Salju, Fenomena Alam yang Menakjubkan : Cintaku Sehangat Salju

Febdian Rusydi (Rijksuniversiteit Groningen)*

Salah satu fenomena menarik saat musim dingin adalah salju. Menjadi unik karena kristal-kristal es yang lembut dan putih seperti kapas ini hanya hadir secara alami di negeri empat musim atau di tempat-tempat yang sangat tinggi seperti puncak gunung Jayawijaya di Papua. Kenapa salju secara alami tidak bisa hadir di wilayah tropis seperti negeri kita?

Proses pembentukan salju

Untuk menjawab itu, bisa kita mulai dari proses terjadinya salju. Berawal dari uap air yang berkumpul di atmosfer Bumi, kumpulan uap air mendingin sampai pada titik kondensasi (yaitu temperatur di mana gas berubah bentuk menjadi cair atau padat), kemudian menggumpal membentuk awan. Pada saat awal pembentukan awan, massanya jauh lebih kecil daripada massa udara sehingga awan tersebut mengapung di udara – persis seperti kayu balok yang mengapung di atas permukaan air. Namun, setelah kumpulan uap terus bertambah dan bergabung ke dalam awan tersebut, massanya juga bertambah, sehingga pada suatu ketika udara tidak sanggup lagi menahannya. Awan tersebut pecah dan partikel air pun jatuh ke Bumi.

Partikel air yang jatuh itu adalah air murni (belum terkotori oleh partikel lain). Air murni tidak langsung membeku pada temperatur 0 derajat Celcius, karena pada suhu tersebut terjadi perubahan fase dari cair ke padat. Untuk membuat air murni beku dibutuhkan temperatur lebih rendah daripada 0 derajat Celcius. Ini juga terjadi saat kita menjerang air, air menguap kalau temperaturnya di atas 100 derajat Celcius karena pada 100 derajat Celcius adalah perubahan fase dari cair ke uap. Untuk mempercepat perubahan fase sebuah zat, biasanya ditambahkan zat-zat khusus, misalnya garam dipakai untuk mempercepat fase pencairan es ke air.

Biasanya temperatur udara tepat di bawah awan adalah di bawah 0 derajat Celcius (temperatur udara tergantung pada ketinggiannya di atas permukaan air laut). Tapi, temperatur yang rendah saja belum cukup untuk menciptakan salju. Saat partikel-partikel air murni tersebut bersentuhan dengan udara, maka air murni tersebut terkotori oleh partikel-partikel lain. Ada partikel-partikel tertentu yang berfungsi mempercepat fase pembekuan, sehingga air murni dengan cepat menjadi kristal-kristal es.

Partikel-partikel pengotor yang terlibat dalam proses ini disebut nukleator, selain berfungsi sebagai pemercepat fase pembekuan, juga perekat antaruap air. Sehingga partikel air (yang tidak murni lagi) bergabung bersama dengan partikel air lainnya membentuk kristal lebih besar.

Jika temperatur udara tidak sampai melelehkan kristal es tersebut, kristal-kristal es jatuh ke tanah. Dan inilah salju! Jika tidak, kristal es tersebut meleleh dan sampai ke tanah dalam bentuk hujan air.

Pada banyak kasus di dunia ini, proses turunnya hujan selalu dimulai dengan salju beberapa saat dia jatuh dari awan, tapi kemudian mencair saat melintasi udara yang panas. Kadang kala, jika temperatur sangat rendah, kristal-kristal es itu bisa membentuk bola-bola es kecil dan terjadilah hujan es. Kota Bandung termasuk yang relatif sering mengalami hujan es. Jadi, ini sebabnya kenapa salju sangat susah turun secara alami di daerah tropik yang memiliki temperatur udara relatif tinggi dibanding wilayah yang sedang mengalami musim dingin.

Struktur unik salju

Kristal salju memiliki struktur unik, tidak ada kristal salju yang memiliki bentuk yang sama di dunia ini (lihat Gambar SnowflakesWilsonBentley.jpg) – ini seperti sidik jari kita. Bayangkan, salju sudah turun semenjak bumi tercipta hingga sekarang, dan tidak satu pun salju yang memiliki bentuk struktur kristal yang sama!

