Gedung Pencakar Langit dan Rotasi Bumi

Gedung Pencakar Langit dan Rotasi Bumi

Di berbagai buku dan situs online, kita menemukan banyak informasi mengenai seberapa cepat Planet Bumi berotasi. Apakah kecepatan ini terpengaruh oleh banyaknya gedung pencakar langit di berbagai belahan dunia? Jika semakin banyak gedung, apakah kecepatan rotasi Bumi menurun?

Prinsip rotasi sama dengan kecepatan seorang peselancar es yang sedang berputar di atas ujung kakinya. Ketika dia merentangkan tangan, dia berputar lebih lambat; sebaliknya, jika dia merapatkan tangan ke tubuh, dia berputar lebih cepat. Dalam ilmu fisika, hal ini disebut Conservation of Angular Momentum. Prinsip ini berhubungan erat dengan dua aspek penting yang saling mempengaruhi antara lain kecepatan putaran sebuah obyek dan bentuk obyek tersebut. Dua aspek ini bekerja dengan saling bersinggungan; jika salah satu berubah, maka yang lain akan berubah juga. Perubahan mereka berjalan saling berlawanan; jika salah satu berkurang, yang lain harus bertambah untuk menjaga keseimbangan.

Kemudian pertanyaan lain muncul. Bagaimana kita mengukur bentuk sebuah obyek/benda?

Pada dasarnya, bentuk sebuah benda memudahkan kita untuk mengukur masa yang didistribusikan saat benda itu berputar. Semakin cepat benda tersebut berputar, momentum semakin besar. Inertia juga sangat berhubungan dengan hal ini. Inertia adalah kecenderungan benda bergerak untuk terus bergerak, kecuali ada gaya atau energi lain yang diterapkan ke benda tersebut. Ketika peselancar tadi merentangkan tangannya, perputarannya menjadi sulit dihentikan. Fenomena ini disebut moment of inertia. Pada benda-benda simetris seperti tabung atau bola, moment of inertia mudah diketahui atau dihitung; benda lain seperti peselancar es, butuh perhitungan lebih, tapi setidaknya kita tahu prinsip dasarnya.

Saat peselancar es merentangkan tangan, bentuknya berubah dan meningkatkan moment of inertia. Sedangkan Conservation of Angular Momentum mengatakan bahwa seiring dengan peningkatan moment of inertia, kecepatan perputaran berkurang. Hasilnya adalah peselancar berputar dengan kecepatan lebih lambat.

Kembali ke topik pembahasan kita tentang rotasi Bumi. Topik ini memiliki banyak kesamaan/jawaban atas pertanyaan-pertanyaan yang disebutkan di paragraf satu di atas. Mereka berputar di poros mereka masing-masing dan bisa berubah bentuk. Sama seperti peselancar yang bisa merentangkan tangan, Bumi juga bisa membentuk gunung, atau dengan bantuan manusia, gedung pencakar langit. Menurut hukum inertia dan momentum, bentuk-bentuk baru ini meningkatakan moment of inertia dan memperlambat laju rotasi Bumi.

Haruskah kita panik karena satu hari tidak lagi berlangsung selama 24 jam di masa depan ketika banyak gedung pencakar langit berdiri? Mari kita telaah fenomena ini dari perspektif lain; bayangkan jika di setiap titik daratan di Bumi didirikan gedung yang tingginya tiga kali menara Eiffel. Dengan kata lain, Bumi menjadi seperti kota masa depan. Logikanya, Bumi berubah bentuk seperti peselancar tadi dan akan berputar lebih lambat.

Secara teori memang seperti itu; tapi pada kenyataanya, efek yang ditimbulkan oleh gedung-gedung pencakar langit pada rotasi Bumi jauh lebih sedikit dibandingkan dengan efek pasang naik dan pasang turun oleh Bulan. Gravitasi bulan memperlambat laju rotasi Bumi sebesar 0,0016 setiap 100 tahun. Perhitungan efek gedung bertingkat terhadap rotasi Bumi menghasilkan angka yang luar biasa kecil, seperti 0,0000000000000……sampai beberapa baris dalam sebuah halaman buku.

Jadi apakah gedung pencakar langit memperlambat laju rotasi Bumi? Ya.
Berapa besar pengaruhnya? Immeasurable (luar biasa kecil, hampir tidak ada).

Fisika Dalam Kaca

Fisika Dalam Kaca

Kaca tersebar di hampir semua tempat di sekitar kehidupan manusia, mulai dari mobil, meja, sampai gedung-gedung bertingkat. Tapi seperti di film-film, kaca bisa dengan mudah pecah jika terbentur sesuatu. Pecahan kaca bisa sangat berbahaya dan menyebabkan cedera parah. Resiko cedera atau luka akan menjadi lebih besar jika yang pecah adalah kaca depan mobil Anda. Oleh karena itu dibutuhkan suatu keseimbangan; kaca memang harus kuat, tapi jika pecah harus aman bagi mereka yang berada di sekitarnya.

Dalam sebuah studi teoritis di Rice University, Peter Wolynes dan muridnya Apiwat Wisitrorasak mempelajari batas kekuatan fisik sebuah kaca. Mereka menemukan bahwa kaca bisa lebih kuat dengan menerapkan proses pembuatan yang berbeda dari biasanya. Jika ide mereka berhasil, kaca seperti itu bisa digunakan bahkan untuk kebutuhan militer.

Kaca memiliki beberapa sifat unik. Saat temperaturnya hangat, molekul kaca bergerak seperti molekul cairan, mengalir dan bergetar. Saat didinginkan, molekul-molekul itu membeku sama seperti yang terjadi pada benda padat. Perbedaannya adalah molekul kaca membeku secara tidak beraturan, sedangkan molekul benda padat lain membeku seperti pada proses kristalisasi.

Pada umumnya gelas dibuat dengan menggabungkan berbagai zat misalnya silikat, sodium karbonat, dan kalsium oksida. Silikat berasal dari pasir, dan sodium karbonat berfungsi menurunkan titik leleh silikat; kalsium oksida membuat struktur kimia kaca menjadi lebih stabil di suhu tinggi. Campuran ini didinginkan sampai ratusan derajat, lalu mulai dibentuk. Setelah itu dipanaskan dan didinginkan kembali secara perlahan melalui proses yang disebut “annealing”.

Sebagian energi terjebak di dalam kaca saat perubahan temperatur terjadi dalam proses annealing. Wolynes dan Wisitsorasak berpendapat jika sisa energi ini bisa dibuang, kaca menjadi lebih kuat. Secara teori, teknik ini sangat meyakinkan, tapi harus dibuktikan lebih lanjut. Saat sebuah kaca pecah, energi yang terjebak di dalam kaca dilepaskan. Oleh karena itu, pecahan kaca bisa tersebar ke semua arah dan ujung-ujung yang tajam bisa menyebabkan luka sayat parah.

