Fakta Bagaimana Pesawat bisa terbang

sainsfaktual - Apa yang menyebabkan pesawat yang berlari di landasan bisa terbang saat lepas landas? Padahal saat itu kecepatan pesawat di landasan belum terlalu besar. Kecepatan pesawat di landasan saat akan lepas landas sekitar 150 knots atau 280 km/jam sedangkan saat terbang di posisi tertinggi (cruising) kecepatan pesawat antara 800 – 900 km/jam. Bahkan ada pesawat yang mencapai kecepatan mendekati 1.000 km/jam (Pesawat Boeing 747-400 memiliki kecepatan maksimum 978 km/jam). Jawabannya adalah karena adanya gaya angkat udara pada sayap dan bagian bawah body pesawat. simak penjelasan Fakta Bagaimana Pesawat bisa terbang berikut.

Gaya Angkat Pada Pesawat

Saat akan meninggalkan landasan, posisi pesawat agak miring. Sudut kemiringan standar saat pesawat lepas landas adalah 10o. Bagian depan sedikit menghadap ke atas. Udara mengalir dari depan (sebenarnya udara diam, pesawat yang bergerak ke depan) membelok ke arah bawah akibat pemantulan oleh sayap pesawat dan bagian bawah body (Gambar 1). 

Gambar 1 Pesawat Garuda saat lepas landas (planespotters.net). Udara yang dibelokkan oleh bagian bawah body dan bagian bawah sayap menghasilkan gaya angkat pada pesawat.

Udara yang membelok ke bawah menghasilkan gaya angkat ke atas, sehingga pesawat perlahan-lahan bergerak naik.

Anda dapat mendemonstrasikan peristiwa serupa dengan menggunakan pesawat dari kertas. Buat pesawat dari kertas lalu lempar ke depan dalam posisi sedikit miring ke atas (bagian depan pesawat lebih ke atas daripada bagian ekor) (Gambar 2).

Gambar 2 Pesawat kertas meninggi karena adanya pembelokkan udara ke arah bawah oleh sayap pesawat (imgarcade.com)

Pesawat akan terangkat bukan? Penyebabnya adalah pembelokan arah aliran udara oleh sayap pesawat ke arah bawah. Pembelokan tersebut menghasilkan gaya ke atas pada pesawat

Kalau anda lempar batu dengan kecepatan awal yang sama maka batu akan segera jatuh ke tanah. Pada batu tidak bekerja gaya angkat yang signifikan karena permukaan sisi bawah yang bersentuhan dengan udara sangat kecil.

Pada saat lepas landas, kecepatan pesawat belum terlalu besar. Gaya ke atas yang dilakukan tiap molekul udara tidak terlalu besar. Maka untuk menghasilkan gaya angkat yang besar, jumlah udara yang dibelokkan harus sebanyak mungkin. Itu sebabnya mengapa saat lepas landas, sayap pesawat dibuka selebarnya-lebarnya dengan menarik ke belakang bagian yang dapat keluar masuk (Gambar 3 kiri). Pada saat pesawat sudah mulai tinggi dan kecepatan sudah cukup besar kemiringan pesawat mulai dikurangi. Pada saat bersamaan bagian belakang sayap pesawat ditarik ke depan sehingga ukuran sayap mengecil.Anda yang pernah duduk di dekat sayap akan mendengar bunyi sayap yang sedang ditarik mengecil. Dengan kecepatan yang tinggi maka gaya angkat yang dihasilklan tiap molekul udara cukup besar. Oleh karena itu tidak dibutuhkan luas sayap yang sangat besar untuk menaikkan ketinggian pesawat.

Saat di posisi tertinggi, pesawat bergerak pada kecepatan maksimum. Di sini gaya angkat yang dibutuhkan tidak lagi untuk menaikkan ketinggian pesawat tetapi hanya untuk mempertahankan ketinggian pesawat. Gaya angkat persis sama dengan gaya gravitasi. Pada ketinggian ini ukuran sayap paling kecil (ditarik ke depan hingga mentok) (Gambar 3 kanan). Kemiringan sayap dan badan pesawat membelokkan udara yang menghasilkan gaya ke atas persis sama dengan gaya gravitasi.

Mari kita coba perkirakan gaya angkat yang dialami pesawat saat lepas landas. Untuk memudahkan perhatikan Gambar 4. Misalkan saat lepas landas badan pesawat membentuk sudut  terhadap arah horisontal dengan laju arah horisontal vto. Misalkan juga luas efektif total sisi bawah pesawat adalah A (body, sayap, dan ekor).

Gambar 4.32. (kiri) Bentuk sayap pesawat saat lepas landas (musicamoviles.com) dan (kanan) saat cruising (pada puncak ketinggian) (skyscrapercity.com). Saat lepas landas, sayap diperlebar untuk membelokkan udara sebanyak-banyaknya sehingga ketinggian pesawat meningkat. Saat cruising, ketinggian pesawat tidak berubah sehingga tidak perlu membelokkan udara sebanyak-banyaknya.

