Pemuaian: Pengertian, Rumus, Contoh Soal (Lengkap)

Daftar Isi

Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena disebabkan oleh kenaikan suhu. Terdiri dari pemuaian panjang, luas, dan volume pada zat padat, cair, dan gas.

pemuaian pengertian rumus contoh soal

Apa kabar adik-adik? Semoga selalu dalam keadaan sehat. Materi fisika kita kali ini akan membahas tentang salah satu fenomena yang terkait dengan suhu, yakni pemuaian.

Sebenarnya, sudah banyak materi pemuaian di blog/website lain yang muncul di google membahas topik ini. Namun, sayangnya kebanyakan dari materi tersebut penjelasannya mengawang-ngawang, panjang tapi tidak jelas.

Mungkin, karena materinya tidak ditulis oleh seorang yang memiliki keahlian di bidang fisika atau tidak pernah menggeluti fisika sampai ke jenjang pendidikan tinggi (universitas).

Berbeda dengan website yang sedang kalian baca saat ini, ditulis langsung oleh seorang sarjana fisika lulusan Universitas Negeri Makassar. Jadi, semua materinya dapat dipertanggungjawabkan.

Pembahasan seputar pemuaian yang akan dijelaskan dalam materi ini terdiri dari pengertian, rumus, contoh soal dan jawaban, serta semua hal yang berkaitan dengan pemuaian.

Baiklah, kita mulai saja materinya...

Pengertian Pemuaian

Apa yang dimaksud dengan pemuaian? Dalam fisika, pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena disebabkan oleh kenaikan suhu. 

Coba simak definisi di atas, ada tiga poin utama dari peristiwa pemuaian, yaitu pertambahan ukuran, benda atau zat, dan kenaikan suhu. 

Jadi, ketika terjadi pertambahan ukuran, maka pada saat itu sedang terjadi pemuaian. Kebalikan dari pemuaian adalah penyusutan, yaitu pengurangan ukuran.

Semua benda bisa mengalami pemuaian atau pertambahan ukuran, baik itu benda padat, cair, maupun gas. Hal yang membedakan adalah cara pemuaian masing-masing benda.

Dari pengertian pemuaian di atas, kita juga bisa langsung tahu bahwa penyebab terjadinya pemuaian adalah kenaikan suhu. Seperti apa prosesnya? Berikut ini kakak uraikan:

Penyebab Terjadinya Pemuaian

Pemuaian atau pertambahan ukuran pada benda disebabkan oleh kenaikan suhu ketika benda mendapatkan panas dari luar yang mengakibatkan gerak partikel molekul bertambah cepat sehingga membutuhkan ruang yang lebih besar, akibatnya ukuran benda bertambah.

Berikut ini penjelasannya:
 
Sebagaimana yang pernah dijelaskan, suhu adalah ukuran kelajuan gerak getaran partikel-partikel dalam suatu benda.

Suhu akan naik ketika mendapat panas (kalor) dari luar. Panas akan mempengaruhi gerak molekul-molekul penyusun benda di mana getarannya akan semakin cepat.

Akibatnya, partikel-partikel itu cenderung saling menjauh sehingga jarak antarmolekul semakin lebar. Sehingga, partikel akan mengambil ruang yang lebih besar.

Jika dianalogikan, fenomena ini sama dengan sekelompok orang berdiri pada tempatnya dan tidak bergerak, mereka dapat berdiri pada posisi berdekatan sehingg tidak mengambil ruang yang besar.

Tetapi, ketika mereka mulai bergerak (misalkan, menari-nari), mereka akan mengambil ruang yang lebih besar.

Partikel-partikel itu sendiri tidak bertambah ukurannya. Tetapi, sebagai satu kesatuan mereka mengambil ruang yang lebih besar. 

Inilah yang menjelaskan mengapa sehingga benda mengalami pertambahan ukuran dari ukurannya semula, semuanya berawal dari kenaikan suhu.

Pertambahan ukuran itu bisa berupa pertambahan panjang, luas, atau pertambahan volume pada benda/zat padat, cair, dan gas. 