Beberapa teknik yang digunakan untuk menciptakan keseimbangan antara kekuatan kaca dan tingkat keamanan saat pecah adalah:

1. Laminasi

Proses laminasi gelas sedikit berbeda. Mungkin Anda menduga bahwa kaca akan dilapisi sebuah plastik tipis dibagian depan dan belakang. Justru sebaliknya, proses laminasi kaca akan menempatkan sebuah PVB (polyvinyl butyral) teap di antara dua kaca. Setiap bagian bisa merekat sempurna setelah melalui proses aplikasi panas dan tekanan. Kaca menjadi lebih kuat dan ketika pecah serpihannya akan tetap menempel di PVB.

Di mobil, kaca depan akan pecah dengan bentuk menyerupai jaring laba-laba. Semua serpihannya menempel di PVB. Anda akan mengalami kesulitan mengambil satu serpihan; jika Anda ingin membuangnya, Anda harus membuang seluruh bagian. Kaca seperti ini sangat aman karena saat pecah tidak ada serpihan atau pecahan yang melayang di udara secara tak beraturan.

2. Perubahan suhu

Penerapan suhu panas saat proses pembuatan kaca kemudian mendinginkannya juga membuat benda ini semakin kuat sampai 5 bahkan 10 kali kaca biasa. Memang tidak ada lapisan PVB didalamnya, tapi saat pecah, kaca seperti ini akan seketika menjadi serpihan-serpihan kecil yang tidak berbahaya jika terkena kulit. Biasanya kaca jenis ini digunakan pada meja atau pintu.

Penggabungan dua teknik di atas juga sangat mungkin, seperti yang terjadi pada kaca tahan peluru. Proses laminasi, pemanasan, dan pendinginan diterapkan walaupun menggunakan bahan berbeda. Biasanya, polikarbonat dan termoplastik digunakan.

Perkembangan Teknologi Kincir Angin

Perkembangan Teknologi Kincir Angin

Pemanfaatan kincir angin untuk tenga listrik belum benar-benar diperhatikan di negara kita. Tapi di beberapa negara lain, teknologi kincir angin sedang dalam proses penyempurnaan. Pada tahun 2008, turbin bertenaga angin menghasilkan 1.26% dari seluruh energi listrik di Amerika Serikat, dan sekitar 1.5% di seluruh dunia.

Kita dan banyak orang di Planet Bumi menginginkan turbin angin berperan lebih besar dalam produksi listrik; angin adalah sumber energi paling mudah didapat, bersih, dan tidak memerlukan bahan bakar. Tapi sampai sekarang, teknologi ini belum benar-benar sempurna, tingkat efisiensinya hanya sekitar 20-30% saja.

Kita tidak bisa membantah bahwa Amerika Serikat jauh lebih manju daripada negara kita di bidang teknologi. Kita tentu bisa mengadaptasi perkembangan teknologi turbin dari sana dan menerapkannya untuk kebutuhan energi masyarakat.

U.S. Department of Energy (DOE) sedang mengusahakan peningkatan presentase pemanfaatan energi listrik dari turbin angin sampai 20% dari total kebutuhan listrik di tahun 2030. Dari 1.26% ke 20% merupakan target luar biasa besar yang harus dicapai dalam kurun waktu kurang dari 20 tahun. DOE menggunakan teknologi turbin paling baru untuk mencapai target ini.

Kincir angin yang digunakan bernama DOE 1.5; nama ini diberikan karena peralatan ini mampu menghasilkan 1.5-megawatt listrik (cukup untuk kebutuhan sekitar 450 rumah). Belum lama ini, DOE 1.5 telah dipasang di Boulder, Colorado tepatnya di National Renewable Energy Laboratory (NREL). Kincir angin ini sebenernya diperjualbelikan secara bebas dan tersedia bagi siapa saja yang ingin dan mampu membeli; jadi Indonesia pun bisa memanfaatkannya jika mau dan bisa. DOE 1.5 bukan yang terbesar, tapi jenis ini yang dipilih dan akan digunakan dalam setiap penelitian untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi biaya operasional.

Peningkatan efisiensi dilakukan dengan mencoba menyempurnakan beberapa aspek seperti di bawah ini:

1. Baling-baling

Baling-baling berukuran panjang bisa menangkap atau mengumpulkan lebih banyak energi dibandingkan dengan yang berukuran pendek. Kelemahannya adalah baling-baling panjang cenderung lebih berat dan lebih mudah rusak. Fokus penelitian adalah unutk tetap mempertahankan ukuran panjang, kekuatan, ketebalan, tapi dengan berat/bobot lebih ringan.
Salah satu cara untuk mencapai hal ini adalah dengan mendesain baling-baling seperti sebuah sandwich. Bahan ringan digunakan di tengah, diapit diantara dua jenis bahan yang lebih berat. Penemuan bahan jenis baru dan proses produksi modern sangat memungkinkan untuk mencapai tujuan ini.

2. Transportasi

Transportasi juga berperan penting dalam penerapan teknologi turbin. Beberapa truk yang digunakan untuk mengangkut baling-baling kincir angin merupakan salah satu jenis kendaraan terbesar di dunia. Rute pengangkutan harus diperhitungkan secara teliti supaya tidak menggangu laju lalu lintas. Sebaiknya juga menghindari jalan yang memiliki tikunagn tajam dan jembatan.

3. Kontrol

Jika angin semakin kencang, semakin besar pula energi yang dihasilkan. Memang benar tapi tidak semudah itu. Karena baling-baling direncanakan akan berbobot ringan, angin kencang bisa dengan cepat menghancurkannya. Jika tidak ada mekanisme rem atau penurunan kecepatan baling-baling, angin bisa merusak konstruksi baling-baling, bahkan menerbangkannya dengan mudah. Rem merupakan faktor penting dalam pengendalian kecepatan putaran baling-baling.

Prinsip Kincir Angin

Prinsip Kincir Angin

Berdasarkan perkiraan dari berbagai catatan, kincir angin pertama kali dibangun dan digunakan di Persia sekitar tahun 200 sebelum masehi. Tentu saja bentuk kehidupan masyarakat sangat berbeda di jaman itu dibandingkan masa sekarang. Mereka masih belum tahu tentang sepatu kuda apalagi sains alam misalnya Dinosaurus dan detail Planet Bumi. Tapi jika Anda menulis kata “kincir angin” di Google, Anda akan masih melihat jutaan hasil pencarian; luar biasa untuk sebuah teknologi yang berusia 2200 tahun. Mungkin hanya kalah dari smartphone atau laptop.

