Kalau air mau cepat masak, panci harus ditutup!

Begitulah kata-kata yang sering kita dengar agar air yang dimasak di panci cepat mendidih dan masak (atau matang). Mungkin selain itu, agar air tidak meluap ke kompor hingga api bahkan bisa padam.

Mengapa panci yang ditutup dapat mempercepat air menjadi masak? Mengapa hal ini bisa terjadi?

Jika kita anggap bahwa tutup panci berfungsi menahan panas yang hilang saat memasak, maka itu jawaban yang paling masuk akal. Dengan demikian, tutup panci berfungsi sebagai penahan panas sehingga panas semakin lama semakin bertambah di dalam panci. Akibatnya air akan cepat mendidih dan matang.

Penjelasan lebih lanjut.

Dalam memanaskan benda, fisika mengenalkan istilah titik didih. Artinya, ada saat ketika dalam suhu tertentu, benda mulai berubah wujud (tentunya menjadi gas). Setiap benda memiliki nilai titik didih yang berbeda-beda. Dan untuk air, ia memiliki titik didih yang cukup tinggi sehingga kita memerlukan pemanasan yang lebih lama. Belum lagi jika air yang kita masak dimasukkan zat-zat lain, yang kata fisika lagi, akan menambah nilai titik didih.

Kita telah tahu bahwa panas yang berasal dari api kompor merambat dari bawah panci ke air di bagian bawah, kemudian sedikit demi sedikit merambat ke bagian atas panci.Namun, tidak semua molekul air langsung menjadi panas. Satu persatu molekul air bergantian menjadi panas. Molekul air panas dari bawah bergerak ke atas, sebaliknya molekul air di atasnya yang masih belum panas terdesak sehingga turun ke bawah. Terjadi semacam estafet dengan pola gerakan menyerupai lingkaran. Kemudian, molekul air yang panas dan telah menjadi uap air mendesak ingin keluar, terbang ke udara.

Ada baiknya jika molekul uap air yang panas tadi jangan dibiarkan dulu terbang ke udara. Pada panci yang tertutup, molekul air yang berenergi tinggi itu tetap berada di dalam sementara energi mereka ikut memanaskan molekul-molekul air lainnya yang masih berwujud cair. Begitulah penjelasan mengapa dengan cara ditutup, air akan cepat mencapai titik didihnya dan matang.

Mengapa kita saat keluar dari kolam renang akan menggigil?

Ketika udara dingin, saat keluar dari kolam renang badan kita akan menggigil. Mengapa?

Ketika keluar dari kolam renang, di tubuh kita banyak terdapat air. Molekul-molekul air yang bergerak cepat akan terlepas dari tubuh.

Akibatnya air yang menempel di tubuh menjadi lebih dingin. Sisa air ini akan menyerap kalor dari tubuh kita, sehingga tubuh kita menjadi lebih dingin.

Untuk menaikkan suhu tubuh, tubuh kita bereaksi dengan cara menggerakkan seluruh anggota tubuh yaitu dengan menggigil.

Apakah radiasi itu?

Ketika batang logam dipanaskan, atom-atom logam akan bergetar makin cepat. Atom-atom ini akan memancarkan gelombang yang dinamakan gelombang elektromagnetik. Gelombang ini dapat merambat di mana saja, bahkan di ruang hampa sekalipun. Gelombang ini bergerak sangat cepat; 300.000 kilometer tiap detiknya.

Kalau logam ini terus dipanaskan, energi gelombang elektromagnet bertambah makin besar. Ketika suhu mencapai 500°C, energi gelombang ini mampu merangsang saraf-saraf mata, otak kita menginterpretasikan gelombang yang datang ke mata ini sebagai warna merah, sehingga besi kelihatan berwarna merah.

Jika logam ini terus dipanaskan hingga 800°C, energi gelombang elektromagnetik lebih besar lagi, dan sekarang otak kita menginterpretasikan sebagai warna merah agak jingga. Jika logam terus dipanaskan hingga 1.200°C, otak kita menginterpretasikan gelombang elektromagnetik yang datang sebagai warna putih.