Gambar 4.33 Pesawat lepas landas dari kiri ke kanan. Jika pasawat dianggap diam maka udara bergerak dari kanan ke kiri dengan laju sama dengan laju pesawat terhadap udara. Udara menabrak sisi bawah pesawat sehingga membelok ke bawah sehingga udara pembalami perubahan momentum. Perubahan momentum udara tersebut yang menghasilkan gaya angkat pasa pesawat.

Dari ini kita simpulkan bahwa pesawat mengalami gaya angkat (kompnen gaya arah vertikal) sebesar

referensi : fisika dasar 1 , mikrajudin, ITB

Fakta bagaimana Global Positioning System (GPS) bekerja

sainsfaktual - Salah satu sistem navigasi satelit yang populer saat ini adalah GPS. Global Positioning System (GPS) mampu mengetahui posisi kita atau orang lain dimana berada hanya dengan bantuan alat yang dapat menerima sinyal navigasi satelit tersebut. nah bagaimana GPS bekerja, simak penjelasan Fakta bagaimana Global Positioning System (GPS) bekerja. 

Satelit-satelit GPS mengorbit bumi pada ketinggian sekitar 20 ribu km dari permukaan bumi dengan periode sekitar 10 jam (Gambar 1). Semua satelit membawa jam atom yang secara periodik dikalibrasi di stasion yang ada di bumi yang bertempat di Colorado, Amerika Serikat.

Gambar 1. Konsetasli satelit GPS terdiri dari 24 satelit yang mengorbit bumi pada ketianggian 20 ribu km dari permukaan bumi. Satelit tersebut ditempatkan dalam 6 bidang orbit di mana tiap orbit berisi 4 satelit.

Satelit-satelit tersebut mengirimkan sinyal secara periodik ke bumi berupa koordinatnya (sudut lintang dan bujur) beserta waktu saat sinyal itu dikirim (Gambar 2). Berdasarkan perbedaan jam saat satelit mengirim sinyal dan jam saat alat GPS di bumi menerima sinyal maka waktu tempuh sinyal yang dikirim satelit dapat ditentukan. Karena sinyal yang dikirim satelit berupa gelombang radio yang bergerak dengan laju yang sama dengan laju cahaya maka jarak satelit dari alat GPS dapat ditentukan. Informasi dari sinyal yang diterima oleh alat GPS di bumi yang berasal dari sejumlah satelit digunakan dalam perhitungan perhitungan sehingga koordinat di mana GPS berada dapat ditentukan. Ke 24 satelit GPS ditempatkan dalam 6 orbit di mana tiap orbit ditempati oleh 4 satelit pada jarak yang sama.

Gambar 2 Semua satelit GPS secara terus-menerus mengirim sinyal ke bumi yang berisi koordinat di mana satelit berada (koordinat bujur dan lintang) serta jam saat satelit mengirim sinyal tersebut.

Alat GPS menerima sinyal dari sejumlah satelit berupa koordinat satelit-satelit tersebut beserta waktu pengirimannya. Dengan demikian alat GPS dapat menentukan jarak satelit dan koordinat satelit.

Berdasarkan jarak dan koordinat sejumlah satelit tersebut maka koordinat di permukaan bumi tempat GPS berada dapat dihitung.

Agar alat GPS dapat menentukan lokasinya maka diperlukan minimal informasi koordinat dan jarak 3 satelit. Jika kurang dari 3 informasi maka penentuan posisi GPS tidak dapat dilakukan. Oleh karena itu, setiap saat di lokasi manapun di permukaan bumi harus dapat menerima sinyal dari paling sedikit 3 satelit. Jumlah minimal satelit yang mengitari bumi agar paling sedikit 3 satelit selalu dapat diamati dari permukaan bumi adalah 24 satelit. Itulah yang menjadi alasan mengapa konsetalasi satelit GPS berjumlah minimal 24 buah. 

Bagaimana menentukan lokasi benda dari informasi satelit GPS?

Gambar 3 Alat GPS menerima sinyal dari 3 satelit GPS

Perhatikan Gambar 3. Misalkan alat GPS menerima sinyal dari 3 satelit. Sinyal tersebut memberi informasi tentang koordinat 3 satelit berupa sudut lintang dan bujur. Dengan rumus yang telah dipasang dalam alat GPS maka koordinat 3 satelit dapat ditentukan. Misalkan koordinat 3 satelit tersebut adalah (x1,y1,z1), (x2,y2,z2), dan (x3,y3,z3). Berdasarkan waktu yang ada di sinyal satelit maka alat GPS dapat menghitung jarak masing-masing satelit. Misalkan jarak masing-masing satelit yang dihitung adalah d1, d2, dan d3. Yang akan kita tentukan adalah koordinat alat GPS yang berada di bumi. Misalkan GPS tersebut berada pada koordinat (x,y,z) dan kooridinat tersebut yang akan kita tentukan.

Peralatan dalam GPS telah dilengkapi dengan program yang dapat melakukan perhitungan. