I. Pendahuluan
Pemuaian merupakan fenomena yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Saat memanaskan air, kita melihat volumenya bertambah. Saat mendinginkan logam, panjangnya menyusut. Perubahan ukuran benda akibat perubahan suhu inilah yang disebut pemuaian. Memahami konsep pemuaian sangatlah penting dalam berbagai bidang, seperti konstruksi, industri, dan bahkan dalam kehidupan sehari-hari.
Artikel ini akan membahas secara mendalam tentang pemuaian, mulai dari pengertian, jenis-jenisnya, hingga rumus-rumus untuk menghitung perubahan ukuran benda akibat pemuaian.
II. Jenis-Jenis Pemuaian
Terdapat tiga jenis pemuaian, yaitu:
1. Pemuaian Panjang
Pemuaian panjang terjadi pada dimensi panjang suatu benda. Contohnya, rel kereta api yang memanjang saat terkena panas matahari. Rumus untuk menghitung perubahan panjang benda akibat pemuaian panjang adalah:
ΔL = αL₀ΔT
di mana:
- ΔL: perubahan panjang (meter)
- α: koefisien muai panjang (meter/°C)
- L₀: panjang awal benda (meter)
- ΔT: perubahan suhu (°C)
2. Pemuaian Luas
Pemuaian luas terjadi pada dimensi luas permukaan suatu benda. Contohnya, bimetal yang melengkung saat dipanaskan. Rumus untuk menghitung perubahan luas benda akibat pemuaian luas adalah:
ΔA = βA₀ΔT
di mana:
- ΔA: perubahan luas (meter persegi)
- β: koefisien muai luas (meter persegi/°C)
- A₀: luas awal benda (meter persegi)
- ΔT: perubahan suhu (°C)
3. Pemuaian Volume
Pemuaian volume terjadi pada dimensi ruang suatu benda. Contohnya, air yang memuai saat dipanaskan. Rumus untuk menghitung perubahan volume benda akibat pemuaian volume adalah:
ΔV = γV₀ΔT
di mana:
- ΔV: perubahan volume (meter kubik)
- γ: koefisien muai volume (meter kubik/°C)
- V₀: volume awal benda (meter kubik)
- ΔT: perubahan suhu (°C)
III. Nilai Koefisien Muai
Nilai koefisien muai (α, β, γ) untuk setiap bahan berbeda-beda. Berikut tabel nilai koefisien muai beberapa bahan yang umum digunakan:
| Bahan | α (m/°C) | β (m²/°C) | γ (m³/°C) |
|---|---|---|---|
| Aluminium | 0,000024 | 0,000036 | 0,000069 |
| Besi | 0,000012 | 0,000018 | 0,000036 |
| Tembaga | 0,000017 | 0,000031 | 0,000050 |
| Air | 0,000003 | 0,000006 | 0,0000095 |
IV. Contoh Soal dan Pembahasan
Contoh Soal 1:
Sebuah batang besi dengan panjang awal 1 meter dipanaskan dari suhu 20°C menjadi 100°C. Koefisien muai panjang besi sebesar 0,000012/°C. Hitunglah perubahan panjang batang besi tersebut!
Pembahasan:
ΔL = αL₀ΔT = 0,000012/°C × 1 meter × (100°C – 20°C) = 0,00096 meter
Contoh Soal 2:
Sebuah pelat logam berbentuk persegi dengan panjang sisi 10 cm dipanaskan dari suhu 30°C menjadi 80°C. Koefisien muai luas logam sebesar 0,000032/°C. Hitunglah perubahan luas pelat logam tersebut!
Pembahasan:
ΔA = βA₀ΔT = 0,000032/°C × (10 cm × 10 cm) × (80°C – 30°C) = 0,16 cm²
Contoh Soal 3:
Sebuah bola besi dengan jari-jari 5 cm diisi air hingga penuh pada suhu 25°C. Bola besi tersebut kemudian dipanaskan hingga suhu 100°C. Koefisien muai volume besi sebesar 0,000036/°C. Hitunglah volume air yang tumpah dari bola besi!
Pembahasan:
-
Hitunglah volume awal bola besi: V₀ = 4/3πr₀³ = 4/3π × (5 cm)³ = 523,6 cm³
-
Hitunglah perubahan volume bola besi: ΔV = γV₀ΔT = 0,000036/°C × 523,6 cm³ × (100°C – 25°C) = 5,92 cm³
-
Hitunglah volume air yang tumpah: Volume air tumpah = ΔV = 5,92 cm³
V. Kesimpulan
Pemuaian merupakan peristiwa penting dalam kehidupan sehari-hari. Memahami konsep pemuaian dan rumus-rumusnya akan membantu kita dalam berbagai aplikasi, seperti:
- Konstruksi: Membangun jembatan, rel kereta api, dan bangunan lain yang tahan terhadap perubahan suhu.
- Industri: Memproduksi mesin dan peralatan yang presisi dan tahan lama.
- Kehidupan sehari-hari: Memasak air, memanaskan makanan, dan mendinginkan minuman.
Dengan memahami pemuaian, kita dapat memanfaatkannya untuk berbagai keperluan dan menghindari masalah yang mungkin timbul akibat perubahan suhu.
VI. Referensi
- https://www.youtube.com/watch?v=9ByblmJ24M4
- https://brainly.co.id/tugas/2013995