Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9
14Zat Padat, Zat Cair, Gas
Sebuah batu, segelas susu, udara di dalam balon: tiga macam zat yang berperilaku dengan tiga cara yang sama sekali berbeda. Tahun lalu, air memperlihatkan ketiga wujudnya kepada kita; tahun ini kita menemukan bahwa segala sesuatu berada dalam salah satu dari ketiga wujud itu — dan setiap wujud punya aturan yang ketat.
14.1 Tiga keluarga zat
Semua zat di dunia dapat dipilah menjadi tiga keluarga, yang disebut tiga wujud: padat seperti batu, cair seperti susu, gas seperti udara. Es, air, dan uap adalah contoh pertama kita: satu zat yang mengunjungi ketiga keluarga itu. Sekarang mari kita pelajari aturan tiap keluarga.
14.2 Zat padat mempertahankan bentuknya
Definisi 14.1 (Zat padat)
Zat yang mempertahankan bentuknya sendiri disebut zat padat. Sebuah kunci mempertahankan lekuknya di sakumu, di dalam laci, atau di dalam air. Kamu dapat memegang zat padat di antara dua jari, dan memindahkannya tidak mengubah rupanya. Ada zat padat yang keras (batu), ada yang lembut (roti), ada yang lentur (karet gelang) — tetapi kalau dibiarkan, masing-masing mempertahankan bentuknya.
Contoh 14.2 (Zat padat yang berbutir)
Pasir tampak melanggar aturan: dituang dari ember, ia mengambil bentuk timbunannya, hampir seperti zat cair. Tetapi amatilah baik-baik: pasir adalah kerumunan butiran padat yang mungil, dan setiap butir mempertahankan bentuknya dengan sempurna. Tepung, gula, dan beras memainkan tipuan yang sama — kerumunan zat padat kecil yang mengalir bersama-sama sementara setiap anggotanya tetap padat.
14.3 Zat cair mengalir — tetapi mempertahankan jumlahnya
Definisi 14.3 (Zat cair)
Zat yang mengalir disebut zat cair: ia tidak punya bentuk sendiri dan mengambil bentuk wadah mana pun yang menampungnya. Tetapi zat cair mempertahankan jumlahnya: tuang segelas penuh susu ke dalam mangkuk dan susunya tetap sebanyak itu — tidak lebih dan tidak kurang setetes pun, hanya bentuknya yang baru.
Proposisi 14.4 (Zat cair yang diam selalu mendatar)
Permukaan zat cair yang diam selalu rata dan mendatar — sejajar dengan lantai. Miringkan botolnya: air di dalamnya tidak ikut miring; permukaannya tetap mendatar sementara botolnya condong.
Contoh 14.5 (Sifat mendatar yang dipakai)
Tukang bangunan memakai hukum ini setiap hari: waterpas mereka adalah jendela kecil berisi zat cair dengan satu gelembung; kalau gelembungnya duduk di antara kedua tandanya, raknya semendatar zat cair di dalamnya. Dan pada waktu sarapan, perhatikan jus di dalam karton yang dimiringkan: bagaimanapun kamu memiringkannya, permukaan di dalamnya tetap rata dan mendatar — sampai ia menemukan mulut kartonnya.
14.4 Gas mengisi segalanya
Definisi 14.6 (Gas)
Sebuah gas adalah zat yang menyebar sampai mengisi seluruh ruang yang diberikan kepadanya. Udara adalah gas: masukkan ke dalam botol, ia mengisi botol itu sampai ke setiap sudut; bukalah botolnya di ruangan yang lebih besar, dan ia menyebar ke seluruh ruangan itu juga. Gas tidak punya bentuk sendiri maupun tempat diam sendiri — berilah ia ruang yang lebih luas, dan ia mengambil semuanya.
Contoh 14.7 (Parfum yang bepergian)
Seseorang membuka botol parfum di salah satu ujung ruangan. Sesaat kemudian, hidung di ujung yang lain sudah menciumnya. Gas parfum itu tidak tinggal sopan di dekat botolnya: begitu dilepaskan, ia menyebar ke seluruh udara di ruangan itu, dari sudut ke sudut — persis yang selalu dilakukan keluarga gas.