Pad suhu ruang atau sampai 100°C, energi gelombang elektromagnetik tidak mampu merangsang mata, sehingga mata tidak melihat adanya perubahan warna logam. Walaupun begitu, kulit kita sangat sensitif dengan gelombang ini. Ketika gelombang ini mengenai kulit kita, otak kita menginterpretasikan ini sebagai panas, itu sebabnya kita merasa tangan kita hangat.

Apakah elektron yang keluar dari baterai kembali lagi ke baterai?

Begitu sebuah baterai mengirimkan elektron-elektron ke dalam sebuah alat listrik, elektron-elektron itu mengalir melalui alat dan selanjutnya kembali ke baterai lagi, betulkah demikian?

Tidak persisi demikian. Dalam baterai, elektron-elektron memang pindah dari satu atom ke atom lain seperti kutu loncat. Tapi, tidak demikian halnya ketika listrik mengalir melalui seutas kawat atau sebuah rangkaian listrik yang rumit. Elektron-elektron tidak masuk begitu saja dari ujung kawat yang satu, melompat dari atom satu ke yang berikutnya, kemudian keluar dari ujung yang lain.

Katakanlah tegangan baterai mendorong elektron-elektron melalui seutas kawat dari kiri ke kanan. Yang sesungguhnya terjadi adalah tiap elektron menolak tetangga (yang tentunya berupa elektron) di sebelah kanannya, karena mereka sama-sama bermuatan megatif dan muatan yang sama cenderung tolak-menolak. Pada gilirannya elektron tetangga tadi juga menolak atau  mendorong elektron tetangganya di sebelah hilir (baterai), dan begitu seterusnya.

Ketika gelombang dorong-mendorong tadi akhirnya sampai ke ujung kawat -yang jauh lebih cepat ketimbang elektron pertama melompat-lompat sendiri menempuh belantara atom -efeknya tepat sama seolah-olah elektron di ujung akhir kawat sama dengan elektron di ujung awal kawat. Lagi pula, siapa yang dapat membedakan elektron satu dari yang lain? Bahkan sesama elektron pun tidak tahu.

Ada tegangan di permukaan air

Molekul air memiliki daya lekat yang luar biasa dengan sesamanya (kohesi). Akibatnya, sebuah molekul air di permukaan air (yang berada di bejana atau wadah lainnya) tertarik dengan kuat sekali oleh molekul-molekul lain di bagian dalam. Sekarang, formasi (atau susunan) paling kuat yang bisa dibentuk oleh sesedikit mungkin molekul adalah bentuk bola; bangun bola memiliki luas permukaan paling kecil dibanding bangun-bangun lain. Itu sebabnya air membentuk titik-titik air seperti bola ketika mereka memperoleh kebebasan untuk bergerak, misalnya ketika jatuh saat hujan.

Gaya tarik ke arah dalam yang dialami oleh molekul-molekul di permukaan suatu zat cair disebut “tegangan permukaan”. Ini karena molekul-molekul (yang ada di) permukaan, sedikit banyak, berbeda dari molekul-molekul di bagian dalam.

Di bagian dalam suatu zat cair, sebuah molekul ditarik oleh sesama molekul di atas, di bawah, dan di sekelilingnya, dan semua gaya tarik saling meniadakan. Tapi, sebuah molekul tepat di permukaan ditarik oleh molekul-molekul di sekelilingnya kecuali dari atas; ini menyebabkan gaya tarik ke bawah yang tidak mempunyai lawan untuk mengimbanginya. Akibatnya molekul-molekul permukaan memiliki kelekatan lebih kuat dengan sesama molekul lain. Air seperti mempunyai sebaris lapangan kencang di permukaannya. Benda-benda kecil dan ringan bahkan dapat berbaring santai di permukaan tanpa menembus lapisan yang seperti “kulit” itu. Itu sebabnya serangga air dapat berselancar ria di permukaan air yang tenang.

