7Awan, Hujan, dan Salju

Siang itu panas, di musim panas. Waktu makan siang, langit biru, dengan beberapa awan putih kecil seperti gumpalan kapas. Pada pukul tiga, salah satu awan itu sudah tumbuh. Awan itu menggelembung ke atas, makin lama makin tinggi, seperti kembang kol putih yang berdiri di atas alas kelabu yang datar. Puncaknya melebar. Alasnya menjadi gelap. Angin sejuk bertiup kencang, tetes-tetes besar yang pertama jatuh, dan selama dua puluh menit hujan turun dengan deras. Lalu awan itu bergeser pergi, matahari muncul kembali, dan trotoar yang basah mengepulkan uap.

Dari mana datangnya awan itu? Terbuat dari apa awan itu? Dan berapa banyak hujan yang turun dalam dua puluh menit itu?

Yang sudah kamu ketahui

Cuaca adalah keadaan udara di suatu tempat dan pada suatu waktu: cerah, berawan, hujan, bersalju, berangin, berkabut; kita mencatatnya pada tabel cuaca (Bab 1). Air dari laut, danau, dan tanah naik ke udara, lalu turun kembali sebagai hujan (Bab 3). Buku fisika menceritakan bagaimana air menguap (dari cair menjadi gas yang tidak terlihat), mengembun (dari gas kembali menjadi tetes-tetes cairan yang sangat kecil), dan membeku (dari cair menjadi es), serta bagaimana termometer mengukur suhu dalam derajat Celsius.

7.1 Apa itu awan?

Udara di sekitar kita selalu mengandung sedikit air, dalam bentuk gas yang tidak terlihat: uap air. Ketika udara naik, udara itu mendingin. Ketika sudah cukup dingin, sebagian uap airnya mengembun menjadi titik-titik air yang begitu kecil sehingga embusan udara yang paling lemah pun membuatnya tetap melayang. Miliaran titik air ini, berdampingan, membentuk awan yang bisa kita lihat. Di tempat yang tinggi, tempat udara sangat dingin, titik-titik air itu membeku, dan awan tersusun dari kepingan es yang sangat kecil.

Definisi 7.1 (Awan dan kabut)

Yang disebut awan adalah sejumlah besar titik air yang sangat kecil, atau kepingan es yang sangat kecil, yang bersama-sama melayang di udara. Yang disebut kabut adalah awan yang menyentuh tanah.

Contoh 7.2 (Napasmu pada pagi yang dingin)

Pada pagi yang dingin, napasmu membentuk awan putih kecil di depan mulutmu. Udara yang kamu embuskan hangat dan mengandung uap air. Udara yang dingin segera mendinginkannya, uap itu mengembun menjadi titik-titik air yang sangat kecil — dan muncullah awan mini, yang lalu lenyap ketika titik-titik airnya menguap lagi.

Awan berwarna putih karena titik-titik airnya menghamburkan sinar matahari ke segala arah. Jika awan itu sangat tebal, hanya sedikit cahaya yang sampai ke alasnya, dan dari bawah awan itu tampak kelabu, atau hampir hitam: itulah tanda awan yang berat, penuh air.

7.2 Golongan-golongan awan

Awan mempunyai banyak bentuk, dan para pengamat cuaca di seluruh dunia memilahnya dengan cara yang sama, menurut bentuknya dan menurut ketinggian tempatnya melayang.

Definisi 7.3 (Golongan awan)

Keempat golongan awan yang perlu diketahui adalah:

• kumulus: awan bertumpuk, putih dan menggelembung, dengan alas yang datar, seperti gumpalan kapas;
• stratus: awan berlapis, lembaran kelabu yang datar yang menutupi seluruh langit, di tempat yang rendah;
• sirus: awan berserat, berupa benang atau ikal putih yang tipis, sangat tinggi, tersusun dari es;
• kumulonimbus: awan badai, menara raksasa yang menjulang dari alas yang rendah dan gelap sampai ketinggian yang sangat besar, dan puncaknya sering melebar dan datar.

Nama-nama itu berasal dari kata Latin: cumulus berarti tumpukan, stratus lapisan, cirrus ikal rambut, dan nimbus awan hujan.

