Archimedes

Kita semua pasti pernah mendengar tentang Hukum Archimedes, apalagi teman-teman yang sudah mempelajari hukum  ini dalam pelajaran SMA. Siapakah pencipta hukum Archimedes tersebut? Sesuai dengan nama hukumnya, penciptanya adalah seorang ilmuwan bernama Archimedes. Archimedes terkenal dengan teorinya tentang hubungan antara permukaan dan volume dari sebuah bola terhadap silinder. Dia juga dikenal dengan teori dan rumus dari prinsip hydrostatic dan peralatan untuk menaikkan air.

Archimedes lahir pada tahun 287 Sebelum Masehi di suatu kota pelabuhan Syracuse, Sicily (sekarang Italia). Dalam masa mudanya, Archimedes diperkirakan mendapatkan pendidikannya di Alexandria, Mesir.

Kisah tentang Archimedes yang banyak diceritakan oleh orang adalah kisah saat Archimedes menemukan cara dan rumus untuk menghitung volume benda yang tidak mempunyai bentuk baku. Pada tahun 260 SM, Archimedes, pemuda 26 tahun, mempelajari astronomi dan geometri di Syracuse, Sisilia. Suatu hari Archimedes dibuat bingung oleh empat anak lelaki yang bermain di pantai dengan sebuah papan pelampung. Mereka mengimbangkan papan itu di atas batu setinggi pinggang. Salah satu anak menunggang di ujung papan dengan kaki mengangkang, sementara tiga temannya melompat naik di atas yang lain. Seorang anak dilempar ke udara. Archimedes kagum. Dia memutuskan untuk memahami prinsip-prinsip yang membuat dengan begitu mudahnya bobot yang kecil (satu anak) mengangkat berat yang lebih besar (tiga anak). Archimedes menggunakan sepotong kayu dan balok kayu kecil untuk meniru anak-anak itu. Dia membuat balok segitiga untuk meniru batu mereka. Dengan menghitung ketika ia mengimbangkan kombinasi berat yang berbeda dari masing-masing ujung tuas. Tuas berasal dari kata Latin yang artinya “mengangkat”), Archimedes menyadari bahwa tuas adalah contoh dari salah satu kerja ukuran Euclid. Kekuatan yang menekan ke bawah pada masing-masing sisi tuas harus sebanding dengan panjang papan pada masing-masing sisi diukur dari titik keseimbangannya. Dia telah menemukan konsep matematis tuas, sistem pengangkat paling umum dan mendasar yang pernah ditemukan.

Lima belas tahun kemudian, pada 145 S.M, Archimedes diperintah Raja Heiron untuk menyelidiki apakah pandai emas telah menipu raja itu. Heiron telah memberi tukang itu emas dengan bobot tertentu dan menyuruhnya membuat mahkota dari emas murni. Meskipun mahkota itu beratnya sama persis dengan emas semula, raja menduga bahwa pandai emas itu membungkus logam yang lebih murah dengan lapisan-lapisan tipis emas. Archimedes diperintahkan untuk mengetahui apakah mahkota tersebut adalah emas murni tanpa merusak mahkota itusendiri. Hal itu terlihat seperti tugas yang mustahil. Di dalam sebuah bak mandi umum, Archimedes memperhatikan lengannya yang mengapung di atas permukaan air. Sebuah gagasan samar-samar mulai terbentuk dalam pikirannya. Dia menarik lengannya dengan sepenuhnya ke bawah permukaan air. Kemudian ia kendurkan dan lengan itu mengapung kembali. Ia berdiri di dalam bak mandi. Permukaan air itu turun di sekeliling sisi bak mandi. Ia kembali duduk. Permukaan air naik. Ia mengambang di atas air. Air itu naik lebih tinggi, dan ia menyadari bahwa ia merasa lebih ringan. Ia berdiri. Permukaan air itu surut dan ia merasa lebih berat. Air harus menekan tubuhnya yang terendam air ke atas untuk membuat tubuhnya terasa lebih ringan. Ia membawa sebuah batu dan balok kayu berukuran hampir sama ke dalam bak dan menenggelamkan keduanya. Batu itu tenggelam, tapi terasa lebih ringan. Ia harus menekan kayu tersebut untuk menenggelamkannya. Itu artinya, air tersebut menekan ke atas dengan kekuatan yang berkaitan dengan ukuran air ditempati benda tersebut (ukuran benda) daripada berat benda itu. Seberapa terasa berat benda itu di dalam air berkaitan dengan kepadatan benda itu (seberapa banyak satuan volume beratnya). 