Ciri-Ciri Benda yang Mengalami Pemuaian

Benda yang mengalami pemuaian ditunjukkan dengan ciri-ciri: 
  • Panjangnya bertambah, pada pemuaian panjang.
  • Luasnya bertambah, pada pemuaian luas. 
  • Volumenya bertambah, pada pemuaian volume.

Faktor yang Mempengaruhi Pemuaian

Ada tiga (3) faktor yang mempengaruhi proses pemuaian benda, yaitu ukuran awal benda, koefisien muai benda, dan besarnya perubahan suhu.

1. Ukuran Awal Benda

Ukuran awal suatu benda akan berpengaruh terhadap proses pemuaian. Semakin besar ukuran awal sebuah benda, maka semakin besar pula pemuaiannya.

2. Koefisien Muai

Faktor selanjutnya yang mempengaruhi proses pemuaian adalah koefisien muai benda, yaitu bilangan yang menunjukan besarnya pertambahan ukuran zat tiap satuan ukuran zat pada kenaikan suhu 1 oC.
 
Koefisien muai dipengaruhi oleh jenis dan karakteristik suatu bahan. Jadi, setiap benda atau bahan bisa memiliki koefisien muai yang berbeda-beda. Kecuali, gas yang memiliki koefisien muai sama yang setiap jenis gas.

3. Perubahan Suhu

Selain itu, faktor yang juga mempengaruhi pemuaian adalah besarnya perubahan suhu. Kenaikan suhu yang besar akan mengakibatkan pertambahan ukuran yang besar pula.

Jenis-Jenis Pemuaian

Setiap benda terdiri atas dimensi panjang, lebar, dan tinggi. Apabila benda itu memuai, maka akan terjadi pertambahan panjang, lebar, dan tinggi.
 
Akan tetapi, untuk kondisi-kondisi tertentu, kita dapat menyelidiki pemuaian pada arah tertentu saja. 
 
Misalnya, pemuaian panjang saja, pemuaian luas (panjang dan lebar) saja, atau pemuaian volume (panjang, lebar, dan tinggi). 

Selain itu, setiap zat bisa memiliki jenis pemuaian yang berbeda-beda. Misalnya, pada zat padat bisa terjadi pemuaian panjang, luas, dan volume. Sedangkan, pada zat cair dan gas hanya terjadi pemuaian volume saja.

Berikut ini akan dijelaskan secara terperinci proses pemuaian pada masing-masing benda atau zat dan jenis pemuaian yang terjadi...

1. Pemuaian Zat Padat

Pada zat padat, bisa terjadi tiga jenis pemuaian, yaitu pemuaian panjang, luas, dan volume. 

1.1. Pemuaian Panjang

pemuaian panjang benda
Pemuaian panjang adalah pertambahan ukuran panjang suatu benda dari panjangnya semula karena kenaikan suhu. Pemuaian panjang umumnya terjadi pada benda berbentuk batang.
 
Contoh pemuaian panjang  zat padat adalah pada kawat dan rel kereta api. Kawat listrik yang terbuat dari tembaga dapat memuai pada siang hari karena adanya kenaikan suhu akibat terik matahari.
 
Sedangkan, pada rel kereta api seringkali terjadi pembengkokan karena mengalami pemuaian panjang ketika suhunya meningkat.
 
Alat untuk menyelidiki atau mengukur besarnya pemuaian panjang zat padat disebut musschenbroek. 
 
Cara kerjanya adalah ketika batang logam dipanaskan, batang tersebut akan memuai sehingga mendorong jarum skala musschenbroek yang menunjukkan besarnya pertambahan panjang. 
 
Pemuaian panjang dipengaruhi oleh panjang awal benda, koefisien muai panjang benda, dan besarnya kenaikan suhu.
 
Koefisien muai panjang adalah bilangan yang menunjukkan pertambahan panjang benda setiap satuan panjang saat mengalami kenaikan suhu 1 oC. Koefisien muai panjang disimbolkan dengan α (alfa).
 
