Benda yang memuai menjadi lebih besar tetapi mengalami pengurangan massa

Jakarta -

Pernahkah kamu melihat pintu atau jendela rumah mengalami perubahan menjadi lebih berat dan tidak pas dengan kusennya? Fenomena ini bisa terjadi karena ada pemuaian lho, detikers!

Pemuaian adalah fenomena perubahan atau bertambahnya dimensi atau ukuran benda yang disebabkan oleh kenaikan suhu panas pada benda tersebut.

Dikutip dari laman sumber belajar Kemdikbud, memuai adalah peristiwa peningkatan suhu pada zat yang membuat bentuk zat tersebut berubah menjadi lebih luas, lebar, panjang, atau besaran volumenya bertambah.

Pemuaian bisa terjadi di beberapa zat seperti zat padat, cair maupun gas. Setiap benda yang memuai berbeda satu sama lain tergantung suhu, koefisien muai panjang atau daya muai benda tersebut. Efek terjadinya pemuaian ini seringkali dimanfaatkan untuk pengembangan berbagai jenis teknologi.

Setelah kamu memahami apa yang dimaksud dengan pemuaian, lantas seperti apa, ciri-ciri, jenis, rumus dan contohnya dalam kehidupan sehari-hari? Simak penjelasan lengkapnya berikut ini.

Ciri-ciri dan Contoh Benda Mengalami Pemuaian

Tahukah kamu, ciri-ciri benda yang mengalami pemuaian adalah adanya perubahan fisik pada bentuk maupun struktur, terjadi perubahan suhu karena dipanaskan, dan mengalami perubahan luas.

Suatu benda mengalami pemuaian umumnya berasal dari golongan benda yang mudah memuai saat kena suhu panas. Benda yang mengalami pemuaian adalah besi, lembaran kaca, air raksa, dan lainnya.

Sementara itu, ada juga benda yang sukar memuai karena daya muai yang dimiliki rendah dan kurang sehingga sulit melihat hasil pemuaian pada benda tersebut.

Contoh pemuaian dalam kehidupan sehari-hari misalnya ketika sebuah gelas kaca tiba-tiba pecah atau retak saat dituang air panas. Hal ini terjadi karena pemuaian tidak merata ke seluruh bagian gelas.

Peristiwa lain bisa kamu temui pada sambungan rel kereta api yang membuat celah antara batang rel. Peristiwa tersebut digunakan agar terdapat ruang muai saat terjadi peningkatan suhu panas sehingga rel tidak berubah bentuk atau besaran.

Selain itu, contoh peristiwa yang memanfaatkan sifat pemuaian adalah penggunaan termometer untuk mengukur suhu panas dalam tubuh kita.

Jenis Pemuaian Zat Padat dan Rumusnya

Seperti yang sudah disebutkan sebelumnya, pemuaian terjadi setidaknya pada tiga jenis zat yaitu padat, cair, dan gas, seperti dikutip dari Modul Fisika XI yang disusun oleh Kusrini (2020).

Jenis pemuaian ini terjadi pada satu benda padat misalnya bingkai jendela, rel kereta api, atau kabel listrik. Pada benda padat, pemuaian zat dapat mengubah koefisien panjang, luas, dan volume. Berikut ini penjelasan jenis pemuaian pada zat padat dan rumusnya.

1. Muai Panjang

Koefisien muai panjang adalah faktor terjadinya pemuaian panjang yang dipengaruhi jenis benda dan bahan. Secara matematis persamaan untuk mengetahui bertambahnya panjang benda setelah memuai adalah berikut rumusnya

Rumus Pemuaian Panjang

Rumus pemuaian panjang Foto: detikEdu

2. Muai Luas

Logam yang berbentuk lempengan tipis saat terjadi pemanasan akan mengalami muai luas. Peristiwa ini bisa kamu amati pada kaca jendela. Suhu kaca yang meningkat menyebabkan pemuaian sehingga kaca menjadi bertambah besar dari semula.

