Meriahnya Malam dengan Kerlap-kerlip Kembang Api

Penulis: Arief Muttaqiin, S.Pd., Ida Nur Fatmawati, S.Pd., Maharani Savitri, S.Pd. dan Uzi Fauziah, S.Pd.

Pergantian tahun baru adalah salah satu waktu yang tepat untuk menonton pesta kembang api. Hal ini dikarenakan, pada tahun baru pesta kembang api sudah menjadi tradisi untuk diselenggarakan. Namun, bagaimana kembang api dapat mengeluarkan cahaya warna-warni dan mengapa pula kembang api dapat meluncur ke udara? Mari kita simak penjelasan berikut ini.

Kembang api merupakan salah satu perangkat hiburan yang dapat memanjakan mata di kala malam. Keindahan warnanya dapat membuat siapa saja yang melihatnya terkagum-kagum. Jika kita melihat strukturnya, kembang api memiliki beberapa bagian yakni bubuk mesiu (black powder), hulu ledak, stars dan sumbu. Sementara komponen-komponen kembang api terdiri dari 5 komponen utama, yakni binder, regulator, fuel, oksidator dan reduktor. Komponen-komponen inilah yang dapat menyebabkan kembang api menyala dan memberikan efek warna-warni. Warna yang dihasilkan kembang api sangat beragam bergantung pada bahan kimia yang digunakan. Untuk lebih lengkapnya mengenai komponen kembang api, dapat dilihat pada Gambar 2. (a), sedangkan informasi mengenai bahan kimia penghasil warna pada kembang api dapat dilihat pada Gambar 2. (b).

1388011573872022368

Proses penghasilan warna atau cahaya dapat terjadi jika unsur atau logam pada bahan kimia yang tersaji pada Gambar 2.(b) dipanaskan. Proses pemanasan akan menghasilkan warna sesuai dengan bahan yang dipanaskan, misalnya Tembaga (Cu) akan menghasilkan warna biru. Hal ini dapat dipahami dari struktur atom sendiri, bahwa atom tersusun dari inti yang dikelilingi oleh elektron-elektron. Apabila atom dipanaskan, atom dapat menyerap energi. Energi yang diserap menyebabkan elektron logam melompat (tereksitasi) dari tingkat energi standarnya ke tingkat energi yang lebih tinggi. Sewaktu pemanasan berhenti, elektron tersebut akan kembali ke tingkat energi awal disertai pancaran cahaya dalam bentuk foton-foton atau paket-paket energi dengan frekuensi atau panjang gelombang tertentu yang mempunyai warna tertentu atau dikenal dengan istilah deeksitasi. Untuk lebih jelasnya, mari kita lihat skema pada Gambar 3.

13880117021708447393

Perubahan energi yang terjadi pada peristiwa kembang api adalah perubahan kimia, dimana kembang api yang dibakar melepaskan energi panas ke lingkungan, yaitu udara di sekitar kembang api. Pada perubahan kimia ini (terjadi akibat pembakaran), energi panas diberikan pada zat sehingga terbentuk zat baru yaitu arang (mengandung karbon), dan gas yang lepas sebagai asap.

Pergerakan kembang api dipengaruhi oleh gaya dorong oleh bahan bakar, massa kembang api, gravitasi bumi, dan gaya gesek udara. Seberapa tinggi kembang api bergantung pada kecepatan awal kembang api itu sendiri, dimana kecepatan awalnya selalu lebih tinggi untuk kembang api yang berukuran besar.

Berdasarkan Gambar 4. (a), semakin besar ukuran kembang api semakin besar pula kecepatan awalnya karena semakin banyak pula jumlah black powder yang digunakan untuk mendorong kembang apiterdorong dari mortar. Semakin banyak black powder yang digunakan, ketika dibakar menghasilkan lebih banyak gas berlebih. Gas berlebih ini yang menyebabkan kembang apiterdorong dari mortar dengan kecepatan awal yang lebih besar. Kecepatan awal yang tinggi yang dihasilkan dari kembang apiberukuran besar akan mencapai ketinggian yang lebih tinggi sebelum meledak dan memancarkan kilatan cahaya. Kecepatan pembakaran dari black powder dikontrol oleh ukuran butir. Semakin kecil ukuran butirnya akan semakin cepat pembakaran atau reaksi kimianya. Seperti halnya dengan kecepatan awal, semakin besar ukuran kembang api, semakin luas efeknya. Untuk lebih jelasnya, hubungan ukuran dan kecepatan awal kembang api serta trayektori pancaran kembang api dapat dilihat pada Gambar 4.

