Pendidikan Sains Aplikatif, Matematika Menarik dan Karya Ilmiah

Percobaan Sains : Percobaan Es Batu

Percobaan klasik ini menunjukkan bagaimana es dapat menyambung lagi setelah di lewati tali. Percobaan ini pertama kali dilakukan pada tahun 1872, tapi masih belum diketahui secara persis bagaimana fenomena bekerja.
Es dapat mencair di bawah tekanan dan akan membekukan ketika tekanan berkurang, alasan sementara untuk percobaan ini, tetapi di balik itu masih ada kesulitan untuk menjawabnya

Cara Kerja
1. Ambil beberapa kawat atau kawat tembaga,atau kabel atau bisa juga sinar gitar tua atau bahkan senar pancing (senar pancing akan memakan waktu lebih lama).

2. Jika kawat atau kabel yang kita gunakan masih ada pembungkusnya maka kita kupas atau lepaskan pembungkusnya


3. Ikat dua liter botol minuman ringan dengan air berukuran dua liter (kita dapat menggunakan dua botol belum dibuka juga) sampai ke ujung kawat.


4. Letakan penggaris di atas meja sehingga salah satu ujung menjorok di tepi meja. Letakan batu bata atau benda berat lain di ujung lain dari penggaris.


5. Potong sepotong styrofoam dengan ukuran es batu dan letakkan di ujung penggaris dan tempatkan es batu di atasnya. Sekarang kita taruh kawat botol tadi diatas es batu


6. Berat pada botol yang berisi air tadi akan meberikan tekanan yang cukup besar tekanan pada es batu.


7. Kurang lebih selama 10 sampai 15 menit, kawat akan melewati menembus es batu yang dengan  'ajaib' es batu tersebut dapat menyembuhkan dirinya sendiri dengan menyambung dirinya sendiri di atas kawat.


8. Setelah kawat telah berlalu tepat melalui es batu, Kita dapat melihat es batu dan memeriksa es batu tadi masih utuh, sedangkan stioformnya patah


Ini Penjelasannya
Fenomena Anda saksikan disebut 'regelation'. Ini adalah kemampuan penasaran air untuk mengelas atau menyambung dirinya sendiri dan itu sangat terkenal sulit untuk menjelaskannya, dan hal ini tetap menjadi sumber perdebatan ilmiah selama kurang lebih dari 150 tahun.

Adanya kawat yang mencairkan es di bawahnya dan air di atasnya membeku kembali, hal ini tentu saja berkaitan dengan tekanan yang diberikan kawat tersebut, tapi menggali sedikit lebih dalam dan menjelaskan secara sederhana tentang percobaan ini tetap sulit. Mencair, beku dan bentuk padat dari air jauh lebih rumit daripada apa yang kita pikir sebelumnya

Sebagai permulaan, tahukah kita bahwa ada setidaknya sebelas jenis es? Freezer atau kulkas di dapur kita dapat mengubah air menjadi es yang dikenal dengan ilmu sebagai 'Tingkat es'. 10 jenis es tersebut di buat di bawah tekanan dan suhu yang berbeda, memiliki berbagai kristal dan struktur kaca disebut es I, es II, es III, es IV dan seterusnya.

Es batu sebuah standar akan mengapung dalam minuman kita, hal disebabkan karena volumenya sekitar 10 persen lebih besar dari cairan itu dibuat. kita dapat membuktikan bahwa air mengembang ketika membeku dengan eksperimen sederhana.

Sifat yang tidak biasa pada jenis es bisa menyembabkan molekul air berbentuk bumerang, yang mendasari bentuk heksagonal cantik dari kepingan salju.

Kedengarannya logis bahwa tekanan di bawah kawat hanya meremukkan struktur kristal bawah yang menyebabkan es mencair tapi, sementara itu benar, eksperimen yang dipublikasikan di Proceedings of the Royal Society pada tahun 1973 menunjukkan sesuatu yang lebih yang terjadi.

Para ilmuwan rajin menemukan bahwa, semakin berat kawat yang diletakan pada beban atau es maka tekanan meningkat, kecepatan tembaga dan nilon kabel melalui es tidak meningkat secara bagus, sesuai prediksi penghancuran sederhana teori kristal.

Sebuah jurnal yang lebih baru, yang diterbitkan pada 2010 di Physical Review Letters, dimodelkan bagaimana molekul air bermigrasi di sekitar kawat terbuat dari bahan hidrofilik (suka air) atau hidrofobik (benci air) dan menunjukkan bahwa ini mempengaruhi kecepatan kawat turun melalui blok es.

