BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Migrasi merupakan perpindahan penduduk dari suatu tempat ke tempat yang

lain. Sejak jaman dulu kala migrasi tidak pernah terlepas dari salah satu bagian

kegiatan manusia. Pada awalnya dulu migrasi hanya dilakukan dengan jalan kaki.

Namun seiring dengan perkembangan jaman dan semakin berkembangnya

peradaban manusia, sumber daya manusia, dan diiringi oleh mobilitas manusia

yang semakin tinggi maka diciptakanlah suatu alat transportasi yang dapat

memudahkan manusia untuk melakukan migrasi.

Alat transportasi yang pertama kali diciptakan adalah kapal laut, kemudian

diciptakan lagi yaitu berupa mobil dan kendaraan bermotor yang digunakan

sebagai alat transportasi darat. Namun, perkembangan alat transpotasi tidak hanya

cukup berhenti pada hal itu saja. Melainkan manusia mengingikan suatu alat lagi

yang dapat dengan lebih cepat lagi dalam mengantarkan mereka pada suatu

tempat. Akhirnya berhubungan juga dengan sifat manusia yang tidak pernah

cepat puas dengan apa yang mereka dapat, maka munculah suatu pemikiran yaitu

apakah bisa dibuat suatu alat transportasi yang dapat berjalan di udara seperti

layaknya seekor burung terbang. Sehingga pada akhirnya ditemukanlah suatu alat

transportasi yaitu berupa pesawat terbang.

1

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi,

perkembangan tentang pesawat terbang pun semakin disempurnakan oleh

manusia. Akhirnya kegunaan pesawat terbang pun semakin dirasakan manfaatnya

oleh sebagian besar manusia manusia. Berhubungan dengan perkembangan ilmu

pengetahuan dan teknologi tersebut, maka penulis yang dalam hal ini merupakan

mahasiswa jurusan pendidikan fisika ingin mengangkat materi tentang penerapan

ilmu fisika dalam cara kerja pesawat terbang.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apakah prinsip Bernoulli diterapkan pada cara kerja pesawat terbang?

2. Pada bagian manakah dari pesawat terbang yang merupakan penerapan dari prinsip Bernoulli?

1.3 Tujuan

1. Untuk mengetahui penerapan prinsip Bernoulli pada cara kerja pesawat

terbang.

2. Untuk mengetahui bagian dari pesawat terbang yang merupakan penerapan

dari prinsip Bernoulli.

1.4 Manfaat

Melalui penulisan makalah ini diharapkan dapat memberikan manfaat baik

bagi penulis maupun pembaca terutama dalam hal aplikasi ilmu fisika dalam

kehidupan sehari-hari. Sehingga diharapkan dapat memberikan suatu pemahaman

pada kita bahwa begitu besarnya peran ilmu fisika dalam kehidupan sehari-hari.

Sehingga menjadikan kita semakin bangga menjadi orang fisika.

2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa di mana kecepatan aliran fluida tinggi,

tekanan fluida tersebut menjadi rendah. Sebaliknya jika kecepatan aliran fluida

rendah, maka tekanannya menjadi tinggi.

Hal tersebut di atas dapat terlihat pada kehidupan kita sehari-hari, misalkan

saja pada saat kita mengendari sepeda motor. Ketika sepeda motor bergerak

dengan cepat, maka kecepatan udara di bagian depan dan samping tubuh kita

tinggi. Dengan demikian, tekanan udara menjadi rendah. Nah, bagian belakang

tubuh kita terhalangi oleh bagian depan tubuh kita, sehingga kecepatan udara di

bagian belakang tubuh kita tidak berubah menjadi tinggi (tepat di bagian belakang

tubuh kita). Akibatnya tekanan udara di bagian belakang tubuh kita menjadi lebih

besar. Karena ada perbedaan tekanan udara, di mana tepat di bagian belakang

tubuh tekanan udara lebih besar maka udara mendorong baju kita ke belakang

sehingga baju kita kelihatan kembung ke belakang.