Catatan 14.8 (Memilah yang sukar)
Ada zat yang perlu diamati dengan cermat. Madu mengalir — pelan, tetapi mengalir, mengambil bentuk wadahnya dan mempertahankan jumlahnya: zat cair, hanya saja yang malas. Pasta gigi dan saus tomat mengalir kalau dipencet: zat cair yang kental. Spons adalah zat padat yang penuh lubang berisi udara. Dan asap? Butiran padat mungil yang menumpang pada gas panas. Kalau ragu, ajukan pertanyaan keluarga: apakah ia mempertahankan bentuknya? apakah ia mengalir? apakah ia mengisi seluruh ruang yang didapatnya?
14.5 Latihan
Latihan 14.1 ★
Pilahlah ke dalam tiga keluarga: sekeping koin; jus jeruk; udara di dalam ban; manik-manik kayu; minyak; gas uap di atas celah bening panci yang mendidih.
Latihan 14.2 ★
Apa yang dipertahankan zat padat tetapi tidak dipertahankan zat cair? Apa yang dipertahankan zat cair ketika dituang dari gelas ke mangkuk?
Latihan 14.3 ★
Sebotol penuh limun dituang ke dalam mangkuk salad yang lebar. Apakah limunnya sekarang lebih banyak, lebih sedikit, atau sama saja? Apa yang berubah?
Solusi
Solusi Latihan 14.3.
Jumlahnya sama saja — hanya bentuknya yang berubah, dari bentuk botol menjadi bentuk mangkuk yang lebar.
Latihan 14.4 ★
Gambarlah akuarium yang terisi air setengahnya: mula-mula berdiri rata, lalu dimiringkan pada satu tepinya. Gambarlah permukaan airnya pada keduanya — ke arah mana permukaan itu terbaring?
Solusi
Solusi Latihan 14.4.
Pada kedua gambar, permukaan airnya terbaring rata dan mendatar, sejajar dengan lantai — pada akuarium yang dimiringkan, permukaannya tidak ikut miring bersama kacanya; airnya berkumpul di sisi yang rendah.
Latihan 14.5 ★
Bagaimana waterpas tukang bangunan memberitahukan bahwa sebuah rak sudah mendatar? Hukum mana dalam bab ini yang dipakainya?
Solusi
Solusi Latihan 14.5.
Zat cair di dalam jendela kecilnya selalu terbaring mendatar, sehingga gelembungnya menunjukkan di mana “atas” berada: gelembung di antara kedua tanda berarti raknya sejajar dengan zat cair yang mendatar itu. Waterpas memakai hukum bahwa zat cair yang diam terbaring mendatar.
Latihan 14.6 ★
Mengapa bau panekuk sampai ke kamar tidurmu di lantai atas? Keluarga mana yang sedang bekerja, dan apa aturannya?
Latihan 14.7 ★
Pasir mengucur seperti zat cair, namun kita menyebutnya padat. Jelaskan, dengan Contoh 14.2.
Solusi
Solusi Latihan 14.7.
Pasir adalah kerumunan butiran padat yang mungil. Kerumunannya mengalir dan mengambil bentuk timbunannya, tetapi setiap butirnya mempertahankan bentuknya sendiri dengan sempurna — jadi setiap butirnya zat padat sejati.
Latihan 14.8 ★
Madu memerlukan waktu satu menit penuh untuk mengalir turun dari sendok. Padat atau cair? Ajukan pertanyaan keluarga pada Catatan 14.8 lalu jawablah.
Latihan 14.9 ★
Keluarga mana yang: mempertahankan bentuknya sendiri? mengambil bentuk wadahnya tetapi mempertahankan jumlahnya? mengambil seluruh ruang yang bisa didapatnya? Sebutkan satu anggota tiap keluarga yang ada di dapurmu.
Latihan 14.10 ★★
Sebongkah es (padat) mencair menjadi air (cair), lalu matahari musim panas mengeringkannya menjadi air terbang yang tak terlihat (gas). Aturan keluarga mana yang patah pada tiap langkah: apa yang berhenti dipertahankan zat itu ketika es mencair? ketika air menguap?
Latihan 14.11 ★★
Sebuah balon ditiup lalu diikat. Mira berkata udara di dalamnya “berbentuk balon, jadi gas memang punya bentuk”. Jelaskan apa yang sebenarnya memberikan bentuk itu, dan apa yang akan dilakukan udaranya begitu balon itu meletus.
Solusi
Solusi Latihan 14.11.
Kulit karetnyalah yang memberikan bentuk: kulit itu sangkar padat yang teregang, dan udara yang tertekan mengisi setiap sudut bentuk apa pun yang diambil sangkarnya. Letuskan balonnya, dan udaranya seketika menyebar ke seluruh ruangan — menunjukkan bahwa ia memang tidak pernah punya bentuk sendiri.