Desain dan sturktur konstruksi kincir angin telah banyak berubah, tapi tujuan utama penggunaannya masih tetap sama. Dulu tenaga angin digunakan untuk memompa air atau mengolah hasil panen. Di jaman modern, mausia menggunkan tenaga listrik untuk menyalakan mesin pembuat kopi atau untuk mandi air panas. Tujuan utama kincir angin adalah menggerakkan atau menciptakan energi yang berfungsi meringankan pekerjaan manusia.

Tenaga angin sangat menarik untuk dipelajari dan dimanfaatkan; angin merupakan sumber tenaga yang bisa diperbarui dan tidak akan habis; angin tidak membutuhkan bahan bakar fosil atau lainnya.

Layang-layang bisa terbang dan plastik bergerak menyusur tanah; hal tersebut menunjukkan bahwa angin memiliki energi kinetik. Kincir angin bisa mengubah bentuk energi kinetik menjadi mekanik bahkan listrik – semuanya merupakan bentuk energi yang bisa dimanfaatkan. Turbin angin sebenarnya adalah kincir angin, yang dikaitkan dengan peralatan lain sehingga bisa menciptakan listrik untuk kebutuhan rumah tangga dan industri.

Bagaimana turbin berfungsi?

Baling-baling turbin menangkap energi kinetik dari angin. Baling-baling kemudian berputar/digerakkan oleh angin sama seperti layang-layang yang terbang. Karena dikaitkan dengan peralatan lain, energi kinetik berubah menjadi energi mekanik. Bagian belakang baling-baling dihubungkan dengan sebuah tongkat besi atau kayu; tongkat ini terhubung lagi dengan sebuah roda penggerak. Secara singkat, baling-baling berputar – kayu menggerakkan roda – putaran roda menghasilkan energi mekanik.

Energi yang digunakan untuk memutar roda akan berubah menjadi energi listrik jika roda itu dihubungkan dengan sebuah generator. Generator ini terhubung dengan pembangkit listrik melalui kabel.

Artikel asli (dalam bahasa Inggris) ditulis oleh Kendra Rand.

Pijar Api

Pijar Api

Sekali lagi kita akan membahas tentang penerapan hubungan antara tekanan udara dan gravitasi. Sebelumnya Anda telah mengetahui bahwa gravitasi, tekanan udara, dan kepadatan gas bisa mencapai titik keseimbangan sehingga mampu membuat sebuah benda tetap melayang.

Salah satu fnomena fisika lain yang menggunakan prinsip sama adalah pijar api. Ketika sebuah batang korek api menyala, pijar api selalu mengarah ke atas. Sepintas hal ini tampak sangat biasa, karena memang itulah yang Anda lihat setiap hari, dan mungkin tidak perlu dijelaskan lebih lanjut. Di sisi lain, pijar api juga melawan salah satu hukum fisika paling kuat yaitu gaya gravitasi. Jika api tertarik oleh gaya gravitasi, bukankah harusnya pijar api mengarah ke bawah?

Di sebuah video dalam situs YouTube, ditunjukkan sebuah rekaman eksperimen NASA yang disebut FLEX (Flame Extinguishment Experiment). Dalam video ini ditunjukkan bahwa ternyata pijar api memiliki bentuk lain saat dinyalakan di ruang tanpa gravitasi atau dengan mikro gravitasi. Di Bumi, hampir semua pijar api selalu mengarah ke atas; jadi gravitasi memang merupakan sebuah faktor penting.

Penjelasan paling tepat adalah udara panas (yang juga kita ketahui bertekanan rendah), selalu lebih ringan daripada udara dingin. Udara bertekanan tinggi selalu lebih padat dan lebih mudah tertarik gravitasi.

Pijar api yang kita lihat sebenarnya adalah bentuk gas panas. Gas dengan sifat seperti ini cenderung lebih ringan, tidak teralu padat, dan lebih mudah bergerak. Sedangkan udara di sekitarnya lebih dingin dan padat, sehingga tertarik lebih cepat oleh gravitasi ke arah bawah dan mendorong gas panas (api) ke atas. Prinsip yang sama juga terjadi pada asap dan uap air di proses terjadinya hujan.

Di ruang hampa udara (zero-gravity atau micro-gravity), api berpijar ke semua arah. Karena tidak ada udara dan gravitasi, tidak tercipta keseimbangan gaya tarik menarik. Api tidak bisa menyala tanpa oksigen, tapi HCl (Hidrogen Klorida) juga bisa menciptakan api; hal ini berguna terutama di ruang hampa udara.

Bola Terbang – Prinsip Pesawat Terbang

Bola Terbang – Prinsip Pesawat Terbang

Topik kita kali ini adalah tentang tekanan udara dan gravitasi. Bagi sebagian orang, faktor-faktor alam ini bisa dengan mudah dilihat hubungan atau pengaruhnya terhadap satu sama lain. Sebenarnya dua hal ini cukup membingungkan, memerlukan rumus matematika rumit, dan sangat sulit dipelajari. Hubungan tekanan antara tekanan udara dan gravitasi dapat diterapkan dengan sangat baik pada pesawat terbang.
Tahukah Anda bagaimana prinsip penerbangan sebuah pesawat? Kendaraan besar bermesin jet berbobot ratusan bahkan puluahn ribu kilogram bisa melayang di udara dengan stabil.

Prinsip dasarnya adalah keseimbangan antara tekanan udara dan gaya gravitasi. Anda bisa membuat percobaan ilmiah sederhana unutk melihat bagaimana keseimbangan ini bisa terjadi. Alat yang akan digunakan antara lain sebuah bola ping-pong dan hair dryer; dengan alat-alat sederhana ini, Anda dapat melihat terciptanya daya angkat, yang dalam skala besar mampu menerbangkan sebuah pesawat.

Nyalakan hair dryer Anda dalam posisi tegak dengan ujungnya menghadap lurus ke atas; lalu secara perlahan letakkanlah bola ping-pong tepat di atas laju udara panas yang keluar dari ujung hair dryer tersebut. Bola ping-pong akan terangkat oleh tekanan ke atas atau didorong hair dryer, tapi ada sebuah fenomena fisika lain yang tetap menjaga posisi bola tetap di atas ujung pengering rambut itu.

Jika Anda lebih teliti, tentu akan muncul pertanyaan kenapa bola ping-pong tidak terus melaju ke atas jika tetap terdorong udara dari hair dryer; tidak bisa, karena gravitasi juga berpengaruh disini. Bola bisa melayang karena terdapat keseimbangan antara gaya tarik-menarik yang dihasilkan oleh gravitasi (ke bawah) dan udara dari hair dryer (ke atas).