2.2 Persamaan Bernoulli

Untuk menurunkan persamaan Bernoulli, kita anggap aliran fluida tunak dan

laminar, tak termampatkan atau tidak bisa ditekan, viskositas atau kekentalannya

juga kecil sehingga bisa diabaikan.

Pada pembahasan mengenai Persamaan Kontinuitas, kita sudah belajar

bahwa laju aliran fluida juga dapat berubah-ubah tergantung luas penampang

tabung alir. Berdasarkan prinsip Bernoulli yang dijelaskan di atas, tekanan fluida

juga bisa berubah-ubah tergantung laju aliran fluida tersebut. Selain itu, dalam

pembahasan mengenai Tekanan Pada Fluida (Fluida Statis), kita juga belajar

bahwa tekanan fluida juga bisa berubah-ubah tergantung pada ketinggian fluida

3

tersebut. Nah, hubungan penting antara tekanan, laju aliran dan ketinggian aliran

bisa kita peroleh dalam persamaan Bernoulli.

Agar persamaan Bernoulli yang akan kita turunkan berlaku secara umum,

maka kita anggap fluida mengalir melalui tabung alir dengan luas penampang

yang tidak sama dan ketinggiannya juga berbeda (lihat gambar di bawah). Untuk

menurunkan persamaan Bernoulli, kita terapkan teorema usaha dan energi pada

fluida dalam daerah tabung alir (ingat kembali pembahasan mengenai usaha dan

energi). Selanjutnya, kita akan memperhitungkan banyaknya fluida dan usaha

yang dilakukan untuk memindahkan fluida tersebut.

Warna buram dalam tabung alir pada gambar menunjukkan aliran fluida

sedangkan warna putih menunjukkan tidak ada fluida.

Fluida pada luas penampang 1 (bagian kiri) mengalir sejauh L1 dan

memaksa fluida pada penampang 2 (bagian kanan) untuk berpindah sejauh L2.

Karena luas penampang 2 di bagian kanan lebih kecil, maka laju aliran fluida

pada bagian kanan tabung alir lebih besar (Ingat persamaan kontinuitas). Hal ini

menyebabkan perbedaan tekanan antara penampang 2 dan penampang 1 (ingat

prinsip Bernoulli). Fluida yang berada di sebelah kiri pada penampang 1

memberikan tekanan P1 pada fluida di sebelah kanannya dan melakukan usaha

sebesar :

4

karena

Maka:

Pada penampang 2 (bagian kanan tabung alir), usaha yang dilakukan pada

fluida adalah sebesar:

Tanda negative menunjukkan bahwa gaya yang diberikan berlawanan

dengan arah gerak. Jadi fluida melakukan usaha di sebelah kanan penampang 2.

Di samping itu, gaya gravitasi juga melakukan usaha pada fluida. Pada

kasus di atas, sejumlah massa fluida dipindahkan dari penampang 1 sejauh L1 ke

penampang 2 sejauh L2, di mana volume fluida pada penampang 1 ( ) =

volume fluida pada penampang 2 ( ). Usaha yang dilakukan oleh

gravitasi adalah :

Tanda negative disebabkan karena fluida mengalir ke atas, berlawanan

dengan arah gaya gravitasi. Dengan demikian, usaha total yang dilakukan pada

fluida sesuai dengan gambar di atas adalah :

Teorema usaha-energi menyatakan bahwa usaha total yang dilakukan pada

suatu sistem sama dengan perubahan energi kinetiknya. Dengan demikian, kita

bisa menggantikan Usaha (W) dengan perubahan energi kinetik (EK2 – EK1).

Sehingga persamaan di atas bisa kita tulis lagi menjadi :

Ingat bahwa massa fluida yang mengalir sejauh L1 pada penampang A1 sama

dengan massa fluida yang mengalir sejauh L2 pada penampang A2. Sejumlah

5

massa fluida itu, sebut saja m, mempunyai volume sebesar A1L1 dan A2L2, di

mana A1L1 = A2L2 (L2 lebih panjang dari L1).

