Pernahkan anda terfikir kenapa kawasan yang tinggi, lebih sejuk berbanding kawasan yang lebih rendah? Contoh yang mudah adalah seperti puncak gunung, atau kawasan tarikan perlancongan seperti Genting Highland ataupun Cameron Highland. Suhu di kawasan-kawasan tersebut adalah berbelas dan kadangkala berpuluh darjah celcius lebih rendah berbanding suhu di kawasan lain, sedangkan semakin tinggi altitud semakin hampir kita dengan matahari bukan?
Ya memang betul, semakin hampir sesuatu objek dengan matahari, semakin panas objek itu. Tetapi perlu kita ingat bahawa jarak bumi dengan matahari adalah sangat besar berbanding ketinggian dari aras laut ke puncak gunung,jadi jarak dengan matahari tidak memainkan peranan dalam kes ini. Ini adalah salah satu misconception yang sering berlaku. Apa yang memainkan peranan sebenarnya adalah tekanan. Semakin tinggi altitud, semakin rendah tekanan, dan inilah punca mengapa kawasan yang lebih tinggi adalah lebih sejuk berbanding kawasan di aras laut. Bagi mereka yang pernah belajar subjek fizik, hubungan ini boleh dilihat di dalam formula di bawah, suhu berkadar terus dengan tekanan.
Baiklah sekian sahaja artikel untuk kali ni, eh tak gurau, gurau.
Tekanan dan Suhu.
Untuk kefahaman yang lebih lanjut, mari kita lihat pula mengapa tekanan yang rendah menyebabkan penurunan suhu. Seperti yang telah dinyatakan tadi, apabila ketinggian bertambah, maka tekanan akan berkurang, baik faham dah, tapi kenapa tekanan jadi rendah ya bila makin tinggi? Apa yang menyebabkan tekanan rendah dan tinggi ni adalah zarah-zarah udara itu sendiri. Untuk hal ini kita perlu lihat pada satu hukum yang dipanggil Hukum Boyle (Boyle’s Law). Boleh lihat formula hukum tersebut di bawah.
P, iaitu tekanan (pressure) berkadar sonsang dengan V, iaitu isipadu (volume), bermakna, semakin kecil isipadu, semakin tinggi tekanan, kita lihat gambarannya pula di bawah.
Katakanlah kita ada bilangan zarah yang tetap di dalam sebuah bekas, jika bekas tu luas maka banyaklah ruang untuk zarah tu bergerak maka kuranglah zarah-zarah tersebut menghentam dinding bekas (rujuk bekas belah kiri) . Jika kita kurangkan isipadu atau kita kecilkan ruang untuk zarah-zarah tu bergerak, maka makin keraplah ianya menghentam dinding dan sesama sendiri (rujuk bekas belah kanan). Hentaman ini lah yang dikatakan sebagai tekanan. Semakin kerap zarah menghentam dinding atau sesama sendiri, maka semakin tinggi tekanan. Perlu kita ingat bahawa zarah sentiasa bergerak.
Konsep Orang & Bilik.
Kita lihat analogi ini di dalam bentuk manusia pula. Katakanlah kita ada sebuah bilik yang luas dan terdapat 50 orang di dalam bilik tersebut, maka kesemua 50 orang tersebut boleh bergerak dengan bebas kerana ruang yang sangat luas tanpa perlu melanggar dinding atau sesama sendiri. Sekarang kita kecilkan bilik tersebut, sudah tentu pergerakan 50 orang tadi terbatas bukan? Sekarang kita masukkan ciri-ciri zarah kedalam situasi ini, iaitu sentiasa bergerak. Maka walau sesempit mana pun ruang, 50 orang tadi tu tetap nak bergerak juga. Jadi dah tentulah mereka akan kerap melanggar dinding atau sesama sendiri. Tambahan pula kalau di tempat yang sesak atau sempit, kita akan rasa rimas dan tertekan bukan? Hah itu lah tekanan! Analogi ini sama juga seperti kita tambah 100 lagi orang di dalam ruang yang luas itu tadi. Semakin bertambah orang semakin sesak juga.
Jadi secara mudah kita boleh katakan bahawa tekanan adalah kekerapan hentaman zarah dan melibatkan isipadu serta bilangan zarah. Kita dah tahu hubungan di antara tekanan dan suhu, serta tekanan dan isipadu. Sekarang mari kita lihat hubungan kedua-duanya. Jika anda pernah baca artikel mengenai bayu laut dan darat (https://www.fiziklah.com/2017/05/laut-dan-darat), anda mungkin akan fahami konsep ini dengan mudah. Tapi tak apa, admin akan terangkan juga.
