gaya anggkat pesawat terbang

BAB I

LATAR BELAKANG

1.1. Latar belakang masalah

Kita  semua pasti pernah memandang ke angkasa dan melihat ada pesawat terbang yang sedang  melintasi udara di atas kita. Mungkin ada di antara kita yang pernah bertanya “bagaimana mungkin hal ini dapat terjadi”?. Pertanyaan ini wajar, apa lagi jika kita melihat massa dari pesawat yang berton-ton sehingga sepertinya mustahil untuk membuatnya dapat terbang terangkat di atas tanah. Di tambah lagi bahwa massa jenis dari pesawat itu yang terbuat dari material logam jauh lebih besar dari massa jenis udara yang bertindak ibarat “Jalan Raya”.

Lalu bagaimana pesawat udara dapat terbang? Adalah suatu yang salah jika kita berfikir bahwa mesin (engine) lah menyebabkan pesawat dapat terbang. Pada dasarnya, sayap lah yang memberi gaya angkat yang dibutuhkan untuk terbang, sedangkan engine hanya memberi gaya dorong (thrust) untuk bengerak maju. Jadi, kesimpulan mudahnya adalah bahwa pesawat udara (bukan pesawat antarikasa) dapat terbang karena memiliki sayap.

Dalam kajian fisika, hal ini sebetulnya bukanlah peristiwa yang mustahil untuk terjadi, pada dasarnya hanya masalah keseimbangan gaya saja. Sudah umum di ketahui bahwa benda selalu jatuh menuju pusat bumi karena adanya gravitasi yang bekerja pada setiap benda. Tetapi, terdapat juga gaya ke atas yang secara vektor berlawanan arah dengan gaya gravitasi ini. Kedua gaya inilah yang berusaha direkayasa untuk selanjutnya hasilnya dapat membuat pesawat dapat terbang

1.2. Rumusan masalah

Berdasarkan uraian latar belakang masalah, maka penulis dapat menyimpulkan rumusan maslah pada makalah ini yaitu:

 “Bgaimanakah pesawat terbang yang terbuat dari logam dengan masa puluhan ton dapat terbang bebas di angkasa”?

1.3.Tujuan penulisan makalah

Tujuan dari penulisan makalah gaya angkat pesawat terbang ini adalah untuk memberikan informasi menenai bagaimana cara pesawat terbang yang terbuat dari logam dengan masa puluhan ton dapat terbang bebas di angkasa.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Sejarah pesawat terbang

Pesawat terbang yang lebih berat dari udara diterbangkan pertama kali oleh Wright Bersaudara (Orville Wright dan Wilbur Wright) dengan menggunakan pesawat rancangan sendiri yang dinamakan Flyer yang diluncurkan pada tahun 1903 di Amerika Serikat.

Wright bersaudara juga memberi sumbangan penting dalam hal perancangan sayap. Mereka sadar, data-data sebelumnya yang sudah disiarkan, tidak bisa dijadikan pegangan. Karena itu mereka menciptakan sendiri lorong-lorong angin dan dicoba terhadap lebih dari dua ribu macam bentuk permukaan sayap. Inti utama dari percobaan ini adalah, kedua bersaudara itu mampu membikin bagan sendiri, memaparkan tentang tekanan udara terhadap sayap tergantung pada bentuk sayap itu. Keterangan ini kemudian digunakan dalam tiap pembuatan sayap pesawat terbang.

Berabad lamanya terbang itu sudah menjadi impian manusia. Mereka kepingin melayang di langit dengan permadani terbang seperti dalam dongeng-dongeng Seribu Satu Malam, impian yang berada jauh dalam jangkauan. Si genius Wright bersaudaralah yang telah mewujudkan mimpi itu jadi kenyataan, betul-betul terbang dengan pesawat dan bukannya bersila di atas permadani dongeng sambil mengisap “hoga” yang tiga hasta panjangnya.

2.2. Mengapa Pesawat bisa terbang ?

Pesawat bisa terbang karena ada momentum dari dorongan horizontal mesin pesawat (Engine), kemudian dorongan engine tersebut akan menimbulkan perbedaan kecepatan aliran udara dibawah dan diatas sayap pesawat . Kecepatan udara diatas sayap akan lebih besar dari dibawah sayap di karenakan jarak tempuh lapisan udara yang mengalir di atas sayap lebih besar dari pada jarak tempuh di bawah sayap, waktu tempuh lapisan udara yang melalui atas sayap dan di bawah sayap adalah sama . Menurut hukum Bernoully , kecepatan udara besar menimbulkan tekanan udara yang kecil . sehingga tekanan udara di bawah sayap menjadi lebih besar dari sayap pesawat bagian atas. Sehingga akan timbul gaya angkat (Lift) yang menjadikan pesawat itu bisa terbang.

Terdapat empat gaya mendasar yang bekerja pada pesawat terbang, yaitu:

1. Gaya hambatan

2. Gaya dorongan

3. Gaya angkat

4. Gaya berat (gravitasi)

Dalam hukum newton yang pertama dapat disimpulkan bahwa benda cendrung untuk tetap diam atau bergerak dengan kecepatan konstan kecuali jika ada pengaruh (gaya) dari luar yang bekerja padanya. Kecendrungan ini terjadi disebabkan oleh adanya keseimbangan gaya yang bekerja pada benda tersebut. Jika tarikan yang bekerja pada benda sama besar dengan dorongannya, maka benda tidak akan mengalami perubahan ditinjau dari pergerakan horisontalnya. Begitupun yang terjadi jika geya berat pada benda sama besar dengan gaya angkatnya, maka untuk arah vertikal benda juga tidak mengalami perubahan. Artinya bahwa, jika keseimbangan ini terganggu akan mengakibatkan terjadinya perubahan pada benda, bisa horisontal maupun vertikal.

