Udara

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Udara ada disekitar kita namun jarang dari kita memperhatikan atau peduli, karena udara tidak dapat dilihat, disentuh dan di raba. Tetapi kita dapat  menghirup dan merasakan adanya udara ketika ia bergerak. Pergerakan udara ini disebabkan adanya perubahan suhu dan tekanan pada udara.

Seekor burung bisa terbang di angkasa dengan begitu mudahnya. Namun pernahkah kita berfikir bagaimana caranya manusia dan mesin bias bergerak dan berpindah di udara? Dengan mempelajari bentuk-bentuk serta seluk beluk udara, kita bisa bergerak di udara dengan berbagai cara yang berbeda-beda.

Agar lebih dapat memahami bagaimana benda dapat terbang, kita harus tahu bahwa udara menekan benda-benda kearah atas segala benda yang jatuh kebawah. Jika ada sebuah benda ringan yang berbidang luas jatuh dari ketinggian, udara akan menekannya ke atas sehingga dapat mengurangi kecepatan jatuh dari benda tersebut.

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian Udara

Udara adalah kumpulan/campuran  gas, yang terbanyak adalah nitrogen dan oksigen. Oksigen sangat penting untuk mendukung kehidupan makhluk hidup dan memungkinkan terjadinya pembakaran bahan bakar.Apakah Anda tahu bahwa 30 persen luas permukaan bumi berupa daratan dan laut mencakup 70 persen luas permukaan bumi dan dihuni oleh ikan dan hewan sejenisnya, sedangkan luas atmosfer mencakup 100 persen.

1. Komposisi Udara

Manusia dapat bertahan sampai satu hari tanpa air di daerah gurun yang paling panas, tetapi tanpa udara manusia hanya bertahan beberapa menit saja. Jadi Anda tentu bisa menyimpulkan sendiri betapa pentingnya udara bagi kehidupan di bumi. Karena tanpa udara, maka manusia, hewan dan tumbuh-tumbuhan tidak dapat hidup. Udara untuk kehidupan sehari-hari terdapat di atmosfer.

Atmosfer juga berfungsi sebagai payung atau pelindung kehidupan di bumi dari radiasi matahari yang kuat pada siang hari dan mencegah hilangnya panas ke ruang angkasa pada malam hari. Atmosfer juga merupakan penghambat bagi benda-benda angkasa yang bergerak melaluinya sehingga sebagian meteor yang melalui atmosfer akan menjadi panas dan hancur sebelum mencapai permukaan bumi. Lapisan atmosfer merupakan campuran dari gas yang tidak tampak dan tidak berwarna. Empat gas utama dalam udara kering meliputi (lihat tabel 1).

Macam Gas	Volume %	Massa %
Nitrogen (N2) Oksigen (O2) Argon (Ar) Karbon dioksida (CO2)	78,088 20,049 0,930 0,030	75,527 23,143 1,282 0,045
Total Keseluruhan	99,097	99,097

Tabel 1.

Empat gas utama dalam udara

(Sumber: www.dikmenum.go.id)

Kondisi dan manfaat gas dalam atmosfer antara lain:

1. Nitrogen (N₂) jumlahnya paling banyak, meliputi 78 bagian. Nitrogen tidak langsung bergabung dengan unsur lain, tapi merupakan bagian dari senyawa organik.
2. Oksigen (O₂) sangat penting bagi kehidupan, yaitu untuk mengubah zat makanan menjadi energi hidup.
3. Karbon dioksida (CO₂) menyebabkan efek rumah kaca (greenhouse) transparan terhadap radiasi gelombang pendek dan menyerap radiasi gelombang panjang. Dengan demikian kenaikan kosentrasi CO₂ di dalam atmosfer akan menyebabkan kenaikan suhu di bumi.
4. Ozon (O₃) adalah gas yang sangat aktif dan merupakan bentuk lain dari oksigen. Gas ini terdapat pada ketinggian antara 20 hingga 30 km. Ozon dapat menyerap radiasi ultra violet yang mempunyai energi besar dan berbahaya bagi tubuh manusia.

