Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9
30Rangkaian Seri dan Paralel
Ketika satu bohlam mati, seluruh untaian lampu pesta menjadi gelap — kutukan lingkar tunggal. Namun ketika sebuah bohlam putus di dapurmu, sisa rumahmu tetap bercahaya. Ada orang yang memasang kabel rumahmu dengan cara yang lebih cerdik. Hari ini kita mempelajarinya: cara percabangan.
30.1 Dua cara memasang kabel
Kamu sudah mengenal cara yang pertama: terangkai seri, semua pemain dirangkai pada satu lingkar, manik pada satu kalung. Inilah cara yang kedua.
Definisi 30.1 (Terangkai paralel)
Para pemain terangkai paralel ketika rangkaiannya terbelah menjadi beberapa cabang yang terpisah — satu pemain untuk tiap cabang — yang memisah lalu bergabung kembali. Titik tempat jalan memisah atau bergabung kembali disebut titik cabang. Setiap cabang adalah jalan yang lengkap dari satu kutub baterai ke kutub yang lain.
Metode 30.2 (Membangunnya)
Dengan satu baterai, dua bohlam, dan kawat:
- pasanglah bohlam pertama ke baterai, sendirian, sebagai lingkar biasa — inilah cabang pertama;
- sekarang pasanglah bohlam kedua tepat melintang pada bohlam pertama: satu kawat dari tiap sisi bohlam 1 ke sisi bohlam 2 yang bersesuaian — inilah cabang kedua;
- telusurilah tiap cabang dengan jarimu: dari , setiap jalan harus melewati tepat satu bohlam sebelum mencapai .
Kedua bohlam menyala — dan keduanya bersinar seterang satu bohlam yang menyala sendirian.
30.2 Aturan percabangan
Proposisi 30.3 (Aturan rangkaian paralel)
Dengan tiap pemain pada cabangnya sendiri:
- kemandirian: celah pada satu cabang hanya menghentikan cabang itu — lepaskan satu bohlam, dan yang lain tetap menyala;
- terang penuh: tiap bohlam bersinar seolah-olah ia sendirian — tidak ada pembagian dorongan baterai di antara cabangnya;
- pos komando: sakelar di dalam sebuah cabang hanya memerintah cabang itu; sakelar pada jalan bersama, sebelum percabangannya, memerintah semuanya. (Harganya: baterainya memberi makan setiap cabang sekaligus, sehingga ia lebih cepat habis.)
Contoh 30.4 (Uji melepas bohlam, diulang)
Lakukan pada pasangan paralel ini persis apa yang dahulu membunuh pasangan seri: lepaskan bohlam 2. Bohlam 1 bahkan tidak berkedip — cabangnya sendiri, jalannya sendiri yang lengkap, tidak tersentuh. Pasang kembali, lalu lepaskan bohlam 1: bohlam 2 menyala tenang terus. Kutukan lingkar tunggal terangkat: pada rangkaian paralel, setiap pemain mengurus cabangnya sendiri.
Contoh 30.5 (Rumahmu adalah rangkaian paralel)
Setiap lampu, stopkontak, dan peralatan di rumahmu menunggangi cabangnya sendiri pada satu rangkaian paralel yang besar. Itulah sebabnya bohlam dapur dapat putus sementara ruang keluarga tetap membaca tanpa terganggu; mengapa sakelar tiap ruangan hanya memerintah lampunya sendiri; dan mengapa satu sakelar utama — di kotak sekring dekat meteran — dapat memutus seluruh rumah sekaligus untuk perbaikan. Lampu pesta zaman sekarang ikut bergabung: bohlamnya dipasang sedemikian rupa sehingga satu bohlam mati tidak lagi menggelapkan untaiannya.
