Mengapa pesawat terbang dan burung dapat terbang sedang ayam tidak? Dan bagaimana gaya angkat pada pesawat?

Mengapa pesawat terbang dan burung dapat terbang sedang ayam tidak? Dan bagaimana gaya angkat pada pesawat?

Oleh:

1.    Achmad Alfiyan Faqih (01)

2.    Adedora Subrata (02)

3.    Agung Luqman Nurhidayat (03)

4.    Anik Mamudah (04)

Kelas: XI IPA1

SMA NEGERI 1 PESANGGARAN

Jl. Raya Pesanggaran No. 50 Telp (0333) 710091

Pesanggaran – Banyuwangi

2010-2011

Mengapa pesawat terbang dan burung dapat terbang sedang ayam tidak? Dan bagaimana gaya angkat pada pesawat?

          Dalam kehidupan sehari-hari Hukum Bernoulli memiliki penerapan yang beragam yang ada hubungannya dengan aliran fluida, baik aliran zat cair maupun gas. Penerapan tersebut sebagian besar dimanfaatkan dalam bidang teknik dan ilmu pengetahuan yang berkaitan dengan aliran fluida.Misalnya dalam teknologi pesawat terbang Hukum Bernoulli tersebut dimanfaatkan untuk merancang desain sayap pesawat terbang. Dalam bidang yang lain misalnya desain bentuk mobil yang hemat bahan bakar, kapal laut dan sebagian alat ukur yang dapat digunakan dalam suatu peralatan pengendali kecepatan dan sebagainya.

          Dengan mengusahakan bentuk sayap pesawat terbang seperti yang tergambar di bawah ini, maka bagian depan dari sayap tersebut memiliki permukaan yang tidak kaku sehingga dapat memberikan kemudahan dalam aliran udara. Lihat gambar!

Gambar 14. Penampang sayap pesawat terbang.

          Bentuk sayap yang demikian sengaja dirancang agar aliran yang mengenai bagian depan dari sayap akan membentuk aliran laminier. Dari gambar di atas dapat dijelaskan bahwa apabila pesawat terbang digerakkan dengan ke depan kecepatan udara di bagian atas pesawat dan kecepatan udara yang lewat bagian bawah pesawat terbang akan menjadi tidak sama. Kecepatan aliran udara pada bagian atas akan cenderung lebih besar daripada kecepatan aliran udara bagian bawah pesawat terbang. Hal ini mengakibatkan munculnya gaya pengangkatan yang bekerja pada pesawat terbang sehingga pesawat terbang dapat naik ke udara.

Gaya Angkat Pesawat Terbang

          Pesawat terbang memiliki bentuk sayap mirip sayap burung, yaitu melengkung dan lebih tebal di bagian depan daripada di bagian belakangnya. Bentuk sayap seperti ini dinamakan aerofoil. Tidak seperti sayap burung, sayap pesawat tidak dapat dikepak-kepakan. Karena itu, udara harus dipertahankan mengalir melalui kedua sayap pesawat terbang. Ini dilakukan oleh mesin pesawat yang menggerakan maju pesawat menyongsong udara. Mesin pesawat lama menggunakan mesin baling-baling, sedangkan yang modern menggunakan mesin jet. Pesawat terbang dapat terangkat ke atas jika gaya angkat lebih besar daripada berat pesawat.          

Kita akan membahas gaya angkat pada sayap pesawat terbang dengan menggunakan persamaan BERNOULLI. Untuk itu, kita anggap bentuk sayap pesawat terbang sedemikian rupa sehingga garis arus aliran udara yang melalui sayap adalah tetap (streamline). Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dan sisi bagian yang atas lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Bentuk ini menyebabkan aliran udara di bagian atas lebih besar daripada di bagian bawah (v₂ > v₁).