Hal itu memperlihatkan kepada Archimedes bagaimana menjawab pertanyaan sang raja. Karena terlalu gembira dengan penemuannya ini, Archimedes melompat keluar dari bak mandinya, lupa berpakaian terlebih dahulu, berlari keluar ke jalan dan berteriak ”EUREKA!” atau ‘Saya menemukannya’ . Ia kembali menghadap raja. Kuncinya adalah kepadatan. Jika mahkota itu terbuat dari beberapa logam selain emas, berat mahkota itu mungkin bisa sama tetapi akan mempunyai kepadatan yang berbeda dan dengan demikian menempati volume yang berbeda. Mahkota itu dan sebongkah emas berbobot dimasukkan ke dalam semangkuk air. Mahkota tersebut menempati ruang di air lebih banyak dan hal tersebut memperlihatkan adanya penipuan. 

Yang lebih penting, Archimedes menemukan prinsip gaya apung: air menekan sebuah benda ke atas dengan kekuatan yang sebanding dengan banyaknya air yang ditempati benda tersebut.Tuas dan gaya apung yang ditemukan oleh Archimedes merupakan dua prinsip fundamental yang mendasari seluruh keahlian teknik dan ilmu fisika. Archimedes menemukan tuas dan gaya apung ini pada tahun 260 SM. Konsep daya apung dan tuas adalah dasar seluruh dasar ilmu pengetahuan kuantitatif dan keahlian teknik. Keduanya adalah terobosan awal manusia dalam memahami relasi dunia fisik di sekitarnya dan cara matematis untuk menjelaskan fenomena tersebut. Penemuan itu mendukung banyak kemajuan teknis dan ilmiah hingga sekarang. 

Kisah lainnya dari Archimedes adalah kisah kematiannya. Raja Hiero II kala itu terikat perjanjian dengan bangsa Romawi. Syracuse harus mengirimkan gandum dalam jumlah yang besar pada bangsa Romawi, agar mereka tidak diserang. Hingga pada suatu ketika Hiero II tidak mampu lagi mengirim gandum dalam jumlah yang ditentukan. Karena itu Archimedes ditugaskan merancang dan membuat kapal jenis baru untuk memperkuat angkatan laut raja Hiero II.

Pada masa itu, kapal yang dibuat oleh Archimedes adalah kapal yang terbesar. Untuk dapat mengambang, kapal ini harus dikeringkan dahulu dari air yang menggenangi dek kapal. Karena besarnya kapal ini, jumlah air yang harus dipindahkanpun amat banyak. Karena ituArchimedes menciptakan sebuah alat yang disebut "Sekrup Archimedes". Dengan ini air dapat dengan mudah disedot dari dek kapal. Ukuran kapal yang besar ini juga menimbulkan masalah lain. Massa kapal yang berat, menyebabkan ia sulit untuk dipindahkan. Untuk mengatasi hal ini, Archimedes kembali menciptkan sistem katrol yang disebut "Compound Pulley". Dengan sistem ini, kapal tersebut beserta awak kapal dan muatannya dapat dipindahkan hanya dengan menarik seutas tali. Kapal ini kemudian diberi nama Syracusia, dan menjadi kapal paling fenomenal pada zaman itu.

Selama perang dengan bangsa Romawi, yang dikenal dengan perang punik kedua, Archimedes kembali berjasa besar. Archimedes mendesain sejumlah alat pertahanan untuk mencegah pasukan Romawi di bawah pimpinan Marcus Claudius Marcellus, merebut Syracuse.

