Langkah Penyelesaian Runtun:

1. Konsep Pemuaian Zat Padat:
Zat padat (seperti baja rel) akan mengalami pertambahan panjang saat menerima kalor (suhu naik di siang hari) dan menyusut saat melepaskan kalor (suhu turun di malam hari).

2. Analisis Masalah Keteknikan:
Jika kedua batang rel dipasang rapat tanpa celah, maka saat memuai di siang hari kedua batang rel akan saling menekan dengan gaya dorong yang sangat besar. Tekanan longitudinal ini menyebabkan rel melengkung ke samping atau terangkat dari bantalan beton, yang berakibat fatal (kereta anjlok).

Jadi, tujuan utama pemasangan celah rel adalah Opsi B.

Langkah Penyelesaian Runtun:

1. Rumus Pertambahan Panjang Pemuaian:
\begin{align*}
\Delta L &= L_0 \cdot \alpha \cdot \Delta T
\end{align*}
Karena panjang mula-mula (\(L_0\)) dan kenaikan suhu (\(\Delta T\)) ketiga logam dibuat persis sama besar, maka pertambahan panjang (\(\Delta L\)) berbanding lurus dengan nilai koefisien muai panjangnya (\(\alpha\)):
\begin{align*}
\Delta L \propto \alpha
\end{align*}
2. Mengurutkan Nilai Koefisien Muai Panjang (\(\alpha\)):
\begin{align*}
\alpha_{\text{Aluminium}} (24 \times 10^{-6}) > \alpha_{\text{Kuningan}} (19 \times 10^{-6}) > \alpha_{\text{Besi}} (12 \times 10^{-6})
\end{align*}
Logam dengan \(\alpha\) terbesar mengalami pemuaian paling panjang sehingga mendorong pangkal jarum dan menghasilkan simpangan sudut paling besar.

Maka urutannya adalah: Aluminium \(\to\) Kuningan \(\to\) Besi (Opsi C).

Langkah Penyelesaian Runtun:

1. Evaluasi Pernyataan (A) — BENAR:
Semua wujud zat memuai ketika dipanaskan. Wadah aluminium memuai secara volume (kapasitas penampungannya bertambah besar), dan massa air di dalamnya juga memuai secara volume.

2. Evaluasi Pernyataan (B) dan (D) — BENAR:
Jarak antarmolekul pada zat cair lebih renggang dan gaya tarik antarmolekulnya lebih lemah daripada zat padat. Akibatnya, koefisien muai volume zat cair jauh lebih besar dibanding koefisien muai volume zat padat (\(\gamma_{\text{cair}} \gg \gamma_{\text{padat}}\)):
\begin{align*}
\Delta V_{\text{air}} > \Delta V_{\text{panci}}
\end{align*}
Pertambahan volume air melampaui kapasitas pertambahan volume rongga panci, sehingga kelebihan volume air meluap dan tumpah.

3. Evaluasi Pernyataan (C) — SALAH:
Panci aluminium tidak menyusut saat terkena kalor kompor, melainkan ikut memuai.

Jadi, pilihan yang harus dicentang adalah (A), (B), dan (D).

Langkah Penyelesaian Runtun:

Besaran yang diketahui dari soal:
\begin{align*}
L_0 &= 50\text{ m} = 5.000\text{ cm} \\
T_1 &= 20^\circ\text{C}, \quad T_2 = 60^\circ\text{C} \\
\Delta T &= T_2 \:-\: T_1 = 60^\circ\text{C} \:-\: 20^\circ\text{C} = \mathbf{40^\circ\text{C}} \\
\alpha &= 1{,}2 \times 10^{-5}/\!^\circ\text{C}
\end{align*}
1. Menghitung Pertambahan Panjang (\(\Delta L\)):
\begin{align*}
\Delta L &= L_0 \cdot \alpha \cdot \Delta T \\[4pt] \Delta L &= 50\text{ m} \times (1{,}2 \times 10^{-5}/\!^\circ\text{C}) \times 40^\circ\text{C} \\[4pt] \Delta L &= 2.000 \times 1{,}2 \times 10^{-5}\text{ m} = 2{,}4 \times 10^{-2}\text{ m}
\end{align*}
2. Konversi Satuan ke Sentimeter (cm):
\begin{align*}
\Delta L &= 2{,}4 \times 10^{-2} \times 100\text{ cm} = \mathbf{2{,}4\text{ cm}}
\end{align*}
Jadi, pertambahan panjang bentang jembatan tersebut adalah \(2{,}4\text{ cm}\) (Opsi B).