Coba masukkan sabun. Molekul-molekul sabun merusak tegangan permukaan air karena menyesaki air permukaan dengan molekul-molekul yang dapat menarik air (bagian bawah molekul sabun) dan minyak (bagian atas molekul sabun). Selain melemahkan ikatan di antara sesama molekul air, gabungan molekul sabun dan air juga menerima benda-benda lain dengan tangan lebih terbuka…termasuk jarum yang semula dapat kita apungkan di permukaan air.

Mengapa termometer badan raksa tidak bisa turun sendiri?

Yang bisa naik, tapi tidak bisa turun sendiri?

Air raksa dalam termometer badan/klinis saya kelihatan tidak bermasalah ketika naik. Bahkan sering lebih tinggi daripada yang saya suka dan tetap di sana. Tapi, untuk menurunkannya lagi saya harus mengibaskannya keras-keras. Jika air raksa itu naik dengan mudah, mengapa tidak bisa turun sendiri?

Apabila kita cermati, kita akan melihat bagian menyempit pada bagian bawah tabung kapiler yang diisi dengan air raksa. Dalam perjalanan naik, air raksa mempunyai kekuatan yang cukup untuk mengatasi hambatan di tabung kapiler, jadi mampu melewatinya; tekanan sebuah zat cair yang  memuai bisa kuat sekali; (ingat bahwa ketika air membeku dan memuai, tekanannya sanggup memecahkan pipa besi dan dinding beton).

Ketika kita mengeluarkan termometer klinis dari dalam mulut, suhu pada bola tempat penampungan air raksa menurun, tetapi  air raksa dalam tabung kapiler tidak turun; tetap berada di tempat tertingginya. Air raksa di tempat penampungan jelas menyusut kembali, tetapi air raksa itu tidak dapat menarik seluruh air raksa karena tidak cukup kuat; daya tarik-menarik antara atom-atom air raksa (kohesi) terlalu lemah untuk mengatasi gaya tarik ke bawah (kalau jauh lebih kuat, air raksa akan berwujud padat, bukan zat cair).

Maka, alih-alih tertarik ke bola penampungan, sisa air raksa di tabung kapiler terputus tepat di atas penyempitan seperti benang jahit yang putus di bagian tipisnya. Air raksa di bola penampungan terus menyusut, meninggalkan sebuah ruang hampa di atasnya, seperti sebuah lokomotif yang meninggalkan rangkaian gerbong setelah melewati celah sempit.

Karena kita mengibaskan termometer itu, dengan gerakan mengayun, melingkar, gaya sentrifugal akan melontarkan sisa air raksa ke arah luar, atau ke arah bola penampungan. Gaya ini bisa cukup kuat untuk mengatasi gesekan dalam celah yang sempit.

sumber: Einstein aja gak tahu! (dengan pengubahan seperlunya)

Mengapa Dongkrak Dapat Menghasilkan Gaya yang Besar?

Kamu sudah tahu bahwa dongkrak bekerja berdasarkan prinsip Pascal, yaitu tekanan fluida pada ruang tertutup diteruskan ke segala arah dan sama besar. Dan hubungan antara gaya tekan dan gaya yang dihasilkan berasal dari hubungan berikut.

p1 = p2 (tekanan pada  posisi yang sama)

F1/A1 = F2/A2 atau F1/F2 = A1/A2

dengan F1 adalah gaya tekan pada silinder tekan

F2 adalah gaya hasil pada silinder beban

A1 adalah luas penampang silinder tekan

A2 adalah luas penampang silinder beban

Jika dimasukkan data sembarang, maka F1/F2 = A1/A2; 500 N/10.000 N = 1/20.

Terlihat dengan perbandingan luas silinder tekan dan beban, gaya hasil (F2=10.000 N) 20 kali lipat dari gaya tekan (500 N). Oleh karena ini, dongkrak dianggap sebagai “pengali” atau “penambah gaya”. Dan sampailah pada tujuan saya menulis ini, darimanakah “gaya tambahan” tersebut yang berasal? Apakah dari jenis cairan yang digunakan dongkrak? Atau dari dongkrak sendiri?