Benda padat merupakan salah satu dari tiga jenis benda yang memiliki partikel penyusun yang sangat rapat serta teratur. Karakter benda ini solid dan tetap karena gaya tarik diantara para partikel benda tersebut sangat kuat. Karena sifatnya yang solid dan tetap, kelompok benda ini bahkan dimanfaatkan sebagai tempat untuk menampung jenis benda lain yakni benda cair dan benda gas.

Berbeda dengan benda cair, benda ini tidak bergantung pada wadah dan tidak mengalami perubahan ketika dipindahkan. Sebenarnya tidak semua kelompok materi padat memiliki sifat kaku, keras, dan berat namun ada juga yang memiliki sifat ringan, lentur dan lunak seperti karet dan kapas.

Cara pembentukan dan sifat yang dimiliki benda padat

Terdapat 2 jenis materi padat dilihat dari perbedaan susunan partikelnya, pertama adalah Kristal yakni yang partikelnya tersusun dengan rapi serta teratur. Contohnya adalah es, intan, sebagian logam, dsb. Kedua adalah Amorf, yakni yang partikelnya tersusun secara abstrak atau acak. Biasanya Amorf memiliki tekstur dan tampilan yang elastis atau kenyal dan mengkilap. Contoh benda ini adalah lilin, kaca, plastic, karet, dsb.

Kelompok benda dapat dibedakan hanya dengan melihatnya secara kasat mata, namun demikian masing-masing jenis benda tersebut memiliki sifat yang berbeda-beda. Diantara sifat benda padat tersebut adalah:

Baca juga : Benda Cair

• Memiliki gaya tarik menarik yang sangat kuat diantara molekulnya
• Molekul atau partikel penyusunnya tidak dapat bergerak dengan bebas dan tidak mudah dipisahkan, teratur dan juga rapat atau saling berdekatan
• Memiliki volume dan massa tetap, namun dapat dirubah dengan cara tertentu seperti dipotong. Perubahan massa dan volume juga akan berpengaruh terhadap perubahan bentuk
• Bentuknya tetap dan tidak berubah mengikuti wadahnya
• Pola pergerakan partikel individunya hanya bergetar dan berputar ditempatnya

Perubahan wujud benda padat

Perubahan wujud benda adalah peristiwa berubahnya bentuk suatu benda menjadi bentuk lain yang berbeda dengan bentuk asalnya. Proses perubahan ini disebabkan oleh penyerapan dan pelepasan kalor atau panas yang diakibatkan oleh pemanasan, pendinginan dan pengembunan. Seperti halnya benda cair yang dapat berubah bentuk melalui proses pembekuan dan penguapan, benda padat juga dapat mengalami perubahan wujud menjadi bentuk lain diantaranya:

• Mencair

Adalah peristiwa perubahan wujud padat menjadi benda cair, agar materi padat tersebut dapat berubah menjadi cair dibutuhkan energy panas yang memiliki suhu tinggi. Sebagai contoh adalah cokelat dan lilin yang memiliki wujud panas jika dipanaskan menggunakan suhu tinggi maka akan meleleh menjadi bentuk cair.

Baca juga : Besaran Turunan

• Menyublim

Adalah peristiwa perubahan wujud padat menjadi wujud gas, proses menyublim ini terjadi ketika benda yang memiliki wujud padat menerima kalor atau mengalami pemanasan. Sebagai contoh adalah kapur barus yang memiliki wujud padat dan dibiarkan lama kelamaan akan menyublim dan habis.

Pemuaian pada benda padat

Pemuaian merupakan peristiwa berubahnya dimensi atau ukuran dari suatu benda yang diakibatkan oleh perubahan suhu. Hal ini dapat terjadi ketika suhu mengalami kenaikan, karena ketika suhu bertambah maka kecepatan getar akan mengalami peningkatan sehingga kebutuhan ruang diantara partikelnya juga akan bertambah. Pada benda padat pemuaian dikelompokkan menjadi 3 yaitu:

1. Pemuaian panjang, peningkatan suhu tersebut membuat benda menjadi lebih panjang. Biasanya terjadi pada benda yang panjang namun tipis.
2. Pemuaian luas, peningkatan suhu membuat benda menjadi lebih luas dan biasanya terjadi pada benda luas yang tipis contohnya adalah plat logam.
3. Pemuaian volume, peningkatan suhu menyebabkan peningkatan volume benda dan biasanya terjadi pada logam.

