Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9
23Rangkaian Seri
Tahun lalu, seuntai lampu pesta menjadi gelap karena satu bohlam saja hilang — dan kita berjanji bahwa susunannya punya sebuah nama. Inilah dia: rangkaian seri, cara paling sederhana menempatkan banyak pemain pada satu lingkar. Rangkaian ini punya aturan rumah yang ketat, dan senter di lacimu sudah menaatinya sejak dahulu.
23.1 Satu lingkar, beberapa pemain
Definisi 23.1 (Terangkai seri)
Para pemain dalam sebuah rangkaian dikatakan terangkai seri ketika mereka duduk pada satu lingkar tunggal, satu demi satu, seperti manik pada satu kalung: jalan arusnya melewati yang pertama, lalu yang kedua, lalu yang ketiga, tanpa percabangan di mana pun. Rangkaian yang dibangun begini disebut rangkaian seri.
Metode 23.2 (Membangunnya)
Dengan satu baterai, dua bohlam, sebuah sakelar, dan kawat:
- mulailah dari kutub baterai dengan sebuah kawat menuju sakelar;
- pasang kawat dari sakelar ke bohlam pertama, dan dari bohlam pertama ke bohlam kedua;
- tutuplah lingkarnya: dari bohlam kedua kembali ke kutub baterai;
- klik sakelarnya dan amati kedua bohlam bersama-sama.
Telusurilah lingkarnya dengan jarimu sebelum menyalakan: kalau jarimu sampai harus memilih di antara dua jalan, itu bukan rangkaian seri.
23.2 Aturan rumahnya
Proposisi 23.3 (Aturan lingkar tunggal)
Pada rangkaian seri:
- semua atau tidak sama sekali: satu celah di mana pun — sakelar yang terbuka, bohlam yang putus, kawat yang longgar — dan setiap pemain berhenti seketika;
- urutan tidak berpengaruh: tukarlah kedua bohlamnya, pindahkan sakelarnya ke sisi lingkar yang lain — semuanya berperilaku persis seperti sebelumnya;
- berbagi: makin banyak bohlam pada lingkarnya, makin redup nyala masing-masing; dorongan baterai dibagi di sepanjang kalungnya.
Contoh 23.4 (Melihat aturannya)
Bangunlah rangkaian dua bohlam itu lalu ujilah tiap aturannya. Lepaskan salah satu bohlamnya: keduanya menjadi gelap — aturan pertama (soket yang kosong itu sebuah celah). Tukarlah kedua bohlamnya, atau pindahkan sakelarnya ke antara keduanya: sama sekali tidak ada perubahan — aturan kedua. Sekarang bangunlah kembali dengan satu bohlam saja: nyalanya jelas lebih terang sendirian daripada ketika ditemani — aturan ketiga, dibalik.
Contoh 23.5 (Lampu pesta, terpecahkan)
Misteri lama itu kini bukan misteri lagi: bohlam lampu pesta terangkai seri, berpuluh manik pada satu kalung. Satu bohlam yang hilang adalah sebuah celah, dan aturan pertama menggelapkan seluruh untaiannya. Mencari bohlam yang bersalah dengan mencobanya satu per satu mengajari banyak keluarga aturan pertama dengan cara yang berat — untaian zaman sekarang dibangun dengan cara lain, seperti akan ditunjukkan tahun depan.
Catatan 23.6 (Sakelar memerintah semua pemain)
Aturan kedua punya akibat yang praktis: satu sakelar, diletakkan di mana pun pada lingkarnya, memerintah setiap pemain di atasnya. Itulah sebabnya satu sakelar dinding dapat mengendalikan sebaris lampu langit-langit — dan mengapa, karena alasan yang sama, kamu tidak dapat mematikan satu bohlam saja dari untaian seri tanpa mematikan semuanya.
23.3 Lebih banyak baterai pada kalungnya
Contoh 23.7 (Kepala bertemu ekor)
Baterai pun dapat berbaris seri — tetapi mereka lebih cerewet daripada bohlam: mereka harus berdiri kepala bertemu ekor, kutub tiap baterai menyentuh kutub baterai berikutnya. Dua baterai yang berbaris begini mendorong bersama-sama, dan bohlamnya menyala jelas lebih terang daripada dengan satu baterai. Balikkan satu baterainya — kepala bertemu kepala — dan kedua dorongannya saling melawan: bohlamnya tidak memberi apa-apa.
Contoh 23.8 (Di dalam senter)
Bukalah sebuah senter: baterainya masuk satu di belakang yang lain di dalam tabung — barisan kepala-bertemu-ekor yang sudah jadi — lalu bohlam dan tombol sakelarnya melengkapi satu lingkar tunggal lewat selubungnya. Sebuah senter adalah rangkaian seri di dalam saku. Dan sekarang kamu tahu mengapa senter menjadi gelap kalau satu baterai saja dimasukkan terbalik: kepala bertemu kepala, kedua dorongannya saling meniadakan.
23.4 Latihan
Latihan 23.1 ★
Apa arti “terangkai seri”? Gambaran sehari-hari apa yang dipakai bab ini untuk itu?
Solusi
Solusi Latihan 23.1.
Para pemain duduk pada satu lingkar tunggal, satu demi satu, tanpa percabangan — seperti manik yang dirangkai pada satu kalung.
Latihan 23.2 ★
Sebutkan ketiga aturan rumah rangkaian seri.
Solusi
Solusi Latihan 23.2.