1388011784554323154

Secara umum, cara kerja kembang api dibagi menjadi tiga fase yakni lift phase, blast phase, dan ballistic phase. Berikut ini akan dibahas secara detail mengenai fase-fase dari cara kerja kembang api.

Lift phase. Pada fase ini kembang api mulai bergerak keatas sampai sebelum kembang api mengalami pengembangan. Momentum kembang api pada saat belum dibakar adalah nol. Sedangkan ketika bahan bakar kembang dibakar, gas panas dari kembang api ditembakkan ke bawah dan kembang api akan naik untuk menyeimbangkan momentum totalnya, sehingga momentum totalnya tetap bernilai nol. Pada saat kembang api mulai bergerak naik, kembang api akan mengeluarkan pancaran gas panas dari ekornya, peristiwa ini merupakan gaya aksi pada gas yang diberikan oleh kembang api. Sedangkan reaksinya adalah ketika pancaran gas panas melakukan gaya pada kembang api untuk menggerakkannya. Lintasan kembang api berbentuk parabola. Maka gerak kembang api dapat kita sebut sebagai gerak parabola. Gerak parabola adalah adalah gabungan dari dua buah jenis gerakan yaitu Gerak Lurus Beraturan (GLB) yang arahnya mendatar dan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) yang arahnya vertikal. Gerak vertikal dipengaruhi oleh percepatan gravitasi sehingga kecepatannya akan selalu berubah. Tinggi Maksimum yang dapat ditempuh kembang api dapat dihitung dengan rumus:

Blast phase.Pada fase ini kembang api mengalami pengembangan (expanding blast) sampai tepat akan meledak menjadi bintang-bintang yang kecil. Pada fase ini kembang api tetap bergerak atau tidak jatuh karena perubahan momentum kembang api.

Ballistic phase. Pada fase ini kembang api sudah meledak dan terbentuklah warna-warni kembang api. Pada fase ini lama kelamaan perubahan momentumnya nol dikarenakan massa partikel tersebut lama kelamaan akan habis sehingga tidak terdapat perubahan momentum.

Lalu mengapa mata kita bisa membedakan jenis warna pada kembang api? Hal ini disebabkan oleh sel kerucut pada mata. Sel kerucut mengandung pigmen yang disebut iodopsin. Terdapat tiga jenis iodopsin yang masing-masing sensitif terhadap warna merah, hijau dan biru. Masing-masing dari iodopsin tersebut disebut iodopsin merah, iodopsin hijau dan iodopsin biru. Untuk menguraikan iodopsin diperlukan cahaya terang dan iodopsin yang telah terurai dengan cepat dapat dibentuk kembali (resintesa). Youth dan Helmholtz dalam Kurnadi (2009) mengungkap tiga jenis sel kerucut yang mempunyai salah satu pigmen iodopsin. Segala warna yang ada di dunia ini dapat dibentuk dengan mencampur ketiga jenis warna di atas. Dengan demikian kita dapat melihat warna-warni kembang api berdasarkan intensitas penguraian terhadap masing-masing iodopsin-iodopsin tersebut.

Refrensi:

Hakim, I. N. 2010. Kimia Kembang Api. Tersedia: http://kamusinfo.blogspot.com/2010/01/kimia-kembang-api-kimia-fisika.html. [4 Desember 2013]

Hamdani, S. 2013. Eksitasi. Tersedia: http://www.catatankimia.com/wp-content/uploads/eksitasi-300x185.jpg [25 Desember 2013]

Hays, M. 2013. Bonfire Night. Tersedia: http://www.swintonfitzwilliam.org/wp-content/uploads/2013/10/fireworks-1-435x348.jpg [20 Desember 2013]

Kurnadi, K. A. 2009. Dasar-dasar Anatomi dan Fisiologi Tubuh Manusia. Bandung: Jurusan Pendidikan Biologi UPI.

Oracle Education Foundation. - . The Physics of Fireworks. Tersedia: http://library.thinkquest.org/15384/physics/. [4 Desember 2013]

Winarto, D. 2012. Rahasia Kembang Api. Tersedia: http://www.ilmukimia.org/2012/12/rahasia-di-balik-kembang-api.html. [25 Desember 2013]