Seberapa tinggi awan melayang? Itu bergantung pada golongannya. Awan rendah, seperti stratus dan alas kumulus, melayang dari sedikit di atas tanah sampai sekitar 2 kilometer. Sirus melayang sangat tinggi, antara sekitar 5 dan 13 kilometer di luar daerah tropis dan daerah kutub — sering lebih tinggi daripada gunung tertinggi di Bumi. Kumulonimbus membentang dari alas yang rendah sampai ke bagian paling atas tingkat-tingkat awan.

Metode 7.4 (Menamai awan)

Lihatlah langit dan ajukan tiga pertanyaan:

1. Apakah awan itu berupa tumpukan dengan alas yang datar? Kalau ya, itulah kumulus — dan jika awan itu menjulang menjadi menara raksasa yang gelap, kumulonimbus.
2. Apakah awan itu berupa lembaran yang datar dan rata yang menyembunyikan seluruh langit? Kalau ya, itulah stratus.
3. Apakah awan itu tersusun dari benang-benang putih yang tipis, sangat tinggi? Kalau ya, itulah sirus.

Catatan 7.5 (Awan memberi tahu cuaca)

Kumulus kecil di langit biru berarti cuaca cerah. Stratus yang kelabu membawa hari yang muram, kadang-kadang dengan gerimis. Kumulonimbus membawa hujan deras yang singkat, sering disertai guntur, kilat, dan embusan angin kencang — kadang-kadang hujan es. Sirus tidak membawa hujan, tetapi ketika sirus menyebar dan menebal, hujan sering turun sehari kemudian.

7.3 Hujan, salju, dan hujan es

Di dalam awan, titik-titik air yang sangat kecil saling bertumbukan dan bergabung, atau kristal-kristal es tumbuh dengan mengambil air dari titik-titik air itu. Titik air awan, atau kristal es, yang sudah cukup besar dan berat tidak bisa melayang lagi: ia jatuh.

Definisi 7.6 (Presipitasi)

Yang disebut presipitasi adalah air yang jatuh dari awan ke tanah: hujan (tetes-tetes air cair), salju (kepingan yang tersusun dari kristal-kristal es yang saling melekat), atau hujan es (butiran es yang bulat, yang jatuh dari awan badai).

Apakah yang turun hujan atau salju bergantung pada suhu udara yang dilalui presipitasi itu. Kepingan salju terbentuk tinggi di dalam awan yang dingin. Jika udara di bawahnya cukup lama bersuhu di atas $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, kepingan itu mencair dalam perjalanan turun dan sampai kepada kita sebagai hujan. Jika udara membeku sepanjang jalan sampai ke tanah, kepingan itu tiba sebagai salju.

Hujan es hanya turun dari kumulonimbus. Di dalam menara awan itu, angin yang kuat ke atas membawa butiran es naik dan turun beberapa kali; setiap perjalanan menambahkan lapisan es yang baru, seperti lapisan-lapisan bawang, sampai butiran es itu terlalu berat untuk ditahan angin.

7.4 Mengukur cuaca

Untuk menyatakan berapa banyak hujan yang turun, seberapa hangat udara, atau dari mana angin bertiup, kata-kata saja tidak cukup: kita memerlukan alat ukur, dan angka.

Definisi 7.7 (Penakar hujan)

Yang disebut penakar hujan adalah wadah yang menampung hujan yang jatuh ke mulutnya. Kedalaman air yang ditampungnya diukur dalam milimeter: “hujan 5 milimeter” berarti hujan itu akan membentuk lapisan air setebal 5 milimeter di atas tanah yang datar, seandainya tidak ada yang mengalir pergi atau meresap.

Catatan 7.8 (Hujan satu milimeter itu banyak sekali airnya)

Hujan satu milimeter tampak sangat sedikit di dalam penakar. Tetapi di atas sepetak tanah berukuran satu meter kali satu meter, hujan itu sama dengan satu liter air: sebotol besar. Di halaman sekolah seluas seribu meter persegi, hujan 10 milimeter membawa sepuluh ribu liter: cukup untuk mengisi seribu ember yang masing-masing berisi 10 liter.

Definisi 7.9 (Penunjuk arah angin)

Yang disebut penunjuk arah angin adalah anak panah yang berputar bebas pada sebuah tiang. Angin mendorong ekornya, sehingga anak panah itu selalu menunjuk ke arah asal angin.