Saat armada Romawi yang terdiri dari 120 kapal mulai tampak di cakrawala Syracuse. Archimedes berfikir keras untuk mencegah musuh merapat dipantai. Archimedes kemudian mencoba membakar kapal-kapal Romawi ini dengan menggunakan sejumlah cermin yang disusun dari perisai-perisai prajurit Syracuse. Archimedes berencana untuk membakar kapal-kapal musuh dengan memusatkan sinar matahari. Namun rencana ini tampaknya kurang berhasil. Hal ini disebabkan untuk memperoleh jumlah panas yang cukup untuk membakar sebuah kapal, kapal tersebut haruslah diam.

Walaupun hasilnya kurang memuaskan, dengan alat ini Archimedes berhasil menyilaukan pasukan Romawi hingga mereka kesulitan untuk memanah. Panas yang ditimbulkn dengan alat ini juga berhasil membuat musuh kegerahan, hingga mereka lelah sebelum berhadapan dengan pasukan Syrcuse.

Saat musuh mulai mengepung pantai Syracuse, Archimedes kembali memutar otak. Tujuannya kali ini adalah mencari cara untuk menenggelamkan kapal-kapal Romawi ini. Archimedes kemudian menciptakan alat yang disebut cakar Archimedes. Alat ini bentuknya mirip derek pada masa kini. Setelah alat ini secara diam-diam dikaitkan ke badan kapal musuh, derek ini kemudian ditarik. Akibanya kapal musuh akan oleng, atau bahkan robek dan tenggelam.

Selain kedua alat ini Archimedes juga mengembangkan ketapel dan balista untuk melawan pasukan Romawi. Namun sayangnya walaupun didukung berbagai penemuan Archimedes, Syracuse masih kalah kuat dibandingkan pasukan Romawi. Archimedespun akhirnya terbunuh oleh pasukan Romawi. Saat tewas Archimedes sedang mengerjakan persoalan geometri dengan menggambarkan lingkaran-lingkaran di atas tanah. Sebelum dibunuh ia meneriaki pasukan Romawi yang lewat "Jangan ganggu lingkaranku!!!

Buku-buku yang ditulis oleh Archimedes dan berisikan rumus-rumus matematika masih dapat ditemukan sekarang, antara lain On the Equilibrium of Planes, On the Measurement of a Circle, On Spirals, On the Sphere and the Cylinder dan lain sebagainya. Teori-teori matematika yang dibuat oleh Archimedes tidak berarti banyak untuk perkembangan ilmu pengetahuan saat Archimedes meninggal. Tetapi setelah karyanya di terjemahkan ke dalam bahasa Arab pada abad 8 dan 9 (kurang lebih 1000 tahun setelah Archimedes meninggal), beberapa ahli matematika dan pemikir Islam mengembangkan teori-teori matematikanya. Tetapi yang paling berpengaruh terhadap perkembangan dan perluasan teori matematika tersebut adalah pada abad 16 dan 17, dimana pada abad itu, mesin cetak telah ditemukan. Banyak ahli matematika yang menjadikan buku karya Archimedes sebagai pegangan mereka, dan beberapa ahli matematika tersebut adalah Johannes Kepler (1571-1630) dan Galileo Galilei (1564-1642).

Fenomena Alam Petir

Petir

Seringkali kita semua menyaksikan ataupun melihat petir. Petir adalah peristiwa alam yang sering terjadi di bumi, terjadinya seringkali mengikuti peristiwa hujan baik air atau es, dimana dilangit muncul kilatan cahaya yang sangat terang yang disebut kilat dan disusul dengan suara yang menggelegar yang biasa di sebut dengan guntur . Biasanya petir datang ketika langit tiba-tiba menjadi gelap disertai angin datang begitu cepatnya dan awan yang menjulang tinggi menyerupai bunga kol berwarna keabuan-abuan, kemudian udara terasa pengap. Awan ini biasanya disebut dengan awan petir CB (Comulunimbus).

