Contoh Soal Konsep Pemuaian
Contoh Soal Konsep Pemuaian - Pada pembahasan mengenai suhu, kalian telah mempelajari jika suatu benda berubah suhunya, maka sifatnya pun turut berubah. Salah satu perubahan yang terjadi pada benda adalah ukurannya. Jika suhu naik, secara umum ukuran benda bertambah. Nah, peristiwa ini disebut dengan pemuaian.
Pemuaian Zat Padat
Jika suatu besi dipanaskan sampai suhu naik, maka besi tersebut akan mengalami pemuaian. Zat padat akan mengalami muai panjang, muai luas, dan muai volume.
1. Pemuaian panjang zat padat
Alat yang digunakan untuk menyelidiki muai panjang berbagai zat padat adalah Musschenbroek. Adapun perubahan panjang benda akibat pemuaian secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.
Alat yang digunakan untuk menyelidiki muai panjang berbagai zat padat adalah Musschenbroek. Adapun perubahan panjang benda akibat pemuaian secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.
Formula Muai Panjang
Δl = loαΔt
lt - lo = loαΔt
lt = loαΔt + lo
lt = lo (1 + αΔt)
lt - lo = loαΔt
lt = loαΔt + lo
lt = lo (1 + αΔt)
Keterangan
Δl = lt - lo = perubahan panjang (m)
lt = panjang akhir (m)
lo = panjang mula-mula (m)
α = koefisien muai panjang (/oC)
Δt = t - to = perubahan temparatur (oC)
t = temperatur akhir (oC)
to = temperatur mula-mula (oC)
Persamaan tersebut merupakan formula umum untuk menyelesaiakan masalah muai panjang.
Δl = lt - lo = perubahan panjang (m)
lt = panjang akhir (m)
lo = panjang mula-mula (m)
α = koefisien muai panjang (/oC)
Δt = t - to = perubahan temparatur (oC)
t = temperatur akhir (oC)
to = temperatur mula-mula (oC)
Persamaan tersebut merupakan formula umum untuk menyelesaiakan masalah muai panjang.
2. Pemuaian luas zat padat
Jika suatu benda berbentuk lempengan lalu dipanaskan, maka akan terjadi pemuaian pada kedua sisi-sisinya. Peristiwa pemuaian ini disebut dengan pemuaian luas. Pemuaian luas memiliki koefisien muai dua kali koefisien muai panjang. Pemuaian luas dapat dirumuskan sebagai berikut.
Jika suatu benda berbentuk lempengan lalu dipanaskan, maka akan terjadi pemuaian pada kedua sisi-sisinya. Peristiwa pemuaian ini disebut dengan pemuaian luas. Pemuaian luas memiliki koefisien muai dua kali koefisien muai panjang. Pemuaian luas dapat dirumuskan sebagai berikut.
Formula Muai Luas
ΔA = AoβΔt
At - Ao = AoβΔt
At = AoβΔt + Ao
At = Ao (1 + βΔt)
At - Ao = AoβΔt
At = AoβΔt + Ao
At = Ao (1 + βΔt)
Keterangan
ΔA = At - Ao = perubahan luas (m2)
At = luas akhir (m2)
Ao = luas mula-mula (m2)
β = koefisien muai luas (/oC)
Δt = t - to = perubahan temparatur (oC)
t = temperatur akhir (oC)
to = temperatur mula-mula (oC)
Di atas, merupakan perumusan muai luas zat padat.
ΔA = At - Ao = perubahan luas (m2)
At = luas akhir (m2)
Ao = luas mula-mula (m2)
β = koefisien muai luas (/oC)
Δt = t - to = perubahan temparatur (oC)
t = temperatur akhir (oC)
to = temperatur mula-mula (oC)
Di atas, merupakan perumusan muai luas zat padat.
3. Pemuaian volume zat padat
Benda-benda yang berdimensi tiga (memiliki panjang, lebar, dan tinggi) seperti balok besi akan mengalami muai ruang jika dipanaskan. Peristiwa pemuaian ini disebut dengan pemuaian ruang (volume). Pemuaian ruang memiliki koefisien muai sebesar tiga kali koefisien muai panjang. Pemuaian ruang dapat dirumuskan sebagai berikut.
Benda-benda yang berdimensi tiga (memiliki panjang, lebar, dan tinggi) seperti balok besi akan mengalami muai ruang jika dipanaskan. Peristiwa pemuaian ini disebut dengan pemuaian ruang (volume). Pemuaian ruang memiliki koefisien muai sebesar tiga kali koefisien muai panjang. Pemuaian ruang dapat dirumuskan sebagai berikut.
Formula Muai Volume
ΔV = VoɣΔt
Vt - Vo = VoɣΔt
Vt = VoɣΔt + Vo
Vt = Vo (1 + ɣΔt)
Vt - Vo = VoɣΔt
Vt = VoɣΔt + Vo
Vt = Vo (1 + ɣΔt)
Keterangan
ΔV = Vt - Vo = perubahan volume (m3)
Vt = volume akhir (m3)
Vo = volume mula-mula (m3)
ɣ = koefisien muai volume (/oC)
Δt = t - to = perubahan temparatur (oC)
t = temperatur akhir (oC)
to = temperatur mula-mula (oC)
ΔV = Vt - Vo = perubahan volume (m3)
Vt = volume akhir (m3)
Vo = volume mula-mula (m3)
ɣ = koefisien muai volume (/oC)
Δt = t - to = perubahan temparatur (oC)
t = temperatur akhir (oC)
to = temperatur mula-mula (oC)
Pemuaian Zat Cair
Zat cair hanya mengalami pemuaian volume. Muai volume zat cair lebih besar daripada muai volume zat padat. Pemuaian zat cair tidak berlaku untuk air yang temperaturnya 0 - 4oC, karena justru air menyusut jika dipanaskan. Peristiwa ini disebut anomali air. Dengan kata lain anomali air adalah sifat yang dimiliki zat cair pada temperatur 0 - 4oC yang mengalami penyusutan jika dipanaskan. Secara matematis, pemuaian zat cair dapat ditulis sebagai berikut.
Formula Muai Zat Cair
ΔV = VoɣΔt
Vt = Vo (1 + ɣΔt)
Vt = Vo (1 + ɣΔt)
Pemuaian Gas
Gas hanya mengalami pemuaian volume seperti halnya zat cair. Koefisien muai volume untuk semua gas adalah sama, sehingga secara matematis dapat ditulis.
Formula Muai Gas
S1
Pilihan Tunggal
Sebatang baja pada suhu 30oC memiliki panjang 1 meter. Kemudian baja tersebut dipanaskan hingga 130oC. Jika koefisien muai baja 0,000011/oC , maka panjang baja setelah dipanaskan adalah....
S2
Pilihan Tunggal
Pada suatu percobaan, terdapat dua buah bimetal I dan II. Kedua bimetal tersusun oleh tiga jenis logam 1, 2, 3 seperti pada gambar.
Ketika dipanaskan, kedua bimetal melengkung dengan arah tampak seperti gambar. Berdasarkan kondisi tersebut, empat orang siswa memberikan pendapat sebagai berikut.
Pendapat yang benar disampaikan oleh siswa ….
S3
Pilihan Tunggal
Sebuah lempeng besi memiliki luas 40 m2 pada suhu 40oC. Jika suhu dinaikkan menjadi 90oC, maka luas lempeng besi adalah … (α = 0,000022/oC)
S4
Pilihan Tunggal
Sebuah batang logam memiliki panjang awal 3 m. Ketika suhunya dinaikkan sebesar 60oC, panjang logam menjadi 3,00091 m. Koefisien muai panjang logam tersebut adalah....
S5
Pilihan Tunggal
Musschenbroek digunakan untuk menyelidiki pemuaian….
S6
Pilihan Tunggal
Perhatikan gambar bimetal berikut.
Saat dipanaskan pada suhu yang sama, logam A akan mengalami pertambahan panjang lebih cepat daripada logam B. Pernyataan yang tepat berdasarkan gambar di atas adalah....
S7
Pilihan Tunggal
Suatu tembaga memiliki koefisien muai panjang sebesar 0,000017/oC. Koefisien muai volume tembaga tersebut adalah....
S8
Pilihan Tunggal
Sambungan rel kereta api diberi celah dengan tujuan....
S9
Pilihan Tunggal
Sebuah tabung gelas diisi dengan 50 cm3 raksa pada suhu 20oC . Jika tabung dan isinya dipanaskan sampai suhu 50oC, maka volume raksa yang akan tumpah adalah... (αgelas = 3.10-6/oC dan ɣraksa = 180.10-6/oC)
S10
Pilihan Tunggal
Pemuaian zat cair lebih besar dari zat padat. Hal ini dapat ditunjukkan pada peristiwa....