Gambar: gaya pada pesawat terbang

Masih menurut Newton, dalam hukum keduanya dinyatakan bahwa benda dengan massa tertentu yang mendapat pengaruh gaya maka benda tersebut akan mengalami percepatan. Implikasi dari hukum ini adalah untuk kasus pesawat terbang, kita dapat membuatnya terangkat dari tanah dengan memberikan gaya angkat untuk pesawat tersebut, gaya angkat ini harus lebih besar dari gaya yang disebabkan oleh tarikan gravitasi. Penjelasan tentang gaya angkat ini akan lebih jelas jika kita menggunakan prinsip bernoulli dan hukum ketiga Newton.

Dalam prinsip bernoulli kita bisa menemukan bahwa fluida yang mengalir lebih cepat akan menyebabkan penurunan tekanan pada fluida tersebut. Pada model moncong pesawat terbang, sengaja di desain agar ketika udara manabrak moncong tersebut akan menyebabkan aliran udara yang melalui bagian atas pesawat lebih cepat dari pada  yang melewati bagian bawah sayap pesawat terbang.

Gambar: perbedaan kecepatan aliran pada sayap pesawat terbang

Seperti yang telah dinyatakan oleh bernoulli, perbedaan kecepatan ini selanjutnya mengakibatkan tekanan udara pada bagian bawah sayap akan lebih besar daripada tekanan dari bagian atas sayap pesawat terbang. Perbedaan tekanan inilah yang menghasilkan gaya angkat pada pesawat terbang.

            Tinjau dengan hukum Bernoulli :

Ø  Laju aliran udara pada sisi atas pesawat (v₂) lebih beswar di banding laju aliran udara pada sisi bawah pesawat (v₁). Maka sesuai dengan azas Bernoulli, maka tekanan udara pada sisi bawah pesawat (p₁) lebih besat dari tekanan udara pada sisi atas pesawat (p₂).

Ø  Syarat agar pesawat bisa terangkat, maka gaya angkat pesawat (Fa) harus lebih besar dari gaya berat (W=mg), Fa > mg. Ketika sudah mencapai ketinggian tertentu, untuk mempertahankan ketinggian pesawat, maka harus diatur sedemikian sehingga : Fa = mg.

Ø  Jika pesawat ingin begerak mendatar dengan percepatan tertentu, maka : gaya dorong harus lebih besar dari gaya hambat (f_d > f_g), dan gaya angkat harus sama dengan gaya berat, (Fa=mg).

Ø  Jika pesawat ingin naik/menambah ketinggian yang tetap, maka gaya dorng harus sama dengan gaya abat (f_d = f_g), dan gaya angkat harus lebih besar  dari gaya berat (Fa=mg).

2.3. Penerapan fisika dalam gaya angkat sayap pesawat terbang

Gaya angkat pada sayap pesawat terbang dengan menggunakan persamaan bernoulli.

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 r.v₁² + r g h₁ = P₂ + ½ r.v₂² + r g h₂          

Ketinggian kedua sayap dapat dianggap sama (h1 = h2), sehingga  r g h1 = r g h2.

Dan persamaan di atas dapat ditulis :

                                 P₁ + ½ r.v₁² =  P₂ + ½ r.v₂²             

                                 P₁ – P₂ =  ½ r.v₂² -  ½ r.v₁²

                

                                 P₁ – P₂ =   ½ r(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 r A(v₂² – v₁²)

Dengan  r = massa jenis udara   (kg/m³)

            Dari persamaan di atas dapat diketahui bahwa pesawat terbang dapat terangkat ke atas jika gaya angkat pesawat lebih besar daripada berat pesawat. Jadi, apakah suatu pesawat dapat terbang atau tidak tergantung dari berat pesawat, kelajuan pesawat, dan ukuran sayapnya. Makin besar kecepatan pesawat, makin besar kecepatan udara, dan ini berarti gaya angkat pesawat makin besar. Demikian pula, makin besar ukuran sayap, semakin besar pula gaya angkatnya.

            Supaya pesawat dapat terangkat, gaya angkat harus lebih besar daripada berat pesawat     ( F₁ - F₂ > mg ). jika telah berada pada ketingian tertentu dan pilot ingin mempertahankan ketingianya ( melayang di udara), maka kelajuan pesawat harus diatur sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama dengan gaya berat pesawat ( F₁ - F₂ = mg ).

BAB III

KESIMPULAN

3.1. Kesimpulan

      Terdapat empat gaya mendasar yang bekerja pada pesawat terbang, yaitu:

1.    Gaya hambatan

2.     Gaya dorongan

3.     Gaya angkat

4.     Gaya berat (gravitasi)

Suatu pesawat dapat terbang atau tidak tergantung dari berat pesawat, kelajuan pesawat, dan ukuran sayapnya. Makin besar kecepatan pesawat, makin besar kecepatan udara, dan ini berarti gaya angkat pesawat makin besar. Demikian pula, makin besar ukuran sayap, semakin besar pula gaya angkatnya.

Supaya pesawat dapat terangkat, gaya angkat harus lebih besar daripada berat pesawat     ( F₁ - F₂ > mg ). jika telah berada pada ketingian tertentu dan pilot ingin mempertahankan ketingianya ( melayang di udara), maka kelajuan pesawat harus diatur sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama dengan gaya berat pesawat ( F₁ - F₂ = mg ).