Sedangkan posisi bola tetap di atas ujung hair dryer karena pengaruh tekanan udara. Hair dryer itu menghasilkan udara panas yang bergerak cepat. Dengan kata lain, hair dryer menghasilkan udara bertekanan rendah (setidaknya lebih rendah daripada udara di sekitarnya). Fenomena ini juga dapat dilihat dari proses terjadinya hujan dimana uap air bergerak ke atas. Perlu Anda ketahui bahwa uap air memiliki temperatur lebih tinggi (panas) dibandingkan dengan udara di sekitarnya; karena keadaan inilah, uap air bergerak ke atas dan membentuk awan. Prinsip fisika ini ditemukan oleh Daniel Bernoulli lebih dari 3 abad yang lalu.

Walaupun bertekanan rendah, semua benda termasuk udara juga terkena hukum gravitasi dan tertarik ke bawah. Udara yang berasal dari hair dryer bukan hanya bertekanan rendah, tapi tingkat kepadatan molekul juga lebih sedikit daripada udara di sekitarnya. Gravitasi berusaha menarik semua ke bawah, tapi udara yang lebih padat (berarti juga bertekanan tinggi) tertarik lebih kuat. Udara yang tertarik ke bawah lebih cepat bisa dengan segera mengisi tempat yang tadinya dipenuhi udara bertekanan rendah.

Seperti kita tahu, tidak ada tempat kosong di Planet Bumi; hampir semuanya diisi oleh udara. Sedangkan tingkat ketinggian udara dipengaruhi oleh gravitasi, tekanan, dan kepadatan molekul.

1. Udara dingin biasanya bertekanan tinggi dan lebih padat, sehingga lebih cepat tertarik gravitasi.
2. Udara panas biasanya bertekanan rendah dan kurang padat.

Bisakah diterapkan pada pesawat terbang?

Bentuk sayap pesawat terbang membantu menciptakan perbedaan tekanan udara. Di atas sayap, udara bergerak lebih cepat; seperti yang telah Anda lihat dari percobaan di atas, udara yang bergerak cepat memiliki tekanan lebih rendah dan bisa dengan mudah terdorong ke atas oleh udara bertekanan tinggi yang berada di bawahnya.

Air Es: Panas atau Dingin?

Air Es: Panas atau Dingin?

Apakah es memiliki energi panas (energi kinetik)? Jika iya, apakah segelas air dengan es lebih panas daripada segelas air biasa?


Bongkahan es batu memang memiliki energi panas, walaupun terasa dingin saat Anda menyentuhnya. Prinsip dasarnya adalah molekul yang terkandung dalam setiap bongkahan es batu selalu bergerak (atau memiliki energi kinetik), walaupun bongkahan es itu sendiri dalam posisi diam.
Benda atau material dianggap memiliki panas jika benda itu bisa memanaskan suatu benda lain. Sebuah kotak es batu kecil bisa dengan seketika mendidihkan nitrogen cair, karena zat ini memiliki sifat atau titik didih sangat rendah, sekitar -200 ° Celsius. Dengan titik didih serendah itu, es batu tidak akan membutuhkan waktu lama untuk menyalurkan energi panasnya ke nitrogen cair tersebut.

Jika dibandingkan dengan air, tentu es batu memiliki lebih sedikit energi panas. Sebagai contoh ambillah dua buah gelas berisi air dengan volume yang benar-benar sama. Ambil sebagian air dari satu gelas, taruh di mesin pendingin sampai membeku, lalu masukkan kembali ke dalam gelas asalnya. Jika diukur secara teliti, jumlah energi panas di gelas berisi es batu ini akan menjadi lebih rendah daripada gelas tanpa es.

Sebagai perbandingan lakukanlah percobaan kedua. Kali ini, dua gelas berisi air dengan volume sama kita biarkan. Ambillah beberapa kotak es batu dari mesin pendingin Anda, lalu masukkan ke dalam salah satu gelas. Perlu diingat bahwa es batu ini bukan berasal dari air dalam gelas yang kita pakai. Jika Anda ukur kembali, jumlah energi panas di gelas berisi es batu sekarang menjadi lebih besar. Alasannya adalah karena gelas ini berisi lebih banyak material/benda. Semakin banyak molekul yang bergerak, semakin besar pula energi panas yang dihasilkan.

Terlepas dari gelas percobaan yang kita lakukan tadi, secara logika Anda akan bertanya kenapa gelas berisi es selalu terasa lebih dingin. Jawabannya pun mudah, jika Anda memahami hukum fisika mengenai hal ini. Ketika segelas air ditambahi/diisi dengan es, air akan memberikan sebagian energi panasnya sampai dua zat dengan sifat berbeda ini mencapai keseimbangan temperatur. Sampai es batu tersebut benar-benar telah meleleh, air akan kehilangan sebagian energi panas, dan  terasa dingin.

Semua benda dan material memiliki energi panas walaupun sangat kecil; benda dengan temperatur rendah akan cenderung menyerap panas dari benda yang bersuhu lebih tinggi.

Bagaimana Membuat Hujan Buatan?

Bagaimana Membuat Hujan Buatan

Pernahkan Anda berpikir bagaimana hujan buatan dibuat? Sebagian dari kita mungkin masih menganggap bahwa hujan buatan sebenarnya adalah air yang secara sengaja dijatuhkan dari pesawat kargo berisi ribuan volume air. Hal ini benar jika hujan buatan dimaksudkan untuk memadamkan kebakaran besar seperti di hutan. Tidak mungkin air dalam jumlah besar dijatuhkan ke daerah pemukiman. Satu-satunya cara yang memungkinkan adalah dengan menciptakan hujan buatan. Secara sederhana kita pun bisa meniru proses terjadinya hujan alami dengan menggunakan beberapa alat sederhana antara lain:

1. Toples atau gelas berukuran besar
2. Plat ringan dari bahan logam
3. Air panas
4. Es batu (berbentuk kotak)

Kita tahu bahwa air hujan sebenarnya adalah hasil kondensasi awan. Sedangkan awan berasal dari penguapan air laut. Bahan-bahan di atas bisa digunakan untuk meniru proses fisika terjadinya hujan. Berikut adalah langkah-langkah sederhana yang harus Anda lakukan:

1. Isilah toples dengan air panas sampai kira-kira setengahnya.
2. Taruh plat logam untuk menutup permukaan toples lalu diamkan selama 3 – 5 menit.
3. Letakkan beberapa kotak es batu di atas plat.
4. Terjadilah hujan.

Penjelasan:

Jika kita memanaskan air, bentuknya akan berubah dari cairan menjadi uap. Kita menggunakan air panas untuk menghilangkan proses pemanasan ini; penggunaan air panas lebih mudah tanpa merubah hasil akhir percobaan karena air panas dalam toples juga menghasilkan uap.

Sebagian dari volume air dalam toples menguap dan menjadi bagian dari udara. Ketika Anda meletakkan es batu di atas plat, suhu dingin akan masuk ke dalam toples. Proses pendinginan dimulai termasuk pada air yang telah berubah menjadi uap.

