Thursday, 3 September 2015

Prinsip-Prinsip Fisika dalam Pesawat terbang

Pada Abad 21 ini, Perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi telah berkembang dengan begitu pesat, salah satunya adalah perkembangan di bidang teknologi transportasi.

Seiring dengan perkembangannya, Alat-alat transportasi terbaru pun silih berganti bermunculan, baik Alat transportasi darat (Motor,Mobil,Kereta api), transportasi air/laut (Kapal) maupun alat transportasi udara (Pesawat terbang).

Manfaat dari perkembangan teknologi transportasi tersebut sudah banyak kita rasakan , perjalanan antar kecamatan, antar kota, antar pulau, antar Negara, maupun antar benua pun dapat kita tempuh dengan waktu yang lebih cepat. Dahulu manusia butuh waktu berminggu-minggu bahkan berbulan-bulan ketika ingin melakukan perjalanan antar negara / benua namun sekarang perjalanan tersebut dapat kita tempuh dalam beberapa jam saja dengan menggunakan alat transportasi udara ( Pesawat terbang ).


Pesawat terbang,

Tentu, sekarang kita sudah sangat familiar nama alat transportasi udara tersebut. Saya juga yakin , kalian sudah pernah melihat bentuk dan ukuran pesawat terbang secara langsung. Mungkin diantara kita juga ada yang pernah bertanya, Bagaimana mungkin hal tersebut dapat terjadi ??
Pesawat ukuranya kan sangat besar, massanya pun ber ton-ton, bagaimana benda yang sangat berat tersebut dapat terbang ??

Dulu waktu saya kecil saya juga sempat bingung dengan masalah tersebut, namun semenjak saya belajar fisika, akhirnya saya mengerti kenapa pesawat dapat terbang.
Pengen tau jawabannya ??
Ayo, yang semangat belajar fisikanya !
Fisika itu menyenagkan kawan J


Dalam kajian ilmu Fisika, masalah seperti bagaimana pesawat dapat terbang sebetulnya bukan peristiwa yang mustahil untuk terjadi.

Tentunya kalian sudah mengetahui, jika semua benda di bumi selalu jatuh menuju pusat bumi karena adanya gaya gravitasi (gaya berat), namun juga selalu ada gaya keatas yang arahnya berlawanan dengan gaya berat tersebut (gaya Normal), Kedua gaya tersebutlah yang berusaha di manipulaasi/ direkayasa ( gaya keatas lebih besar daripada gaya kebawah ) sehingga pesawat dapat terbang 

Proses bagaimana pesawat dapat terbang erat kaitannya dengan beberapa konsep fisika, antara lain Prinsip Bernoulli, Hukum 3 Newton dan efek coanda, berikut penjelasannya :

Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa semakin tinggi kecepatan fluida (untuk ketinggian yang relatif sama), maka tekanannya akan mengecil sehingga terjadi perbedaan antara tekanan udara dibawah sayap dengan tekanan udaraa diatas sayap. Hal tersebut yang menciptakan gaya angkat. Selain itu, Sayap pesawat juga memiliki kontur potongan melintang yang unik yaitu airfoil. 

Pada airfoil, permukaan atas sedikit melengkung membentuk kurva cembung, sedangkan permukaan bawah relatif datar. Bila udara mengenai kontur ini, maka udara bagian atas akan memiliki kecepatan lebih tinggi daripada udara bagian bawah.
Gambar. Penampang dan diagram aliran angin di sekeliling sayap pesawat

Selain itu jika kita mengmati penampang melintang sayap pesawat, kita dapati bahwa bidang sayap pesawat tidaklah sejajar dengan tubuh pesawat, tetapi agak miring di bagian depan (yang disebut sebagai angle of attack) dengan sudut sekitar 4 derajat untuk pesawat-pesawat kecil. Dengan bentuk seperti ini, udara yang dilintasi pesawat akan sedikit ‘tertahan’ di bagian bawah sayap, yang akhirnya mendorong sayap ke atas. Prinsip-prinsip inilah, dengan sedikit kontribusi prinsip Bernoulli, yang menjadi faktor utama di balik terbangnya sebuah pesawat.

Hukum 3 Newton

Hukum III Newton menekankan pada prinsip perubahan momentum manakala udara dibelokkan oleh bagian bawah sayap pesawat. 

Dari prinsip aksi reaksi, muncul gaya pada bagian bawah sayap yang besarnya sama dengan gaya yang diberikan sayap untuk membelokkan udara. Bentuk sayap air foil membuat udara yang mengalir di atas ‘diarahkan’ sehingga secara umum lebih banyak udara yang dihembuskan ke arah bawah”. Dari fakta ini, sesuai hukum III Newton, dengan adanya udara yang dihembuskan ke bawah oleh sayap, udara di bawah pesawat akan ‘balas mendorong’ pesawat.

Efek Coanda

Efek Coanda menekankan pada beloknya kontur udara yang mengalir di bagian atas sayap. Bagian atas sayap pesawat yang cembung memaksa udara untuk mengikuti kontur tersebut. Pembelokan kontur udara tersebut dimungkinkan karena adanya daerah tekanan rendah pada bagian atas sayap pesawat . Perbedaan tekanan tersebut menciptakan perbedaan gaya yang menimbulkan gaya angkat.

Gaya –Gaya yang bekerja 

Gaya-gaya aerodinamika ini meliputi Gaya angkat (lift), Gaya dorong (thrust), Gaya berat (weight), dan Gaya hambat udara (drag). Gaya-gaya tersebutlah yang mempengaruhi terbang semua benda-benda di udara, seperti burung-burung yang bisa terbang atau pesawat
  • Gaya dorong (Thrust), dihasilkan oleh mesin (powerplant)/ baling-baling. Gaya ini kebalikan dari gaya hambatan (drag). 
  • Gaya hambatan (Drag), arahnya kebelakang disebabkan oleh gangguan aliran udara oleh sayap, fuselage, dan objek-objek lain. 
  • Gaya berat (Weight), merupakan gabungan dari berat dari muatan pesawat itu sendiri, awak pesawat, bahan bakar, dan kargo atau bagasi. Gaya berat menarik pesawat ke arah bawah karena dipengaruhi gaya gravitasi bumi. 
  • Gaya angkat (Lift), dihasilkan dari efek dinamis udara yang beraksi di sayap, dan beraksi tegak lurus pada arah penerbangan melalui center of lift dari sayap.

Gaya angkat pesawat terbang juga dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain : 
  1. Sudut pertemuan antara sayap dan udara, gaya angkat akan makin besar jika sudut pertemuan antara sayap dan udara makin besar. 
  2. Massa jenis udara, semakin besar nilai massa jenis udara makin besar pula gaya angkatnya 
  3. Kecepatan pesawat relatif terhadap udara, semakin cepat gerak pesawat maka semakin besar gaya angkat yang dihasilkan. 
  4. Desain airfoil 
Bagamana, sudah paham kan ??
Dengan menggunakan konsep/ilmu fisika ternyata hal-hal yang dulu terasa mustahil, sekarang sudah menjadi kenyataaan.

Baca juga : Kereta Terbang

Sekian, semoga bermanfaat

Referensi :

fisika itu muda, yohannes surya, 2003


EmoticonEmoticon