Koefisien muai panjang suatu zat padat bergantung pada jenis zat atau bahan. Berikut ini adalah tabel contoh nilai koefisien muai panjang untuk beberapa jenis zat:
 
Zat Padat Koefisien Muai Panjang (/oC)
Aluminium 2,4 x 10-5
Kuningan 1,9 x 10-5
Tembaga 1,7 x 10-5
Kaca Biasa 0,9 x 10-5
Kaca Pyrex 0,32 x 10-5
Baja 1,1 x 10-5
 
Bila panjang mula-mula sebuah benda yang bersuhu T0 adalah L0, maka panjang benda setelah dipanaskan hingga suhu T dapat diketahui melalui rumus pemuaian panjang: 
 
ΔL = L0 . α . ΔT, atau
Lt = L0 + L0 . α . ΔT, atau
Lt = L0 {1 + α(T - T0)} 
 
Keterangan:
  • ΔL (Lt - L0) = pertambahan panjang benda (m)
  • ΔT (T - T0) = perubahan suhu (oC)
  • Lt = panjang benda setelah dipanaskan (m)
  • L0 = panjang benda mula-mula (m)
  • α = koefisien muai panjang (/oC)
  • T = suhu benda setelah dipanaskan (oC)
  • T0 = suhu benda mula-mula (oC)

Sementara itu, rumus koefisien muai panjang dituliskan dengan persamaan:

α = ΔL / L0 . ΔT

1.2. Pemuaian Luas

pemuaian luas benda
Pemuaian luas adalah pertambahan ukuran luas suatu benda dari luasnya semula karena kenaikan suhu. Pemuaian luas umumnya terjadi pada benda berbentuk keping atau lempengan. 
 
Contoh pemuaian luas zat padat adalah kaca, seperti kaca pada jendela. Itulah sebabnya mengapa sehingga bingkai jendela dibuat lebih besar daripada luas kaca sehingga terdapat celah kosong antara kaca dan bingkai jendela. 

Tujuannya adalah ketika kaca memuai akibat cuaca panas, kaca tidak menekan bingkai karena masih ada celah kosong sehingga kaca tidak pecah.
 
Pemuaian luas dipengaruhi oleh luas awal benda, koefisien muai luas benda, dan besarnya kenaikan suhu.
 
Koefisien muai luas adalah bilangan yang menunjukkan pertambahan luas benda setiap satuan luas saat mengalami kenaikan suhu 1 oC. Koefisien muai luas disimbolkan dengan β (beta).

Apabila luas sebuah lempengan benda yang bersuhu T0 adalah A0, maka luas lempengan tersebut setelah dipanaskan hingga suhu T dapat diketahui melalui rumus berikut:

ΔA = A0 . β . ΔT, atau
At = A0 + A0 . β . ΔT, atau
At = A0 {1 + β(T - T0)}, atau
At = A0 {1 + 2α(T - T0)}
 β = 2 . α

Keterangan:
  • ΔA (At - A0) = pertambahan luas benda (m2)
  • ΔT (T - T0) = perubahan suhu (oC)
  • At = luas benda setelah dipanaskan (m2)
  • A0 = luas benda mula-mula (m2)
  • β = koefisien muai luas benda (/oC)
  • T = suhu benda setelah dipanaskan (oC)
  • T0 = suhu benda mula-mula (oC)

Sementara itu, rumus koefisien muai luas dituliskan dengan persamaan:

β = ΔA / A0 . ΔT

1.3. Pemuaian Volume (Ruang)

pemuaian volume benda
Pemuaian volume (ruang) adalah pertambahan ukuran volume suatu benda dari volumenya semula karena kenaikan suhu. Pemuaian volume umumnya terjadi pada benda berbentuk balok atau bola.
 
Contoh pemuaian volume (ruang) zat padat adalah pada bola logam yang tergantung dan dikeliling cincin. Pada keadaan awal, bola dan cincin logam tidak bersentuhan karena terdapat jarak antara keduanya.
 
Kemudian, bola logam itu dipanaskan di atas api pembakar selama waktu tertentu. Setelah bola logam dipanaskan, ternyata tidak ada jarak antara bola logam dan cincin.
 
Hal tersebut terjadi karena bola logam yang merupakan benda padat memuai ketika dipanaskan, ukuran volume bola bertambah besar dibanding ukuran semula.

Pemuaian volume dipengaruhi oleh volume awal benda, koefisien muai volume benda, dan besarnya kenaikan suhu.
 
