Jembatan Cair, Keajaiban Fisika
Jembatan yang terbuat dari zat cair? Bukan sulap bukan sihir, sebab itu
bisa dibuat dengan ilmu fisika. Sebuah tim peneliti dari Austria mendemonstrasikan
bahwa kini kita dapat membangun jembatan yang tersusun dari zat cair. Dalam
percobaan tersebut, tim ini berhasil memperagakan sebuah jembatan yang tersusun
dari air murni yang telah didestilasi tiga kali. Mereka juga menghubungkan
celah sepanjang 2,5 centimeter hingga selama 45 menit, seakan melawan pengaruh
gaya gravitasi. Sepintas hal ini terdengar seperti sihir, walaupun jelas
hanyalah rekayasa fisika. Lantas, apa rahasianya?
Tegangan tinggi
Salah satu kunci dalam percobaan tersebut adalah pemakaian tegangan listrik
yang tinggi. Tim tersebut menempatkan air murni yang akan dijadikan jembatan
itu di dalam dua buah gelas kaca, kemudian sepasang elektroda diletakkan di
dalamnya. Kedua gelas kaca diletakkan berdekatan namun tidak berhimpitan. Dalam
waktu hanya seperseribu detik setelah perbedaan tegangan sebesar 25 ribu volt
diterapkan melalui sepasang elektroda tersebut, air di dalam salah satu gelas
kaca merambat cepat ke tepian dan secepat kilat melompat melewati celah di
antara kedua gelas kaca.
Apa yang menyebabkan tegangan tinggi tersebut mampu melontarkan air
melompati celah dan lalu menjaga “jembatan cair” tidak runtuh dipengaruhi
gravitasi? Saat ini belum ada yang mengetahuinya dengan pasti. Walaupun begitu,
beberapa kesimpulan awal sudah bisa ditarik dari percobaan itu.
Secara kimiawi sebuah molekul air dilambangkan dengan kode H2O. Ini karena
memang molekul air terdiri dari dua atom hidrogen (H) yang bermuatan positif
dan sebuah atom oksigen (O) bermuatan negatif. Saat genangan air murni
dipengaruhi oleh medan listrik, seperti saat tegangan tinggi diterapkan pada
percobaan di atas, maka molekul-molekul air akan berjejer rapih dan saling
bergandengan: atom-atom hidrogen tertarik ke elektroda bermuatan negatif
sementara atom oksigen menjurus ke elektrode positif. Selama ini hal ini sudah
diketahui berlaku pada tingkat molekuler, akan tetapi belum pernah diperagakan
sebelumnya pada tingkat makroskopik seperti pada percobaan jembatan cair di
atas.
Untuk menguji hipotesa ini, tim peneliti yang sama kemudian menggunakan
sebatang kaca yang telah lebih dulu diberi muatan listrik. Ternyata memang
medan listrik dari batang kaca mampu membuat bentuk jembatan cair itu berubah
dari lurus menjadi melengkung mendekati batang kaca.
Air Mengalir Dalam Air
Di antara pengukuran lain yang dilakukan, tim tersebut juga mengukur
variasi kepadatan cairan di sepanjang “jembatan dari air” yang terbentuk.
Mereka menggunakan metode optik yang umum disebut ‘visualisasi Schlieren’ .
Dalam metode ini, berkas-berkas cahaya dilewatkan tegak lurus terhadap
“jembatan dari air” dan kemudian melewati tepian sebuah silet tajam sebelum
mencapai detektor cahaya. Jika kepadatan cairan di sepanjang jembatan itu
seragam nilainya, maka semua berkas cahaya akan melewati tepian silet dan
tertangkap oleh detektor. Akan tetapi, jika ada variasi kepadatan cairan pada
jembatan itu, variasi itu akan membelokkan dan mengganggu jalan sebagian berkas
cahaya yang lewat, sehingga total berkas yang tertangkap detektor menjadi
berkurang.
Dengan metode tersebut, tim dari Austria itu menemukan bahwa kepadatan
cairan pada jembatan memang tidak seragam, di mana sisi bagian dalam dari
jembatan lebih padat daripada sisi luarnya. Selain itu, variasi kepadatan
cairan tersebut tidaklah statis, melainkan mengalir dari gelas kaca yang satu
ke yang lainnya. Sekedar sebagai analogi, anda bisa membayangkan sebuah kabel
ko-axial (walaupun analogi ini tidaklah sangat akurat karena kedua fenomena ini
berasal dari hukum fisika yang berbeda) di mana kabel di lingkaran dalam
mengalirkan arus listrik sedangkan kabel di lingkaran luar hanyalah membantu
menyalurkan aliran itu. Begitu juga, dalam “jembatan cair” ini, molekul air
yang mengalir adalah molekul-molekul di sisi dalam, sedangkan molekul-molekul
di sisi luar hanyalah diam dan membantu aliran molekul-molekul di sisi dalam
jembatan.
Untuk Apa Selanjutnya?
Tim dari Austria itu ingin mempelajari dengan lebih detil bagaimana
sesungguhnya struktur molekul-molekul yang membentuk “embatan cair itu. Untuk
itu mereka merencanakan percobaan lanjutan yang akan menggunakan sinar-X.
Selain untuk menjawab keingintahuan secara ilmu fundamental, percobaan ini
juga punya potensi aplikasi yang besar. Salah satunya berkaitan dengan bidang
mikrofluida , di mana cairan-cairan dengan volume sangat kecil dikendalikan
dengan presisi dan diteliti dengan akurat, baik untuk pendeteksian biologis,
medis, maupun lingkungan.
Saat ini masih banyak kendala yang perlu dipecahkan sebelum sebuah aplikasi
nyata bisa diperoleh. Salah satunya adalah bahwa jembatan cair ini tidak bisa
bertahan jika air murni yang telah didestilasi tiga kali tersebut dikotori oleh
debu dan partikel. Akibat muatan-muatan tambahan yang dibawa oleh debu dan
partikel itu, maka jembatan cair itu akan dilewati arus listrik yang semakin
tinggi.
Suhu pada jembatan itu
ikut meningkat, dan jembatan akan runtuh karena gerakan acak molekul-molekul
air mengalahkan efek medan listrik yang telah menjajarkannya dengan rapi.
Walaupun begitu, bukan tidak mungkin percobaan-percobaan berikutnya akan
memunculkan kejutan dan gagasan baru yang akan memecahkan kendala di atas.
.png "English"){kind=small}