Langkah Penyelesaian Runtun:

1. Prinsip Kerja Keping Bimetal saat Dipanaskan:
Logam yang memiliki koefisien muai panjang lebih besar (\(\alpha_A\)) akan memuai lebih panjang daripada logam B. Karena kedua logam saling menempel kuat, logam A akan melengkung melingkari logam B sehingga bimetal melengkung ke arah logam yang berkoefisien muai lebih kecil (ke arah logam B).

2. Prinsip Kerja Keping Bimetal saat Didinginkan:
Sebaliknya, saat suhu diturunkan di bawah suhu normal, logam dengan \(\alpha\) lebih besar (logam A) akan menyusut lebih cepat dan lebih pendek. Akibatnya, bimetal akan melengkung ke arah logam yang menyusut lebih banyak (ke arah logam A).

Jadi, pernyataan yang tepat adalah Opsi B.

Langkah Penyelesaian Runtun:

1. Analisis Pernyataan (1) — BENAR:
Grafik memperlihatkan kurva volume menurun dari \(0^\circ\text{C}\) ke \(4^\circ\text{C}\). Air mengalami penyusutan volume pada rentang suhu ini (perilaku anomali air).

2. Analisis Pernyataan (2) — BENAR:
Massa jenis berbanding terbalik dengan volume (\(\rho = \frac{m}{V}\)). Karena volume air mencapai nilai minimum pada suhu \(4^\circ\text{C}\), maka massa jenis air mencapai nilai tertinggi/maksimum pada suhu \(4^\circ\text{C}\).

3. Analisis Pernyataan (3) — SALAH:
Air bersuhu \(4^\circ\text{C}\) memiliki massa jenis paling besar sehingga tenggelam dan berkumpul di dasar danau. Air bersuhu \(0^\circ\text{C}\) yang lebih ringan terapung di permukaan dan membeku menjadi es. Jadi, danau membeku dari permukaan atas terlebih dahulu.

4. Analisis Pernyataan (4) — BENAR:
Saat air berubah wujud menjadi kristal es pada \(0^\circ\text{C}\), strukturnya meregang sehingga volumenya membesar dan massa jenisnya berkurang (\(\rho_{\text{es}} \approx 0{,}92\text{ g/cm}^3\)). Lapisan es mengapung dan menjadi insulator termal pelindung kehidupan ikan di dasar danau.

Jadi, nilai kebenarannya berturut-turut adalah B – B – S – B.

Langkah Penyelesaian Runtun:

1. Evaluasi Pernyataan (A) dan (B) — BENAR:
Saat melaju kencang di jalan tol, gesekan ban dengan aspal dan terik matahari menaikkan suhu udara di dalam ban. Sesuai hukum Gay-Lussac, pada volume ban yang relatif kaku/tetap, kenaikan suhu mutlak (\(T\)) sebanding lurus dengan peningkatan tekanan gas (\(P \propto T\)). Tekanan berlebih berisiko merobek dinding ban (ban meletus).

2. Evaluasi Pernyataan (C) — BENAR:
Urutan daya muai volume ketiga wujud zat:
\begin{align*}
\text{Muai Gas} \gg \text{Muai Zat Cair} > \text{Muai Zat Padat}
\end{align*}
Hal ini disebabkan ikatan antarmolekul gas sangat renggang dan gaya tarik-menariknya paling lemah.

3. Evaluasi Pernyataan (D) — SALAH:
Semua jenis gas ideal (oksigen, nitrogen, maupun udara atmosfer) memiliki nilai koefisien muai volume yang sama persis, yaitu:
\begin{align*}
\gamma = \frac{1}{273}/\!^\circ\text{C} \quad (\approx 0{,}00366/\!^\circ\text{C})
\end{align*}
Jadi, opsi yang harus dicentang adalah (A), (B), dan (C).