Dari persamaan Bernoulli kita dapatkan :

P₁ + ½ ρ.v₁² + ρ g h₁ = P₂ + ½ ρ.v₂² + ρ g h₂

Ketinggian kedua sayap dapat dianggap sama (h₁ = h₂), sehingga ρ g h₁ = ρ g h₂. Dan persamaan di atas dapat ditulis :

P₁ + ½ ρ.v₁² = P₂ + ½ ρ.v₂²

P₁ – P₂ = ½ ρ.v₂² - ½ ρ.v₁²

P₁ – P₂ = ½ ρ(v₂² – v₁²)

Dari persamaan di atas dapat dilihat bahwa v₂ > v₁ kita dapatkan P₁ > P₂ untuk luas penampang sayap F₁ = P₁ . A dan F₂ = P₂ . A dan kita dapatkan bahwa F₁ > F₂. Beda gaya pada bagian bawah dan bagian atas (F₁ – F₂) menghasilkan gaya angkat pada pesawat terbang. Jadi, gaya angkat pesawat terbang dirumuskan sebagai :

F₁ – F₂ = ½ ρ A(v₂² – v₁²)

Dengan ρ = massa jenis udara (kg/m³).

Gaya-Gaya yang Bekerja pada Pesawat Terbang

Dari beberapa hal, bagusnya kinerja penerbang dalam sebuah penerbangan bergantung pada kemampuan untuk merencanakan dan berkordinasi dengan penggunaan tenaga (power) dan kendali pesawat untuk mengubah gaya dari gaya dorong (thrust), gaya tahan (drag), gaya angkat (lift) dan berat pesawat (weight). Keseimbangan dari gaya-gaya tersebutlah yang harus dikendalikan oleh penerbang. Makin baik pemahaman dari gaya-gaya dan cara mengendalikannya, makin baik pula ketrampilan seorang penerbang.

Berikut ini hal-hal yang mendefinisikan gaya-gaya tersebut dalam sebuah penerbangan yang lurus dan datar, tidak berakselerasi (stright and level, unaccelerated).

Thrust, adalah gaya dorong, yang dihasilkan oleh mesin (powerplant)/baling-baling. Gaya ini kebalikan dari gaya tahan (drag). Sebagai aturan umum, thrust beraksi paralel dengan sumbu longitudinal. Tapi sebenarnya hal ini tidak selalu terjadi.

Drag, adalah gaya ke belakang, menarik mundur, dan disebabkan oleh gangguan aliran udara oleh sayap, fuselage, dan objek-objek lain. Drag kebalikan dari thrust, dan beraksi kebelakang paralel dengan arah angin relatif (relative wind).

Weight, gaya berat adalah kombinasi berat dari muatan pesawat itu sendiri, awak pesawat, bahan bakar, dan kargo atau bagasi. Weight menarik pesawat ke bawah karena gaya gravitasi. Weight melawan lift (gaya angkat) dan beraksi secara vertikal ke bawah melalui center of gravity dari pesawat.

Lift, (gaya angkat) melawan gaya dari weight, dan dihasilkan oleh efek dinamis dari udara yang beraksi di sayap, dan beraksi tegak lurus pada arah penerbangan melalui center of lift dari sayap.

Pada penerbangan yang stabil, jumlah dari gaya yang saling berlawanan adalah sama dengan nol. Tidak akan ada ketidakseimbangan dalam penerbangan yang stabil dan lurus (Hukum ketiga Newton). Hal ini berlaku pada penerbangan yang mendatar atau mendaki atau menurun. Hal ini tidak sama dengan mengatakan seluruh keempat gaya adalah sama. Secara sederhana semua gaya yang berlawanan adalah sama besar dan membatalkan efek dari masing-masing gaya. Seringkali hubungan antara keempat gaya ini diterangkan dengan salah atau digambarkan 

dengan sedemikian rupa sehingga menjadi kurang jelas.

Perhatikan gambar berikut sebagai contoh. Pada ilustrasi di bagian atas, nilai dari semua vektor gaya terlihat sama. Keterangan biasa pada umumnya akan mengatakan (tanpa menyatakan bahwa thrust dan drag tidak sama nilainya dengan weight dan lift) bahwa thrust 

sama dengan drag dan lift sama dengan weight seperti yang diperlihatkan di ilustrasi di bawah.

Pada dasarnya ini adalah pernyataan yang benar yang harus benar-benar dimengerti atau akan memberi pengertian yang menyesatkan.