Benda cair merupakan salah satu dari 3 kelompok materi selain padat dan gas yang dibedakan berdasarkan sifat, bentuk serta partikel penyusunnya. Kelompok benda ini banyak ditemukan disekitar kita, 70 persen dari bumi yang kita tempati merupakan air, bahkan 2/3 bagian dari tubuh manusia terdiri dari jenis materi ini. Merupakan benda yang memiliki wujud cairan dan memiliki sifat yang tidak tetap karena molekulnya dapat bergerak dengan bebas serta berubah sesuai bentuk wadahnya.

Sebagai contoh adalah air, jika ditempatkan kedalam botol maka air tersebut akan berbentuk seperti botol namun jika dipindahkan kedalam mangkuk maka air tersebut akan berubah sesuai dengan wadahnya yakni seperti mangkuk. Meski demikian, volume dari air yang dipindahkan ke wadah lain tersebut tetap sama dan tidak ikut berubah.

Sifat-sifat yang dimiliki benda cair

Meski dengan kasat mata kita dapat membedakan kelompok benda termasuk benda cair ataukah benda padat, namun ada beberapa sifat yang melekat pada benda tersebut yang dapat membedakan jenis bendanya yaitu:

• Bentuk permukaan pada benda cair yang tenang akan selalu datar, sekalipun posisi wadahnya dimiringkan. Sifat inilah yang kemudian dimanfaatkan untuk membuat waterpass dan dimanfaatkan untuk memeriksa kemiringan bidang atau tanah
• Benda cair memiliki massa dan cenderung menekan kesegala arah, hal ini terlihat pada pipa yang bocor dan terus meneteskan air
• Mengalir dari tempat yang memiliki tekanan lebih tinggi menuju ke tempat yang memiliki tekanan lebih rendah. Sifat ini yang dimanfaatkan dalam upaya mengalirkan air ke kamar mandi dan tempat-tempat penampungan air
• Memiliki sifat kapilaritas, yakni mampu meresap bahkan melalui sela-sela kecil sekalipun. Sifat ini juga banyak berguna bagi kehidupan manusia contohnya adalah pada pembuatan lampu minyak, sumbu kompor, atau pewarnaan kain
• Jarak antarpartikelnya lebih renggang dan partikelnya dapat bergerak bebas terbatas dengan bentuk yang tidak tetap sesuai dengan wadahnya.

Baca juga : Teori Atom

Beberapa contoh wujud materi ini, yang bisa ditemukan disekeliling kita adalah air, susu cair, bensin, minyak goreng, santan, dan masih banyak lagi.

Perubahan wujud benda cair

Selain berwujud cairan, materi ini juga dapat berubah menjadi wujud lain. Perubahan wujud benda merupakan perubahan wujud suatu benda menjadi wujud yang berbeda disebabkan oleh peristiwa pelepasan dan penyerapan kalor. Peristiwa tersebut terjadi karena adanya pemanasan, pendinginan dan pengembunan.

Terdapat 2 perubahan wujud dari cair menjadi bentuk lain yaitu:

• Membeku

Adalah peristiwa perubahan wujud benda cair menjadi benda padat dimana zat melepaskan energy panas. Proses pendinginan yang terjadi secara cepat membawa dampak pada temperature kriogenik.

Baca juga : Besaran Turunan

Kriogenik adalah ilmu yang mempelajari benda atau materi dengan temperature yang sangat rendah dibawah minus 150 derajat celcius atau 123 Kelvin. Peristiwa ini akan menyebabkan benda membeku dibawah titik bekunya.

Sebagai contoh adalah air yang diletakkan dan didinginkan dalam lemari es akan membeku dan berubah bentuk menjadi es batu.

• Menguap

Adalah peristiwa perubahan wujud benda cair menjadi benda gas dimana zat memerlukan atau menyerap energy panas. Peristiwa ini juga biasa disebut dengan evaporasi, yang mana molekul dalam keadaan cair secara spontan berubah menjadi gas. Prosesnya terjadi pada permukaan materi yang berwujud cair yang dapat terjadi pada suhu dibawah titik didih.