Definisi 7.10 (Stasiun cuaca)

Yang disebut stasiun cuaca adalah tempat cuaca diukur setiap hari, selalu dengan cara yang sama, memakai alat-alat ukur: termometer di dalam kotak putih yang berventilasi, penakar hujan di tempat terbuka, dan penunjuk arah angin di atas tiang.

Termometer diletakkan di tempat teduh, di dalam kotak putih yang dindingnya berkisi-kisi, yang membiarkan udara masuk tetapi menahan sinar matahari dan hujan. Met Office, dinas cuaca Britania Raya, memasangnya $1.25\,\mathrm{m}$ di atas tanah. Penakar hujan berdiri di tempat terbuka, jauh dari dinding dan pohon yang akan menghalanginya dari hujan, dengan mulutnya sedikit di atas tanah. Penunjuk arah angin berdiri tinggi di atas tiangnya, di atas penghalang-penghalang yang akan membelokkan angin.

Di lapangan — Stasiun cuaca di halaman sekolah

Banyak sekolah memiliki stasiun cuaca kecil di sudut halaman bermain. Setiap pagi pada jam yang sama, dua murid membaca termometer, membaca dan mengosongkan penakar hujan, dan mencatat ke mana penunjuk arah angin menunjuk. Dari minggu ke minggu, kelas itu menyusun catatan cuacanya sendiri.

Metode 7.11 (Menggambar diagram batang curah hujan)

Untuk menggambar curah hujan selama seminggu:

1. gambarlah garis mendatar dan tuliskan hari-hari di bawahnya, dengan jarak yang sama;
2. gambarlah garis tegak di sebelah kiri dan beri tanda dalam milimeter, dengan langkah yang sama (misalnya setiap 2 milimeter);
3. di atas setiap hari, gambarlah sebuah batang setinggi curah hujan hari itu; hari tanpa hujan tidak mendapat batang sama sekali;
4. berilah diagram itu judul dan tuliskan satuannya, mm, pada garis tegak.

Contoh 7.12 (Seminggu hujan di sekolah)

Kelas itu membaca penakar hujan setiap pagi selama seminggu dan mendapatkan: Senin 0, Selasa 4, Rabu 12, Kamis 7, Jumat 0, Sabtu 2, Minggu 5 milimeter. Hari yang paling basah adalah Rabu. Tidak turun hujan pada hari Senin maupun Jumat. Selama seminggu penuh, turun $0 + 4 + 12 + 7 + 0 + 2 + 5 = 30$ milimeter. Hari Rabu saja membawa 12 dari 30 milimeter itu, yaitu $\frac{12}{30} = \frac{2}{5}$ dari curah hujan minggu itu.

7.5 Latihan

Latihan 7.1 ★

Terbuat dari apakah awan? Apa itu kabut?

Solusi

Solusi Latihan 7.1.

Awan tersusun dari sejumlah besar titik air yang sangat kecil, atau kepingan es yang sangat kecil, yang melayang di udara. Kabut adalah awan yang menyentuh tanah.

Latihan 7.2 ★

Sebutkan nama awannya: (a) lembaran kelabu yang datar yang menyembunyikan seluruh langit; (b) benang-benang putih yang tipis, sangat tinggi di langit biru; (c) tumpukan putih dengan alas datar, seperti kapas; (d) menara raksasa yang gelap dengan puncak datar, yang membawa guntur.

Solusi

Solusi Latihan 7.2.

(a) Stratus. (b) Sirus. (c) Kumulus. (d) Kumulonimbus.

Latihan 7.3 ★

Hujan, salju, atau hujan es? (a) butiran es bulat yang jatuh dari awan badai; (b) tetes-tetes air cair; (c) kepingan yang tersusun dari kristal-kristal es.

Solusi

Solusi Latihan 7.3.

(a) Hujan es. (b) Hujan. (c) Salju.

Latihan 7.4 ★

Alat apa yang mengukur: (a) hujan; (b) suhu; (c) arah asal angin?

Solusi

Solusi Latihan 7.4.

(a) Penakar hujan. (b) Termometer. (c) Penunjuk arah angin.