Langkah Penyelesaian Runtun:

1. Analisis Koefisien Muai Panjang:
\begin{align*}
\alpha_{\text{logam kuningan}} (19 \times 10^{-6}/\!^\circ\text{C}) > \alpha_{\text{kaca}} (9 \times 10^{-6}/\!^\circ\text{C})
\end{align*}
Logam kuningan memiliki koefisien muai dua kali lipat lebih besar dibandingkan kaca.

2. Pengaruh Perlakuan Air Panas:
Ketika tutup toples direndam air panas beberapa saat:

• Tutup logam akan menyerap kalor dan memuai lebih cepat sehingga diameternya membesar melampaui diameter leher kaca.
• Pelebaran diameter tutup logam ini melonggarkan cengkeraman ulir tutup terhadap toples, sehingga tutup dapat dibuka dengan mudah tanpa merusak toples.

Jadi, tindakan yang paling ilmiah dan aman adalah Opsi B.

Langkah Penyelesaian Runtun:

1. Menghitung Nilai \(\Delta T\):
\begin{align*}
\Delta T &= T_2 \:-\: T_1 = 75^\circ\text{C} \:-\: 25^\circ\text{C} = \mathbf{50^\circ\text{C}} \quad \text{(Pernyataan 1 BENAR)}
\end{align*}
2. Menghitung Pertambahan Panjang (\(\Delta L = L_0 \cdot \alpha \cdot \Delta T\)) Tiap Logam:

• Tembaga: \(\Delta L = 100 \times 0{,}000017 \times 50 = \mathbf{0{,}085\text{ cm}}\)
• Baja: \(\Delta L = 200 \times 0{,}000011 \times 50 = \mathbf{0{,}110\text{ cm}}\)
• Aluminium: \(\Delta L = 100 \times 0{,}000024 \times 50 = \mathbf{0{,}120\text{ cm}}\) \(\to\) (Pernyataan 2 BENAR)
• Platina: \(\Delta L = 200 \times 0{,}000009 \times 50 = \mathbf{0{,}090\text{ cm}}\)

3. Analisis Pernyataan (3) — SALAH:
Pertambahan panjang baja (\(0{,}110\text{ cm}\)) lebih besar daripada tembaga (\(0{,}085\text{ cm}\)) karena panjang mula-mula baja dua kali lipat panjang tembaga.

4. Analisis Pernyataan (4) — SALAH:
Logam dengan pertambahan panjang paling kecil adalah Tembaga (\(0{,}085\text{ cm}\)), bukan Platina (\(0{,}090\text{ cm}\)).

Jadi, nilai kebenarannya berturut-turut adalah B – B – S – S.

Langkah Penyelesaian Runtun:

1. Menganalisis Mekanisme Pemutusan Arus:
Kontak sakelar berada di sisi bawah ujung bimetal. Agar arus listrik terputus saat suhu setrika panas berlebih, ujung bimetal harus bergerak melengkung ke atas (menjauhi kontak listrik).

2. Menentukan Syarat Koefisien Muai (Pernyataan A & B BENAR):
Bimetal yang dipanaskan akan melengkung ke arah logam yang memiliki \(\alpha\) lebih kecil. Karena keping harus melengkung ke atas (ke arah logam P), maka logam P harus memiliki \(\alpha\) lebih kecil daripada logam Q:
\begin{align*}
\alpha_Q > \alpha_P
\end{align*}
Logam Q di sisi bawah memuai lebih panjang sehingga mendorong keping melengkung ke atas, memutus kontak listrik.

3. Menganalisis Mekanisme Pendinginan (Pernyataan C BENAR):
Ketika arus listrik terputus, elemen pemanas berhenti memproduksi panas. Suhu setrika perlahan menurun, bimetal menyusut kembali lurus dan menyentuh kontak listrik, sehingga arus kembali mengalir dan setrika memanas lagi.

4. Menganalisis Kondisi Terbalik (Pernyataan D BENAR):
Jika \(\alpha_P > \alpha_Q\), bimetal yang panas justru akan melengkung ke bawah. Akibatnya, keping bimetal akan semakin menekan kontak sakelar dan arus listrik tidak akan pernah putus (termostat gagal memproteksi dan setrika berisiko terbakar).

Jadi, seluruh pernyataan (A), (B), (C), dan (D) bernilai BENAR.