Rumus Pemuaian Panjang, Luas, Volume dan Contoh Soal

GuruOnlinee.com – Halo sobat cerdas, dalam artikel ini kita akan membahas tentang Pemuaian. Apa sih itu Pemuaian? Apa saja rumus fisika yang ada pada Pemuaian? Lalu bagaimana menjawab soal-soal fisika terkait Pemuaian? Yuk simak penjelasan berikut!

Daftar Isi

A. Pengertian Pemuaian

Pemuaian adalah peningkatan ukuran suatu benda akibat kenaikan suhu pada benda tersebut. Benda yang berupa zat padat, cair dan gas ketika mengalami peningkatan suhu akan mengakibatkan meningkatnya ukuran benda tersebut, semakin tinggi perubahan suhunya maka perubahan ukurannya juga akan semakin tinggi.

Benda yang dipanaskan akan mengalami pemuaian ke segala arah, yang mencakup pemuaian panjang, pemuaian luas dan pemuaian volume. Untuk benda padat yang panjang tetapi luas penampangnya kecil misalnya jarum, maka yang bisa kita amati adalah pemuaian panjangnya saja.

Pemuaian terjadi akibat adanya perubahan jarak antar atom dalam suatu zat. Pada suhu normal, atom-atom akan bergetar dari posisi setimbangnya dengan amplitudo kira-kira sekitar 10^-11 m, namun ketika zat tersebut dipanaskan maka atom-atom akan bergetar dengan amplitudo yang lebih besar. Hasilnya, jarak antar atom akan naik. Sehingga benda akan memuai. Sebaliknya, ketika suhu zat diturunkan, maka valume zat tersebut akan mengecil, hal ini disebut dengan penyusutan.

Semua zat yang dinaikkan suhunya akan mengalami peningkatan volume, kecuali pada air. Pada saat suhu air dinaikkan dari suhu 0^o C ke 4^o C, maka air tersebut akan menyusut, fenomena ini disebut Anomali Air, hal tersebut hanya terjadi pada air pada rentang suhu 0^o C sampai 4^o C, di luar dari suhu tersebut pemuaian air sama seperti zat lain, yakni meningkat volumenya ketika dipanaskan.

Pemuaian suatu benda bergantung pada perubahan suhu dan koefisien muainya. Misalnya, ketika 3 buah benda dengan jenis yang berbeda-beda (balok kayu, balok besi dan balok tembaga), dimana benda tersebut memiliki ukuran yang sama, saat benda tersebut dipanaskan dengan suhu yang sama maka benda tersebut akan mengalami perubahan ukuran yang berbeda.

Ukuran awal suatu benda juga berpengaruh terhadap ukuran akhir pemuaiannya. Misalnya saat 2 buah balok besi yang memiliki panjang yang berbeda, ketika dipanaskan maka benda yang lebih panjang akan memiliki perubahan panjang yang lebih besar. Adapun penjelasan matematisnya dapat dilihat pada sub bab dibawah ini.

B. Pemuaian Panjang

Benda pada yang dipanaskan akan mengalami peningkatan peningkatan ukuran ke segala arah (volume bertambah), namun pada benda panjang tetapi luas permukaan kecil seperti jarum, pemuaian yang signifikan hanya terlihat pada pemuaian panjangnya saja. Berikut rumus pemuaian panjang.

$\Delta L =\alpha L_o \Delta T$

$L-L_o=\alpha L_o\Delta T$

$L=L_o(1+\alpha \Delta T$

Keterangan:

L_o : Panjang awal (m)

L : Panjang akhir (m)

α : Koefisien muai panjang (1/^oC)

ΔT : Perubahan suhu (^oC)

Berikut tabel koefisien muai panjang:

C. Pemuaian Luas

Benda yang berbentuk persegi panjang akan mengalami perubahan ukuran pada panjang dan lebarnya ketika dipanaskan. Dengan kata lain, benda tersebut mangalami pemuaian luas. Berikut rumus pemuaian luas:

$\Delta A =\beta A_o \Delta T$

$A-A_o=\beta A_o\Delta T$

$A=A_o(1+\beta \Delta T$

Keterangan:

A_o : Luas awal (m²)

A : Luas akhir (m²)

β : Koefisien muai luas (1/^oC)

Nilai koefisien muai luas tidak lain adalah 2 kali koefisian muai panjang.

$\beta=2\alpha$

D. Pemuaian Volume

Benda padat yang berbentuk balok ketika dipanaskan akan mengalami perubahan panjang, lebar dan tinggi. Dengan kata lain benda tersebut mengalami pemuaian volume. Berikut persamaan pemuaian volume:

$\Delta V =\gamma V_o \Delta T$

$V-V_o=\gamma V_o\Delta T$

$V=V_o(1+\gamma \Delta T)$

Keterangan:

V_o : Volume awal (m³)

V : Volume akhir (m³)

ϒ : Koefisien muai volume (1/^oC)

Nilai koefisien muai volume tidak lain adalah 3 kali koefisian muai panjang.

$\gamma=3\alpha$

Pada pemuaian volume zat cair, koefisien yang diketahui selalu koefisien volume, karena volume zat cair akan mengikuti volume wadah sehingga susah dalam penentuan koefisien panjangnya. Berikut tabel koefisien muai volume zat cair pada suhu kamar.

Contoh Soal

Selembar plat aluminium memiliki luas 0,64 m² dipanaskan dari suhu 30^o C ke 35^o C. Jika koefisien mua panjang aluminium adalah 24 x 10^-6, maka besar perubahan luas aluminium tersebut setelah dipanaskan adalah . . .

Penyelesaian:

Diketahui :

$A_o=0,64\,m^2$