Koefisien muai volume adalah bilangan yang menunjukkan pertambahan volume benda setiap satuan volume saat mengalami kenaikan suhu 1 oC. Koefisien muai volume disimbolkan dengan γ (gamma). 

Apabila volume sebuah benda yang bersuhu T0 adalah V0, maka volume benda setelah dipanaskan hingga suhu T dapat diketahui melalui rumus pemuaian volume berikut:

ΔV = V0 . γ . ΔT, atau
ΔV = V0 .. ΔT, atau
Vt = V0 {1 + γ(T - T0)}, atau
Vt = V0 {1 + 3α(T - T0)}
γ = 3 . α
 
Keterangan: 
  • ΔV (Vt - V0) = pertambahan volume benda (m3)
  • ΔT (T - T0) = perubahan suhu (oC)
  • Vt = volume benda setelah dipanaskan (m3)
  • V0 = volume benda mula-mula (m3)
  • γ = koefisien muai volume (/oC)
  • T = suhu benda setelah dipanaskan (oC)
  • T0 = suhu benda mula-mula (oC)

Sementara itu, rumus koefisien muai volume dituliskan dengan persamaan:

γ = ΔV / V0 . ΔT

2. Pemuaian Zat Cair

Zat cair hanya mengalami pemuaian volume saja. Proses pemuaian zat cair lebih cepat dari pemuaian zat padat. 
 
Contoh pemuaian volume zat cair adalah air dalam panci yang dipanaskan di atas kompor. Air yang menerima panas akan mengalami pemuaian volume yang ditandai dengan tinggi muka air dalam panci naik.
 
Alat yang digunakan untuk menyelidiki atau mengukur pemuaian zat cair disebut dilatometer, yaitu sebuah labu kaca yang mempunyai pipa kecil dan dilengkapi skala.
 
Cara kerja alat ini, dilatometer diisi suatu jenis cairan, misalnya alkohol, hingga garis nol. Kemudian, labu berisi alkohol ini dicelupkan ke dalam sebuah bak yang berisi air panas.
 
Mula-mula permukaan alkohol sedikit turun, kemudian naik dengan cepat melampaui kedudukan semula. Hal ini disebabkan pemuaian alkohol lebih besar daripada pemuaian kaca labu. 
 
Pada umumnya, zat cair akan memuai bila dipanaskan dan menyusut bila didinginkan. Besarnya pemuaian dipengaruhi oleh koefisien muai volume yang bergantung pada jenis zat cair. 
 
Berikut ini adalah tabel nilai koefisien muai dari beberapa jenis zat cair:

Zat Cair Koefisien Muai Volume (/oC)
Etil Alkohol 1,12 x 10-4
Gliserin 4,85 x 10-4
Raksa 1,82 x 10-4
Air 4 x 10-4
Aseton 1,5 x 10-4
Benzena 1,24 x 10-4
 
Namun, khusus untuk air terdapat anomali ketika ia berada pada suhu 0 oC hingga suhu 4 oC. Keadaan inilah yang lazim disebut dengan istilah anomali air.

Air apabila mengalami pemanasan dari suhu 0 oC hingga suhu 4 oC, maka air akan menyusut. Sebaliknya, apabila mengalami pendinginan dari suhu 4 oC hingga 0 oC, air justru memuai.

3. Pemuaian Zat Gas

Sama dengan zat cair, pada gas hanya terjadi pemuaian volume saja. Pemuaian gas lebih cepat dari pemuaian zat padat dan cair.
 
Gay-Lussac menyatakan bahwa besarnya koefisien muai volume untuk semua gas adalah sama besar, yaitu 1/273 oC atau 0,003663 /oC.
 
Umumnya, ketika gas dipanaskan pada suhu tertentu, maka volumenya akan bertambah. Bukti bahwa gas memuai jika dipanaskan adalah balon karet berisi gas/udara akan meletus ketika dipanaskan.
 
Namun, pemuaian gas tidak hanya disebabkan oleh suhu saja, tetapi bisa juga disebabkan oleh tekanan.

Terdapat suatu kondisi di mana gas pada ruang tertutup suhunya dijaga tetap, tetapi tekanannya diperkecil dari tekanan awal, maka volume gas akan bertambah.
 