Keunikan salju yang lainnya adalah warnanya yang putih. Kalau turun salju lebat, hamparan bumi menjadi putih, bersih, dan seakan-akan bercahaya. Ini disebabkan struktur kristal salju memungkinkan salju untuk memantulkan semua warna ke semua arah dalam jumlah yang sama, maka muncullah warna putih. Fenomena yang sama juga bisa kita dapati saat melihat pasir putih, bongkahan garam, bongkahan gula, kabut, awan, dan cat putih.

Selain itu, turunnya salju memberikan kehangatan. Ini bisa dipahami dari konsep temperatur efektif. Temperatur efektif adalah temperatur yang dirasakan oleh kulit kita, dipengaruhi oleh tiga besaran fisis: temperatur terukur (oleh termometer), kecepatan pergerakan udara, dan kelembapan udara. Temperatur efektif biasanya dipakai untuk menentukan “zona nyaman”. Di pantai, temperatur terukur bisa tinggi, namun karena angin kencang kita masih merasa nyaman. Pada saat salju turun lebat, kelembapan udara naik dan ini memengaruhi temperatur efektif sehingga pada satu kondisi kita merasa hangat.

Jadi, Anda bisa mengirim ungkapan romantis kepada teman Anda, “cintaku sehangat salju”. Kalau dia tidak paham, kesempatan untuk Anda menjelaskan fenomena ini. Fisika pun bisa menjadi senjata yang andal bagi mereka yang sedang pedekate.***

Pikiran Rakyat (28 Desember 2006)

Read More

FISIKA MEMBUAT BANYAK HAL JADI MUDAH

Jika kita mengetahui, mengerti, dan memahami betul tentang fisika, bahkan fisika dasar sekalipun, maka kita bisa mengerjakan banyak hal, terutama berbagai hal dimana ada fisika didalamnya. Tak peduli apakah kita mengambil spesialisasi fisika teoritik atau fisika ekperimental, asalkan kita mengerti dan memahami dengan benar dan baik fisika terapan, fisika teknik, dan konsep dasar teknologi rekayasa.

Teknologi rekayasa elektrikal dan elektronik, opto-elektronik, teknologi rekayasa kendali, komunikasi, dan komputasi, dengan perangkatnya seperti, transformator, adapter, konverter, generator, motor, amplifier, sistem audio, sistem video, sistem multimedia, radio, televisi, telefon, komputer, internet, robot, dlsb, dirancang dan bekerja dengan prinsip fisika dasar, terutama elektromagnetika dan elektronika, akoustika, dan optika. Kalau kita mau, kita bisa bikin berbagai konverter, dan memperbaiki generator dan motor. Bisa pasang instalasi kelistrikan gedung, rumah, kendaraan bermotor, komputer, dlsb. Bisa bikin amplifier dan sistem multimedia sendiri. Bisa merancang dan merakit komputer sendiri, memperbaiki kerusakan radio, televisi, komputer, memodifikasi sistem komputer, membuat sistem kendali otomasi, dlsb. Bisa mengerti dan memahami dengan mudah dan bekerja dengan sirkuit terpadu (integrated circuit, IC) hingga kartu serpih elektronik (electronic chip card) seperti smartcard.

Teknologi rekayasa otomotiv, dengan perangkatnya seperti, kendaraan bermotor (ranmor), mulai mobil sampai pesawat terbang, hingga roket, dlsb, dirancang dan bekerja dengan prinsip fisika dasar, terutama termodinamika. Tercakup juga sesungguhnya, seperti coolcast, refrigrator, dan air conditioner. Kalau kita mau, kita bisa bongkar-pasang ranmor, modifikasi, sampai turun mesin. Juga membuat berbagai komponen tambahan untuk sistem kontrol dan berbagai boster. Juga ranmor kita, seperti sepedamotor dan mobil, bisa kita dilengkapi dengan bengkel mini portable. Berbagai problem otomotiv bisa kita tangani sendiri, seperti bila mogok di jalan, sehingga ranmor kita tak perlu masuk-keluar bengkel umum, kecuali untuk pekerjaan berat yang kita tak punya alatnya dan perlu bantuan orang lain.