Latihan 7.5 ★

Pada penakar hujan yang digambar di halaman 46, air sekarang mencapai tanda 17. Berapa milimeter hujan yang sudah turun? Berapa milimeter lagi yang diperlukan untuk mencapai 20?

Solusi

Solusi Latihan 7.5.

Hujan yang sudah turun 17 milimeter. $20 - 17 = 3$: 3 milimeter lagi akan membawa air sampai ke tanda 20.

Latihan 7.6 ★

Lihatlah diagram batang di halaman 48. Hari apa yang paling basah? Pada hari apa saja tidak turun hujan? Hari apa yang mendapat 7 milimeter?

Solusi

Solusi Latihan 7.6.

Hari yang paling basah adalah Rabu (12 milimeter). Tidak turun hujan pada hari Senin dan Jumat. Hari Kamis mendapat 7 milimeter.

Latihan 7.7 ★★

Pada pagi hari yang bersalju, kepingan salju sampai ke tanah di desa pegunungan, tetapi di lembah di bawahnya turun hujan. Jelaskan perbedaan itu dengan memakai suhu udara.

Solusi

Solusi Latihan 7.7.

Kepingan salju terbentuk tinggi di dalam awan yang dingin. Di desa pegunungan di atas, udara membeku sepanjang jalan turun, jadi kepingan itu tiba sebagai salju. Lebih ke bawah, di lembah, udaranya lebih hangat daripada $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: dalam perjalanan turun melewati udara itu, kepingan salju mencair, dan sampai ke tanah sebagai hujan.

Latihan 7.8 ★★

Pada minggu yang lain, kelas itu mendapatkan: Senin 3, Selasa 0, Rabu 1, Kamis 9, Jumat 6, Sabtu 0, Minggu 1 milimeter. Gambarlah diagram batangnya. Berapa milimeter yang turun dalam minggu itu? Berapa bagian dari curah hujan minggu itu yang turun pada hari Kamis?

Solusi

Solusi Latihan 7.8.

Diagram batangnya mempunyai tujuh batang dengan tinggi 3, 0, 1, 9, 6, 0, dan 1 (tidak ada batang pada hari Selasa dan Sabtu). Dalam minggu itu, turun $3 + 0 + 1 + 9 + 6 + 0 + 1 = 20$ milimeter. Hari Kamis membawa 9 dari 20 milimeter itu: $\frac{9}{20}$ dari curah hujan minggu itu.

Latihan 7.9 ★★

Mengapa penakar hujan harus berdiri di tempat terbuka, jauh dari dinding dan pohon? Mengapa termometer disimpan di dalam kotak putih di tempat teduh, dan tidak di bawah terik matahari?

Solusi

Solusi Latihan 7.9.

Dinding dan pohon melindungi tanah di dekatnya dari hujan, terutama ketika angin meniup hujan ke samping, dan tetes air bisa menetes dari daun ke dalam penakar: di dekatnya, penakar akan menampung terlalu sedikit, atau terlalu banyak. Termometer harus mengukur suhu udara; di bawah terik matahari, termometer akan dihangatkan oleh sinar matahari itu sendiri dan menunjukkan angka yang terlalu tinggi. Kotak putih berkisi-kisi menahan sinar matahari dan membiarkan udara lewat.

Latihan 7.10 ★★

Penunjuk arah angin menunjuk ke barat. Dari mana angin datang? Ke mana angin pergi?

Solusi

Solusi Latihan 7.10.

Penunjuk arah angin menunjuk ke arah asal angin: angin datang dari barat. Angin itu pergi ke arah timur.

Latihan 7.11 ★★★

Di halaman bermain seluas 500 meter persegi turun hujan 8 milimeter. Dengan memakai Catatan 7.8, berapa liter air yang jatuh di halaman bermain itu? Sebuah gembor berisi 10 liter: berapa gembor banyaknya air itu?

Solusi

Solusi Latihan 7.11.

Hujan satu milimeter di atas satu meter persegi sama dengan satu liter. Di atas satu meter persegi, 8 milimeter memberi 8 liter. Di atas 500 meter persegi: $500 \times 8 = 4000$ liter. Dengan gembor berisi 10 liter: $4000 \div 10 = 400$ gembor.