Wednesday, 17 January 2018

Benarkah Hanya Efek Bernouli yang Menyebabkan Gaya Angkat Pesawat?

Akhir-akhir ini, Indonesia sedang ramai membahas masalah pesawat. Konon Indonesia akan membuat pesawat dengan perancangnya Bapak B.J Habibie sendiri. Nama pesawatnya ,adalah R80. Pesawat dengan mesin turbo ini adalah impian Pak Habibie agar negara kita juga memiliki pesawat buatan sendiri dan dapat bersaing dengan negara lain. 


miniatur replika pesawat R 80 di Pameran Bekraf Habibie Festival, JIEXPO, Kemayoran, Jakarta

Ngomong ngomong soal pesawat, sewaktu SMA dulu pasti kalian pernah belajar materi fluida dinamis, tepatnya Efek Bernouli. Contoh dari konsep efek Bernouli adalah gaya angkat pesawat, gaya yang menyebabkan pesawat dapat terbang. 

Dari desain, sayap pesawat yang dibuat sedemikian rupa dapat menghasilkan efek Bernouli yang dapat mengangkat pesawat beserta penumpangnya yang beratnya ribuan ton!! 
Wooowww !!!
Apakah tidak berlebihan tuh...?
Apa gaya angkat pesawat hanya berasal dari efek Bernouli saja?
Ataukah ada faktor lain yang juga berkontribusi dalam gaya angkat pesawat ini? Mengingat berat pesawat yang sangat besar.

Nah, ternyata ada 2 faktor yang menyebabkan gaya angkat pesawat, yaitu Efek Bernouli dan penerapan dari Hukum 3 Newton. 
Sebelumnya, mari kita kaji terlebih dahulu bagaimana efek bernouli dapat menghasilkan gaya angkat ke atas pada pesawat.


Perbedaan Kecepatan Udara

Pada tahun 1738, Bernouli menemukan bahwa sewaktu kecepatan sebuah fluida (gas atau zat cair) bertambah, maka tekanannya terhadap permukaan di dekatnya akan berkurang. Dengan kata lain, kecepatan berbanding terbalik dengan tekanan yang dihasilkan.
Lalu, bagaimana pengaruhnya terhadap pesawat ?


Permukaan sebelah atas sayap pesawat terbang agak cembung ke atas, sedangkan permukaan bawahnya relatif rata. Sewaktu pesawat melaju, udara berhembus melewati kedua permukaan tadi. Dalam perjalanan menuju pinggir belakang sayap, udara dipermukaan atas menempuh jarak yang lebih panjang karena lintasannya melengkung.

Pihak yang mendukung gaya angkat akibat Efek Bernouli bersikeras mengatakan bahwa udara di bagian atas dan bagian bawah pastilah sampai di pinggiran dalam selang waktu yang sama. Mereka menyebutnya asumsi waktu transit yang sama. 
Dan karena udara di bagian atas menempuh jarak yang lebih jauh, maka pastilah kecepatan udara bagian atas lebih besar daripada kecepatan udara bagian bawah. Oleh sebab itu menurut Bernouli, udara bawah yang lebih lambat memberikan tekanan lebih besar daripada udara bagian atas yang cepat. Hasilnya adalah gaya netto ke atas yang biasa kita sebut “gaya angkat”.

Asumsi di atas benar dan cukup bagus kecuali satu hal, yaitu udara atas sayap dan udara bawah sayap tidak harus sampai ke pinggiran belakang sayap pada waktu bersamaan. Asumsi waktu transit yang sama sebenarnya sebuah kesalahan, walaupun para guru fisika sama-sama bersikeras membenarkannya. Pada hakikatnya, tidak ada alasan yang cukup kuat bagi udara atas untuk tiba di pinggiran belakang secara bersamaan dengan udara bawah.

Efek bernouli memang menyumbang sebagian gaya angkat pesawat. Namun jika efek ini bekerja sendirian, maka diperlukaan kecepatan pesawat yang sangat-sangat cepat untuk menghasilkan gaya angkat yang dapat mengangkat pesawat ratusan ton mengingat bentuk atas sayap pesawat tidak terlalu mencembung sehingga perbedaan kecepatan atas dan bawah sayap tidak terlalu besar untuk menghasilkan gaya ini jika kecepatan pesawat rendah. 
Kenyataannya, pesawat dapat terbang dengan kecepatan relatif rendah, yaitu sekitar 300 km/jam. Atau jalan kedua untuk menghasilkan perbedaan kecepatan yang besar pada dua sisi sayap pesawat haruslah bentuk atas sangat melengkung seperti ikan paus, tapi kenyaataannya tidak seperti itu.

