Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Fisika Botol Sambal

Misalkan ada botol berbahan kaca dengan tinggi 20 cm, diameter 8 cm, tebal dinding 4 mm, diameter mulut botol 3 cm. Botol ini terisi sambal dengan skala kepedasan 50000, kekentalan (viskositas) 1000 kali air, volume seperempat botol, dan posisinya berada di dasar botol. Selain sambal, sisa isi botolnya hanyalah udara. Misalkan pula percepatan gravitasi 9,8 m/s2, tekanan udara 760 mmHg, dan temperatur 250 oC. Sekarang kita ajukan sebuah pertanyaan, “Bagaimana cara mengeluarkan sambal tersebut dari botol?” Nah, mari kita bahas konsep fisika botol sambal ini.

Cara yang salah (menurut fisika) untuk mengeluarkan sambal dari botol.

Cara yang salah (menurut fisika) untuk mengeluarkan sambal dari botol.

“Balik botolnya, lalu pukul dari atas,” begitulah kebanyakan jawaban kita terhadap pertanyaan di atas. Sayangnya, menurut fisika, ini adalah jawaban yang salah. Mengapa? Kita kembali ke fisika SMA. Berdasarkan hukum III Newton, jika ada aksi, akan ada reaksi dengan besar sama dan arah sebaliknya. Kita memukul botol ke bawah, botol memukul kita ke atas. Botol tersentak ke bawah, sambal tersentak ke atas menurut koordinat botol. Dengan kata lain, sambalnya hanya akan semakin menempel ke dasar botol.

Cara lain untuk menjelaskan fenomena ini adalah dengan cara mengambil (atau membayangkan) sebuah piring berisi sesendok tepung. Jika piring diketok-ketok dari arah kanan, tepungnya akan bergerak ke kanan. Bahkan, tepung akan merambat naik pinggiran piring dan tumpah, meskipun piringnya datar.

Ada penjelasan yang lebih rumit, tetapi intinya sama saja. Misalkan botol dan sambal (atau piring dan tepung) dimodelkan dengan sebuah balok kecil yang berada di atas papan besar. Gesekan tidak diabaikan. Pukulan dari kanan oleh tangan orang menyebabkan papan bergerak ke kiri dengan cepat, kemudian bergerak kembali ke posisi semula dengan lebih lambat. Diasumsikan bahwa percepatan yang dialami oleh papan cukup besar sehingga balok kecil lepas dari gesekan statik, dan yang bekerja adalah gesekan dinamik saja.

Ed61-fisika-2

Perhatikan gaya-gaya yang bekerja pada balok. Mula-mula, pada gerakan ke kiri, gaya gesek ke kiri bekerja sepanjang waktu t1. Kemudian, pada gerakan ke kanan, muncul gaya gesek yang sama besarnya, tetapi arahnya ke kanan dan waktunya selama t2. Nilai t2 ini lebih besar daripada t1.

Dalam fisika SMA kita diajari tentang impuls yang sama dengan gaya dikalikan waktu. Bagaimana impuls yang dialami balok? Impuls pertama sebesar F×t1 ke kiri, sedangkan impuls kedua sebesar F×t2 ke kanan. Tentu impuls ini lebih besar, karena t2 > t1. Hasil akhirnya adalah sebuah impuls ke kanan. Impuls berarti perubahan momentum, dan karena mula-mula balok diam, akhirnya balok akan bergerak ke kanan dengan kecepatan tertentu. Selanjutnya, setelah papan kembali diam, kecepatan balok akan diperlambat oleh gesekan sehingga akhirnya balok kembali diam. Namun, posisinya bergeser ke kanan dibandingkan posisi semula.

Singkatnya, seperti yang sudah disebutkan di awal, memukul botol sambal dari dasarnya bukanlah cara yang benar (menurut fisika) untuk mengeluarkan sambal. Lalu harus bagaimana? Cara yang benar adalah:

“Pegang botol sambal, ayunkan membentuk lingkaran besar dengan mulut botolnya di luar.”

Inersia sambal akan membuatnya cenderung bergerak dalam garis lurus sehingga sambal mengalami gaya fiktif sentrifugal, relatif terhadap botol. Sebetulnya dengan cara ini sambalnya akan cukup mudah “terbang” ke mana-mana. Tetapi, bukankah itu yang kita inginkan? Hasilnya adalah sambal keluar dari botol, hehe.

Ada cara lain yang lebih elegan, yaitu:

“Pegang botol sambal dengan mulutnya di bawah, lalu pukul tangan yang memegang botol ke arah atas.”

Dengan cara ini, “kesalahan” yang dijelaskan panjang lebar itu (memukul botol ke arah bawah) akan berbalik menjadi “kebenaran”, dan sambalnya akan terdorong keluar ke bawah. Penasaran? Silakan coba sendiri. Kalau gagal, mohon agar tidak memberikan komplain pada penulis.

Cara yang benar (menurut fisika) untuk mengeluarkan sambal dari botol.

Cara yang benar (menurut fisika) untuk mengeluarkan sambal dari botol.

 

Jika sudah selesai dengan sambal, bagaimana dengan saus tomat, mayones, atau botol sampo? Boleh dicoba. Boleh juga diukur efisiensinya.

Penulis:
Eko Widiatmoko, guru fisika di SMA Aloysius Bandung, alumnus ITB. Kontak: e_ko_w(at)yahoo(dot)com.