Gas lain meliputi helium, neon, krypton, xenon, hidrogen, dan methan. Udara juga mengandung uap air tetapi jumlahnya bervariasi. Udara kering (misalnya di daerah gurun) mengandung uap air. Udara basah (misal di wilayah hutan tropis) bisa mengandung 6% uap air.

Karbon dioksida

Persentase karbondioksida di udara dapat bervariasi dari 0,01% sampai 0,1%. Tanaman hijau daun menghirup karbondioksida dari udara dan mengeluarkan oksigen. Manusia, binatang, dan mesin mengikat oksigen dari udara dan mengeluarkan karbondioksida. Daftar berikut merupakan rata-rata seseorang dan 1 liter udara yang dihembuskan.

Dihirup

1. Oksigen 208 cm³
2. Nitrogen 780 cm³
3. Karbon dioksida 0,3 cm³
4. Gas lain 11,7 cm³.

Dihembuskan

1. Oksigen 170 cm³
2. Nitrogen 780 cm³
3. Karbon dioksida 38,3 cm³
4. Gas lain 11,7 cm³

Salah satu unsur yang penting dalam atmosfer adalah uap air. Uap air (H₂O) sangat penting dalam proses cuaca atau iklim, karena dapat merubah fase (wujud) menjadi fase cair, atau fase padat melalui kondensasi dan deposisi.

Uap air merupakan senyawa kimia udara dalam jumlah besar yang tersusun dari dua bagian hidrogen dan satu bagian oksigen. Uap air yang terdapat di atmosfer merupakan hasil penguapan dari laut, danau, kolam, sungai dan transpirasi tanaman.

Atmosfer selalu dikotori oleh debu. Debu adalah istilah yang dipakai untuk benda yang sangat kecil sehingga tidak tampak kecuali dengan mikroskop. Jumlah debu berubah-ubah tergantung pada tempat. Sumber debu beraneka ragam, yaitu asap, abu vulkanik, pembakaran bahan bakar, kebakaran hutan, smog dan lainnya.

Smog singkatan dari smoke and fog adalah kabut tebal yang sering dijumpai di daerah industri yang lembab. Debu dapat menyerap, memantulkan, dan menghamburkan radiasi matahari. Debu atmosferik dapat disapu turun ke permukaan bumi oleh curah hujan, tetapi kemudian atmosfer dapat terisi partikel debu kembali. Debu atmosfer adalah kotoran yang terdapat di atmosfer.

2. Struktur Vertikal Atmosfer

Dengan memakai suhu sebagai dasar pembagian atmosfer, maka atmosfer terdiri dari lapisan troposfer, stratosfer, mesosfer dan thermosfer.

1). Lapisan Troposfer

Gejala cuaca (awan, petir, topan, badai dan hujan) terjadi di lapisan troposfer. Pada lapisan ini terdapat penurunan suhu yang terjadi karena sangat sedikitnya troposfer menyerap radiasi gelombang pendek dari matahari, sebaliknya permukaan tanah memberikan panas pada lapisan troposfer yang terletak di atasnya.

Udara troposfer atas sangat dingin dengan demikian lebih berat dibandingkan dengan udara diatas tropopause sehingga udara troposfer tidak dapat menembus tropopause. Ketinggian tropopause lebih besar di ekuator daripada di daerah kutub. Di ekuator, tropopause terletak pada ketinggian 18 km dengan suhu - 80^o C sedangkan di kutub tropopause hanya mencapai ketinggian 6 km dengan suhu - 40^o Tropopause adalah lapisan udara yang terdapat di antara troposfer dengan stratosfer.

2). Lapisan Stratosfer

Lapisan atmosfer diatas tropopause merupakan lapisan inversi, artinya suhu udara bertambah tinggi (panas) seiring dengan naiknya ketinggian. Disebut juga lapisan Isothermis. Kenaikan suhu ini disebabkan oleh lapisan ozonosfer yang menyerap radiasi ultra violet dari matahari. Bagian atas stratosfer dibatasi oleh permukaan diskontinuitas suhu yang disebut stratopause. Stratopause terletak pada ketinggian 60 km dengan suhu 0^o C

3). Lapisan Mesosfer

Lapisan mesosfer ditandai dengan penurunan orde suhu 0,4^o C setiap 100 meter,karena lapisan ini mempunyai keseimbangan radiasi yang negatif. Bagian atas mesosfer dibatasi oleh mesopause yaitu lapisan di dalam atmosfer yang mempunyai suhu paling rendah, kira-kira - 100^o C Ketinggian sekitar 85 km.

4). Lapisan Thermosfer

Lapisan ini terletak pada ketinggian 85 dan 300 km yang ditandai dengan kenaikan suhu dari - 100^o C sampai ratusan bahkan ribuan derajat. Bagian atas lapisan atmosfer dibatasi oleh termopause yang meluas dari ketinggian 300 km sampai pada ketinggian 1000 km. Suhu termopause adalah konstant terhadap ketinggian, tetapi berubah dengan waktu, yaitu dengan insolasi (incoming solar radiation). Suhu pada malam hari berkisar antara 300 dan 1200^o C dan pada siang hari antara 700 dan 1700^o C. Densitas termopause sangat kecil, kira-kira 10 kali densitas atmosfer permukaan tanah.

B. Udara dan Berat

Angin adalah udara yang bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya. Angin berhembus dikarenakan beberapa bagian bumi mendapat lebih banyak panas matahari dibandingkan tempat yang lain. Permukaan tanah yang panas membuat suhu udara di atasnya naik. Akibatnya udara mengembang dan menjadi lebih ringan. Karena lebih ringan dibanding udara disekitarnya, udara akan naik. Begitu udara panas tadi naik, tempatnya segera digantikan oleh udara disekitarnya, terutama udara dari atas yang lebih dingin dan berat. Proses ini terjadi terus menerus. Akibatnya kita bisa merasakan adanya pergerakan udara atau yang kita sebut angin.

C. Udara dan Cuaca

Tekanan udara termasuk salah satu unsur utama cuaca. Empat unsur utama lainnya adalah : suhu udara, kelembapan udara, angin dan curah hujan.

Cuaca adalah keadaan atmosfer disuatu tempat yang tidak luas pada saat tertentu dan biasanya tak berlangsung lama. Kita mengatakan cuaca baik jika hari cerah dan tidak berawan, dan cuaca buruk jika hari mendung dan turun hujan lebat.

Perubahan temperature dan tekanan membuat udara dipaksa untuh bergerak sangat cepat. Ini disebut angin. Pada saat mengalir dari daerah dengan kerapatan tinggi ke kerapatan rendah, angin membantu pembentukan kesetimbangan atmosfer. Angin juga membawa panas dan kelembapan sehingga akan memiliki peranan penting dalam fenomena meteorology.

Informasi tentang angin dikumpulkan dari kantor stasiun cuaca, badan meteorology membangun jaringan stasiun pengamatan yang luas di planet bumi. Siang dan malam, peralatan pengukuran mengumpulkan data dari permukaan tanah, dan lautan, sedangkan radar, balon-balon udara, dan satelit-satelit ruang angkasa meneliti atmosfer dengan cermat, mengikuti angin, awan, dan presipitasi (hujan). Data-data yang terkumpul digunakan untuk meramal cuaca.

Orang sudah menemukan banyak cara yang berbeda-beda untuk menangkap angin dan menggunakan tenaganya untuk dimanfaatkan guna kepentingan manusia seperti untuk mendorong perahu-perahu atau memandu mesin-mesin seperti kincir angin yang pada waktu pertama digunakan sekitar tahun  650 M. Alat ini digunakan untuk memutar gerinda besar yang menggiling butir-butir padi untuk membuat tepung.