Aksi-Reaksi Hembusan Udara ke Bawah
roket menyemburkan gas ke bawah untuk terbang
Hukum ketiga newton tentang gerak mengatakan bahwa setiap aksi pasti ada reaksi yang sama besar, tapi arahnya berlawanan.

Contoh yang paling popular dari hukum 3 Newton ini adalah prinsip kerja roket. Roket yang menyemburkan gas ke bawah akan mendapatkan gaya ke atas yang sama besar, sehingga roket dapat terbang. 
Namun, tahukah kalian bahwa pesawat konvensionalpun juga menerapkan hukum 3 newton untuk terbang, walaupun tidak mempunyai gas yang dibakar dan menyembur ke bawah seperti roket? 
Lalu dari mana gas yang mengangkat pesawat untuk terbang? 
Tentu saja dari sayap pesawat. 
Bagaimana bisa?

Ketika suatu fluida (zat cair maupun gas) mengalir di suatu permukaan yang lengkung, fluida itu cenderung melekat kepermukaan dan alirannya mengikuti bentuk lengkungan permukaan tersebut, fenomena ini disebut Efek Coanda.
bentuk sayap menyebabkan udara mengalir relatif ke  bawah
dan menghasilkan gaya dorong ke atas sama seperti roket

Ketika lapisan udara di atas sayap bertemu dengan pinggiran depan sayap, maka lapisan ini naik terlebih dahulu kemudian turun dan mengarah ke bawah ketika meninggalkan pinggiran belakang sayap. 
Akan tetapi, bentuk sayap yang sedemikian rupa membuatnya mengalir lebih jauh ke bawah di banding posisi udara di depan sayap. Akibatnya, lapisan udara itu meninggalkan pinggiran belakang sayap dengangaya netto mengarah ke bawah. Dengan kata lain udara di bagian atas sayap “didorong” kebawah oleh bentuk lengkungan sehingga menurut hukum 3 newton sayap akan mendapatkan gaya dorong ke atas yang sama besar.

Penerapan Lain Hukum 3 Newton “ Pesawat Kertas yang Terbang”
pesawat kertas 

Seorang anak kecil yang membuat mainan pesawat dari kertas sebenarnya adalah “arsitek” pesawat. Pasti saat kecil dulu kalian juga membuat pesawat kertas ini pastinya. Pesawat tersebut terbuat dari kertas dan ketika kita memberikan gaya dorong ke depan pesawat akan terbang ke atas.

Tapi tunggu dulu,...
bukankah sayap pesawat kertas tersebut kedua sisisnya datar?
Bagian atas dan bawah pada sayap pesawat kertas datar dan tidak ada lengkungan pada bagian atasnya sehingga efek bernouli tidak terjadi pada pesawat ini.
Lalu darimana datangnya gaya angkat ini?

sayap pesawat membentuk sudut tertentu untuk menambah gaya angkat
Gaya ini berasal dari sayap pesawat yang tidak sejajar dengan tanah. Pada pesawat, sayap arahnya agak naik sedikit di bagian depan(biasanya sekitar 4 derajat saat pesawat terbang mendatar). Saat pesawat melaju ke depan, maka udara akan menumbuk bagian bawah sayap pesawat sehingga akan menghasilkan gaya tekanan udara yang lebih besar di bawah sayap daripada bagian atasnya. Dan ini ikut mendorong sayap ke atas. 
Hukum 3 Newton berlaku di sini karena ketika pesawat bergerak maju, sayapnya mendorong udara di depannya kearah bawah sehingga udara bereaksi mendorong sayap ke atas.


Terimakasih
Semoga dapat menambah wawasam kita semua :)

Daftar  Pustaka :
Robert.F.Wolke.2012.Kalo Einstein lagi Cukuran Ngobrolin Apa Ya?.Jakarta: Gramedia Pustaka Utama 


EmoticonEmoticon