Sebagai contoh adalah air yang direbus dalam waktu lama akan mengalami penguapan kemudian habis, atau bensin yang dibiarkan terbuka dalam waktu lama akan berubah menjadi gas.

Teori atom diungkapkan pertama kali pada awal abad ke-4 sebelum Masehi oleh seseorang yang berasal dari Yunani bernama Democritus. Menurutnya suatu benda dapat dibagi menjadi bagian yang sangat kecil hingga tidak dapat terbagi lagi, yang mana bagian yang tidak dapat terbagi lagi tersebut disebut dengan atom.

Atom tidak memiliki struktur internal, bersifat padat, dan memiliki ruang kosong antar atom yang berguna sebagai ruang pergerakannya. Selain itu atom dibedakan kedalam bentuk, massa dan ukuran guna menjelaskan perbedaan sifat dari material-material yang berbeda. Sayangnya meski mampu menjelaskan bahwa semua benda terdiri dari atom, konsep yang dikembangkan Democritus tidak memiliki bukti eksperimental.

Perkembangan teori-teori atom 

Karena ketidakmampuan model Democritus dalam memberikan bukti eksperimental, pada tahun 1800an berkembanglah teori-teori baru terkait atom yang didasarkan pada hasil eksperimen diantaranya:

• Teori Atom John Dalton (1803)

Teori Dalton didasarkan pada dua hukum yakni hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum Prouts). Hukum Lavoisier mengatakan massa total zat-zat sebelum reaksi dan hasil reaksi akan selalu sama, sementara hukum Prouts mengatakan perbandingan massa unsur-unsur dalam senyawa selalu tetap. Dari penggabungan dua hukum tersebut diperoleh kesimpulan bahwa:

Baca juga : Besaran Turunan

• Setiap partikel terdiri dari atom
• Atom dari unsur yang sama selalu identik, namun atom unsur lain berbeda dengan unsur lainnya
• Atom tidak dapat dibagi, diciptakan dan dimusnahkan dengan reaksi kimia
• Senyawa berasal dari gabungan atom dari unsur berbeda dengan perbandingan yang spesifik

• Teori Atom J.J Thomson (1897)

Teori atom ini lahir dari hasil eksperimen sinar katoda, yang dapat dibelokkan medan magnet atau medan listrik menuju kutub bermuatan positif. Hal ini membuktikan sinar katoda memiliki muatan negative, sehingga Thomson mengambil kesimpulan bahwa atom terdiri dari electron-elektron yang memiliki muatan negatif.

• Teori Atom Rutherford (1911)

Teori Rutherford diperoleh dari hasil eksperimen hamburan sinar alfa dengan menembakkan partikel α yang memiliki muatan positif kearah lempengan emas tipis, dimana sebagian besar partikelnya mampu menembus lempengan emas dan sebagai lagi mengalami pembelokan atau terpantulkan. Dari eksperimen ini disimpulkan bahwa atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dengan muatan positif di bagian tengah dan dikelilingi oleh electron yang memiliki muatan negative.

• Teori Atom Bohr (1913)

Teori yang dikemukakan Bohr memperbaiki teori dari Rutherford, dan merupakan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck. Bohr menyatakan bahwa electron mengelilingi inti atom pada orbit yang disebut kulit electron atau tingkat energy.

Baca juga : Cara Membuat Magnet

Tinggi rendahnya orbit bergantung pada tingkat energy dari electron, yang mana electron dengan orbit rendah berarti memiliki energy yang lebih kecil sementara electron dengan orbit tinggi memiliki energy yang lebih besar. Electron dengan orbit paling rendah terletak pada bagian paling dalam dan electron dengan orbit paling tinggi terletak pada bagian paling luar.

• Teori Atom Modern (akhir abad ke-19 sampai awal abad ke-20)

Banyak ahli yang telah mengembangkan teori atom modern diantaranya adalah seorang ahli dari Jerman bernama Werner Heisenberg dan Erwin Schrindinger. Teori Modern atau teori Mekanika Kuantum menyatakan atom terdiri dari inti atom dan awan electron yang menunjukkan tempat kebolehjadian electron.

Tingkat energy pada electron digambarkan oleh orbital dimana orbital yang memiliki tingkat energy sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Kemudian beberapa sub kulit tersebut akan bergabung membentuk kulit. Teori ini memungkinkan adanya model atom yang lebih lengkap dan rumit dan masih misterius hingga sekarang.