Pemuaian gas dibedakan menjadi tiga macam, yaitu: 
  • Pemuaian gas pada suhu tetap (isotermal)
  • Pemuaian gas pada tekanan tetap (isobar), dan
  • Pemuaian gas pada volume tetap (isokhorik)

3.1. Pemuaian Gas Suhu Tetap (Isotermal)

Pada proses isotermal, suhu gas tetap sehingga perubahan energi dalam sistem sama dengan nol karena energi dalam hanya bergantung pada suhu awal gas.

Proses isotermal dapat diperoleh dengan menempatkan gas pada wadah yang berdinding konduktor panas tipis yang ditempatkan pada reservoir yang suhunya tetap. 
 
Hukum yang berkaitan dengan pemuaian gas pada suhu tetap disebut Hukum Boyle, yang menyatakan bahwa:
Gas yang ditempatkan dalam ruang tertutup dengan suhu dijaga tetap, maka hasil kali tekanan dan volume gas adalah tetap.

Pemuaian gas pada suhu tetap (isotermal) dirumuskan dengan persamaan:

P1 . V1 = P2 . V2

Keterangan:
  • P1 = Tekanan awal gas (Atm)
  • V1 = Volume awal gas (m3)
  • P2 = Tekanan akhir gas (Atm)
  • V2 = Volume akhir gas (m3
Kalor yang masuk pada gas semuanya dilakukan untuk kerja sehingga gas berekspansi (memuai). 

3.2. Pemuaian Gas pada Tekanan Tetap (Isobarik)

Pemuaian gas pada tekanan tetap artinya menjaga agar tekanan di dalam wadah sama dengan tekanan di luar wadah pada saat suhu dinaikkan.
 
Pada keadaan ini, partikel-partikel gas akan bergerak saling berdesakan ke segala arah. Pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku Hukum Gay Lussac, yang menyatakan bahwa:
Gas di dalam ruang tertutup dengan tekanan dijaga tetap, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas.
Rumus pemuaian gas pada tekanan tetap dituliskan dengan persamaan: 
 
V1/T1 = V2/T2 

Keterangan:
  • V1 = Volume awal gas (m3)
  • T1 = Suhu awal gas (oC)
  • V2 = Volume akhir gas (m3)
  • T2 = Suhu akhir gas (oC)  

3.3. Pemuaian Gas pada Volume Tetap (Isokhorik)

Pemuaian gas pada volume tetap berlaku hukum Boyle-Gay Lussac, yang menyatakan bahwa:
Jika volume gas di dalam ruang tertutup dijaga tetap, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya.
Rumus pemuaian gas pada volume tetap dituliskan dengan persamaan:
 
P1/T1 = P2/T2
 
Dengan menggabungkan Hukum Boyle dan Hukum Gay Lussac, diperoleh persamaan: 
 
P1.V1/T1 = P2.V2/T2

Manfaat dan Kerugian Pemuaian

Prinsip pemuaian zat dalam kehidupan sehari-hari dapat memberikan keuntungan dan kerugian. 

1. Contoh Manfaat Pemuaian

Berikut ini adalah beberapa contoh penerapan dan pemanfaatan prinsip pemuaian dalam kehidupan sehari-hari:

1.1. Termometer

Prinsip pemuaian digunakan pada alat pengukur suhu termometer. Alat ini terdiri dari pipa kaca kapiler yang diisi dengan zat cair, seperti raksa dan alkohol.

termometer penerapan pemuaian
 
Ketika digunakan untuk mengukur suhu, permukaan zat cair dalam pipa akan naik (memuai) dan akan sejajar dengan garis-garis skala pada pipa untuk menunjukkan suhu.

1.2. Keping Bimetal

keping bimetal penerapan manfaat pemuaian
 
Keping bimetal adalah dua buah keping logam yang berbeda koefisien muainya dan dikeling menjadi satu. Logam yang umum digunakan adalah perunggu dan invar (paduan nikel dan baja). Koefisien muai invar lebih kecil daripada perunggu.

Keping bimetal sangat peka terhadap perubahan suhu. Jika dipanaskan, keping melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih kecil.

Hal ini disebabkan logam yang koefisien muainya lebih kecil harus lebih pendek daripada logam yang koefisien muainya lebih besar.