Catatan 30.6 (Seri dan paralel, berdampingan)
Satu celah: seri — semuanya gelap; paralel — satu cabang gelap. Bohlam lebih banyak: seri — semuanya lebih redup; paralel — semuanya terang penuh, tetapi baterainya lebih cepat habis. Satu sakelar untuk semuanya: seri — di mana pun; paralel — hanya sebelum percabangannya. Tidak ada cara yang “lebih baik”: senter dengan senang hati memakai seri (satu bohlam, satu sakelar), rumah mau tidak mau memakai paralel. Pertanyaan pertama seorang tukang listrik tentang rangkaian apa pun sederhana saja: di mana jalannya memisah?
30.3 Membaca rangkaian
Metode 30.7 (Menelusuri jalannya)
Untuk meramalkan nasib bohlam mana pun pada gambar rangkaian:
- letakkan jarimu pada kutub baterai lalu jalanilah setiap jalan yang mungkin sampai ke , sambil mencatat pemain yang dilewati tiap jalan;
- sebuah bohlam menyala kalau ada setidaknya satu jalan tanpa putus yang melewatinya;
- pemain yang berbagi setiap jalan terangkai seri satu sama lain; pemain pada percabangan yang berbeda terangkai paralel.
Jalanilah jalannya sebelum kamu meramal — menebak dari bentuk gambarnya saja adalah cara rangkaian menipu orang.
30.4 Latihan
Latihan 30.1 ★
Apa itu cabang? Apa itu titik cabang? Pada rangkaian paralel dengan dua bohlam, ada berapa cabang yang membawa bohlam?
Solusi
Solusi Latihan 30.1.
Cabang adalah salah satu jalan terpisah tempat rangkaiannya memisah; titik cabang adalah titik tempat jalan memisah atau bergabung kembali. Dua bohlam paralel menunggangi dua cabang yang membawa bohlam.
Latihan 30.2 ★
Sebutkan ketiga aturan rangkaian paralel.
Latihan 30.3 ★
Dua bohlam terangkai paralel: bohlam 1 dilepaskan. Apa yang dilakukan bohlam 2? Dan pada pasangan seri — apa yang dilakukannya di sana, dan mengapa berbeda?
Solusi
Solusi Latihan 30.3.
Bohlam 2 tetap menyala, tanpa terganggu — jalannya sendiri lengkap. Pada rangkaian seri ia menjadi gelap, karena di sana kedua bohlamnya berbagi satu jalan tunggal, dan celah apa pun memutuskannya bagi keduanya.
Latihan 30.4 ★
Dua bohlam yang serupa: pasangan A terangkai seri, pasangan B terangkai paralel, dengan baterai yang sama. Pasangan mana yang tiap bohlamnya bersinar lebih terang? Yang mana yang lebih cepat menghabiskan baterainya?
Solusi
Solusi Latihan 30.4.
Pasangan B (paralel) bersinar lebih terang untuk tiap bohlam — masing-masing pada terang penuh. Pasangan B juga lebih cepat menghabiskan baterainya: ia memberi makan dua cabang penuh sekaligus.
Latihan 30.5 ★
Pada gambar dengan dua sakelar, apa yang dilakukan tiap bohlam ketika: kedua sakelarnya tertutup? sakelar utamanya terbuka? sakelar utamanya tertutup dan sakelar cabangnya terbuka?
Latihan 30.6 ★
Mengapa rumah dipasangi kabel secara paralel dan bukan secara seri? Sebutkan dua kenyamanan sehari-hari yang bergantung padanya.
Solusi
Solusi Latihan 30.6.
Pada rangkaian seri, satu bohlam yang mati (atau satu lampu yang dimatikan!) akan menggelapkan seluruh rumah, dan segalanya meredup selagi lampu bertambah. Kenyamanan dari pemasangan paralel: sakelar tiap ruangan hanya menguasai ruangannya; bohlam dapur yang putus membiarkan sisa rumah tetap terang; setiap lampu menyala pada terang penuh.