Harus dimengerti bahwa dalam penerbangan yang lurus dan mendatar (straight and level),-tidak berakselerasi-, adalah benar gaya lift/weight yang saling berlawanan adalah sama, tapi kedua gaya itu juga lebih besar dari gaya berlawanan thrust/drag yang juga sama nilainya diantara keduanya, bukan dibandingkan dengan lift/weight. Untuk kebenarannya, harus dikatakan bahwa dalam keadaan stabil (steady):

1.     Jumlah gaya ke atas (tidak hanya lift) sama dengan jumlah gaya ke bawah (tidak hanya weight)

2.     Jumlah gaya dorong (tidak hanya thrust) sama dengan jumlah gaya ke belakang (tidak hanya drag).

Kinerja Terbang Burung

Ada 4 jenis gaya yang terlibat:

1. Drag Force, yaitu gaya hambat udara. Gaya ini berasal dari tumbukan molekul‐molekul udara dengan tubuh burung. Arah gaya ini selalu berlawanan dengan arah gerak burung. Sedangkan besar gaya ini sangat tergantung pada luas permukaan burung dan kecepatan burung. Semakin luas permukaan burung semakin besar gaya hambatnya. Semakin cepat burung bergerak semakin besar pula gaya hambatnya ini. Suatu ilustrasi yang dapat menggambarkan drag‐force (hambatan) udara ini adalah hambatan yang dirasakan saat kita berjalan melawan arah angin yang kencang. Hambatan ini semakin terasa besar ketika kita membuka lengan kita lebar‐lebar (memperluas permukaan tubuh kita) atau ketika kita bergerak lebih cepat.

2. Lift Force (gaya angkat) merupakan gaya yang mengangkat burung ke atas. Ada 2 hal yang dapat menimbulkan gaya angkat ini: kepakan sayap dan aliran udara yang lewat sayap. Ketika burung mengepakkan sayap ke bawah, burung menekan udara ke bawah, akibatnya udara akan menekan balik dan mendorong burung ke atas (hukum aksi‐reaksi). Semakin cepat kepakan sayap, semakin besar gaya keatasnya. Itu sebabnya burung merpati yang hendak terbang akan mengepakan sayapnya secara cepat. Burung yang berat seperti Kori Bustard dari Afrika tentu harus mempunyai otot dada yang kuat sehingga mampu mengepakan sayap lebih cepat untuk mengangkat tubuhnya yang besar (19 kg).

Pada Gb. 2 digambarkan aliran udara ketika melewati sayap. Udara yang

mengalir lewat bagian atas sayap akan bergerak lebih cepat karena udara

ini harus menempuh lintasan yang lebih jauh. Akibatnya tekanan dibagian

ini lebih kecil dibandingkan dengan tekanan udara dibawah sayap.

Perbedaan tekanan ini memberikan gaya angkat pada burung. Semakin

melengkung (semakin aerodinamis) sayap semakin besar gaya angkatnya.

3. Thrust (gaya dorong) yaitu gaya yang mendorong burung bergerak maju.

Gaya ini dihasilkan melalui kepakan sayap yang bergerak seperti angka 8

rebah (dilihat dari samping). Kepakan sayap menghasilkan suatu pusaran

udara (vorteks) yang dapat memberikan suatu dorongan bagi burung

untuk bergerak maju di udara. Besar‐kecilnya gaya dorong ini sangat

tergantung pada kekuatan otot terbang.

4. Weight (gaya berat) yaitu gaya tarik gravitasi bumi. Besarnya sangat

tergantung pada massa burung. Arahnya vertikal ke bawah.

Kombinasi ke 4 gaya ini dimanfaatkan burung untuk melakukan berbagai atraksi seperti parachutting (gerak parasut), gliding (meluncur), flight (terbang ke depan), dan soaring (membubung).

Parachuting (gerak parasut)

Gerak parasut merupakan gerak jatuh di udara (bisa miring bisa pula vertikal). Sudut miringnya lebih besar dari 45° terhadap garis mendatar. Untuk melakukan gerak parasut, burung rajawali harus memperbesar gaya hambatnya (drag force) caranya adalah dengan memperbesar luas permukaannya (misalnya dengan melebarkan sayapnya).