Semua atau tidak sama sekali (satu celah menghentikan semuanya); urutan tidak berpengaruh (menukar pemain tidak mengubah apa pun); dan berbagi (makin banyak bohlam pada lingkarnya, makin redup nyalanya).
Latihan 23.3 ★
Pada rangkaian dua bohlam, bohlam 2 dilepaskan. Apa yang terjadi pada bohlam 1, dan mengapa? Aturan mana yang sedang bekerja?
Solusi
Solusi Latihan 23.3.
Bohlam 1 juga menjadi gelap. Soket yang kosong itu adalah celah pada lingkar tunggalnya, dan aturan pertama — semua atau tidak sama sekali — menghentikan setiap pemain seketika.
Latihan 23.4 ★
Zoe memindahkan sakelarnya dari sebelum bohlam 1 ke sesudah bohlam 2. Apa yang berubah pada perilaku rangkaiannya? Aturan mana yang mengatakannya?
Solusi
Solusi Latihan 23.4.
Tidak ada yang berubah: sakelarnya tetap memerintah kedua bohlam persis seperti sebelumnya. Aturan kedua — urutan pada lingkarnya tidak berpengaruh.
Latihan 23.5 ★
Satu baterai menyalakan satu bohlam dengan baik. Ramalkan kecerahannya dengan: dua bohlam seri; tiga bohlam seri. Apa yang sedang dibagi?
Solusi
Solusi Latihan 23.5.
Dua bohlam: masing-masing jelas lebih redup daripada satu bohlam tadi. Tiga bohlam: lebih redup lagi. Dorongan baterainya sedang dibagi di sepanjang kalungnya.
Latihan 23.6 ★
Bagaimana dua baterai harus berdiri supaya mendorong bersama-sama? Gambarlah barisannya dengan tanda dan pada tiap baterai.
Solusi
Solusi Latihan 23.6.
Kepala bertemu ekor: kutub yang satu menyentuh kutub berikutnya, sehingga keduanya mendorong ke arah yang sama mengelilingi lingkarnya. Gambarnya: berbaris pada satu garis.
Latihan 23.7 ★
Telusurilah lingkar sebuah senter: sebutkan pemain yang disinggahi arusnya dari kutub baterai sampai kembali ke kutub .
Solusi
Solusi Latihan 23.7.
Dari : lewat lempeng logam pada selubungnya menuju tombol sakelarnya, lewat sakelarnya ke bohlam, lewat benang berpijar bohlamnya, lalu kembali menyusuri tabungnya — yaitu lewat baterai kedua, kepala bertemu ekor — sampai ke kutub baterai pertama. Satu lingkar, tanpa percabangan.
Latihan 23.8 ★
Rangkaian bel pintu punya baterai, tombol, dan belnya terangkai seri. Di mana kamu dapat menambahkan tombol kedua supaya belnya berbunyi hanya ketika kedua tombolnya ditekan?
Solusi
Solusi Latihan 23.8.
Di mana pun pada lingkar yang sama — misalnya tepat sesudah tombol pertama. Pada rangkaian seri, kedua tombol harus tertutup untuk melengkapi satu jalan itu, sehingga belnya berbunyi hanya ketika keduanya ditekan bersama-sama.
Latihan 23.9 ★
Seuntai sepuluh lampu pesta seri sedang gelap. Semua bohlamnya tampak baik-baik saja. Ceritakan rencana yang sabar, dengan memakai satu bohlam yang pasti baik, untuk menemukan bohlam yang rusak.
Solusi
Solusi Latihan 23.9.
Gantilah bohlam pertama dengan bohlam yang pasti baik; kalau untaiannya menyala, bohlam yang tadi dilepas itulah biang keladinya. Kalau tidak, kembalikan bohlam aslinya lalu pindah ke soket kedua, dan seterusnya menyusuri untaiannya. Pada suatu soket untaiannya akan menyala — bohlam yang baru saja dilepas itulah manik yang rusak.
Latihan 23.10 ★★
Senter Tom memuat dua baterai dan menyala terang. Sesudah mengganti baterainya dalam gelap, senter itu tidak memberi apa-apa — padahal kedua baterai barunya penuh, bohlamnya baik, dan tidak ada kawat yang longgar. Apa yang telah dilakukan Tom, dan mengapa senternya tetap gelap? (Lihat Contoh 23.7.)
Solusi
Solusi Latihan 23.10.
Dalam gelap, Tom memasukkan satu baterai terbalik. Kepala bertemu kepala, dorongan kedua baterainya saling melawan alih-alih berbaris, dan bohlamnya tidak mendapat apa-apa — seri yang seimbang tetaplah seri. Membalikkan satu baterai memulihkan barisan kepala-bertemu-ekornya dan cahayanya.
Latihan 23.11 ★★
Seorang insinyur harus memasang satu sakelar penghenti darurat untuk sebuah mesin yang motornya duduk pada satu lingkar bersama baterainya. Ia berkata: “Di mana pun pada lingkarnya boleh.” Benarkah ia? Dan mengapa rencananya akan gagal kalau rangkaian mesin itu punya jalan bercabang? (Bab tahun depan punya namanya.)
Solusi
Solusi Latihan 23.11.
Ia benar: pada satu lingkar tunggal, sakelar di mana pun memerintah segalanya — urutan tidak berpengaruh. Dengan jalan yang bercabang, arusnya dapat memutar mengitari sakelarnya lewat cabang yang lain, dan motornya bisa saja terus berjalan; rangkaian bercabang memerlukan penempatan sakelar yang lebih cermat (itulah rangkaian paralel tahun depan).