Ion Positif dan Negatif

Secara fisika petir terjadi karena adanya perbedaan potensial antara awan dan bumi. Proses terjadinya muatan pada awan diakibatan oleh dua faktor, yaitu gesekan antar awan dan proses ionisasi. awan bergerak secara terus menerus secara teratur, dan selama pergerakan itu dia akan bergesekan dengan awan lainnya. dari proses ini terlahir elektron-elektron bebas yang memenuhi permukaan awan. proses ini bisa digambarkan secara sederhana pada sebuah penggaris plastik yang digosokkan pada rambut maka penggaris ini akan mampu menarik potongan kertas. Jika perbedaan potensial antara awan dan bumi cukup besar, maka akan terjadi pembuangan muatan negatif (electron) untuk mencapai kesetimbangan. Faktor lainnya adalah proses ionisasi. Kejadian ionisasi ini disebabkan oleh perubahan bentuk air mulai dari cair menjadi gas atau sebaliknya, bahkan padat (es) menjadi cair.Ion bebas menempati permukaan awan dan bergerak mengikuti angin yang berhembus, bila awan-awan terkumpul di suatu tempat maka awan bermuatan akan memiliki beda potensial yang cukup untuk menyambar permukaan bumi. Pada proses ini, media yang dilalui electron adalah udara, dan pada saat electron mampu menembus ambang batas isolasi udara inilah akan terjadi ledakan suara yang menggelegar. Petir lebih sering terjadi pada musim hujan karena pada keadaan tersebut udara mengandung kadar air yang lebih tinggi sehingga daya isolasinya turun dan arus lebih mudah mengalir. Karena adanya awan yang bermuatan positif dan negatif, maka petir juga bisa terjadi antar awan yang berbeda muatan. Petir jenis ini dapat mengganggu aktifitas penerbangan.

Awan, pada umumnya kurang lebih mengandung listrik. Secara mekanik, thermodinamika, energi kimia diubah menjadi energi listrik dengan kutub yang terpisah. Kebanyakan petir memiliki fase waktu, antara lain:

1. Fase Waktu Pertumbuhan, sekitar 10 - 20 menit
2. Fase Waktu Puncak, sekitar 15 - 30 menit
3. Fase Waktu Menghilang, sekitar 30 menit

Dalam kondisi cuaca yang normal, perbedaan potensial antara permukaan bumi dengan ionosphere adalah sekitar 200.000 sampai 500.000 Volts, dengan arus sekitar 2x10^-12 Amperes/m² . Perbedaan potensial ini diyakini memberikan kontribusi dalam distribusi badai petir (Thunderstorm) di seluruh dunia.

Pada lapisan atmosphere bertebaran gumpalan-gumpalan awan yang diantaranya terdapat awan yang bermuatan listrik. Awan bermuatan listrik tersebut terbentuk pada suatu daerah dengan persyaratan:

1. Kondisi udara yang lembab (konsentrasi air yang banyak)
2. Gerakan angin ke atas
3. Terdapat inti Higroskopis

Kelembaban terjadi karena adanya pengaruh sinar matahari yang menyebabkan terjadinya penguapan air di atas permukaan tanah (daerah laut, danau). Sedangkan pergerakan udara ke atas disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan akibat daerah yang terkena panas matahari bertekanan lebih tinggi atau karena pengaruh angin. Di samping itu terdapat Inti Higroskopis sebagai inti butir-butir air di awan akibat proses kondensasi. Ketiga unsure inilah yang diperlukan untuk menghasilkan awan guruh/awan Commulonimbus yang bermuatan negative yang karakteristiknya berbeda-beda sesuai dengan kondisi tempatnya. Muatan awan bawah yang negatif akan menginduksi permukaan tanah menjadi positif maka terbentuklah medan listrik antara awan dan tanah (permukaan bumi). Semakin besar muatan yang terdapat di awan, semakin besar pula medan listrik yang terjadi dan bila kuat medan tersebut telah melebihi kuat medan tembus udara ke tanah, maka akan terjadi pelepasan muatan listrik sesuai dengan hukum kelistrikan, peristiwa inilah yang disebut petir.