Uap akan mengalami perubahan bentuk jika suhunya turun. Dalam hal ini, uap berubah menjadi air. Karena uap kembali menjadi cairan, zat ini akan terlalu berat sehingga tidak bisa melayang di udara, kemudian akan jatuh kembali menuju dasar toples. Hal ini disebut presipitasi atau kita lebih mengenalnya dengan istilah hujan.

Benda Terbang dan Rotasi Bumi

Benda Terbang dan Rotasi Bumi

Apakah benda terbang misalnya helikopter, tidak bergerak mengikuti rotasi Bumi jika dalam keadaan diam di udara? Jika hal ini benar, maka tempat dimana helikopter mulai terbang akan berbeda dengan tempat pendaratan, walaupun kendaraan ini sama sekali tidak bergerak maju atau mundur. Kita berasumsi bahwa Bumi selalu berputar dan jika sebuah helikopter diam di udara, benda ini tidak mengikuti laju rotasi.

Mungkin Anda sudah mengenal dan mengetahui konsep inertia: sebuah benda yang bergerak cenderung untuk terus bergerak, kecuali jika benda itu dihentikan oleh gaya gerak lain dari faktor eksternal. Keadaan seperti itu juga bisa kita artikan sebagai kemampuan sebuah benda untuk menyimpan momentum (conservation of momentum).

Saat helikopter berada di darat, benda ini akan mengikuti laju rotasi Bumi. Bahkan udara yang masih dalam lingkup atmosfer Bumi juga ikut berotasi. Jadi jika helikopter hanya melakukan lepas landas secara vertikal ke atas, dan kemudian tidak bergerak sama sekali, rotasi Bumi akan tetap mempengaruhinya; jika helikopter melakukan lepas landas di titik A, tempat pendaratannya juga akan tetap di titik A.

Seperti telah disebutkan sebelumnya, benda bergerak memiliki gaya inertia atau kemampuan mempertahankan gerakannya itu. Jika helikopter ini masih berada di lingkup atmosfer Planet Bumi, harus ada sebuah gaya eksternal lain untuk melawan laju gerakan rotasi. Helikopter ini memang menggunakan energi untuk mengangkat secara vertikal, tetapi tidak menggunakan momentum gerakan horisontal. Momentum horisontal diperlukan supaya helikopter bisa melawan laju rotasi dan berpindah tempat. Benda terbang memang tidak menyentuh tanah, tapi karena atmosfer bergerak sesuai rotasi Bumi, helikopter akan ikut bergerak sesuai atmosfer. Dia akan berputar bersama Bumi dan terus berada tepat di atas titik lepas landas.

Hal yang sama juga terjadi ketika Anda melompat. Jika Anda sama sekali tidak bergerak secara horisontal (ke depan, belakang, dan samping), Anda akan jatuh di tempat yang sama dimana Anda melakukan lompatan itu.

Di skala yang lebih kecil (daripada Bumi), prinsip yang sama juga diterapkan misalnya Anda berada di sebuah pesawat terbang. Anggaplah pesawat terbang itu sebagai miniatur Planet Bumi dan lakukan sebuah lompatan di dalam pesawat. Walaupun pesawat bergerak dengan kecepatan lebih dari 500km/jam, sebuah lompatan tidak akan mempengaruhi/merubah posisi Anda di dalam pesawat itu. Jika Anda melompat dari kursi nomor 100, tanpa momentum horisontal Anda akan tetap berada di kursi itu saat lompatannya selesai.

Prinsip ini bernar-benar diperhitungkan dalam proses peluncuran satelit. Roket harus diterbangkan secara vertikal dan horisontal sehingga benda ini berada di orbit yang benar. Pergerakan rotasi Bumi menjadi variabel yang sangat penting dalam kalkulasi.

Mendarat di Mars

Mendarat di Mars

Setelah hampir 5 dekade mengirimkan penjelajah robotik ke permukaan Mars, masih terdapat kekhawatiran tentang apakah misi seperti ini memang benar-benar aman dilakukan. Sekitar 2/3 dari seluruh misi penjelajahan ke Mars telah gagal; tidak hanya dari pihak NASA, tapi juga Rusia dan negara-negara Eropa lainnya.

Program penjelajahan Mars tetap berlangsung dan penelitian masih dilakukan hingga sekarang. Bahkan Mars Science Laboratory (MSL) kini telah merencanakan sebuah robot baru untuk diluncurkan dalam misi selanjutnya ke Mars. Pembuatan robot baru yang dinamakan Curiosity ini telah memakan biaya lebih dari 2 miliar dolar. MSL sebenarnya juga mencatatkan beberapa misi sukses dengan Apollo, Space Shuttle, Mars Reconnaissance Orbiter, dan Phoenix Lander.

Rangkaian kesuksesan tersebut tetap tidak bisa mengurangi rasa kekhawatiran para ilmuwan. Pada tahun 1999, Mars Climate Orbiter hancur berkeping-keping dalam misinya karena terjadi kesalahan perhitungan jarak pendaratan. Kegagalan lain adalah misi Mars Polar Lander, yang bahkan tidak terdeteksi setelah percobaan pendaratan. Dengan Curiosity, kemungkinan kesuksesan lebih besar, demikian juga dengan resiko kegagalan.

Implementasi ilmu fisika menjadi sangat penting dalm proses pembuatan Curiosity. Ilmuwan harus menentukan besarnya gaya gravitasi di Mars, jarak pantulan yang disebabkan karena pendaratan, kapan harus membuka parasut, dan sebagainya. Pesawat baru ini 5 kali lebih besar dari yang pernah dibuat dan akan membawa 10 kali lebih banyak peralatan. Perbedaan ukuran ini membuat para ilmuwan harus melakukan perhitungan ulang untuk semua aspek yang mempengaruhi pendaratan. NASA harus menggunakan teknologi baru dengan tujuan memperlambat laju pesawat saat mencapai atmosfer. Pesawat ini akan melaju dengan kecepatan lebih dari 13,000 mil per jam (20.000 km/jam); perhitungan ketepatan waktu dan jarak merupakan faktor utama karena pesawat harus mampu menahan panas atmosfer Mars dan mendaratkan rodanya ke permukaan secara lancar.

Curiosity akan ditemani oleh dua teknologi atau pesawat dengan nama Spirit dan Opportunity; masing-masing berukuran hampir sama dengan sebuah traktor. Mereka akan menggunakan roket dan parasut unutk memperlambat laju pesawat, kemudian sebuah bantalan (airbag) akan menutupi Curiosity dan menahan benturan dengan permukaan Mars. Curiosity akan terlempar berkali-kali setelah mendarat sampai benar-benar berhenti.