Karena

Maka massa fluida bisa kita tulis menjadi:

Sekarang kita subtitusikan atau kita gantikan m pada persamaan di atas

dengan (ρAL):

Dan persamaan ini dapat kita rapikan kembali sebagai berikut:

Ini adalah persamaan Bernoulli. Persamaan Bernoulli ini kita turunkan

berdasarkan prinsip usaha-energi, sehingga merupakan suatu bentuk Hukum

Kekekalan Energi.

Keterangan: P = Tekanan

ρ = massa jenis fluida

v = kecepatan aliran fluida

g = percepatan grafitasi

h = tinggi tabung

6

Ruas kiri dan ruas kanan pada persamaan Bernoulli di atas bisa mengacu

pada dua titik di mana saja sepanjang tabung aliran sehingga kita bisa menulis

kembali persamaan di atas menjadi :

2.2.1 Persamaan Bernoulli pada Fluida Diam

Kasus khusus dari persamaan Bernoulli adalah untuk fluida yang diam

(fluida statis). Ketika fluida diam alias tidak bergerak, fluida tersebut tentu

saja tidak punya kecepatan. Dengan demikian, v1 = v2 = 0. Pada kasus fluida

diam, persamaan Bernouli bisa kita rumuskan menjadi :

atau

Jika h = h2 – h1, maka persamaan ini bias ditulis menjadi:

2.2.2 Persamaan Bernoulli Pada Fluida yang Mengalir di Dalam Pipa

Horizontal atau Pipa yang Ketinggiannya Sama

Jika ketinggian tabung alir atau pipa sama, maka persamaan Bernoulli

bisa dirumuskan menjadi :

atau

7

2.3 Pesawat Terbang

Pesawat terbang atau pesawat udara adalah mesin atau kendaraan apapun

yang yang mampu terbang di atmosfer atau udara. Dalam mendukung

kemampuanya untuk terbang itu, pesawat terbang mempunyai bagian-bagian

sebagai berikut:

1. Badan pesawat (Fuselage)

2. Sayap (Main Wing)

3. Ekor Sayap (Horizontal Stabilizer)

4. Sirip Tegak/Fin (Vertical Stabilizer)

5. Mesin (Engine) ataupun Motor

6. Baling-baling (Propeller)

Pada badan pesawat biasanya terdapat roda (Landing Gear). Pada bagian

Sayap/Main Wing biasanya terdapat Aileron. Pada bagian Ekor Sayap/Horizontal

Stabilizer terdapat Elevator, dan untuk Tail Fin/Sirip Tegak biasanya terdapat

Rudder. Dari semua yang kami sebutkan diatas terdapat fungsi-fungsi yang

digunakan oleh Pesawat yaitu sebagai berikut:

1. Main Wing/Sayap

Digunakan untuk mengangkat badan pesawat agar bisa terbang (adanya

daya angkat/lift) yang mempunyai Airfoil tertentu sesuai dengan

karakter pesawat itu sendiri dan biasanya dibutuhkan daya dorong agar

pesawat tsb bisa terangkat/terbang.

2. Landing Gear/Roda Pesawat

Digunakan untuk Take Off/Lepas Landas pada saat akan terbang

maupun Landing pada saat ingin mendarat oleh suatu pesawat.

3. Aileron

Digunakan pada saat terbang untuk memposisikan pesawat agar dapat

bergerak miring ke kiri maupun kekanan (ROLL) entah itu dilihat dari

depan maupun belakang suatu pesawat.

8

4. Elevator

Digunakan pada saat ingin Take Off, ataupun Landing dan dalam

keadaan terbang/airborn untuk memposisikan arah hidung pesawat

kebawah atau keatas.