Besaran turunan merupakan besaran dalam fisika yang memiliki satuan turunan dari hasil kombinasi dua atau lebih besaran pokok. Besaran ini memiliki jumlah yang sangat banyak, mencakup hampir keseluruhan besaran dalam ilmu fisika kecuali 7 besaran pokok, yakni besaran yang satuannya diperoleh dari pengukuran langsung menggunakan alat ukur meliputi panjang, massa, waktu, suhu, kuat arus listrik, intensitas cahaya dan jumlah zat.

Besaran sendiri adalah segala sesuatu di alam semesta yang dapat diukur serta dapat dinyatakan dalam angka, sementara satuan merupakan pembanding yang digunakan dalam pengukuran. Penciptaan besaran dilakukan dalam rangka memudahkan manusia dalam melakukan perbandingan ukuran. Satuan yang digunakan menggunakan sistem internasional karena lebih mudah untuk digunakan yang mana penyusunannya dibuat berdasarkan kelipatan bilangan 10.

Baca juga : Cara Membuat Magnet

Satuan, dimensi dan contoh besaran turunan

Jumlah satuan yang tergabung dalam besaran ini ditentukan berdasarkan jumlah besaran pokok yang membentuknya dan ditentukan dari bagaimana cara besaran-besaran pokok tersebut melakukan penggabungan, melalui perkalian ataukah pembagian. Sedangkan dimensinya dapat diperoleh dengan cara melakukan penjabaran terhadap dimensi pokok, yakni melalui pengukuran langsung menggunakan alat ukur maupun pengukukuran tidak langsung dengan rumus atau satuan besaran turunan. Syarat wajib agar dapat mengetahui dimensi dari besaran turunan adalah dengan menghapal dan menguasai dimensi dari 7 besaran pokok.

Meski memiliki jumlah yang sangat banyak, terdapat beberapa besaran turunan yang penting untuk diketahui diantaranya:

1. Luas, diturunkan dari besaran pokok panjang dengan lambang A dan satuan meter persegi
2. Volume, diturunkan dari besaran pokok panjang dengan lambang V dan satuan meter kubik
3. Massa jenis, diturunkan dari besaran pokok massa dan panjang dengan lambang ρ serta satuan kilogram per meter kubik
4. Kecepatan, diturunkan dari besaran pokok panjang dan waktu dengan lambang v serta satuan meter per detik
5. Percepatan, diturunkan dari besaran pokok panjang dan waktu dengan lambang a serta satuan meter per detik kuadrat
6. Gaya, diturunkan dari besaran pokok massa, panjang dan waktu dengan lambang F serta satuan newton (N)
7. Usaha, diturunkan dari besaran pokok massa, panjang dan waktu dengan lambang W serta satuan Joule (J)
8. Daya, diturunkan dari besaran pokok massa, panjang dan waktu dengan lambang P serta satuan Watt (W)
9. Tekanan, diturunkan dari besaran pokok massa, panjang dan waktu dengan lambang P serta satuan Pascal (Pa)
10. Momentum, diturunkan dari besaran pokok massa, panjang dan waktu dengan lambang P serta satuan Newton per meter persegi.

Baca juga : Rangkaian Seri

Pentingnya pengukuran besaran

Pengukuran merupakan suatu kegiatan membandingkan besaran satu dan besaran lainnya sehingga mendapatkan data secara pasti. Proses pengukuran dalam fisika sangatlah penting, hal ini diperlukan sebagai dasar validitas data. Dalam ilmu fisika hasil pengukuran dan teori juga harus selaras, karena jika tidak maka teori tersebut akan ditolak.

Pada mulanya dalam proses pengukuran digunakan satuan jengkal, tumbak atau mayam, namun hasil dari pengukuran ini tidak sama pada setiap orang dan kurang tepat. Lantas pada perkembangannya proses pengukuran sederhana menggunakan alat ukur seperti mistar atau jangka sorong guna mengukur besaran pokok panjang, dan timbangan untuk mengukur besaran pokok massa. Dengan adanya konsep besaran pokok dan besaran turunan yang telah ditetapkan oleh para fisikawan menggunakan satuan internasional maka semakin mempermudah dalam mencocokkan hasil pengukuran karena hasil setiap orang akan selalu sama serta akurat.