Teknologi rekayasa lainnya, misalnya teknologi rekayasa geofisik, teknologi rekayasa molekular, teknologi rekayasa genetika, teknologi rekayasa medik, teknologi rekayasa nuklir, dlsb, dapat kita pelajari dan pahami dengan mudah, karena semuanya berdasarkan pada fisika. SONAR, RADAR, MASER, LASER, CCTV, sinar X, ECG, EEG, USG, CT, MRI, dlsb, semua bekerja atas dasar fisika. Semoga para calon fisikawan tak mengeluh dalam mempelajari fisika, sesulit apa pun persoalan dihadapi, dan jangan membiasakan menggantungkan solusi problem kepada orang lain, but try to find it your self.

Dalam banyak kasus, ketika kita terjun bekerja ke lapangan, kita akan dihadapkan kepada berbagai masalah, dimana kita tak dapat banyak mengharapkan bantuan orang lain untuk menyelesaikannya, dan harus menuntaskannya sendiri. Seperti ketika kita ditugaskan sendirian. Atau bila kita adalah seorang pada posisi pimpinan. Jika kita tak terbiasa melakukan solusi sedemikian, maka kita sendiri justru akan menjadi bagian dari problem tsb, not an expected problem solver, which could give solution to others.

Read More

Pesta Rakyat Fisika

Suatu hari yang damai sejumlah ahli fisika dari berbagai penjuru dunia berkumpul di sebuah cafe. Untungnya, para pelayan kafe adalah mahasiswa ITB (Institut Teknologi Bandung), UI (Universitas Indonesia), UPI (Universitas Pendidikan Indonesia), NUS (National University of Singapore), UKM (Universitas Kebangsaan Malaysia), MIT (Massachuesset Institute of Teknology) dan mahasiawa lainnya yang menceritakan suasana pesta. Ceritanya begini. Setiap tamu melirik newton, namun dia terus saja bergerak berputar dengan kecepatan tetap tanpa menunjukkan aksi-reaksi. Einstein berfikir bahwa suasana pesta relatif menyenangkan. Coulomb dimuati tanggung jawab sebagai panitia pelaksana pesta. Thomson menikmati roti bola berisi kismis. Pauli datang terlambat, sehingga tereksekusi dari yang lain dan memisahkan diri ke sudut ruangan. Pascal mengalami banyak tekanan sehigga kurang bisa menikmati suasana. Archimedes berteriak “eureka” ketika berhasil keluar dari kerumunan massa yang mendesaknya. Ohm terus menghambat ide Ampere tentang arus berita “Komputer Optik”. Hamilton berusaha memanfaatkan waktu seoptimal mungkin. Volt berfikir bahwa komunikasi di pesta itu sangat potensial. Hibert berusaha mencari ruang nyaman di sudut kafe. Heisenberg, mungkin hadir, mungkin juga tidak hadir di pesta itu. Milikan tampak sekali meneteskan minyak wangi Italinya. De Broglie lebih banyak berdiri di tempat sambil melambai-lambaikan tangan. Born mencari peluang untuk menemui Schrodinger yang terhalang oleh gelombang arus para tamu. Stefan dan Boltzman terlibat diskusi serius tenteng panas (kalor). Watt menunjukkan daya kritis pembicaraannya. Hertz terlihat hilir mudik di dekat meja beberapa kali setiap detik. Farady memiliki kapasitas perut yang besar untuk es krim. Oppenheimer sibuk dibombardir berbagai pertanyaan terutama pertanyaan “tentang banyaknya pemboman di Indonesia”. Fisikawan Indonesia tidak tampak di tengah kerumunan. Tapi ternyata... 

Read More