5. Rudder

Digunakan untuk memposisikan pesawat untuk gerak berbelok kearah

kiri maupun ke arah kanan suatu pesawat.

6. Stabilizer Horizontal dan Vertical

Berfungsi untuk menjaga pesawat tetap stabil terhadap arah angin.

7. Engine ataupun Motor

8. Digunakan untuk membangkitkan tenaga untuk menggerakan propeller

pesawat agar ada daya dorong sehingga pesawat tersebut bisa terbang.

9. Propeller

Berfungsi untuk memberikan adanya daya dorong suatu pesawat dimana

udara yang ada dimuka ditarik oleh propeller kebelakang sehingga

pesawat tersebut dapat bergerak maju kedepan.

10. Flaps

Biasanya digunakan untuk menambah daya angkat suatu pesawat dalam

keadaan kecepatan rendah biasanya digunakan pada saat Take Off

ataupun Landing.

9

BAB III

HASIL PENGAMATAN

3.1 Bagian – bagian Pesawat Terbang

10

BAB IV

PEMBAHASAN

Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa di mana kecepatan aliran fluida tinggi,

tekanan fluida tersebut menjadi rendah. Sebaliknya jika kecepatan aliran fluida

rendah, maka tekanannya menjadi tinggi.

Pesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kelajuan udara yang melalui

sayap pesawat tersebut. Pesawat terbang tidak dapat terangkat jika tidak ada udara.

Penampang sayap pesawat terbang didesain mempunyai bagian belakang yang lebih

tajam dari pada bagian depan, dan sisi bagian atas yang lebih melengkung dari pada

sisi bagian bawahnya. Gambar di bawah adalah bentuk penampang sayap yang

disebut dengan aerofoil.

Garis arus pada sisi bagaian atas lebih rapat daripada sisi bagian bawahnya,

yang berarti laju aliran udara pada sisi bagian atas pesawat (V2) lebih besar daripada

sisi bagian bawah sayap (V1). Sehingga hal ini sesuai dengan asas Bernoulli:

11

Tekanan pada sisi bagian atas pesawat (P2) lebih kecil daripada sisi bagian

bawah pesawat (P1) karena laju udara lebih besar. Tekanan sendiri dirumuskan

sebagai berikut:

Sehingga beda tekanan P1 – P2 menghasilkan gaya angkat sebesar:

A = luas penampang total sayap .

Dari persamaan di atas dapat diketahui bahwa pada persamaan Bernoulli untuk

fluida yang mengalir pada ketinggian yang sama mempunyai persamaan sebagai

berikut:

Sehingga dari persamaan gaya angkat di atas dapat ditulis sebagai berikut:

dengan ρ adalah massa jenis udara.

Pesawat dapat terangkat keatas jika gaya angkat lebih besar daripada berat

pesawat, jadi apakah suatu pesawat dapat terbang atau tidak tergantung pada berat

pesawat, kelajuan pesawat dan ukuran sayapnya. Makin besar kecepatan pesawat,

makin besar kecepatan udara dan ini berarti (V22 - V1

2) bertambah besar sehingga

gaya angkat ( F1 - F2 > mg ).

Jika pesawat telah berada pada ketinggian tertentu dan pilot ingin

mempertahankan ketinggiannya (melayang di udara), maka kelajuan pesawat harus

diatur sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama dengan berat pesawat (F1 - F2 =

mg).

12

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan pada pembahasan mengenai penerapan prinsip Bernoulli di atas, maka dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Prinsip Bernoulli dapat diterapkan pada cara kerja pesawat terbang. Pesawat

terbang dapat terangkat ke udara karena kelajuan udara yang melalui sayap

pesawat tersebut. Dimana kelajuan udara pada sayap pesawat terbang tersebut

merupakan penerapan dari prinsip Bernoulli bahwa dimana kecepatan aliran

fluida tinggi, tekanan fluida tersebut menjadi rendah. Sebaliknya jika

kecepatan aliran fluida rendah, maka tekanannya menjadi tinggi.