Gliding (meluncur)

Gliding (meluncur) yaitu gerak jatuh yang membentuk sudut lebih kecil dari 45° dengan garis mendatar. Fokus utama dalam gliding adalah meluncur semendatar mungkin. Ini dilakukan dengan memperkecil gaya hambat udara. Dalam melakukan gliding burung Fulmar dapat menempuh jarak mendatar 8,5 meter tetapi hanya turun 1 meter saja. Burung pemakan bangkai (Vultures) lebih bagus lagi, burung ini dapat menempuh jarak mendatar 22 jarak meter dengan turun hanya 1 meter.

Flight (terbang)

Gerakan flight (terbang) dilakukan dengan mengepakkan sayap. Kepakan

sayap digunakan untuk menghasilkan gaya dorong ke depan (thrust) dan gaya

angkat (lift). Gaya dorong dan gaya angkat ini dapat diatur oleh burung untuk mengendalikan arah, kecepatan, dan ketinggiannya  Ketika burung hantu turun dengan kecepatan tinggi untuk menangkap tikus, burung hantu mengecilkan drag force dengan merampingkan tubuhnya atau menekuk sayapnya. Ketika sudah dekat dengan mangsanya (akan mendarat), burung hantu memperlambat gerakannya dengan memperbesar drag force yaitu dengan mengembangkan sayapnya.

Soaring (gerak membubung)

Gerak membubung merupakan gerak naik tanpa mengepakkan sayap. Gerakan ini dapat dilakukan dengan memanfaatkan arus udara. Akibat pemanasan matahari suhu udara yang dekat permukaan bumi menjadi lebih panas, udara panas ini akan naik ke atas dan menimbulkan arus udara ke atas. Arus udara inilah yang dimanfaatkan oleh burung rajawali untuk membubung tinggi tanpa perlu mengepakan sayapnya yang besar. Burung camar atau burung albatros, lain lagi. Untuk membubung, burung camar memanfaatkan arus udara yang dipantulkan oleh permukaan air laut. Itu sebabnya burung camar selalu berada dekat‐dekat dengan permukaan laut.

Kenapa ayam  tidak bisa terbang selayaknya burung?

Beberapa faktornya adalah sebagai berikut:

1.  Ukurannya besar dan sayapnya kecil jika dibanding ukuran tubuhnya.

2.  Tubuh ayam berat katena tulang-tulangnya berisi banyak sumsum, berbeda dengan burung peterbang yang tulangnya punya banyak rongga kosong.

3.  Otot-otot dada ayam tidak berkembang dengan baik sehingga kemampuannya mengepakkan sayap lemah.

4.  Burung punya pundi-pundi hawa yang digunakan untuk bernafas saat terbang sementara ayam ga punya pundi pundi hawa tersebut

Perbedaan mendasar antara ayam dan burung, ayam mempunyai struktur atau susunan bulu pada sayap yang sangat berbeda dengan burung. Pada ayam, proporsi ukuran sayap mereka (ketika dibentangkan) terhadap berat dan besar tubuh mereka tidak cukup besar, sehingga dengan kekuatan otot yang besar pun mereka kesulitan untuk terbang. Dalam kata lain kerena daya angkat sayap unggas lebih kecil di bandingkan bobot unggas tersebut. Apalagi jika ayamnya adalah ayam buras atau pedaging, sudah bisa dijamin, dia tidak akan mampu untuk mengangkat tubuhnya ke udara.
          Berbeda dengan burung, Burung-burung yang bisa terbang punya struktur sayap yang lebar, susunan bulu2nya kuat dan rapat, dan ukuran badan yang ringan dan relatif kecil. Beberapa jenis burung punya sayap yang kecil, burung kolibri misalnya. Tapi, getaran sayapnya sangat cepat sampai2 tidak terlihat oleh mata. Kalau ayam bisa mengepakkan sayap secepat burung kolibri, dijamin dia bisa terbang, tapi bulunya akan rontok dan berterbangan kemana-mana, karena memang sayap ayam tidak dirancang khusus untuk terbang.

Untuk Power Pointnya silahkan klik link dibawah ini:

https://docs.google.com/leaf?id=0B_7c_e2OYn32NGI4YTY0ZDYtMzRlOC00YjQ4LTlhMjAtMmJmOTRmY2QxMmRh&hl=en