Saat Curiosity mencapai Mars, sebuah tameng akan menutupinya untuk menahan panas gesekan dengan atmosfer. Tameng penahan panas ini akan menjadi yang terbesar untuk program luar angkasa. Kecepatan pesawat akan berkurang dan parasut digunakan.
Tameng ini akan lepas, dan parasut yang ukurannya mencapai 50-meter x 15-meter akan terbuka saat Curiosity berjalan dengan kecepatan kurang lebih 1500 km/jam. Saat mencapai ketinggian 1,5 km di atas permukaan, 8 buah roket menyala untuk memperlambat kecepatan pesawat. Sementara itu, roda pesawat akan keluar untuk persipan pendaratan.

Tahap paling sulit adalah saat pesawat hampir mencapai permukaan. Benturan tidak bisa dihindari, dan benturan pesawat mungkin akan mempengaruhi/merusak Curiosity. Oleh karena itu, pesawat harus benar-benar terlempar jauh untuk mengindari tabrakan dengan Curiosity. Jika perhitungannya salah, Curiosity bisa saja hanya menjadi sebuah barang rusak di Mars.

Tapi jika msi ini sukses, besar kemungkinan Curiosity akan membawa banyak pengetahuan baru tentang keberadaan mahkluk hidup di Mars dan apakah bisa mendukung kehidupan mahkluk Bumi.

Fisika dan Luar Angkasa

Fisika dan Luar Angkasa

Planet Bumi menyediakan segala yang manusia butuhkan untuk bertahan hidup juga memberi perlindungan dalam menghadapai keadaan iklim ekstrim. Medan elektromagnetis di planet ini menghentikan banyak partikel kecil berbahaya bagi manusia dan atmosfer memberi udara juga menghancurkan benda angkasa yang akan jatuh ke permukaan. Gravitasi mungkin dianggap oleh sebagian orang sebagai salah satu atribut Bumi yang mengurangi mobilitas manusia, tapi manusia telah beradaptasi dan menemukan bahwa gravitasi adalah faktor penting penunjang kelangsungan hidup hampir semua mahkluk.

1.    Gravitasi Nol
Manusia berhasil menyesuaikan diri dengan berbagai macam lingkungan termasuk panas di gurun dan dinginnya es di kutub. Lingkungan seperti itu sekilas terlihat seperti tempat yang tidak mungkin ditinggali, tapi manusia membuktikan kecerdasannya dengan mampu bertahan hidup dan menetap di sana. Didukung oleh perkembangan pesat bidang teknologi dan ilmu fisika, sepertinya manusia akan menemukan banyak cara baru mengatasi sulitnya proses adaptasi terhadap lingkungan ekstrim. Secara perlahan, kita mulai mencari tempat perlindungan baru dan berencana meninggalkan Bumi suatu hari nanti. Mungkin bukan generasi sekarang, tapi di masa depan. Kita berhadapan dengan banyak sekali kesulitan, salah satunya adalah gravitasi nol.

Mereka yang kini telah berhasil menjejakkan kaki di luar angkasa mungkin para astronot dari NASA dan beberapa orang kaya. Tapi di kemudian hari, semua orang sepertinya akan mendapat kesempatan yang sama juga. Siapapun orangnya, dia telah mampu menghadapi berbagai macam kesulitan, tantangan, dan pengalaman yang hanya bisa dirasakan oleh manusia modern. Penjelajahan luar angkasa benar-benar merupakan hal baru; nenek moyang manusia sepertinya juga tidak pernah membayangkan hal ini.

Menurut ilmu Fisika, keadaan dimana tidak ada gravitasi akan membuat manusia mengalami banyak kesulitan untuk melakukan hal-hal rutin seperti makan, minum, mandi, dsb; sebagian besar aktivitas manusia harus dilakukan dengan menggunakan alat bantu. Di awal perkembangan NASA, para ilmuwan belum yakin jika manusia bisa selamat tanpa gravitasi. Tidak ada yang tahu akibat yang akan ditimbulkan bagi tubuh manusia jika meninggalkan medan gravitasi.

Bahkan pada waktu itu, ilmuwan sangat khawatir tentang terjadinya perubahan bentuk organ tubuh manusia jika berada di area gravitasi nol; mata manusia mungkin berubah bentuknya, jantung mungkin tidak bisa memompa darah dengan baik, dsb.
Percobaan mengirim binatang ke luar angkasa menjadi langkah awal penjelajahan alam semesta. Kera menjadi pilihan karena bentuk organ tubuh yang sangat mirip dengan manusia. Kera bisa selamat, dan organ tubuhnya berfungsi dengan baik; ilmuwan pun yakin manusia bisa melakukan hal yang sama. Sekali lagi, gravitasi nol memberi tantangan lain; manusia selamat, tapi tubuh atau organnya mengalami perubahan kebiasaan.

Di Bumi, setiap kali kita beraktivitas, sel tubuh bergerak ke atas untuk membantu kerja tulang dan otot. Di keadaan gravitasi nol, sel tubuh tidak berfungsi seperti itu. Jika seorang astronot berada di luar angkasa selama dua tahun, kekuatan tulang di tubuh bagian bawah akan mengalami penurunan drastis. Saat dia kembali ke Bumi, tulang-tulangnya bisa remuk seketika sesaat setelah keluar pesawat.

Stasiun luar angkasa bisa memberi medan gravitasi tiruan, tapi saat ini baru mampu menghasilkan 70% dari kekuatan gravitasi alami di Planet Bumi. Dalam jangka waktu 6 bulan, seorang astronot akan kehilangan 1/5 kepadatan tulang. Maka dari itu, peneliti bidang kesehatan tidak menganjurkan astronot untuk berada di luar angkasa selama lebih dari itu. Ratusan astronot mampu membuktikan bahwa mereka bisa selamat dari perjalanan luar angkasa. Tapi untuk berada disana dalam jangka waktu relatif lama tentu membutuhkan persiapan lebih matang.

2.    Radiasi
Di Bumi, manusia diselimuti lapisan atmosfer yang juga menyaring hampir segala bentuk pengaruh buruk matahari (radiasi). Contohnya, atmosfer di Mars tentu berbeda dengan atmosfer Bumi. Radiasi sinar matahari dan benda-benda angkasa lain sangat berbahaya bagi kesehatan manusia. Di Mars, para astronot bisa menetap dalam gua. Tetap saja, jika eksplorasi semakin jauh, semakin lama pula manusia akan terkena radiasi matahari secara langsung.

Seorang ahli fisika dari Arizona State University berpikir lebih ekstrim. Dia berpendapat bahwa jika manusia pergi ke Mars dan menetap di planet itu, kemungkinan sukses jauh lebih besar, lagipula hal ini juga bisa mengurangi biaya perjalanan. Menetap di Mars bukan hal yang tidak mungkin dilakukan; ide ini juga menyimpan rencana untuk mengirim beberapa orang berusia sekitar 60 tahun ke Mars sambil membawa bekal untuk kehidupan mereka disana. Faktanya, ide ini disambut baik oleh banyak orang yang menyatak bersedia menjadi sukarelawan.