           

D. Udara dan Pembakaran

            Kira-kira pada pertengahan abad ke 17 orang mulai menyadari, bahwa udara terdiri dari campuran gas. Rober Byle menempatkan sepotong arang yang sedang membara di dalam bejana. Kemudian udara dalam bejana itu di pompa keluar. Ternyata bahwa bara itu meredup, dan kalau udara terus dipompa, maka api bara ternyata padam. Tetapi kalau waktu itu meredp, udara dimasukkan lagi, ternyata bahwa bara itu menjadi pijar lagi dan terang.

E. Sifat-sifat Udara

Seperti kita ketahui, udara tidak dapat kita lihat namun dapat kita rasakan keberadaannya, dimana udara mempunyai sifat-sifat:

• Udara ada di mana-mana, tidak dapat di lihat tapi dapat di rasakan.
• Menempati ruang.
• Mempunyai massa.
• Bentuk,volume,dan berat jenisnya selalu berubah.
• Memberikan tekanan.
• Mengembang bila di panaskan dan menyusut bila di dinginkan.
• Udara menekan ke segala arah.

F. Proses Pergerakan Udara

            Tentunya Anda sudah mengetahui bahwa gerakan udara pada umumnya disebabkan oleh pemanasan terhadap udara dalam bentuk persebaran panas. Pemanasan atau persebaran panas dibagi atas pemanasan langsung dan tidak langsung. Pemanasan langsung merupakan absorpsi atau penyerapan panas oleh udara, sedangkan pemanasan tidak langsung terjadi pada lapisan udara paling bawah, panas yang berasal dari bumi (setelah diterima bumi dari matahari) lalu disebarkan secara vertikal dan horizontal.

Berdasarkan pemanasan atau persebaran panas tersebut, maka pola gerakan udara dapat dibedakan menjadi beberapa macam, yaitu konduksi, konveksi, adveksi, dan turbulensi. Apakah yang dimaksud dengan konduksi, konveksi, adveksi, dan turbulensi itu? Mari kita bahas satu persatu pola-pola tersebut.

a. Konduksi, yaitu pemanasan secara kontak atau bersinggungan. Pemanasan ini terjadi karena molekul-molekul udara yang dekat dengan permukaan bumi akan menjadi panas karena bersinggungan dengan bumi yang menerima panas langsung dari matahari. Molekul-molekul udara yang sudah panas bersinggungan dengan molekul-molekul udara yang belum panas; lalu saling memberikan panas sehingga menjadi sama-sama panas.

b. Koveksi, yaitu pemanasan atau penyebaran panas yang terjadi akibat adanya gerakan udara secara vertikal, sehingga udara di atas yang belum panas menjadi panas karena pengaruh udara di bawahnya yang sudah panas.

c. Adveksi, yaitu pemanasan atau persebaran panas yang terjadi sebagai akibat gerakan udara panas secara horizontal atau mendatar dan menyebabkan udara di sekitarnya juga menjadi panas. Perhatikan gambar bagan terjadinya peristiwa adveksi di bawah ini.

d. Turbulensi, yaitu persebaran udara panas secara tak teratur, berputar-putar. Hal ini akan menyebabkan udara yang sudah panas bercampur dengan udara yang belum panas, sehingga udara yang belum panas akan ikut menjadi panas. Untuk lebih jelasnya, silakan Anda perhatikan gambar.

G. Experimen

            Untuk meyakinkan maka kami membuat beberapa experiment antara lain:

1.Berat sebelah

            Sediakan sebuah kayu berukuran 30 cm, dua buah balon berukuran sama, dan plester. Tandai bagian tengah dari tongkat yang berukuran 30 cm dengan menggunakan pensil. Masukkan balon yang belum ditiup ke masing-masing ujung kayu itu dengan dilekatkan menggunakan plester.