Pada bulan April 2014, Journal of American Institute of Chemical Engineers menerbitkan sebuah model matematika ditingkatkan untuk kabel melewati es dalam makalah berjudul Cairan Kental yang menarik pada padatan yang bergerak melalui padatan.

Pertanyaan tentang bagaimana air mencair dan membeku kembali jauh. Pengamatan pertama kawat logam melewati es muncul di jurnal Nature pada tahun 1872 dan telah dilaporkan oleh James Thomson Bottomley. Dia menggambarkan demonstrasi yang telah dilakukan untuk kelas selama kuliah musim panas di Universitas Glasgow.

Seberat 12 pound (5,4 kilogram) bongkahan es batu yang berbentuk apel diletakan papan datar dan dilapisi kain kasa. kasa yang diletakan di silinder berongga dan pada akhir percobaanya, Mr Bottomley menemukan "sejumlah besar es di sisi bawah kain kasa, tampaknya diperas melalui saringan." Dia terus menambahkan lebih banyak es di atas kain kasa selama beberapa jam dan, mencoba saat ia mungkin, untuk tidak bisa memisahkan es bawah kain kasa dengan es di atasnya. Dia juga melaporkan bahwa "es yang telah melewati jerat memiliki semacam tekstur yang sesuai dengan jaringan, dan gelembung udara kecil tampaknya yang disusun dalam kolom."

Belakangan ini, Nature menerbitkan laporan lain dari seorang ahli meteorologi yang bernama John Aitken. Aitken menggambarkan bagaimana ia telah berhasil menarik atau membuat sebuah potongan koin dan setengah-mahkota melalui es menggunakan kawat tipis dan beberapa tekanan terhadap es batu.

Bottomley dan demonstrasi Aitken yang baru bagi ilmu pengetahuan, tetapi efek dari tekanan pada titik beku air sudah terkenal. Pada tahun 1849, James Thomson menulis sebuah makalah berjudul 'pertimbangan teoritis pada efek tekanan dalam menurunkan titik beku air.'

Melalui pemikiranya Thomson telah memprediksi bahwa salah satu tekanan atsmosfer menurunkan titik beku air sebesar 0,0075 derajat Celcius. saudaranya William menegaskan prediksi eksperimental pada tahun berikutnya. Karena eksperimen inilah William Thomson kemudian menjadi Lord Kelvin yang namanya kita telah diabadikan sebagai satuan ukuran untuk suhu mutlak (merek kulkas terkenal juga.) Lord Kelvin juga paman dari Bottomley ini. 

Michael Faraday,  bereksperimen dengan fenomena aneh ini juga pada tahun 1850 tapi tidak dengan kabel dan beban

Faraday menemukan bahwa jika ia pindah dua blok es terhadap satu sama lain dalam gerakan menyamping sementara di bawah air sampai mereka datang ke dalam kontak, mereka akan segera menjadi menancap satu sama lain. Es kemudian mengapung sehingga Faraday melabuhkan blok es dengan beban dan kawat tipis, seperti pelampung, untuk menjaga es tersebut tergantung di bawah permukaan air, yang disimpan di tepat nol derajat Celcius.

Perdebatan tentang mengapa Faraday es blok dilas diri bersama-sama terus terjadi. James Thomson, yang tampaknya tidak pernah mencoba salah satu eksperimen ini sendiri, percaya bahwa adanya  karena tekanan antara blok tapi Faraday berpikir sesuatu yang lain sedang terjadi. Fenomena yang sama juga tongkat serpih di bola-bola salju bersama-sama tapi itu akan mengambil lebih dari satu abad untuk menyelesaikan perdebatan tentang bagaimana yang benar-benar terjadi. Sekarang tampak bahwa Faraday dan Thomson berdua sebagian benar.

Kita sekarang tahu bahwa es memiliki sangat tipis cairan seperti lapisan pada permukaannya yang, ke suhu lebih dari 35 derajat Celsius di bawah nol, yang telah diukur mempunyai ketebalan sekitar 1 sampai 10 nanometer. Inilah sebabnya mengapa es licin. Ini juga yang menyebabkan mengapa es skating hanya mungkin pada temperatur di bawah nol, masalah lain yang masih hangat diperdebatkan adalah ice skating mungkin pada temperatur yang lebih dingin daripada tekanan leleh atau gesekan mencair es.

Jadi dari pecobaan diatas kesimpulannya meskipun demonstrasi tampak sederhana, tetapi fenomena dan jawaban yang pasti penyebabnya sangat rumit 

No comments:

Post a Comment