Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9
36Tekanan Udara dan Cuaca
Kamu tinggal di dasar sebuah samudra — samudra udara, sedalam ratusan kilometer, dengan seluruh beratnya bertumpu di atas bahumu. Mengapa ia tidak meremukkanmu? Mengapa kamu bahkan tidak merasakannya? Dan apa hubungan semua ini dengan cuaca besok? Udara, kawan lama kita yang tak terlihat, punya satu rahasia besar lagi untuk diserahkan.
36.1 Udara punya berat
Contoh 36.1 (Menimbang yang tak terlihat)
Sebuah bola sepak yang keras diletakkan pada neraca yang halus lalu diseimbangkan dengan tepat. Kemudian pentilnya dibuka dan udara lebihnya mendesis keluar — bola yang sama, pentil yang sama, segalanya sama, hanya berkurang sedikit udara. Kembali ke neraca: bola yang kempis itu lebih ringan. Selisihnya adalah berat udara yang lolos. Udara adalah zat, zat punya massa, dan massa ditarik ke bawah oleh Bumi: samudra di atas kita itu berat.
Definisi 36.2 (Atmosfer dan tekanannya)
Lapisan udara yang tebal dan membungkus seluruh Bumi disebut atmosfer. Beratnya memerah udara di bagian bawah — tempat kita tinggal — dan udara yang terperah mendorong kuat pada setiap permukaan yang disentuhnya. Dorongan itu disebut tekanan udara.
Proposisi 36.3 (Dorongan dari segala sisi)
Tekanan udara mendorong setiap permukaan dari segala arah — ke bawah pada meja, ke samping pada dinding, bahkan ke atas pada langit-langit dan telapak tangan. Dan dorongan itu perkasa: pada luasan sebesar telapak tanganmu, udara mendorong kira-kira sekuat berat sebuah koper besar yang penuh. Kita tidak pernah menyadarinya, karena dorongannya datang berimbang: udara di dalam tubuh kita dan di balik setiap permukaan mendorong balik sama kuatnya.
Metode 36.4 (Kartu yang menahan air)
Dorongan udara ke atas, tertangkap basah (lakukan di atas bak cuci):
- isilah sebuah gelas dengan air sampai ke bibirnya;
- letakkan kartu yang kaku dan licin mendatar di atasnya, menyentuh airnya di seluruh tepinya;
- tahan kartunya di tempatnya, balikkan gelasnya tepat menghadap ke bawah, lalu lepaskan kartunya pelan-pelan.
Kartunya bertahan — menahan segelas penuh air. Berat airnya menekan kartunya ke bawah, tetapi atmosfer menekan ke atas padanya lebih kuat lagi. Kamu baru saja melihat dorongan sebesar koper itu dari bawah.
36.2 Mesin yang dijalankan atmosfer
Contoh 36.5 (Sedotan)
Kamu mengira menarik jus naik lewat sedotan. Sebenarnya, kamu sama sekali tidak dapat menarik zat cair — cobalah menarik air dengan jarimu! Yang sungguh kamu lakukan adalah mengisap udara keluar dari sedotannya. Dengan udaranya hilang dari dalam, atmosfer yang menekan jus di dalam gelas mendorong jusnya naik lewat sedotan yang kosong sampai ke mulutmu. Setiap tegukan adalah atmosfer yang mengangkat; kamu hanya membersihkan jalannya.
Contoh 36.6 (Mangkuk isap dan botol yang remuk)
Mangkuk karet gantungan kamar mandi ditekan rata pada ubinnya, memerah udara keluar dari bawahnya: kini atmosfer mendorong mangkuknya ke dinding tanpa ada yang mendorong balik dari belakang — ia dipakukan oleh langit itu sendiri. Dan pasanglah tutup pada botol plastik kosong tinggi di gunung, lalu turunlah berkendara ke lembah: botolnya remuk seakan diperah tangan hantu. Udara yang menekan di luar lebih banyak daripada udara gunung yang tipis yang tersegel di dalam — atmosfer menang, dan botolnya pun melipat.
Contoh 36.7 (Makin tinggi makin tipis)
Mendakilah, dan kamu meninggalkan sebagian samudranya di bawahmu: udara yang lebih sedikit di atas berarti dorongan yang lebih lemah. Telingamu berdenging di kereta gantung yang cepat ketika tekanan di luar berubah; para pendaki gunung megap-megap di udara yang menipis. Dan di sinilah teka-teki teh gunung tahun lalu menyerah: dengan atmosfer yang menekan airnya lebih ringan, mendidih menjadi lebih mudah — air di puncak yang besar mendidih jauh di bawah , terlalu sejuk untuk seduhan yang baik.
36.3 Barometer dan cuaca
Definisi 36.8 (Barometer)
Sebuah barometer adalah alat yang mengukur tekanan udara — satu lagi anggota keluarga hakim jujur kita, di samping termometer dan neraca. Jarumnya naik ketika atmosfer di atas menekan lebih kuat, dan turun ketika tekanannya meringan.
