Salah satu kegiatan yang telah dilakukan oleh manusia sejak lama adalah mencuci pakaian. Sebelum penemuan mesin cuci, orang mencuci pakaian dengan tangan dan mengeringkannya di bawah matahari. Sebelum pengeringan, pakaian basah diperas untuk mengurangi kadar air sehingga pengeringan dapat selesai dengan cepat. Peras dilakukan dengan memutar dua ujung pakaian dengan tangan sekuat mungkin, umumnya melakukan beberapa putaran penuh, sampai air berhenti jatuh.
Bagi mahasiswa, mencuci merupakan kegiatan yang selalu dilakukan di akhir pekan. Bagi mereka yang tidak difasilitasi dengan mesin cuci, sudah menjadi hal biasa memeras pakaian dengan tangan.
Mencuci merupakan hal yang biasa bagi masyarakat pada umumnya. Namun, bagi seorang ilmuwan fisika, banyak fenomena menarik yang dapat dipelajari dari kegiatan ini. Jika kita perhatikan dengan teliti, awalnya, tidak ada air yang dibuang hingga sudut rotasi tertentu. Air kemudian dibuang melalui rentang sudut rotasi tertentu, dan kemudian, tidak ada lagi air yang dibuang. Karena itu, ada dua sudut kritis dalam proses ini.
Pertanyaan selanjutnya adalah mekanisme apa yang mengontrol pembuangan air?
Kita mulai dengan dua asumsi. Pertama, sebelum kain basah diperas, volume total sistem kain terdiri dari volume bahan kain, volume air, dan volume ruang kosong antara lipatan kain yang tidak mengandung air.
Kedua, rotasi awal kain basah hanya menghilangkan ruang kosong. Tidak ada air yang dikeluarkan selama langkah ini. Ruang kosong menghilang setelah rotasi θc1. Rotasi pada sudut yang melebihi θc1 menyebabkan air dikeluarkan dari kain. Dalam kondisi ini, volume sistem sama dengan jumlah volume kain dan air secara matematis dituliskan dalam persamaan 1.
di mana Vo adalah volume total sistem, Vt adalah volume bahan kain, dan Vw adalah volume air.
Mekanisme seperti yang dijelaskan dalam asumsi di atas diilustrasikan pada Gambar 1.
Gambar 1. Mekanisme aliran air dari kain. Rotasi dari sudut θ = 0 ke θ = θc1 tidak mengeluarkan air tetapi hanya menghilangkan ruang kosong antara lipatan kain. Air dibuang sebagai rotasi perubahan sudut dari θ = θc1 ke θ = θm. Rotasi pada sudut lebih besar dari θm sudah tidak ada air yang dapat dikeluarkan dari kain.Misalkan panjang serat adalah s. Panjang ini lebih besar dari jarak antara kedua ujung sistem rotasi, h. Ketika kain diputar oleh θ, serat kain akan membentuk pola spiral dengan jari-jari r.
Gambar 2. (a) kain membentuk spiral saat diperas Saat memutar sistem, serat kain akan membentuk pola spiral di sekitar sumbu rotasi, seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 2. Lihatlah lapisan terluar kain pada gambar 2.
Gambar 3. (b) Koordinat silinder pada serat kain yang sedang diperasMisalkan kurva spiral homogen. Semakin besar sudut rotasi, semakin kecil jari-jari spiral. Setelah rotasi oleh θ, misalkan jari-jari spiral serat terluar adalah r(θ). Panjang elemen spiral, ds, memenuhi
Berdasarkan gambar 3 z=(h/θ)φ, karena itu
Ketika sudut φ berubah dari 0 ke θ, kita dapatkan
Yang memberikan
dengan operasi matermatika, hasil akhir dari persamaan ini adalah (anda dapat melihat pemodelannya secara lengkap disini)
Persamaan (11) yang merupakan model fisika untuk fenomena memeras pakaian basah dengan tangan selanjutnya akan dibandingkan dengan data eksperimen. Persamaan di atas menjelaskan perubahan volume air dan perubahan volume total hanya dipengaruhi oleh sudut putar, kita mengasumsikan bahwa selama rotasi kain selalu membentuk silinder yang sempurna. Hal ini telah dikonfirmasi dengan mengukur diameter pada tujuh posisi sepanjang handuk dengan sudut putar 00, 300 dan 450 seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4
Gambar 4. (a) Ditemukan bahwa diameter di tujuh posisi dari kiri ke kanan yang diberi simbol angka 1 sampai 7 ternyata hampir sama pada setiap sudut rotasi, ditunjukkan oleh grafik (b), (c) dan (d) berupa data pengukuran diameter handuk kering yang diputar berturut-turut pada sudut 0 °, 30 °, dan 45 °.Ditemukan bahwa diameter pada tujuh posisi hampir sama di setiap sudut rotasi. Dan juga didapatkan data serupa untuk handuk basah, kain kering, dan batik basah. Demikian asumsi itu kain selalu membentuk silinder yang sempurna dapat diterima.
Terakhir, kembali ke persamaan (11), persamaaan ini telah dikonfirmasi melalui eksperimen terhadap handuk dan kain batik yang diperas dengan sudut 0°, 30° dan 45°. Hasilnya dapat dilihan pada gambar di bawah.
Gambar 5. Menunjukkan perbandingan perubahan volume air dan volume total sebagai fungsi dari sudut rotasi pada handuk dan kain batik, untuk masing-masing tiga sudut rotasiData yang ditunjukkan dengan simbol adalah data hasil eksperimen, sedangkan data yang ditunjkkan dengan garis merupakan data hasil perhitungan menggunakan persamaan (11). Berdasarkan data hasil eksperimen dan perhitungan dengan teori yang ditunjukkan pada gambar 5, maka dapat disimpulkan bahwa teori dapat memprediksi dengan baik pada rentang kecil dan besar. Sehingga permodelan fisika memeras pakaian basah dengan tangan sebelum dikeringkan di udara terbuka ini dapat diterima.
Ada banyak fenomena alam dan kegiatan sehari-hari di sekitar kita yang dapat menjadi topik menarik untuk penelitian fisika. Bagi kebanyakan orang, fenomena atau aktivitas seperti itu hanyalah hal biasa. Namun, bagi fisikawan, fenomena seperti itu mungkin mengandung sejumlah aturan indah untuk dijelaskan, salah satu contohnya adalah dalam memeras pakaian.
sumber pustaka
"semoga artikel ini bermanfaat dan menambah wawasan kita semua. sampai jumpa di artikel-artikel berikutnya, jangan lupa share"