Makalah Fisika bola golf

download Makalah Fisika bola golf

of 20

  • date post

    13-Jul-2015
  • Category

    Documents

  • view

    1.064
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of Makalah Fisika bola golf

AERODINAMIKA PADA BOLA GOLF BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Permainan golf merupakan permainan bola tercepat di semua permainan bola. Jarak terbang bola golf dipengaruhi tidak hanya oleh materialnya, tetapi juga oleh aerodinamika dari dimple pada permukaannya. dengan menggunakan metode CFD, bidang aliran dan karakteristik aerodinamika bola golf bisa dipelajari dan dievaluasi sebelum bola golf dibuat. Dengan karakteristik aerodinamik yang diperoleh, jarang terbang dan lintasan pada bola golf dapat ditentukan dan divisualisasikan. Berbagai penelitian telah dilakukan bertujuan untuk menentukan geometri dimple dan kecepatan bola golf yang optimal dalam mengurangi koefisien drag dan meningkatkan koefisien lift sehingga bola golf dapat menjangkau jarak terbang yang optimal.

Gambar 1.1 Jejak lintasan terbang bola golf

1.2 Tujuan Kegiatan Kegiatan ini dilakukan dengan tujuan untuk :

1. Mengetahui nilai koefisien lift dan koefisien drag pada bola goft dengan dimple dan bilangan reynold yang berbeda-beda. 2. Membandingkan data yang dihasilkan dengan data dari Chang Hsien Tai 3. Mengetahui aliran dinamika yang terjadi pada bola golf 4. Mengetahui besarnya putaran dan kecepatan bola golf yang optimal dalam permainan bola golf. 5. Mengetahui distribusi kecepatan yang terjadi pada aliran bola golf. 6. Memenuhi tugas besar mata kuliah Aplikasi CFD. 1.3 Pembatasan Masalah Dalam kegiatan ini penulis membatasi cakupan bahasan agar tidak terlalu meluas dan lebih terfokus. Dalam hal ini penulis hanya membahas dinamika aliran pada bola golf dan menghitung koefisien drag dan koefisien lift pada kondisi dimple yang berbeda yaitu, 0.25mm dan 0.35mm dengan bilangan reynold yang berbeda pula yaitu sebesar 40000 dan 100000. 1.4 Metodologi Kegiatan Metodologi yang dilakukan dalam kegiatan ini ialah simulasi dan analisa dari hasil simulasi dengan urutan seperti di bawah ini: 1. Perumusan Masalah Hal- hal yang dapat menurunkan nilai koefisien drag dan meningkatkan nilai koefisien lift pada bola golf 2. Model dan Variabel simulasi Model yang disimulasikan berupa bola golf dengan dimple 0.25mm dan 0.35mm. Variabel simulasi yaitu kecepatan putar bola golf dengan bilangan reynold yang bervariasi dan kedalaman dimple yang berbeda. 3. Teknik Pengumpulan dan pengolahan data Model disimulasikan dengan parameter-parameter yang tersedia dengan membuat goal berupa koefisien drag dan lift dengan menggunakan software Solidwork 2007. Hasil yang didapat berupa tabel dan grafik pada Excel.

4. Validasi, Analisa dan Interpretasi data Setelah dilakukan pengolahan data maka data yang didapat dianalisa dengan melihat variabel-variabel yang ada dan goal yang dihasilkan. Setelah itu hasilnya dibandingkan dengan hasil kegiatan yang telah dilakukan sebelumnya oleh Chang-Hsien Tai mengenai dinamika aliran pada bola golf. BAB II STUDI PUSTAKA 2.1. Fenomena Pada Bola Golf 2.1.1 Dimple Bola yang digunakan pada olahraga golf memiliki bentuk dan konfigurasi yang khusus, yaitu permukaannya yang memiliki dimple-dimple kecil, Bentuk ini ternyata memiliki pengaruh pada aerodinamika dari bola golf tersebut. Bola golf dibuat berlubang-lubang untuk membuat pergeseran lapisan pada udara semakin lambat karena ada lapisan kecil pada alur/lubang bola pada permukaan sehingga memperpanjang jarak geseran lapisan udara pada lapisan paling dekat pada permukaan, jadi kecepatan udara pada permukaan naik sehingga beda kecepatan dengan lapisan diatasnya lebih kecil hal ini juga dapat mengurangi timbulnya turbulensi pada bagian akhir bola

