Kenapa Pesawat Bisa Terbang

Kenapa pesawat bisa terbang? 

Ini adalah pertanyaan yang sangat umum kita dengar di kehidupan sehari-hari, karena hampir setiap hari benda ini terbang melintas di atas kepala kita. 

Biasanya yang sering bertanya mengapa pesawat bisa terbang adalah anak-anak kecil. Jika kita ditanyakan pertanyaan tersebut pasti akan terbesit di pikiran kita, oh iya ya.. 

Bagaimana caranya pesawat yang memiliki berat puluhan bahkan ratusan ton bisa terbang?

Dalam kajian ilmu fisika, masalah seperti bagaimana pesawat dapat terbang sebetulnya bukan peristiwa yang mustahil terjadi karena pada dasarnya hanya masalah keseimbangan gaya saja. 

Sebagaimana kita ketahui setiap benda yang massanya lebih berat dari udara (hevier than air) pasti akan jatuh ke permukaan bumi karena fenomena ini tunduk pada hukum gravitasi. 

Tetapi setiap benda juga terdapat gaya ke atas yang secara vektor berlawanan arah dengan gaya gravitasi bumi. 

Kedua gaya inilah yang berusaha direkayasa agar pesawat dapat terbang. 

Jika gaya ke atas lebih besar dari gaya gravitasinya, maka benda tersebut dapat terangkat dari tanah.

Sebelumnya kita harus mengetahui terlebih dahulu terhadap gaya-gaya yang bekerja pada sebuah pesawat terbang yaitu :

1. Gaya dorong (thrust) adalah gaya yang dihasilkan oleh mesin (powerplant) untuk mendorong pesawat untuk bergerak maju kedepan.

2. Gaya hambat (drag) adalah hambatan yang terjadi berlawanan arahnya dengan gaya dorong, gaya hambat dapat terjadi karena adanya aliran udara yang menabrak dan bergesekan dengan permukaan pesawat.

3. Gaya angkat (lift) adalah gaya yang mengangkat pesawat keatas yang dihasilkan dari efek dinamis udara yang bereaksi pada sayap..

4. Gaya berat (weight) adalah gaya gravitasi yang bekerja pada pesawat sehingga menimbulkan berat yang arahnya selalu ke bawah.

Aircraft Hardware - Solid Rivet

Prinsip yang digunakan pada pesawat terbang yaitu :

1. Prinsip Bernoulli

"Kecepatan fluida berbanding terbalik dengan tekananya" Dalam penjelasan gampangnya begini : 

Aliran fluida yang kecepatanya rendah mempunyai tekanan yang lebih tinggi, dan aliran udara yang mempunyai kecepatan yang tinggi akan mempunyai tekanan yang rendah. 

Teori ini diaplikasikan pada sayap (aerofoil) pesawat untuk menghasilkan gaya angkat, aerofoil didesain sedemikian rupa untuk menghasilkan tekanan yang besar pada permukaan bagian bawahnya supaya menghasilkan gaya angkat.

2. Hukum Newton III

"Setiap ada gaya aksi, maka akan selalu ada gaya reaksi yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan (aksi = reaksi)" 

Lalu apa hubunganya dengan gaya angkat pesawat, pada aerofoil aliran udara yang melaluinya akan cenderung dibelokan aliran udaranya kearah bawah, ini yang disebut aksi, karena efek membelokan arah aliran udara kebawah akan menghasilkan reaksi sebaliknya yaitu gaya angkat.

3. Efek Coanda

Efek Coanda menekankan pada beloknya kontur udara yang mengalir pada bagian atas sayap. 

Pada bagian atas sayap yang cembung memaksa udara untuk mengikuti kontur tersebut. 

Pembelokan kontur udara tersebut karena rendahnya tekanan udara pada bagian atas sayap, sehingga udara cenderung mengisi pada bagian yang tekananya rendah dan mengikuti  kontur sayap.

Gaya angkat pesawat terbang juga dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain :

1. Sudut pertemuan antara sayap dan udara, gaya angkat akan semakin besar jika sudut (angel of  attack) pertemuan antara sayap dan udara semakin besar.

2. Massa jenis udara, semakin besar nilai massa jenis udara maka semakin besar pula gaya angkatnya.

3. Kecepatan pesawat relatif terhadap udara, semakin cepat gerak pesawat maka semakin besar gaya angkat yang dihasilkan, (tetapi dengan catatan kepatan pesawat tidak boleh melebihi batas kecepatan yang diperbolehkan oleh manufaktur)

4. Aerofoil (sayap), jantung dari performa pesawat terbang adalah sayapnya, karena tanpa sayap, pesawat tidak dapat menjalankan fungsinya yaitu terbang. 

Sayap memiliki fungsi utama sebagai penghasil gaya angkat, sebelum kita masuk ke penjelasan bagaimana sayap (aerofoil) dapat menghasilkan gaya angkat. 

Supaya lebih mudah untuk dipahami maka kita analogikan sayap  pesawat dengan layang-layang yang sering kita mainkan ketika kita masih kecil. 

