Contoh Soal Pemuaian Kelas 7, Jawaban dan Pembahasannya

tirto.id - Contoh soal "Pemuaian" beserta pembahasannya dapat dimanfaatkan oleh siswa kelas 7 SMP sebagai bahan belajar materi fisika atau IPA.

Guna memperdalam pemahaman terkait materi pemuaian, para peserta didik harus mempelajari dan memahami terlebih dahulu rumus dasar dalam materi tersebut.

Pemuaian menjadi salah satu materi yang dipelajari dalam ilmu fisika serta merupakan salah satu peristiwa alami yang seringkali terjadi dalam kehidupan sehari-hari.

Contoh sederhana peristiwa pemuaian zat pada suatu benda yang terjadi di sekitar kita yakni seperti kabel tiang listrik yang terkadang menjuntai ke bawah bahkan terkadang juga terlihat memendek dan mengencang.

Selain itu ada bingkai jendela yang tampak melengkung pada siang hari, serta pemasangan rel kereta api yang dibuat agak renggang. Peristiwa pemuaian tersebut tidak lain terjadi karena adanya pengaruh kalor yang dapat menyebabkan perubahan dimensi dari suatu benda.

Contoh Soal Pemuaian dan Pembahasannya

1. Sebuah kuningan memiliki panjang 1 m. Apabila koefisien muai panjang kuningan adalah 19 × 10 pangkat -6/K, tentukan pertambahan panjang kuningan tersebut jika temperaturnya naik dari 10°C sampai 40°C?

Penyelesaian:

Diketahui:

L0 = 1 m

∆T = 40°C – 10°C = 30°C = 303 K

α = 19 × 10 pangkat -6/K

Ditanyakan: ∆L = …?

Jawab:

∆L = L0α∆T

∆L = 1 × 19 × 10 pangkat -6 × 303

∆L = 5,76 × 10 pangkat -3

∆L = 0,00576 m

Jadi, pertambahan panjang kuningan setelah temperaturnya naik menjadi 4°C adalah 5,76 mm.

2. Pada suhu 30°C sebuah pelat besi luasnya 10 m². Apabila suhunya dinaikkan menjadi 90°C dan koefisien muai panjang besi sebesar 0,000012/°C, maka tentukan luas pelat besi tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:

A0 = 10 m²

T0 = 30°C

T = 90°C

∆T = T – T0 = 90 – 30 = 60°C

α = 0,000012/°C

β = 2α = 2 × 0,000012/°C = 0,000024/°C

Ditanyakan: A = …?

Jawab:

A = A0(1 + β × ∆T)

A = 10(1 + 0,000024 × 60)

A = 10(1 + 0,00144)

A = 10 × 1,00144

A = 10,0144 m²

Jadi, luas pelat besi setelah dipanaskan adalah 10,0144 m² .

3. Sebuah bejana tembaga dengan volume 100 cm3 diisi penuh dengan air pada suhu 30°C. Kemudian keduanya dipanasi hingga suhunya 100°C. Jika α tembaga = 1,8 × 10 pangkat -5/°C dan γ air = 4,4 × 10 pangkat -4/°C. Berapa volume air yang tumpah saat itu?

Penyelesaian:

Diketahui:

V0 tembaga = V0 air = 100 cm3

∆T = 100°C – 30°C = 70°C

α tembaga = 1,8 × 10 pangkat -5/°C

γ tembaga = 3α = 3 × 1,8 × 10 pangkat -5 = 5,4 × 10 pangkat -5/°C

γ air = 4,4 × 10 pangkat -4/°C

Ditanyakan: V air yang tumpah = …?

Jawab:

Untuk tembaga:

Vt = V0(1 + γ∆T)

Vt = 100(1 + 5,4 × 10 pangkat -5 × 70)

Vt = 100(1 + 3,78 × 10 pangkat -3)

Vt = 100(1 + 0,00378)

Vt = 100(1,00378)

Vt = 100,378 cm3

Untuk air:

Vt = V0(1 + γ∆T)

Vt = 100(1 + 4,4 × 10 pangkat -4 × 70)

Vt = 100(1 + 3,08 × 10 pangkat -2)

Vt = 100(1 + 0,0308)

Vt = 100(1,0308)

Vt = 103,08 cm3

Jadi, volume air yang tumpah adalah sebagai berikut.

V air tumpah = Vt air – Vt tembaga

V air tumpah = 103,08 – 100,378

V air tumpah = 2,702 cm3

Pengertian Pemuaian, Jenis, dan Rumusnya

Pemuaian adalah suatu peristiwa memuainya sebuah zat akibat adanya peningkatan suhu yang menyebabkan perubahan dimensi suatu benda. Perubahan dimensi tersebut dapat berupa dimensi panjang, dimensi luas, maupun volume.

Sebagian benda mudah mengalami pemuaian secara alami karena terjadi kenaikan suhu. Meski demikian, ada juga beberapa benda yang sulit memuai bahkan menjadi menyusut dimensinya karena penurunan suhu.

Pada dasarnya setiap zat terdiri atas banyak partikel yang terus bergetar. Apabila suhunya bertambah, kecepatan getarannya juga akan meningkat sehingga membutuhkan ruang antar partikel yang lebih besar.

Berdasarkan bentuk zatnya, pemuaian terbagi menjadi 3 jenis yaitu sebagai berikut :

1. Pemuaian Zat Padat

Pemuaian zat padat terjadi dari segala arah sehingga dapat menyebabkan bertambahnya dimensi panjang, luas dan volume.

Adapun pemuaian pada zat padat sendiri meliputi 3 bentuk pemuaian yaitu :

a. Pemuaian Panjang

Pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Contohnya kawat kecil dan kabel listrik yang memanjang karena menerima panas.

Rumus Pemuaian Panjang :

Δx= Lo. α. ΔT

Keterangan:

ΔX =besarnya pemuaian panjang

Lo = panjang mula-mula

α = konstanta pemuaian

ΔT = selisih suhu

L = Lo + Δx

L = Lo (1 + α.ΔT)

L = panjang setelah dipanaskan

Lo = panjang mula-mula

b. Pemuaian Luas

Pemuaian luas adalah pertambahan ukuran luas suatu benda karena menerima kalor. Contohnya kusen pada jendela, saat udara dingin kaca akan menyusut dan sebaliknya ketika suhu udara meningkat kaca akan memuai sehingga kaca akan terlihat lebih rapat pada kusen kayu.

Rumus Pemuaian Luas:

ΔA = Ao.β.ΔT

A = Ao + ΔA

A = A0 (1+β.ΔT)

Keterangan :

Ao = Luas Sebelum dipanaskan

A = luas setelah pemanasan

ΔA = penambahan luas

β = koefisien muai luas

ΔT = selisih suhu (kenaikan suhu)

c. Pemuaian ruang atau volume

Pemuaian volume adalah bertambahnya ukuran volume suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian ini biasa terjadi pada benda yang memiliki ukuran panjang, lebar, dan tebal. Contohnya seperti kaleng minuman yang tidak diisi minuman dengan penuh karena kaleng tersebut bisa memuai dan menyusut.

Rumus Pemuaian Volume:

ΔV = Vo.γ.ΔTV = Vo + ΔVV = Vo(1+γ.ΔT)

Keterangan:

ΔV = penambahan volume

Vo = volume awal

ΔT = kenaikan suhu

γ = koefisien muai volume

2. Pemuaian Zat Cair

Pemuaian pada zat cair tidak melibatkan muai panjang dan luas, melainkan hanya muai volumenya karena zat cair bersifat menyesuaikan bentuk wadahnya.

Pemuaian volume cair berkaitan dengan pemuaian tekanan karena adanya peningkatan suhu. Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair makin besar pula muai volumenya.

Rumus Pemuaian Zat Cair:

ΔV = Vo.b.ΔT

Keterangan:

Vo = volume awal

b = koefisien muai volume zat cair

ΔV = penambahan volume yang terjadi

ΔT = selisih suhu

3. Pemuaian Zat Gas

Pemuaian zat gas akan terjadi ketika suhunya bertambah dan menyusut ketika suhunya menurun. Contohnya yaitu pemuaian gas dalam balon akibat adanya peningkatan suhu dan pemuaian gas dalam ban karena peningkatan suhu yang dapat mengakibatkan ban meletus.

Rumus Pemuaian Zat Gas:

Vt = Vo {1 + y. t} atau Vt = Vo {1 + 1/273 . t}

Keterangan:

y = koefisien muat gas = 1/273 1°C

t = kenaikan suhu dari 0°C menjadi t°C

Vo = volum gas pada 0°C

Vt = volum gas pada t°C

Dalam proses pemuaian zat gas terdapat 3 kemungkinan yang terjadi yaitu sebagai berikut :

a. Pemuaian gas pada suhu tetap (isokholik)

b. Pemuaian gas pada tekanan tetap (isobar)

c. Pemuaian gas pada volume tetap (isokhorik).