Latihan 30.7 ★
Di bagian mana pada rangkaian rumah sebuah sakelar memerintah semuanya sekaligus? Apa nama sehari-hari dan kegunaan sakelar itu?
Solusi
Solusi Latihan 30.7.
Sebelum percabangannya — pada jalan bersama tempat arusnya masuk ke rumah: sakelar utama di kotak sekring. Ia memutus seluruh rumah sekaligus, dipakai untuk perbaikan dan keadaan darurat.
Latihan 30.8 ★
Lampu meja dan stopkontak dindingnya: terangkai seri atau paralel terhadap lampu langit-langit? Dari mana kamu tahu dari kehidupan sehari-hari?
Solusi
Solusi Latihan 30.8.
Paralel: mematikan lampu langit-langit tidak membunuh lampu meja, dan mencabut lampu mejanya tidak menggelapkan langit-langit — masing-masing menunggangi cabangnya sendiri.
Latihan 30.9 ★★
Gambarlah (dengan lambang) sebuah rangkaian untuk lorong: satu baterai, satu bohlam, dan kenyamanan ini — bohlamnya harus dapat dinyalakan dan dimatikan dari sakelar di salah satu ujung lorong… Cobalah dengan jujur; kalau rancanganmu keras kepala gagal, jelaskan apa yang sulit. (Sakelar dua arah yang sebenarnya memerlukan sakelar yang lebih cerdik daripada milik kita — percobaan itu mengajarkan lebih banyak daripada jawabannya.)
Solusi
Solusi Latihan 30.9.
Dengan sakelar biasa milik kita, rancangannya terus gagal: sakelar yang seri dengan bohlamnya hanya dapat dibuka dari satu ujung; dua sakelar biasa yang seri menuntut keduanya tertutup (tiap ujung dapat mematikan lampunya tetapi tidak selalu menyalakannya); dua yang paralel menuntut keduanya terbuka supaya gelap. Kenyamanan lorongnya memerlukan sakelar yang memilih di antara dua jalan alih-alih sekadar memutus satu jalan — itulah sakelar dua arah, yang dipakai lorong sungguhan secara berpasangan.
Latihan 30.10 ★★
Seuntai lampu pesta zaman sekarang tetap menyala ketika satu bohlam mati — tetapi kotaknya memperingatkan: “Jangan menyalakan untaiannya kalau lebih dari tiga bohlam dilepas.” Dengan aturan percabangan, jelaskan kenyamanannya dan, yang lebih sulit, satu alasan yang masuk akal untuk peringatan itu. (Pikirkan apa yang diterima tiap cabang yang tersisa dari baterainya, dan usaha baterainya sendiri.)
Solusi
Solusi Latihan 30.10.
Kenyamanannya: bohlamnya menunggangi cabang paralel, sehingga bohlam yang mati hanya menggelapkan dirinya sendiri. Peringatannya: setiap bohlam yang hilang menghapus satu cabang, dan baterainya (atau catu daya kecil untaiannya) mendorong seluruh usahanya lewat cabang yang tersisa — kalau terlalu banyak yang hilang, tiap penyintasnya menerima lebih daripada rancangannya, menyala lebih panas, dan mati muda.
Latihan 30.11 ★★
Pada gambar dua sakelar, seorang tukang listrik ingin menambahkan satu bohlam lagi yang menyala hanya ketika sakelar cabangnya tertutup, dan gelap dalam keadaan lain — bahkan ketika sakelar utamanya tertutup. Pada ruas jalan yang mana bohlam baru itu harus dipasang, dan apakah ia lalu terangkai seri atau paralel terhadap bohlam 2?
Solusi
Solusi Latihan 30.11.
Pada ruas jalan milik sakelar cabang itu sendiri: di antara sakelar cabang dan bohlam 2 (sebelum cabangnya bergabung kembali dengan yang lain). Di situ ia menyala tepat ketika cabang itu berjalan — dan ia terangkai seri dengan bohlam 2, keduanya menunggangi cabang yang sama.