Pasti kalian sudah tahu bagaimana caranya menerbangkan layangan. 

Layangan dapat terbang karena tersedianya angin yang berhembus sehingga dapat mengangkat layangan tersebut keatas.

Hal ini dapat terjadi karena layangan memiliki penampang untuk menghambat laju angin untuk diubah menjadi gaya angkat, bagaimana caranya merubah gaya hambat angin menjadi gaya angkat? 

Coba kalian perhatikan sikap layangan yang sedang terbang akan cenderung sedikit miring antara sudut horizontal dan vertikal. 

Sudut ini berfungsi untuk membelokan arah angin kearah bawah sehingga angin yang dibelokan akan mengalami hambatan dan mengakibatkan kecepatan aliran udaranya menurun dan tekananya akan meningkat sesuai dengan hukum (Bernoulli). 

Tekanan tersebut akan mendorong layangan ke atas dengan membelokan arah angin kebawah yang disebut sebagai aksi dan reaksi yang dihasilkan kebalikanya kearah atas yaitu gaya angkat sesuai dengan hukum (Newton III) yang berbunyi : Jka ada aksi maka terjadi reaksi. 

Yang kedua yaitu harus tersedianya angin yang cukup untuk dapat mengangkat beban layangan tersebut keudara. 

Namun apabila hembusan angin tidak cukup untuk mengangkat beban layangan tersebut, maka laju kecepatan  angin dapat kita manipulasi dengan cara menarik layangan tersebut sambil berlari. 

Maka layangan tersebut akan dapat terbang ketika laju angin terpenuhi untuk  dapat mengangkat beban layangan tersebut.

Untuk merekayasa supaya gaya keatas lebih besar dari gaya gravitasinya (gaya kebawah) maka harus ada alat yang menghasilkan gaya angkat yaitu Aerofoil (sayap) yang berfungsi untuk mengkonversi gaya hambat menjadi gaya angkat. 

Jika bentuk dari Aerofoil  didesain menyerupai tetesan air maka perubahan kecepatan dan tekanan dari aliran udara yang melewati bagian atas dan bawah akan sama pada kedua sisi.

Gambar aerofoil berbentuk tetesan air

Tapi kalau bentuk tetesan air itu dipotong ditengah dengan sama rata, hasilnya adalah sebuah bentuk sederhana airfoil (sayap). 

Jika aerofoil itu dinaikan sudutnya (mendongak) keatas, maka aliran udara yang melewati permukaan bagian bawah akan dipaksa menabrak permukaan aerofoil maka kecepatan aliran udara pada bagian bawah di perlambat sehingga tekananya akan naik. 

Sedangkan pada permukaan bagian atas akan dipaksa untuk bergerak dengan kecepatan tinggi shingga tekananya turun, dengan demikian aerofoil dapat menghasilkan gaya angkat.

Seperti terlihat pada penggunaan teori Bernoulli pada sebuah bejana venturi, pertambahan kecepatan udara pada bagian atas dari aerofoil menyebabkan turunya tekanan. 

Tekanan yang turun ini adalah salah satu komponen dari total daya angkat, tapi menjadi sebuah kesalahan jika berasumsi bahwa perbedaan bentuk permukaan bagian atas dan bagian bawah aerofoil adalah satu-satunya hasil total dari produksi daya angkat. 

Karena sebuah tekanan positif dihasilkan karena sifat udara yang mengalir diatas dan bagian bawah aerofoil, terutama pada angle of attack yang tinggi.

Selain itu ada aspek lain dari aliran udara yang mengalir pada aerofoil yang harus dipelajari, pada suatu titik dekat leading edge, aliran udara pada titik itu sebenarnya berhenti (stagnation point) 

dan secara bertahap kecepatanya akan bertambah dan pada titik trailing edge  kecepatan aliran pada permukaan bagian bawah aerofoil kecepatan udaranya akan sama dengan kecepatan aliran udara pada bagian atas permukaan aerofoil.

Aircraft Hardware - Blind Rivet

Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat ditarik dari penjelasan diatas adalah :

Pesawat terbang bisa mengudara karena ada gaya dorong dari mesin yang besaranya jauh lebih besar dari gaya hambat 

Sehingga pesawat dapat melaju dengan kecepatan tertentu dan menimbulkan gaya aerodinamik, yaitu timbulnya gaya angkat yang lebih besar dari gaya gravitasi sehingga mampu mengangkat pesawat untuk terbang.

Gaya angkat pada sayap, timbul akibat adanya perbedaan kecepatan dan tekanan aliran udara pada sayap, yang konstruksinya dirancang sedemikian rupa (aerofoil) untuk dapat menghasilkan gaya angkat.

Sekian penjelasan mengenai bagaimana pesawat bisa terbang.. apabila terdapat kesalahan dalam penulisan maupun materi yang kurang tepat, harap untuk membantu saya untuk mengoreksinya.

Terimakasih sudah menyempatkan membaca di blog ini dan semoga dapat bermanfaat...