Fisika dan astronomi bekerja saling berdampingan; banyak pengetahuan luar biasa tentang luar angkasa justru ditenukan oleh para ahli fisika. Salah satu contohnya adalah teori relativitas dan kecepatan cahaya oleh Einstein.

Sinar Inframerah: Untuk Pengetahuan

Sinar Inframerah: Untuk Pengetahuan

Teleskop telah mengalami perkembangan pesat; dulu bentuknya seperti teropong sederhana dan kini telah menjadi satelit yang mengorbit Planet Bumi. Seiring dengan perkembangan banyak alat revolusioner lain, pengetahuan kita tentang alam semesta juga semakin besar. Salah satu bentuk pengetahuan manusia adalah kemampuan untuk melihat alam semesta dalam skala besar dan dengan bantuan teknologi teleskop, mata manusia pun bisa mengiterpretasi bentuk alam semesta secara lebih baik.


Gambar di atas adalah perbandingan antara objek yang benar-benar sama, sebuah awan terbentuk dari kumpulan gas di luar angkasa, tepatnya di Nebula. Gambar di sebelah kiri menunjukkan Nebula jika dilihat dari gelombang sinar biasa, sedangkan disebelah kanan dilihat dengan bantuan sinar inframerah.

Gambar disebelah kiri memang memberi banyak informasi atau sebuah visualisasi cukup jelas tentang Nebula, tapi di pojok kanan atas terdapat beberapa bintang yang hanya tampak jika sinar inframerah dipergunakan. Hal ini disebabkan karena sejumlah besar gas dan debu berada di antara bintang dan kamera yang digunakan. Dengan kamera biasa, pijaran sinar dari bintang-bintang tersebut tidak dapat diterima dengan baik, tapi inframerah mampu menembus debu dan. Hampir semua fitur-fitur tersembunyi terlihat jelas.

Memang ada beberapa gambar yang diterbitkan NASA dan organisasi penelitian lain yang telah mengalami penambahan cahaya. Hal ini bukan berarti bahwa gambar yang diterbitkan adalah palsu atau mengalami proses manipulasi gambar, tetapi untuk menunjukkan bentuk yang sebenarnya. Jika dilihat secara langsung, Anda tidak akan bisa mengidentifikasi keberadaan bintang (seperti di pojok kanan atas pada gambar); justru inilah yang bukan merupakan bentuk sebenarnya, karena mata manusia tidak bisa menangkap seluruh cahaya. Dengan bantuan inframerah, hampir semua cahaya tertangkap, dan mungkin sedikit merubah warna, tapi seluruh informasi penting bisa di dapat.

Sebagian objek di luar angkasa mengeluarkan sinar yang tidak bisa kita lihat, hanya dengan bantuan inframerah, cahaya itu bisa tampak jelas. Warna gambar seringkali (atau selalu) tidak sama dengan keadaan sebenarnya, tapi hanya dengan maksud memberikan detail lebih banyak untuk dipelajari.

Inframerah - Pendeteksi Ranjau Darat

Pendeteksi Ranjau Darat

Organisasi PBB memperkirakan ada lebih dari 100 juta ranjau darat tersebar di hampir 80 negara. Kebanyakan dari negara-negara tersebut tidak memiliki catatan tentang dimana letak ranjau-ranjau itu. Seperti kita tahu, ranjau darat aktif bisa meledak karena injakan seseorang; senjata ini tidak ditandai, karena memang disiapkan sebagai jebakan. Ranjau seperti ini masih menebar ancaman bagi warga sipil yang tinggal di dekat atau sering melewatinya.

Alat pendeteksi ranjau darat memiliki banyak sensor yang bisa merekam atau menyimpan data tentang keadaan suatu wilayah tertentu. Mereka mendeteksi hampir segala gejala atau fenomena abnormal di tanah. Sensor pencari panas sering digunakan karena senjata, bom, dan alat peledak apapun biasanya menyerap dan mengeluarkan panas secara berbeda dibandingkan dengan tanah disekitarnya. Fluktuasi panas di permukaan ranjau tentu saja berbeda dengan yang terjadi di permukaan tanah; hal ini digunakan oleh operator alat pendeteksi untuk mengawali inspeksi lebih lanjut.


Jenis tanah, tingkat kelembaban, dan intensitas cahaya matahari sangat mempengaruhi keakuratan sinar inframerah. Gambar disamping menunjukkan hasil metode deteksi ranjau darat yang dikembangkan oleh para teknisi dari Ryerson University dan American Universiy of Beirut di Lebanon. Sinar inframerah bisa dengan mudah mengidentifikasi beberapa ranjau darat yang dikubur sekitar 2 cm dibawah tanah. Ranjau darat ditunjukkan oleh titik-titik berwarna kuning; perbedaan warna ditimbulkan karena suhu yang berbeda antara tanah tan ranjau.

Beberapa sensor lain juga digunakan untuk membantu pemetaan sinar inframerah termasuk pelacak logam (tetapi ranjau jenis baru dibuat tanpa menggunakan bahan logam), sistem radar tembus tanah (ground penetrating radar system), dan pendeteksi lahan magnetik dalam tanah. Penelitian lebih lanjut untuk menemukan pendeteksi ranjau yang lebih akurat masih dilakukan hingga sekarang.

Sinar inframerah tidak bisa menembus dinding atau permukaan non-transparan apapun. Pada dasarnya, pendeteksi ranjau darat mengimplementasikan sensor pencari panas pada inframerah-nya. Pancaran panas dari bahan logam dapat terdeteksi, tapi tidak cukup untuk mengidentifikasi bahwa logam tersebut memang merupakan ranjau.

Sekali lagi, inframerah hanya memvisualisasi pancaran panas yang tertangkap secara langsung, bukan menembus dinding atau permukaan tertentu termasuk kaca, karena kaca juga memancarkan panasnya sendiri.

Sinar Inframerah

Sinar Inframerah

Teropong, alat pelacak ranjau, dan teleskop ruang angkasa mungkin sama sekali tidak berhubungan, tapi mereka punya satu kesamaan yaitu menggunakan teknologi sinar inframerah.


Mata manusia pada dasarnya sangat sensitif terhadap cahaya, terutama yang memiliki warna seperti merah, kuning, hijau, biru, ungu, dan lain-lain. Dari semua jenis cahaya di alam semesta, hanya sejumlah kecil yang bisa terlihat oleh manusia. Gelombang radio, X-ray, dan microwave merupakan jenis cahaya juga, tapi tentu saja memiliki banyak atribut berbeda dengan sinar yang biasa kita lihat. Untuk lebih jelasnya, perhatikanlah gambar spektrum elektromagnetik di samping; tabel ini dignakan untuk membedakan jenis-jenis cahaya. Tentu saja kita tidak bisa melihat keberadaan sinar infra merah, tapi kita selalu dapat memanfaatkannya untuk membantu penglihatan.