Rumus Muai Luas

Rumus Pemuaian Luas Foto: detikEdu

3. Pemuaian Volume

Apabila benda yang dipanaskan bentuknya kubus, balik atau benda pejal, muai volume merupakan komponen dominan yang perlu diperhatikan. Perubahan volume tergantung jenis bahan dan berbanding lurus dengan perubahan suhu dan volume awal.

Rumus Muai Volume

Rumus Pemuaian Luas Foto: detikEdu

Dari penjelasan di atas, dapat kita simpulkan pemuaian adalah perubahan atau bertambahnya ukuran berupa panjang, luas, dan volume pada suatu zat yang diakibatkan oleh peningkatan suhu panas.

Simak Video "Konsep Multiverse dalam Sudut Pandang Agama"

Artikel Fisika kelas 7 kali ini akan membahas mengenai proses pemuaian yang terjadi pada zat padat. Yuk, simak baik-baik penjelasannya, ya! 

--

Guys, siapa nih yang sering bepergian naik kereta? 

Mungkin banyak di antara kita yang udah nggak asing lagi ya sama gambaran rel kereta api. Tapi, kamu sadar nggak sih, ternyata, sambungan antar tiap rel kereta itu nggak dipasang rapat-rapat, lho! Hmm, kenapa bisa begitu? 

Nah, pemasangan sambungan antar rel kereta yang nggak rapat ini, tentu ada sebabnya. Salah satunya karena rel kereta api akan mengalami pemuaian di siang hari. Makanya nih, sambungan tiap rel dipasang agak renggang, supaya tetap aman walaupun memuai. Lalu, apa sih pemuaian itu?

Oke, sebelum aku kasih tau jawabannya, aku mau tanya dulu nih, kamu masih ingat nggak dengan materi suhu? Kalo udah lupa, coba deh baca-baca lagi di artikel berikut ini.

Baca juga: Kenapa Suhu Terdapat 4 Skala

Suhu merupakan derajat panas atau dinginnya suatu benda. Semakin tinggi suhu suatu benda, maka benda tersebut semakin panas. Sebaliknya, semakin rendah suhu suatu benda, maka benda tersebut semakin dingin. Ternyata, suhu juga dapat mempengaruhi ukuran suatu benda. Perubahan ukuran pada benda terbagi menjadi dua macam, yaitu pemuaian dan penyusutan.

“Huft, lama amat! Jadi, pemuaian itu apa sih sebenarnya?”

Eits, sabar-sabar, ‘dinda jangan marah-marah nanti kamu lekas tua’.  Lah kok jadi nyanyi, sih? HAHAHA...

Jadi, pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda saat benda tersebut mengalami kenaikan suhu akibat dipanaskan. Sementara itu, penyusutan adalah berkurangnya ukuran suatu benda saat benda tersebut mengalami penurunan suhu akibat didinginkan. Pemuaian atau penyusutan terjadi pada setiap benda yang mengalami perubahan suhu, baik untuk zat padat, cair, maupun gas.

Nah, kali ini, kita akan bahas pemuaian yang terjadi pada zat padat. Lho, gimana dengan pemuaian atau penyusutan zat-zat yang lain? Tenang, tunggu aja artikel selanjutnya, yach! WKWK… :P 

Pemuaian pada zat padat terbagi menjadi tiga jenis. Yuk, kita simak penjelasannya satu per satu!

Pemuaian Panjang

Pemuaian panjang merupakan perubahan panjang suatu benda saat benda tersebut mengalami kenaikan suhu akibat dipanaskan. Peristiwa ini terjadi pada zat padat yang ukuran panjangnya jauh lebih besar jika dibandingkan dengan lebar atau diameternya, seperti paku, kawat, batang besi, dan sebagainya. 

Paku adalah salah satu benda yang dapat mengalami pemuaian panjang. (sumber: bumisaka)

Balik lagi ke persoalan sambungan rel kereta api yang dipasang agak renggang, ya. Jadi, zat-zat yang ada di alam ini memiliki kecenderungan untuk memuai ketika suhunya panas, dan menyusut ketika suhunya dingin. Rel kereta api yang berada di luar ruangan, tentu akan mengalami peristiwa pemuaian ini. 