2. Pada bagian sayap pesawat terbang adalah bagian yang didesain untuk

berlakunya prinsip Bernoulli yaitu penampang sayap pesawat terbang didesain

mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dari pada bagian depan, dan sisi

bagian atas yang lebih melengkung dari pada sisi bagian bawahnya. Hal ini

adalah bertujuan agar kecepatan udara di atas permukaan sayap tinggi,

tekananya menjadi rendah. Dan sebaliknya kecepatan udara di bawah

permukaan sayap rendah, dan tekananya menjadi tinggi sehingga pesawat

dapat terangkat ke atas.

13

5.2 Saran

1. Sebagai calon guru fisika hendaknya mengurangi kebiasaan untuk tidak

menghafal dalam memahami konsep-konsep fisika secara benar.

Melainkan belajar untuk memahami konsep-konsep tersebut sehingga

paham benar tentang aplikasi dan penerapan dari prinsip-prinsip tersebut.

2. Sebagai calon guru fisika, dibutuhkan suatu keterampilan untuk

mengaitkan teori-teori tentang fisika dala kehidupan sehari-hari. Sehingga

belajar fisika tidak lagi hanya mempelajari konsep-konsep atau rumus-

rumus fisika melainkan lebih kepada aplikasinya dalam kehidupan sehari-

hari.

14

DAFTAR PUSTAKA

Dedy. 2009. Mengapa Pesawat Bisa Terbang.

http://www.iflyer.org/viewtopic.php?f=14&t=153&start=0&sid=15c0bd16375d5ad3942d6e1b7017db44

Nandang Surachman. 2009. Mengapa Pesawat Bisa Terbang.

http://nandang-smart.blogspot.com/2009/04/mengapa-pesawat-bisa-terbang-by-nandang.html

Andre. 2009. Mengapa Pesawat Udara Bisa Terbang.

http://artikelindonesia.com/tag/terbang

Nasa dan Wikipedia. 2008. Bagian-bagian Pesawat Terbang.

http://berita-iptek.blogspot.com/2008/08/bagian-bagian-pesawat-terbang.html

Alexander San Lohat. 2009. Persamaan Bernoulli.

http://www.gurumuda.com/persamaan-bernoulli/

Alexander San Lohat. 2009. Penerapan Prinsip dan Persamaan Bernoulli.

http://www.gurumuda.com/persamaan-bernoulli/

Supiyanto. 2005. Fisika SMA Jilid 2. Jakarta: Penerbit Erlangga

15

Lampiran:

16

Lampiran:

Contoh aplikasi penerapan dalam perhitungan:

Udara melewati bagian atas dan bagian bawah sayap pesawat masing-

masing dengan kelajuan 200 m/s dan 150 m/s. Tentukan besar gaya angkat pada

kedua sayap pesawat, jika setiap sayap memiliki luas 25 m2 dan massa jenis udara

1,2 kg/m3! Dan juga tentukan berat minimal pesawat agar pesawat tersebut dapat

terangkat ke atas!

Jawab:

Diketahui: V2 = 200 m/s

V1 = 150 m/s

A = 25 m2

ρ = 1,2 kg/m3

Ditanya: a. Besar gaya angkat pasa kedua sayap pesawat (F1 – F2)?

b. Berat minimal pesawat agar pesawat dapat terangkat ke atas?

Jawab:

a. Gaya angkat = (F1 – F2)?

17

Besar gaya angkat pada kedua sayap 2x(F1 – F2) = 525000 N

b. Pesawat dapat terangkat ke atas jika (F1 – F2 > mg)

mg < (F1 – F2)

mg < 525000 N

Keterangan bahwa mg = W. Sehingga berat minimal pesawat terbang agar

pesawat tersebut dapat terangkat ke atas adalah berat pesawat harus kurang

dari 525000 N.

18