Night Vision Goggles (Teropong/keker untuk membantu penglihatan dalam gelap)

Ada beberapa jenis alat yang menggunakan sinar inframerah misalnya teropong dan teleskop. Alat seperti ini sering digunakan oleh tentara atau pengintai sehingga mereka bisa melihat dengan jelas walaupun dalam keadaan gelap. Secara umum inframerah dapat berfungsi dengan 3 metode berbeda antara lain thermal imaging (pencari panas), low light imaging (optimalisasi sumber cahaya), dan near infrared imaging (menggunakan dua alat sinar inframerah).

Thermal Imaging

Saat Anda berada di tempat dimana benar-benar tidak ada sumber cahaya sedikitpun, thermal imaging goggles adalah alat yang Anda inginkan. Semua orang dan benda dimanapun tempatnya, selalu mengeluarkan panas yang selalu bisa dideteksi oleh infra merah. Thermal imaging goggles dapat menciptakan atau memberi gambaran elektronik berdasarkan perbedaan panas yang terdapat di suatu tempat. Benda atau yang makhluk dengan panas lebih tinggi panas akan menghasilkan visualisasi paling jelas. Kontras warna bisa saja merah muda, biru atau warna lain, tapi yang paling umum digunakan adalah warna hijau karena indra penglihatan manusia lebih sensitif pada warna ini.

Low Light Imaging

Seperti disebutkan sebelumnya, low thermal imaging akan berusaha mengoptimalkan semua sumber cahaya di suatu tempat, walaupun intensitasnya sangat kecil. Inframerah jenis ini akan menyerap ultraviolet dan semua sinar yang bisa ditangkap mata manusia kemudian menerapkan prinsip elektronik untuk menguatkan sinar tersebut. Diantara semua jenis inframerah yang dimanfaatkan untuk membantu penglihatan, low light imaging menghasilkan visualisasi paling jelas. Bahkan visualisasi yang dihasilkan sangat detil sehingga Anda akan mampu membedakan wajah/mengidentifikasi objek.

Near infrared Imaging

Metode ini membuthkan dua alat berbeda antara lain infrared emitter (pemancar inframerah) dan infrared detector (penangkap inframerah). Pemancar akan mengeluarkan atau mengirim sinar inframerah, yang kemudian akan terdeteksi oleh penangkap sinar untuk menghasilkan visualisasi. Proses ini akan sama dengan model kamera yang menggunakan flash. Saat sinar dari flash kamera tersebut menerangi objek, hasil gambar akan menjadi lebih terang. Hanya saja dalam hal ini, flash yang digunakan adalah inframerah, sehingga Anda tidak bisa melihat proses ini terjadi. Metode seperti ini sangat berguna jika Anda ingin mengetahui/melihat keadaan suatu tempat tanpa menggunakan sinar terang, biasanya teknik ini digunakan untuk sistem keamanan atau kamera televisi.

Mana Yang Lebih Cepat Membeku: Air Panas atau Air Dingin?

Mana Yang Lebih Cepat Membeku: Air Panas atau Air Dingin?

Tanyalah pada semua orang dan hampir semuanya akan menjawab bahwa air dingin lebih cepat membeku daripada air panas; tentu saja mereka salah. Logika sederhana akan menggunakan prinsip air membeku pada suhu 0° Celsius. Air dengan suhu lebih tinggi tentu membutuhkan waktu lebih lama daripada air bersuhu rendah untuk mencapai temperatur nol derajat Celsius. Jika Anda menelaah masalah ini dari sudut pandang fisika, Anda akan menemukan jawaban yang bertentangan dengan logika sederhana tersebut.

Dengan menggunakan proses pendinginan yang sama, air panas lebih cepat membeku daripada air dingin. Fenomena ini pertama kali diteliti pada tahun 1963 oleh seorang siswa dari sekolah menengah di Tanzania, bernama Erasto Mbepa. Teori ini kemudian dinamakan sebagai Mbepa Effect (efek Mbepa). Mbepa menemukan bahwa jika air dengan suhu berbeda (tinggi dan rendah) didinginkan pada saat yang sama, air panas justru mengalami pembekuan lebih awal. Penelitian Mbepa membenarkan dugaan para pemikir kuno seperti Aristotle, Francis Bacon, dan Rene Decartes; semuanya menduga (walaupun belum bisa membuktikan) bahwa air panas lebih cepat mencapai suhu 0° daripada air dingin.

Proses penguapan menjadi penjelasan yang paling bisa diterima sebagai salah satu faktor penting dalam kasus ini. Saat air panas ditempatkan dalam sebuah wadah terbuka (seperti gelas, panci, atau ember tanpa tutup, dsb) berat massa air berkurang drastis karena sebagian menguap. Karena volume air berkurang, proses pembekuan bisa berlangsung lebih cepat. Hal ini hanya bisa dilakukan jika air berada di wadah terbuka, karena dalam keadan tertutup sebuah wadah akan tetap menyimpan volume air yang menguap. Pada dasarnya, pross pembekuan air berusaha menghilangkan panas dari air untuk mencapai suhu 0° Celsius; penguapan akan mempercepat proses terbuangnya panas.

Air dingin yang sedang dibekukan cenderung mengikat/menarik kandungan gas dari udara disekitarnya; ketika beku, gas ini akan menjadi gelembung udara. Itulah kenapa Anda melihat banyak gelembung udara di dalam sebuah blok es. Kandungan gas yang masuk ke air menurunkan titik beku (freezing point), sehingga memperlama proses pembekuan.

Distribusi suhu yang tidak merata juga juga bisa mendukung teori Mbepa Effect. Ketika Anda memanaskan air dalam sebuah wadah, bagian pertama yang mengalami peningkatan suhu adalah yang paling bawah, tapi dengan segera bagian ini akan naik ke permukaan. Kita bisa menarik kesimpulan bahwa air dengan suhu terpanas selalu berada di bagian permukaan. Dalam istilah fisika, perpindahan posisi air dengan suhu berbeda ini disebut convection current. Air panas yang sedang didinginkan akan melakukan banyak convection current; setiap kali terjadi, air yang berada di tempat paling atas akan kehilangan sebagian panasnya.

Hal yang sama juga terjadi pada gas dan di lautan. Karena air dengan suhu paling rendah berada di bagian paling bawah, proses pendinginan juga bisa berlangsung dengan cepat. Walapun banyak air panas yang harus dibekukan, proses pendinginan suhu akan tetap berlangsung dengan cepat.