Proposisi 36.9 (Tekanan berbicara tentang besok)
Tekanan atmosfer tidak pernah tenang: udara yang berat dan menurun membawa langit yang tenang dan cerah; udara yang ringan dan menaik mengundang awan dan hujan. Jadi barometer adalah peramal nasib yang sederhana dan jujur: tekanan yang tetap atau naik menjanjikan cuaca yang baik; tekanan yang turun memperingatkan awan yang datang; turun cepat berarti badai mungkin sedang dalam perjalanan.
Catatan 36.10 (Huruf H dan L pada peta cuaca)
Laporan cuaca malam ini akan menampilkan pusaran besar berlabel H dan L: daerah bertekanan tinggi dan rendah yang berkelana di seberang petanya seperti paus yang lamban. Udara selamanya mengalir dari daerah H yang berat menuju daerah L yang ringan — dan aliran itulah anginnya. Satu bab, tiga kawan lama terjelaskan: ramalan barometer, asal-usul angin, dan alasan mengapa telingamu tahu kapan cuaca akan pecah.
36.4 Latihan
Latihan 36.1 ★
Bagaimana percobaan bola sepak menunjukkan bahwa udara punya berat? Apa tepatnya yang dibandingkan?
Latihan 36.2 ★
Apa itu tekanan udara, dan dari mana ia datang? Ke arah mana saja ia mendorong?
Latihan 36.3 ★
Atmosfer menekan telapak tanganmu kira-kira seberat koper penuh — namun kamu tidak merasakan apa pun. Mengapa tidak?
Solusi
Solusi Latihan 36.3.
Karena dorongannya datang berimbang: udara di sisi lain telapak tanganmu — dan di dalam tubuhmu — mendorong balik sama kuatnya. Hanya dorongan yang tidak berimbang, seperti pada kartunya atau pada botol yang remuk, yang memperlihatkan kekuatannya.
Latihan 36.4 ★
Pada tipuan kartu, dua dorongan bertarung memperebutkan kartunya. Sebutkan keduanya, dan katakan yang mana yang menang.
Latihan 36.5 ★
“Aku menarik jusnya naik lewat sedotan.” Perbaikilah kalimat ini: apa yang sebenarnya kamu keluarkan, dan siapa yang mengangkatnya?
Latihan 36.6 ★
Mengapa mangkuk isap mencengkeram ubin? Apa yang diperah keluar, dan apa yang menahan mangkuknya di sana?
Latihan 36.7 ★
Apa yang terjadi pada tekanan udara ketika kamu mendaki gunung, dan mengapa? Berikan dua tandanya yang dapat diperhatikan seorang pengembara.
Latihan 36.8 ★
Apa yang diukur sebuah barometer? Barometermu terus turun cepat sejak sarapan — apa yang harus diharapkan rencana piknikmu?
Solusi
Solusi Latihan 36.8.
Dorongan atmosfer — tekanan udara. Penurunan yang cepat memperingatkan badai yang sedang datang: pindahkan pikniknya ke dalam ruangan.
Latihan 36.9 ★★
Botol yang tersegel itu remuk dalam perjalanan turun dari gunung. Jelaskan keremukannya dengan dorongan di dalam dan di luar — lalu ramalkan: apa yang justru akan terjadi pada botol yang disegel di lembah lalu dibawa naik?
Solusi
Solusi Latihan 36.9.
Ketika disegel di puncak, botolnya menyimpan udara gunung yang tipis di dalamnya; di lembah dorongan dari luar menjadi lebih kuat daripada dorongan yang terperangkap di dalam, dan botolnya pun melipat. Kalau dibawa ke arah sebaliknya, botol yang disegel di lembah menyimpan udara yang kuat di dalamnya sementara dorongan luarnya melemah seiring ketinggian: botolnya menggembung tegang — dan bungkus keripik yang tersegel melakukan hal yang sama pada setiap perjalanan ke gunung.
Latihan 36.10 ★★
Dari mana angin datang, menurut pusaran H dan L pada peta cuaca? Hubungkan dengan definisi tertua dalam buku ini: angin adalah udara yang bergerak — digerakkan oleh apa?
Latihan 36.11 ★★
Para pendaki gunung mengeluh bahwa di puncak yang besar, teh tidak pernah terseduh kuat dan pasta tetap keras berapa lama pun ia direbus. Kumpulkan seluruh penjelasannya dari dua tahun: apa yang dilakukan atmosfer yang tipis terhadap titik didihnya, dan mengapa merebus lebih lama tidak menolong? (Dua proposisi, satu dari tahun lalu, menutup perkara ini.)
Solusi
Solusi Latihan 36.11.
Seiring ketinggian, dorongan atmosfer pada airnya melemah, sehingga mendidih menjadi lebih mudah: titik didihnya meluncur jauh di bawah . Dan menurut hukum dataran, air yang mendidih tidak pernah dapat memanjat melewati titik didihnya — api tambahan hanya membuat uap. Jadi air di puncak mendidih dalam keadaan sejuk dan terpaku di sana: tehnya lemah, pastanya keras, fisikanya puas.