Secara semulajadi matahari akan memanaskan permukanaan bumi dan juga akan memanaskan zarah-zarah yang terdapat berhampiran pada permukaan bumi (pada keadaan biasa, zarah-zarah udara akan cenderung untuk berada di permukaan). Haba yang diterima adalah tenaga bagi zarah-zarah tersebut. Apabila zarah ini mendapat tenaga, ia akan naik ke atas (udara panas naik ke atas, begitu juga air). Semasa dalam perjalanan naik ke atas (ruangan atmosfera bumi) zarah tersebut akan kehilangan tenaga. Macam manusia juga lah, lepas makan kalau kita jalan jauh kita akan rasa lapar balik sebab tenaga dah hilang. Di dalam fizik, suhu zarah juga adalah purata tenaga zarah tersebut, jadi jika tenaganya berkurangan maka suhunya juga akan berkurangan.
Selain daripada itu, zarah-zarah yang dah kehilangan tenaga tadi akan turun semula ke permukaan bumi berkumpul bersama zarah-zarah yang belum mendapat tenaga / tak cukup tenaga, ini bermakna lebih banyak zarah di permukaan bumi berbanding di ruangan udara. Kita rujuk konsep orang dan bilik tadi, semakin kurang orang semakin kurang perlanggaran maka semakin kurang tekanan. Jadi apabila tekanan berkurang, kita rujuk formula pertama, suhu pun makin berkurang! Bukan sahaja suhu sudah rendah akibat kehilangan tenaga dari zarah-zarah itu tadi, tetapi ditambah pula oleh tekanan yang rendah. Maka ini lah puncanya mengapa kawasan yang lagi tinggi adalah lagi sejuk. Di samping itu, tarikan graviti juga menyebabkan zarah-zarah berkumpul dipermukaan bumi.
Fact Check: Eksperimen Di Rumah.
Untuk penambahan, di dalam kata lain pergerakan gas / udara dari kawasan bertekanan tinggi ke rendah juga dikatakan sebagai pengembangan gas. Proses ini akan menyebabkan penurunan suhu yang nyata. Kalau anda nak buat eksperimen sendiri, cuba ambil penyembur aerosol dan semburkan ke tapak tangan anda. Sudah pasti anda akan merasa sejuk bukan? Ini adalah bukti pengembangan gas menyebabkan penurunan suhu. Udara mampat / bertekanan tinggi (di dalam bekas aerosol) bergerak ke kawasan luar dari bekas tersebut yang mana bertekanan jauh lebih rendah dari dalam bekas. Selain daripada itu, anda juga dapat merasakan bekas aerosol itu juga menjadi sejuk. Ini juga adalah akibat daripada pengembangan gas di dalam bekas aerosol itu sendiri kerana sebahagian gas sudah keluar.
Eksperimen yang kedua pula adalah, masukkan sedikit minyak tanah (kerosene) ke dalam bekas air 5 liter dan goncangkan bekas tersebut. Apa yang akan terjadi adalah minyak tanah itu tadi akan meruap (berubah kedaan dari cecair ke gas) dan gas tersebut akan mengembang. Anda akan dapat rasa bekas air tersebut menjadi semakin sejuk. Tetapi hati-hati jika anda ingin lakukan eksperimen ini kerana anda akan bermain dengan bahan mudah terbakar.
Jika anda ingin melihat bukti tekanan di kawasan tinggi adalah lebih rendah, apa yang anda perlukan adalah satu kampit makanan yang belum dibuka. Beli lah satu Mr. Potato ke, Bika ke, biasanya makan ringan dan bawa ke kawasan yang lebih tinggi, lihat perbezaan pada kampit makanan tersebut. Anda juga boleh lihat eksperimen ini dibuat di YouTube.
Jadi setakat ini sahajalah yang admin ingin kongsikan bersama anda semua, harapnya anda semua dah faham kenapa kawasan yang lebih tinggi lebih sejuk. Sebelum mengakhiri artikel ini, admin nak kongsikan gambar bacaan suhu udara pada ketinggian 12 kilometer, iaitu -62 darjah celcius.
Kalau suhu 12 kilometer dari paras laut pun dah macam tu sejuknya, macam mana pula ya kalau lagi tinggi? Haa untuk artikel seterusnya admin akan kongsikan mengenai keadaan pada altitud yang lebih tinggi lagi. Nantikan! Sekian sahaja untuk kali ini.
Apa lagi?
Fiziklah!
P/S: Perbezaan tekanan ini juga yang membolehkan belon udara naik ke kawasan yang sangat tinggi.
Sebarang Q&A untuk artikel ini boleh diajukan kepada akaun twitter kami @Fiziklah