Sebaliknya, jika didinginkan, keping melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih besar.

Keping bimetal dimanfaatkan pada alat-alat, seperti sakelar termal, termostat bimetal, termometer bimetal, dan lampu tanda arah (sen) mobil.

1.3. Pemasangan Bingkai Logam pada Roda

Pemasangan Bingkai Logam pada Roda penerapan pemuaian
Prinsip pemuaian juga dimanfaatkan pada pemasangan bingkai logam, seperti ban baja pada roda besi lokomotif. Pemasangan ini dilakukan dengan cara pemanasan.

Ban baja yang berdiameter lebih kecil daripada roda besi dipanaskan sehingga memuai dan diameternya menjadi lebih besar daripada diameter roda.

Kemudian, ban baja tersebut dipasangkan pada roda. Setelah dingin, ban baja akan menyusut sehingga menempel sangat kuat pada roda.

1.4. Pengelingan Pelat Logam

pengelingan pelat logam penerapan pemuaian
 
Mengeling adalah menyambung dua pelat dengan menggunakan paku keling. Paku keling dalam keadaan panas sampai berpijar putih dimasukkan ke dalam lubang pelat.

Pada keadaan tersebut, ujung paku keling dipukul rata. Setelah dingin, paku menyusut dan menjepit kedua pelat dengan sangat kuat.

2. Contoh Kerugian Pemuaian

Selain memiliki manfaat, proses pemuaian juga dapat mendatangkan masalah sehingga menyebabkan kerugian. Berikut ini beberapa contohnya:

2.1. Sambungan Rel Kereta Api

Membengkoknya rel kereta api disebabkan adanya pemuaian akibat pemanasan sinar matahari.
 
pembengkokan rel kereta api
 
Bengkoknya rel kereta tersebut dapat mengakibatkan terjadinya kecelakaan sehingga pada ujung-ujung sambungan dibuat celah agar pada saat pemuaian tidak saling menekan.

2.2. Celah Pemuaian pada Jalan Layang

Pada siang hari panas, jalan layang akan mengalami pemuaian. Pemuaian ini akan mengakibatkan jalan menjadi runtuh.
 
celah pemuaian pada jalan layang

Untuk mengatasi pemuaian tersebut, pada sambungan jalan dipasang celah baca sehingga terdapat ruang untuk pemuaian.

2.3. Kaca Jendela

Pada saat cuaca panas, kaca jendela dapat pecah. Penyebabnya adalah pada saat terpanasi, tidak ada ruang untuk pemuaian sehingga kaca menekan dengan kuat pada bingkai kaca jendela.

kaca jendela pemuaian
 
Agar kaca jendela tidak pecah akibat cuaca panas, ukuran bingkai kaca jendela harus dibuat lebih besar daripada ukuran kaca sehingga terdapat celah untuk pemuaian. 

Contoh Soal Pemuaian

Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang pemuaian dan jawabannya:

1. Mengapa pemuaian pada zat cair lebih besar daripada pemuaian pada zat padat?

Jawab:

Karena jarak partikel molekul zat cair lebih renggang dari zat padat sehingga lebih mudah memisahkan diri.

2. Pemuaian panjang dan lebar benda merupakan pemuaian.

Jawab:

Pemuaian panjang dan lebar benda merupakan pemuaian luas. Jenis pemuaian ini sering terjadi pada benda berbentuk lempengan, contohnya kaca.

3. Pada saat kita memanaskan air hingga mendidih, maka sebagian air akan tumpah. Hal ini disebabkan oleh...

Jawab:

Disebabkan oleh angka pemuaian air lebih besar dari angka pemuaian teko.

4. Prinsip kerja termometer raksa adalah...

Jawab:

Termometer raksa bekerja berdasarkan prinsip pemuaian volume air raksa.

5. Mengapa pemuaian pada zat padat sukar diamati daripada pemuaian zat gas?

Jawab:

Pemuaian zat padat sukar diamati karena pertambahan ukurannya kecil. Selain itu, zat padat cenderung diam saja, berbeda dengan zat cair dan gas yang bebas bergerak.

6. Apabila desain jendela tidak diberi ruangan pemuaian maka saat terjadi pemuaian, kaca akan...

Jawab:

Jika kaca tidak diberi ruangan pemuaian, maka kaca akan pecah.

7. Mengapa tutup botol dari logam yg dipanaskan akan mudah dibuka karena...

Jawab:

Karena pemuaian tutup botol lebih cepat dari pemuaian botol. Sehingga, tutup botol akan longgar dan mudah dibuka. Koefisien muai tutup botol yang terbuat dari logam lebih besar dari koefisien muai botol yang terbuat dari kaca.

Contoh Soal 8

Sebatang besi yang panjangnya 50 cm pada suhu 20 oC, dipanaskan sampai mencapai suhu 120 oC. Hitunglah pertambahan panjang dan panjang akhir pada suhu 120 oC!

Jawaban:

Diketahui:
  • Batang itu berbahan besi, artinya memiliki koefisien muai panjang (α) sebesar 0,000012 /oC
  • L0 = 50 cm
  • T0 = 20 oC
  • T = 120 oC
Ditanyakan:
 
a. ΔL...?
b. Lt...?
 
Penyelesaian:
 
a. Pertambahan panjang besi (ΔL)
 
ΔL = L0 . α . ΔT
      = 50 . 0,000012 . 100
      = 0,075 cm

b. Panjang akhir besi (Lt)

Lt = ΔL + L0
     = 0,075 + 50
     = 50,075 cm

Jadi, pertambahan panjang dan panjang akhir besi berturut-turut adalah 0,075 cm dan 50,075 cm.

Contoh Soal 9

Sebuah lempengan besi yang luasnya mula-mula 20 cm2 pada suhu 30 oC, kemudian lempengan besi dipanaskan hingga mencapai 110 oC. Jika koefisien muai panjang besi adalah 0,000012 /oC. Berapakah luasnya sekarang?

Jawaban:

Diketahui:
  • α = 0,000012 /oC
  • A0 = 20 cm2
  • T0 = 30 oC
  • T = 110 oC
Ditanyakan:
  • At...?
Penyelesaian:
 
At = A0 {1 + 2α(T - T0)}
     = 20 {1 + 2 . 0,000012 (110 - 30)
     = 20 {1 + 0,000024 . 80}
     = 20 {1 + 0,0092}
     = 20 . 1,0092
     = 20,0384 cm2
 
Jadi, luas lempengan besi sekarang adalah 20,0384 cm2.

Contoh Soal 10

Volume besi pada suhu 40 oC adalah 125 cm3. Jika koefisien muai panjang besi 0,000012 /oC, berapakah volume pada suhu 60 oC?

Jawaban:

Diketahui:
  • α = 0,000012 /oC
  • V0 = 125 cm3
  • T0 = 40 oC
  • T = 60 oC
Ditanyakan:
  • Vt...?
Penyelesaian:
 
Vt = V0 {1 + 3α(T - T0)}
     = 125 {1 + 3 . 0,000012 (60 - 40)
     = 125 {1 + 0,000036 . 20}
     = 125 {1 + 0,00072}
     = 125 . 1,00072
     = 125,09 cm3
 
Jadi, volume besi pada suhu 60 oC adalah 125,09 cm3.

Kesimpulan

Jadi, pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena disebabkan oleh kenaikan suhu. Terdiri dari pemuaian panjang, luas, dan volume pada zat padat, cair, dan gas.  
 
Gimana adik-adik, udah paham materi pemuaian di atas? Jangan lupa lagi yah.
 
Sekian dulu materi kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat.
 
Referensi:
  • Hartanto, Hendri. 2010. Rumus Jitu Fisika SMP. Yogyakarta: IndonesiaTera. 
  • Pauliza, Osa. 2008. Fisika Kelompok Teknologi dan Kesehatan untuk SMK Kelas XI. Bandung: Grafindo Media Pratama.
  • Prasodjo, Budi dkk. 2009. Physics For Junior High School Year VII (Bilingual). Jakarta: Yudhistira.
Nur Afdan S.Si
Nur Afdan S.Si Nur Afdan, S.Si, Sarjana Fisika Universitas Negeri Makassar. Menyukai segala hal yang berkaitan dengan fisika. Kontak: Email: afdanfisika@gmail.com

Posting Komentar