Pada siang hari, karena suhu udara cenderung panas, batang rel akan mengalami pemuaian (bertambah panjang). Sementara itu, di malam hari, batang rel akan menyusut (bertambah pendek) kembali karena suhu udara yang dingin. 

Baca juga: Penggolongan Materi Secara Fisika: Padat, Cair, Gas

Nah, pemuaian pada batang rel kereta karena suhu yang panas ini bisa menyebabkan saling mendorong antara dua batang rel, dan membuat rel tersebut jadi melengkung. Tentu, hal tersebut akan sangat berbahaya, ya. Bisa-bisa, kereta akan keluar jalur saat melewatinya. Makanya, sambungan antar rel kereta dipasang agak renggang supaya ketika memuai, kedua batang rel nggak bakal bengkok.

Ilustrasi jika sambungan rel dipasang rapat (Sumber: its aumsum time via YouTube)

Nah, pertambahan panjang suatu zat secara fisis akan:

1. Berbanding lurus dengan panjang mula-mula.
2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu.
3. Bergantung dari jenis zat.

Oke, sekarang, biar kamu nggak bingung sama rumus di atas, kita kerjakan contoh soal di bawah ini, yuk!

Contoh soal!

Sebatang baja yang panjangnya 2 m dipanaskan, sehingga suhunya berubah dari 40 °c menjadi 70 °c . Jika diketahui koefisien muai panjangnya adalah 1,1 x 10-5 /°c, berapakah panjang baja itu sekarang?

Pembahasan:

Pertama, kita tulis dulu yang diketahui, nih. 

Diketahui:

Lo = 2 m

T = 70°c - 40 °c = 30°c

α =1,1 x 10-5 /°c

Ditanya : Lt = ...?

Jawab:

L=Lo . α . T

L =(2 m) . (1,1 x 10-5 /°c). (30 °c)

L = (6,6 x 10-4 m) =0,00066 m

Nah, kita tau nih kalo pertambahan panjang bajanya itu 0,00066 m. Jadi, untuk mencari tau panjang baja setelah dipanaskan, kita jumlahkan aja panjang baja mula-mula dengan pertambahan panjang bajanya. Sehingga,

Lt = Lo + L

Lt = 2 + 0,00066

Lt =2,00066 m

Berarti, panjang baja setelah dipanaskan adalah 2,00066 m, ya.

Pemuaian Luas    

Pemuaian luas merupakan perubahan luas suatu benda saat benda tersebut mengalami kenaikan suhu akibat dipanaskan. Pemuaian luas ini dapat diamati pada benda yang ketebalannya jauh lebih kecil dibandingkan dengan panjang dan lebarnya. Jadi, pemuaian arah tebalnya juga jauh lebih kecil daripada pemuaian di arah panjang dan lebarnya, sehingga bisa diabaikan. 

Contohnya kaca jendela. Saat suhu udara panas, suhu kaca menjadi naik, sehingga terjadi pemuaian. Kaca mengalami penambahan ukuran yang lebih lebar dari sebelumnya. Akibatnya, kaca terlihat terpasang sangat rapat pada bingkai. 

Pertambahan luas suatu zat bila dipanaskan akan:

1. Berbanding lurus dengan luas mula-mula.
2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu.
3. Bergantung dari jenis zat.

Baca juga: Perbedaan Meteoroid, Meteorit, dan Meteor

Coba yuk kita kerjakan contoh soal di bawah ini!

Contoh soal!

Pada suhu 30°c, sebuah pelat besi luasnya 10 m2. Apabila suhunya dinaikkan menjadi 90°c dan diketahui koefisien muai panjangnya adalah 1,2 x 10-5/°c, maka tentukanlah luas pelat besi itu sekarang!

Pembahasan:

Sama seperti contoh soal sebelumnya ya, kita tulis dulu apa aja yang diketahui pada soal.