Secara umum petir itu dapat terjadi di dalam awan itu sendiri, antara awan dengan awan, antara awan dengan udara, dan awan dengan bumi (tanah). Kemungkinan-kemungkinan tersebut melahirkan empat tipe petir, yaitu :

1.     Petir dari awan ke Tanah (CG) petir ini tergolong berbahaya dan paling merusak, berasal dari muatan yang lebih rendah lalu mengalirkan muatan negatif ke tanah. Terkadang petir jenis ini mengandung muatan positif (+) terutama pada musim dingin.

2.     Petir dalam awan (IC), merupakan tipe yang paling sering terjadi antara pusat muatan yang berlawanan pada awan yang sama.

3.     Petir antar awan (CC), terjadi antara pusat muatan dari dua awan yang berbeda. Pelepasan muatan nya sendiri terjadi saat udara cerah antara awan tersebut.

4.     Petir awan ke udara (CA) terjadi jika udara di sekitaran awan yang bermuatan positif (+) berinteraksi dengan udara yang bermuatan negatif (-). Jika ini terjadi pada awan bagian bawah maka merupakan kombinasi dengan petir tipe CG. Petir CA tampak seprti jari-jari yg berasal dari petir CG

Menurut muatannya sendiri, petir dibagi menjadi dua yaitu petir negatif (+) dan petir positif (-). Perbedaannya yaitu petir negatif cenderung menyambar berulang ulang dan bercabang cabang seperti sebuah akar pohan, sedangkan petir positif hanya menyambar sekali.

Umumnya petir-petir mengincar korban di wilayah datar yang terbuka. Besar medan listrik minimal yang memungkinkan terpicunya petir ini adalah sekitar 1.000.000 volt per meter. Bayangkan betapa mengerikannya jika lompatan bunga api ini mengenai tubuh makhluk hidup! Korban tiba-tiba terpental ketika sebuah petir menyambar. Seperti juga korban lainnya, ia tewas seketika dengan tubuh terbakar. Apabila petir menyambar rumah, rumah tersebut akan rusak dan perabotan elektronik akan rusak seperti telepon, televisi, atau yang lainnya. Kebanyakan disebabkan karena kelebihan voltase yang mengalir melalui media listrik (kabel) terlalu besar sehingga mampu membakar komponen elektronis didalamnya.

Bagaimanakah cara menghindari fenomena alam yang berbahaya ini, berikut ini beberapa cara menghindarinya:

1.     Menuju bangunan yang telah dilindungi dengan penangkal petir atau mendekatlah ke mobil atau truk. Lebih aman lagi jikalau anda mengamankan diri ketika melihat tanda hari akan hujan, ingat biasanya hujan didahului oleh kilat dan petir.

2.     Memakai sepatu dari kulit atau karet yang tidak bocor, usahakan memakai kaos kaki yang kering, sebagai upaya memisahkan tubuh kita dari tanah sehingga petir enggan melalui tubuh kita.

3.     Jika berada diluar rumah hindari area terbuka, tempat tinggi lokasi yang berair, dibawah pohon yang tinggi dan benda logam yang menjulang tinggi.

4.     Jika tempat berlindung tidak diperoleh anda harus berjongkok tapi hindarkan tangan agar tidak menyentuh tanah dan jangan berbaring, karena akan memudahkan penyaluran tenaga petir ke tanah.

5.     Jika berada diluar ruangan jangan berdiri bergerombol dengan orang lain buatlah jarak orang ke orang sekitar lima  meter di antara masing-masing orang.

6.     Jika berada ditempat terbuka dan merasakan rambut kita berdiri itu pertanda petir akan menyambar kita, kita harus melakukan gerakan rukuk yaitu menekuk badan kearah depan dan menempatkan tangan diatas kedua lutut,.

7.     Jika berada dalam ruangan hindarilah dekat pintu, jendela dan tempat yang berair.

8.     Barang barang elektronik seperti televisi, radio, komputer dll sebaiknya dimatikan dan cabut kabel power dari stop kontak listrik. Jika peralatan elektronik tersebut tidak memungkinkan dicabut seperti halnya telepon, menjauhlah dari padanya.

9.     Begitu pula jika membawa HT, HP dan Radio Saku matikansegera, pisahkan antenna dari bodi untuk mengurangi rangsangan petirmenyambar.