KAPAL UAP OTOK-OTOK

 A. Tujuan

Mengetahui prinsip termodinamika yang ada pada kapal uap otok-otok sederhana

B. Alat dan Bahan 

1. Kaleng minuman seperti lasegar

2. Lilin

3. Sedotan

4. Spidol

5. Penggaris

6. Lakban

7. Gunting

8. Lem besi/lem cina

9. Lem tembak

C. Teori Dasar

Istilah "termodinamika" berasal dari gabungan kata dalam bahasa Yunani, yaitu therme (kalor) dan dynamis (gaya). Meskipun berbagai aspek yang sekarang kita kenal sebagai termodinamika telah menarik perhatian sejak zaman dahulu, kajian formal termodinamika dimulai pada awal abad ke-19, fokus pada pemahaman pergerakan daya dari kalor atau panas, yaitu kemampuan benda panas untuk melakukan kerja. Saat ini, cakupan termodinamika telah berkembang, melibatkan konsep energi dan hubungan antara sifat-sifat materi.

Termodinamika merupakan cabang dari sains dan teknik fisika. Para ilmuwan umumnya berupaya memahami perilaku dasar sifat fisika dan kimia dari berbagai materi dalam keadaan diam, dan mereka menggunakan prinsip termodinamika untuk mengaitkan sifat-sifat materi tersebut (Moran & J, 2004).

Termodinamika digunakan untuk mengestimasi efisiensi bahan bakar dalam mesin, serta untuk merancang mesin yang lebih efisien. Salah satu aspek penting dalam termodinamika melibatkan penggunaan data empiris, seperti tabel uap, dan persamaan aljabar untuk diterapkan dalam perancangan mesin. Secara umum, termodinamika dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu termodinamika klasik dan termodinamika statistik.

Termodinamika klasik, yang dimulai pada awal abad ke-19, mempelajari keadaan termodinamika dan sifat-sifatnya, seperti energi, kerja, dan kalor. Dengan menggunakan hukum termodinamika, semua efek gerakan atom diabaikan. Robert Boyle, pada tahun 1662, menjadi perintis termodinamika klasik dengan menyatakan bahwa tekanan (P) dan volume (V) sejumlah gas berbanding terbalik pada suhu tetap, yang dirumuskan dalam persamaan pv = k. Seiring waktu, termodinamika berkembang dengan konstruksi mesin uap oleh Thomas Savery pada tahun 1697 dan Thomas Newcomen pada tahun 1712. Hukum pertama dan kedua termodinamika muncul bersamaan pada 1850-an, dipelopori oleh William Rankine, Rudolf Clausius, dan William Thomson (Syaka & Riyadi, 2020).

Pada kapal uap (otok-otok), disini menerapkan prinsip Hukum I Termodinamika. Dimana bunyi hukum I Termodinamika yaitu “Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, namun dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lainnya”. Pada kapal ini energi terjadi perubahan energi panas menjadi energi kinetik atau gerak, panas ini yang bersumber dari lilin akan membuat air mendidih sehingga terjadilah perubahan energi, yaitu energi panas yang mendidih menghasilkan uap sehingga membuat kapal bergerak.

Dengan demikian, hukum pertama termodinamika juga dikenal sebagai hukum kekekalan energi. Formula hukum pertama termodinamika dapat diungkapkan sebagai berikut:

∆U = Q - W

di mana:

- ∆U: perubahan total energi internal sistem (dalam joule)

- Q: jumlah kalor yang dipertukarkan antara sistem dan lingkungan (dalam joule)

- W: jumlah usaha yang dilakukan oleh sistem (dalam joule)

Rumus tersebut menyiratkan bahwa total energi internal sistem tetap. Jika terjadi perubahan dalam energi internal total, ini dapat terlihat dari usaha yang lebih kecil dari total energi internal. Dengan kata lain, energi internal tersebut dapat berubah menjadi bentuk energi lain, seperti panas atau energi yang keluar ke lingkungan.

Sebagai contoh, ketika seseorang mengonsumsi makanan yang mengandung energi, hanya sekitar 60 persen dari energi tersebut yang digunakan sebagai tenaga untuk aktivitas fisik dan pemeliharaan fungsi tubuh. Sisanya, yaitu 40 persen, tidak hilang, melainkan berubah menjadi panas tubuh yang dilepaskan ke lingkungan.