Gambar 2.1 Pengaruh dimple Bola golf yang licin jika dipukul oleh pemain golf profesional hanya mampu menempuh jarak setengah dari bola golf dengan dimple. Umumnya bola golf mempunyai 300-500 dimple dengan kedalaman rata sekitar 0.01 inci. gaya angkat (lift) dan gaya hambat (drag) pada bola golf sangat sensitif terhadap kedalaman dimple, perubahan

kedalaman 0.001 inch bisa menghasilkan perubahan yang besar terhadap lintasan bola dan jarak terbang

Gambar 2.2 Aliran udara pada permukaan dimple benda bergerak mempunyai daerah tekanan tinggi pada sisi depannya. Udara mengalir dengan mulus pada keseluruhan permukaan sisi depan dan akhirnya berseparasi di sisi belakang benda. Benda bergerak juga menunda daerah olakan turbulen dimana udara mengalir secara tidak tetap, mengakibatkan tekanan rendah dibelakang benda. ukuran olakan dipengaruhi oleh drag pada benda. Dimple pada bola golf membuat lapisan batas udara turbulen mengecil karena melekat pada permukaan bola. Ini memberikan aliran udara yang mulus ketika mengikuti permukaan bola sedikit lebih jauh di sisi belakang bola, dengan demikian dapat mengurangi ukuran dari olakan yang terjadi. Dimple juga mempengaruhi lift. Bola licin yang berputar menimbulkan lift karena belokan aliran udara serupa dengan yang terjadi di sayap pesawat. Gerakan memutar membuat tekanan udara pada bagian bawah lebih besar daripada tekanan udara pada bagian atas, ketidakseimbangan ini membuat gaya keatas pada bola. Putaran bola menyumbang sekitar 1/2 pada gaya angkat bola golf. 1/2 lainnya dihasilkan akibat dimple bola bolf 2.1.2 Efek Magnus Kecepatan lokal di dekat bola terdiri dari kecepatan aliran udara dan kecepatan putaran bola, yang berkurang jika jaraknya makin jauh dari bola. Pada sebuah bola yang berputar dengan bagian atas bergerak searah dengan aliran udara, maka kecepatan udara

setempat di bagian atas akan lebih cepat dari pada di bagian bawah. Perbedaan kecepatan di permukaan melibatkan perbedaan tekanan, dengan tekanan yang lebih rendah di atas dibandingkan dengan tekanan yang ada di bawah. Daerah bertekanan rendah mengakibatkan gaya ke atas yang dikenal dengan Efek Magnus.

Gambar 2.3 Efek magnus Teori efek magnus digunakan pada aerodinamika. ketika objek bergerak melalui udara. permukaannya dipengaruhi oleh lapisan tipis udara yang disebut dengan lapisan batas. Pada kasus bola, yang mempunyai bentuk aerodinamik yang kurang baik, udara di lapisan batas keluar dari permukaan,membentuk ombak atau daerah tekanan rendah dibelakang bola. Back pressure yang berbeda membuat gaya yang terbalik pada bola, yang melambatkan pergerakan ke depan. Ini merupakan aerodinamik yang terjadi pada setiap benda yang bergerak di udara. Bagaimanapun juga jika bola berputar sepanjang pergerakannya, lapisan batas terpisah pada titik yang berbeda. Akibatnya udara yang mengalir mengelilingi bola membelok menyamping sehingga tidak simetriknya ombak dibelakang bola, efeknya menyebabkan perbedaan tekanan seperti terlihat dalam gambar, di titik A. Sebuah titik stagnasi terbentuk di mana aliran udara yang mengenai permukaan terpisah, sebagian ke atas dan sebagian ke bawah. Titik stagnasi yang lain adalah titik B ketika kedua aliran udara bergabung dan melanjutkan dengan kecepatan yang sama. Nilai putaran bola golf menunjukan kecepatannya berputar pada sumbu ketika terbang, diukur dalam satuan rotasi per menit (rpm). Nilai putaran yang umunnya digunakan antara 2000-4000 rpm. Putaran