Jika belum puas, sekarang tiuplah salah satu balon tadi hingga menggelembung cukup besar lalu tempelkan kembali balon ini ke ujung tongkat seperti semula. Pastikan letak keseimbangan bagian tengah tongkat tetap seperti pada percobaan awal, dan lakukan percobaan seperti sebelumnya dan lihat yang terjadi.

2. Naik turun

            Sediakan sebuah botol bekas, pipa kecil, lilin, korek dan cairan berwarna. Mula-mula lubangi tutup botol sekiranya pas dengan diameter pipa lalu masukan pipa ke dalam lubang pada tutup botol tadi, setelah itu masukan air ke dalam botol sampai sekiranya dapat menjangkau pipa dan tutup rapat-rapat botol tersebut. Setelah itu panasi sekitar botol dengan lilin dan lihat apa yang terjadi.

BAB III

PENUTUPAN

A. Kesimpulan

1.    Udara adalah kumpulan/campuran  gas, yang terbanyak adalah nitrogen dan oksigen. Oksigen sangat penting untuk mendukung kehidupan makhluk hidup dan memungkinkan terjadinya pembakaran bahan bakar.

2.    Angin adalah udara yang bergerak, dan udara yang bergerak memiliki tekanan yang lebih rendah daripada udara diam, dan angina juga mempunyai berat.

3.    Empat unsur utama cuaca adalah : suhu udara, kelembapan udara, angin dan curah hujan. Dan Jika tekanan udara naik maka cuacanya baik, jika tekanan udara turun maka cuacanya tidak baik.

4.    Proses pembakaran dapat berlangsung karena dalam udara terdapat gas oksigen dan pada proses pembakaran tersebut dihasilkan gas karbondioksida yang memiliki sifat kebalikan dengan oksigen yaitu memadamkan pembakaran.

5. Udara mempunyai beberapa sifat, yaitu:

a.    Udara ada di mana-mana, tidak dapat di lihat tapi dapat di rasakan.

b.    Menempati ruang.

c.    Mempunyai massa.

d.    Bentuk,volume,dan berat jenisnya selalu berubah.

e.    Memberikan tekanan.

f.     Mengembang bila di panaskan dan menyusut bila di dinginkan.

g.    Udara menekan ke segala arah.

6.    Pola gerakan udara dapat dibedakan menjadi beberapa macam, yaitu konduksi, konveksi, adveksi, dan turbulensi.

DAFTAR PUSTAKA

Kate Scarborough & Phillippa Moyle, 2007, Sains & Percobaan Ilmiah untuk Anak

Cerdas, Yogyakarta: Gala Ilmu Semesta.

Chris Oxlade, 2007, Buku Pintar Penemuan, Yogyakarta: Platinum.

Stephane Batigne., Et all., 2006, Understanding the Weather and

The Environment, Canada: QA International.

Marthen Kanginan, 2002,  IPA Fisika untuk SMP Kelas VIII, Jakarta :

Erlangga.

Walfole, David A. Et. All, 1994,  Discovery Science: Eksplorations for the Early

Years. Menlo Park, California. Addison-Wesley Pub. Co.

Douglas C. Giancoli, 2001, Fisika, Jakarta: Erlangga.

Haryanto, 2004, Sains SD Kelas IV, Jakarta: Erlangga.

Hendro Darmojo, 1993, Pendidikan IPA I, Jakarta: Departemen Pendidikan dan

Kebudayaan Dirjen Pendidikan Tinggi.

Hidayat,Samsul. 2007. Rangkuman Pengetahuan Alam Lengkap (RPAL).

Surabaya: Apollo.

Press, Hans Jurgen. 2010, 204 Sulap SAINS, Jokjakarta: Bangkit.

’’Pola Gerakan Udara“. Dalam : http://irvitasari.edumoot.com/mod/page/view.php

?id=91. Di akses pada tanggal 18 April 2011.

Bacaan yang Mungkin Terkait: