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.