menghasilkan lift yang secara langsung mempengaruhi seberapa tinggi bola golf terbang dan seberapa cepatnya berhenti ketika jatuh ke tanah.

Gambar 2.4 Lintasan terbang dipengaruhi oleh putaran bola golf Kelebihan jumlah putaran akan menyebabkan bola melonjak tinggi, akibatnya kehilangan jarak. Putaran terlalu sedikit akan menahan terjadinya lift sehingga bola tidak terangkat. Menjaga jumlah putaran pada tingkatan yang tepat dapat memaksimalkan jarak yang dicapai, jejak lintasannya parabola dapat dilihat pada gambar diatas. 2.2. Gaya-gaya pada Bola golf Sebuah benda akan mengalami total gaya akibat fluida apabila terjadi gerak relatif antara permukaan benda dan fluida. Gaya-gaya fluida tersebut merupakan gaya permukaan yang tegak lurus dan juga searah permukaan benda atau merupakan gaya normal ataupun gaya gesek. Total gaya fluida yang arahnya searah aliran fluida disebut DRAG atau gaya hambat dan total gaya yang tegak lurus aliran fluida disebut LIFT atau gaya angkat. Perhitungan total gaya tersebut tidak dapat diselesaikan secara analitis. Hampir semua penyelesaian total gaya tersebut membutuhkan hasil eksperimen yang dinyatakan dalam bentuk koefisien gaya angkat ataupun koefisien gaya hambat untuk bentuk geometri tertentu. 2.2.1 Drag Gaya hambat adalah komponen gaya fluida pada benda yang searah dengan arah aliran fluida atau gerakan benda. Gaya hambat dibedakan menjadi gaya hambat bentuk (form drag) dan gaya hambat gelombang (wave drag). Dengan pendekatan bahwa pada aliran tidak timbul gelombang maka pembahasan gaya hambat hanyalah gaya hambat bentuk saja, untuk selanjutnya disebut gaya hambat. Dari analisa tanpa dimensi dapat ditentukan gaya hambat diduga merupakan fungsi sebagai berikut : Parameter tanpa

dimensi tersebut dinyatakan sebagai koefisien gaya hambat, CD pada persamaan dibawah ini :

Ada dua drag yang terjadi pada bola golf, yaitu skin friction drag (gaya hambat akibat gesekan dengan udara degan bola) dan pressure drag (gaya hambat akibat olakan aliran dibelakang bola). Pada bola licin, aliran dari depan akan bola terbelah ke sekitar bola, bergerak ke belakang, namun aliran terlepas sebelum sampai diujung belakang, dan terjadi ulakan2 kecil dibelakang bola. Alirannya adalah aliran laminar. Pada bola golf yang memiliki dimple, pelepasan aliran ini ini dapat ditunda, artinya titik pelepasan aliran dapat dapat digeser lebih ke belakang, olakannya pun lebih sedikit. Aliran pada bola dengan dimple adalah aliran turbulen. Pressure drag pada aliran turbulen lebih kecil dari aliran laminer. Jadi, dengan memberi akan dimple pada skin bola friction (menambahkan drag, tetapi kekasaran/roughness) lebih kecil. 2.2.2 Lift Gaya angkat adalah komponen resultan gaya fluida tegak lurus terhadap aliran fluida. Besarnya gaya angkat untuk mengangkat benda dengan bidang angkat umumnya didefinisikan sebagai: memang meningkatkan

pengurangan/reduksi terhadap pressure dr