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
Top Related