Diketahui: 

T =90°c-30°c= 60°c

Ao = 10 m2

β =1,2 x 10-5 /°c= α 2= 2,4 x 10-5/°c

Ditanya: At =...?

Jawab:

A = Ao . β . T

A = Ao . (2α). T

A = 10 m2 .  2,4 x 10-5 /°c .  60°c

A =14,4 x 10-3 m2= 0,0144 m2

Oke, karena yang ditanya itu luas pelat besi setelah mengalami pemuaian, maka kita jumlahkan aja luas pelat besi mula-mula dengan penambahan luas pelat besinya, sehingga:

At = Ao + A

At = 10 + 0,0144

At =10,0144 m2

Jadi, luas pelat besi setelah mengalami pemuaian adalah 10,0144 m2.

Pemuaian Volume

Pemuaian volume adalah perubahan volume suatu benda saat benda tersebut mengalami kenaikan suhu akibat dipanaskan. Pemuaian volume terjadi jika seluruh dimensi benda cukup besar, sehingga pemuaian ke semua arah tidak bisa diabaikan. 

Contohnya, ketika kamu memasak air di dalam panci, tanpa disadari panci mengalami pemuaian, loh! Saat dipanaskan, air dan panci sama-sama menyerap kalor dari api. Nah, panci yang menyerap kalor atau energi panas itu, ukurannya akan bertambah karena mengalami pemuaian. Pemuaian ini menyebabkan panci mengalami penambahan volume. 

Ilustrasi panci mengalami pemuaian akibat dipanaskan.

Pertambahan volume suatu zat yang dipanaskan, secara fisis akan:

1. Berbanding lurus dengan volume mula-mula zat.
2. Berbanding lurus dengan perubahan suhu zat.
3. Bergantung dari jenis bahan.

Langsung aja kita kerjakan contoh soal berikut!

Contoh soal!

Sebuah balok baja berukuran 5 cm x 10 cm x 6 cm. Hitunglah volume akhir balok baja ketika suhunya dinaikkan dari 22 °c ke 42 °c. Diketahui koefisien muai panjang baja 1,1 x 10-5 /°c.

Pembahasan:

Diketahui: 

Vo = 300 cm3 =3 x 102 cm3

T =42 °c-22 °c = 20°c

γ =1,1 x 10-5/°c = α 3= 3 . 1,1 x 10-5 /°c = 3,3 x 10-5 /°c  

Ditanya: Vt =...?

Jawab:

V = Vo . γ . T

V = 3 x 102 cm3 . 3,3 x 10-5/°c . 20°c

V =1,98 x 10-1 cm3

Jadi, untuk mencari volume baja setelah mengalami pemuaian, kita jumlahkan aja volume awal bajanya dengan penambahan volumenya, sehingga:

Vt = Vo + V

Vt = 300 + 0,0198

Vt =300,198 cm3

Didapat volume akhir baja setelah dipanaskan adalah 300,198 cm3.

Baca juga: Yuk, Kenali Perbedaan Unsur, Senyawa, dan Campuran

Nah, sekarang kamu udah tau ya alasan mengapa sambungan pada rel kereta api itu harus sedikit direnggangkan. Yap! Betul, karena benda atau zat bisa mengalami penambahan panjang, luas, maupun volume akibat pemuaian. Pemuaian ini bisa terjadi karena perubahan suhu. Sebenarnya, banyak juga contoh pemuaian pada benda yang tanpa kita sadari terjadi di kehidupan sehari-hari. 

Oke, hari ini kita udah belajar banyak, ya! Kalo gitu, waktunya untuk mantepin pemahaman kamu dengan latihan soal, nih! Kamu bisa loh latihan soal dengan ribuan materi dan pembahasan di Bank Soal ruanguji. Yuk, cobain dan ukur kemampuanmu sekarang juga!

Sumber foto:

Paku. http://bumisaka.com/project/paku/ . diakses tanggal 01 oktober 2021

Sumber Gif:

Its aumsum time. https://www.youtube.com/watch?v=9JuKqkZVgTU. diakses 30 september 2021