Kenapa kalau tidur di kamar dengan pintu yang tertutup rapat udara yang dihirup terasa agak berat , hangat dan agak sesak ? tapi kalau pintunya dibuka sedikit saja, sensasi segar dan plong langsung terasa secara instan ?
Ternyata dibalik celah pintu yang terbuka tersebut ada tiga hukum fundamental alam semesa yang bekerja sama secara harmonis : Entropi, Termodinamika, dan Mekanika Fluida.
- Entropi : Mengapa udara pengap harus menyebar ? Sebab utama mengapa kamar terasa pengap adalah penumpukan karbondioksida dari embusan napas misal dua orang atau lebih, ditambah uap air dari keringat. Di alam sememsta, ada satu hukum mutlak yang disebut hukum termodinamika kedua, yang memperenalkan konsep bernama entropi.
Entropi adalah ukuran derajat keacakan atau kecenderungan alami sesuatu di alam semesta untuk bergerak dari kondisi teratur menjadi acak, menyebar dan seimbang. simpelnya entropi adalah tingkat kecendurangan keacakan sesuatu di alam semesta, dan semua hal di alam semesta itu mengalami entropi, ada banyak cara untuk membuat acak kamar tidur, bantal di lantai, seprei di acak acak, buku berserakan dsb, tapi ada sedikit atau terbatas cara untuk membuat kamar tersebut rapi, misal buku ditaruh di rak buku, seprei dilipat disipman di lemari dsb
Saat pintu kamar tertutup, molekul co2 dan udara panas terperangan dalam ruangan yang terbatas. Secara statistik dan matematis, molekul gas yang bergerak acak akan selalu mencari halan untuk menyebar ke area yang konsenstrasinya lebih rendah (ruangan di luar kamar) demi mencapai titik keseimbangan baru (entropi tinggi). Entropi adalah alasan mendasar kenapa udara pengap di dalam kamar selalu menuntuk uuntuk keluar begitu ada kesempatan
- Termodinamika jika entropi adalah dorongan untuk menyebar, maka termodinamika adlah ilmu yang menjelasakan bagaimana neergi panas mengubah sifat fisik udara di dalam kamar.
Tubuh manusia secara konstan menmancarkan panas hasil dari metabolisme. berdasarkan hukum gas ideal.ketika suhu di dalam kamar meningkat akibat panas tubuh , molekul molekul udara mendapatkan energi untuk bergerak lebih cepat dan sling menjauh (memuai), kaerna volumenya membesar sedangkan massa zatnya tetap, otomatis massa jenis atau kerapatan (density) udara tersebut mengecil, udara hangat di dalam kamar menjadi lebih ringan dan bergerak naik ke langit-langit. sebaliknya, udara di luar kamar yang tidak terpapar panas tubuh memiliki suhu lebih dingin (molekulnya itu kaya saling mendekat berpelukan untuk mencari kehangatan makana dia lebih berat) molekulnya lebih rapat dan massanya lebih berat.
- Mekanika fluida : bagaimana udara mengalir di celah pintu ? mekanika fluida menjelaskan bagaimana perbedaan sifat fisik udara tadi diubah oleh gaya gravitas menajdi sebuah aliran nyata. udara bergerak mirip seperti air, yaitu mengalir dari tempat bertekanan tinggi ke tekanan rendah. begitu pintu kamar dibuka sedikit, terjadi dua fenomena mekanika fluida sekaligus:
- efek cerobong (thermal bouyancy)
karena udara dingin di luar kamar lebih padat dan berat, gaya gravitasi menariknya ke bawah dengan lebih kuat. jal ini menciptakan perbedaan tekanan hidrostatik gas antara bagian atas dan bawah ruangan
perbedaan tekanan ini mengubah celah pintu menjadi sebuah cerobong dua arah: celah bagian bawah pintu : udara dingin dari luar yang kkaya oksigen langsung merangkan maduk mendesak ke lantai kamar. celah bagian atas pintu : udara hangan dan pengap dari langit langit kamar terdorong keluar
- Prinsip kontinuitas mekanika fluida mengatur bahwa jumlah massa yang masuk ke dalam suatu ruangan harus sama dengan jumlah massa yang keluar , aliran masuknya udara segar di bawah secara otoamtis memaksa udara pengap di bagian ats terbuang keluar dalam volume yang sama secara simultan.