena volume air berkurang, maka massa jenis air bertambah. Air yang ada di permukaan memiliki massa jenis yang lebih besar daripada temannya yag ada di sebelah bawah. Akibatnya, si air yang ada di permukaan terjun bebas ke dasar. Temannya yang ada di sebelah bawah segera meluncur ke atas, menggantikan posisi si air yang tenggelam tadi. Ikan2 yang ada di dasar pada stress… kok tiba2 jadi dingin. Karena kedinginan, ikan2 pun berpelukan… musim dingin tiba, ikan2 makin romantis saja… Proses ini terjadi sampai suhu air mencapai 4 oC. Ingat ya, air menyusut (volume air berkurang) hanya sampai 4 oC. Karenanya, air memiliki massa jenis paling tinggi pada suhu 4 oC.
Ketika suhu air di permukaan sungai atau danau lebih kecil dari 4 oC, air yang ada di permukaan memuai (volumenya bertambah). Akibatnya, massa jenis air yang ada di permukaan menjadi kecil. Karena massa jenis air yang ada di permukaan lebih kecil dari massa jenis air yang ada di sebelah bawah, maka air yang ada di permukaan tidak bisa terjun bebas lagi ke bawah. Air yang ada di permukaan tetap berada di atas dan akan membeku duluan seiring dengan menurunnya suhu… Jika suhu udara semakin rendah, temannya yang ada di sebelah bawah ikut2an membeku. Demikian seterusnya… jadi urutan perbekuan ;) dimulai dari atas… Air yang ada di dasar danau atau dasar sungai biasanya tidak membeku, karena suhu tidak sangat dingin. Kecuali kalau di kutub utara atau selatan, semuanya pasti membeku. Karena air yang ada di dasar tidak mendapat jatah es batu, maka ikan2 selamat dari malapetaka musim dingin. Mereka berpelukan ria di dasar sungai atau danau… kata ikan, biar kedinginan asal tidak kejepit es batu :)
Seandainya air tidak berperilaku menyimpang pada suhu 4 oC, maka ketika musim dingin tiba, semua ikan akan mati karena kejepit es batu. Air yang telah mencapai suhu 4 oC akan mengalami penyusutan, bukan pemuaian. Dalam hal ini, volume air akan berkurang. Ketika volumenya berkurang, massa jenis alias kerapatan air bertambah. Karenanya air akan terjun bebas ke dasar sungai, danau, kolam dkk… Proses ini akan berulang secara terus menerus seiring dengan menurunnya suhu hingga di bawah 4 oC.
Dengan demikian, proses perbekuan akan dimulai dari dasar. Dengan kata lain, bagian dasar sungai, danau, kolam dkk akan penuh terisi es batu… ikan dkk akan kejepit es batu dan menghembuskan napas terakhir… Sudah kedinginan, mati secara menggenaskan pula. Tapi kenyataannya tidak seperti itu… Tuhan pencipta alam semesta melindungi mereka, dengan membuat air berperilaku sedikit menyimpang pada suhu 4 oC… Kalau benda lain makin dingin makin menyusut (volume berkurang), maka air beda sendiri… Ketika si air kedinginan hingga 4 oC, air bukannya menyusut tetapi malah memuai.
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

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar