Pemuaian Aluminium: Soal Dan Solusi Lengkap

Okay guys, kali ini kita akan membahas soal fisika yang cukup menarik tentang pemuaian panjang pada aluminium. Soal ini sering muncul di ujian atau latihan soal, jadi penting banget buat kita pahami konsepnya dengan baik. Kita akan bedah soalnya step-by-step, mulai dari memahami soal, mengidentifikasi rumus yang tepat, sampai akhirnya mendapatkan jawaban yang benar. Yuk, langsung aja kita mulai!

Memahami Soal Pemuaian Aluminium

Soalnya begini nih: Sebuah batang aluminium panjangnya 2 meter pada suhu awal 35°C. Kemudian, batang aluminium ini dipanaskan sampai suhunya mencapai 60°C. Kita tahu juga koefisien muai panjang (α) aluminium adalah 26 × 10⁻⁶ /°C. Yang ditanya adalah, berapa panjang akhir batang aluminium setelah mengalami pemuaian akibat pemanasan tersebut?

Sebelum kita masuk ke perhitungan, penting untuk memahami beberapa konsep dasar tentang pemuaian. Pemuaian terjadi karena partikel-partikel dalam benda (dalam hal ini aluminium) bergerak lebih cepat ketika dipanaskan. Gerakan yang lebih cepat ini menyebabkan jarak antar partikel menjadi lebih besar, sehingga benda tersebut memuai atau bertambah ukurannya. Pemuaian ada tiga jenis, yaitu pemuaian panjang (terjadi pada benda-benda yang ukurannya dominan panjang), pemuaian luas (terjadi pada benda-benda yang ukurannya dominan luas), dan pemuaian volume (terjadi pada benda-benda yang memiliki volume). Dalam soal ini, kita berfokus pada pemuaian panjang karena batang aluminium tersebut memiliki ukuran panjang yang signifikan.

Koefisien muai panjang (α) adalah ukuran seberapa besar suatu benda memuai untuk setiap kenaikan suhu 1°C. Setiap bahan memiliki koefisien muai panjang yang berbeda-beda. Aluminium memiliki koefisien muai panjang yang relatif tinggi, yang berarti aluminium akan memuai lebih banyak dibandingkan dengan bahan lain seperti baja untuk kenaikan suhu yang sama. Nilai koefisien muai panjang ini sangat penting dalam perhitungan pemuaian, karena akan menentukan seberapa besar perubahan panjang batang aluminium tersebut.

Selain itu, kita juga perlu memperhatikan satuan yang digunakan. Dalam soal ini, panjang awal batang aluminium diberikan dalam meter, suhu dalam derajat Celsius, dan koefisien muai panjang dalam /°C. Pastikan semua satuan sudah konsisten sebelum melakukan perhitungan. Jika ada satuan yang berbeda, kita perlu mengubahnya terlebih dahulu agar sesuai. Misalnya, jika panjang awal diberikan dalam sentimeter, kita perlu mengubahnya menjadi meter terlebih dahulu sebelum dimasukkan ke dalam rumus.

Mengidentifikasi Rumus Pemuaian Panjang

Rumus yang kita gunakan untuk menghitung pemuaian panjang adalah sebagai berikut:

ΔL = L₀ × α × ΔT

Di mana:

• ΔL adalah perubahan panjang (pemuaian) batang (dalam meter)
• L₀ adalah panjang awal batang (dalam meter)
• α adalah koefisien muai panjang bahan (/°C)
• ΔT adalah perubahan suhu (dalam °C)

Setelah kita mendapatkan nilai ΔL, kita bisa menghitung panjang akhir batang (L) dengan rumus:

L = L₀ + ΔL

Rumus ini sebenarnya cukup sederhana, tapi penting untuk memahaminya dengan benar. Perubahan panjang (ΔL) berbanding lurus dengan panjang awal (L₀), koefisien muai panjang (α), dan perubahan suhu (ΔT). Artinya, semakin panjang batang awal, semakin besar koefisien muai panjang bahan, dan semakin besar perubahan suhu, maka semakin besar pula pemuaian yang terjadi.

Rumus ini sangat berguna dalam berbagai aplikasi teknik. Misalnya, dalam pembangunan jembatan, para insinyur harus memperhitungkan pemuaian dan penyusutan material akibat perubahan suhu. Jika tidak, jembatan bisa mengalami kerusakan atau bahkan runtuh. Begitu juga dalam pemasangan rel kereta api, perlu ada celah kecil antar rel untuk memberikan ruang bagi pemuaian. Jika rel dipasang terlalu rapat, rel bisa bengkok atau patah akibat tekanan pemuaian.

Menerapkan Rumus dan Menghitung Jawaban

Sekarang, mari kita masukkan nilai-nilai yang diketahui ke dalam rumus:

• L₀ = 2 m
• α = 26 × 10⁻⁶ /°C
• ΔT = 60°C - 35°C = 25°C

Kita hitung dulu perubahan panjang (ΔL):

ΔL = 2 m × 26 × 10⁻⁶ /°C × 25°C

ΔL = 0.0013 m

Kemudian, kita hitung panjang akhir batang (L):

L = 2 m + 0.0013 m

L = 2.0013 m

Jadi, panjang aluminium tersebut menjadi 2,0013 meter setelah dipanaskan.

Dalam perhitungan ini, kita menggunakan notasi ilmiah untuk memudahkan penulisan angka yang sangat kecil. Notasi ilmiah adalah cara untuk menulis angka sebagai hasil perkalian antara angka antara 1 dan 10 dengan pangkat sepuluh. Misalnya, 26 × 10⁻⁶ sama dengan 0.000026. Penggunaan notasi ilmiah sangat membantu dalam menghindari kesalahan penulisan angka yang terlalu banyak angka nol di belakang koma.

Selain itu, penting juga untuk memperhatikan angka signifikan dalam perhitungan. Angka signifikan adalah angka-angka yang memiliki makna dalam suatu pengukuran. Dalam soal ini, panjang awal batang aluminium diberikan dengan dua angka signifikan (2 m), koefisien muai panjang dengan dua angka signifikan (26 × 10⁻⁶ /°C), dan perubahan suhu dengan dua angka signifikan (25°C). Oleh karena itu, hasil akhir perhitungan juga sebaiknya dinyatakan dengan dua angka signifikan, yaitu 2,0 m. Namun, karena pilihan jawaban yang diberikan memiliki lebih banyak angka desimal, kita bisa memilih jawaban yang paling mendekati, yaitu 2,0013 m.

Pilihan Jawaban dan Kesimpulan

Berdasarkan perhitungan kita, jawaban yang benar adalah:

a. 2,0013

Jadi, setelah memahami konsep dan rumus pemuaian panjang, kita bisa dengan mudah menyelesaikan soal ini. Ingat, yang penting adalah memahami soal dengan baik, mengidentifikasi rumus yang tepat, dan teliti dalam melakukan perhitungan. Jangan lupa juga untuk memperhatikan satuan dan angka signifikan agar mendapatkan hasil yang akurat.

Semoga penjelasan ini bermanfaat ya, guys! Kalau ada pertanyaan atau soal lain yang ingin dibahas, jangan ragu untuk bertanya. Sampai jumpa di pembahasan soal-soal fisika lainnya!