Konsekuensi dari hukum pertama termodinamika, seperti yang dijelaskan dalam Encyclopedia Britannica, tampak sederhana namun memiliki implikasi yang luas. Hukum ini menyatakan bahwa energi, termasuk energi alam semesta, dianggap tetap atau konstan. Dengan kata lain, evolusi alam semesta terjadi melalui transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya tanpa menambah atau mengurangi total energi dalam alam semesta.

D. Prosedur Kerja

1. Gunting kaleng menjadi bentuk persegi panjang

2. Buat garis pada kaleng yang sudh digunting tadi menggunakan spidol, dan buat pola seperti segitiga di dalam kaleng yang berbentuk persegi panjang tadi

3. Gunting pola yang berbentuk segitiga tadi dan lipat kaleng sesuai dengan pola

4. Sebelum masuk ke tahap pengeleman, gunakan lakban untuk membantu proses pengeleman

5. Rekatkan bagian-bagian dari kapal menggunakan lem tembak

6. Buat sebuah kotak penangas air kapal uap, gunakan ukuran 5 x 5 cm

7. Kemudian lipat dan lem bagian yang masih terbuka dengan menggunakan lem besi dan sambungkan dengan sedotan

8. Gunakan lakban untuk posisi yang direkatkan agar tidak berubah

9. Lubangi bagian belakang body kapal sesuai dengan ukuran sedotan

10. Gabungkan bagian body kapal dengan penangas air kapal, dan gunakan lem tembak untuk menambal bagian-bagian yang masih terbuka

11. Potong sedotan agar tidak terlalu panjang

12. Pasangkan lilin di bawah penangas air sebagai sumber panas

13. Masukkan air melalui sedotan kedalam penangas air

14. Kapal siap untuk di uji cobakan

E. Pembahasan

Kapal otok-otok merupakan mainan tradisional berbahan baku alumunium atau seng yang memanfaatkan aliran kalor (panas). Mainan yang biasanya berbentuk kapal perang sederhana lengkap dengan 'senjata' dan knalpotnya ini sering dijual di taman-taman kota. Untuk menambah semangat keIndonesiaan, biasanya mainan kapal yang berbunyi othok-othok ini dicat berwarna merah putih atau diberi aksesoris tambahan berupa kepala prajurit dan bendera merah putih. Sekilas Terlihat murahan namun jika memahami prinsip fisika dibaliknya, mainan ini bukanlah karya murahan. Prinsip kerja Kapal otok ini menggunakan sarana penggerak uap air yang keluar dari ketel mini yang sudah terinstal di dalam kapal.Saat dimainkan, temperatur yang ada di lingkungan kapal lebih rendah daripada yang ada di dalam kapal, jadi uap air yang berada di dalam kapal akan mendesak keluar lalu menimbulkan gaya aksi ke Air.

Cara memainkan kapal ini adalah dengan meletakkannya di sebuah wadah air seperti ember atau baskom berisi air, lalu knalpot kapal diisi sedikit air kemudian nyalakan api masukan di badan kapalnya. Jika mesinnya sudah panas maka kapal akan bergerak sendiri dan akan berbunyi othok-othok sembari menggerakkan 'senjata' nya sembari bergerak mengitari ember. Mainan ini mungkin tidak lagi populer bila dibandingkan dengan banyaknya gadget dan permainan video lainnya.

Namun mainan ini tetap selalu menarik perhatian dan akan selalu menarik rasa penasaran. Mainan ini hanya membutuhkan sebuah sumber api kecil seperti lilin agar mainan ini dapat 'berlayar'. Mainan ini juga memiliki 'senjata' yang terlihat seperti sebuah kapal perang mini. Pastinya sangat asyik bila bisa memainkannya beramai-ramai. Setelah dilakukan observasi dengan menggunakan thermometer suhu terdapat perubahan suhu sebelum kapal otok-otok berjalan dengan kondisi sudah dipanaskan menggunakan api dari lilin. Suhu Kapal otok-otok sebelum berjalan.

F. Kesimpulan

Kapal uap dapat bergerak karena ada konversi enegri yaitu dari energy panas menjadi energy uap. Energy uap lah yang mendorong kapal sehingga dapat bergerak maju. Semakin banyak volum air maka waktu yang dibutuhkan kapal untuk bergerak akan semakin lama. Semakin besar volum air di dalam tangki tidak mempengaruhi laju kapal uap.

G. Daftar Pustaka

Moran, & J, M. (2004). Termodinamika Teknik Edisi ke-4. Jakarta: Erlangga.

Syaka, D. R., & Riyadi. (2020). Pengantar Termodinamika Untuk Siklus Tenaga. Jakarta: UNJ Press.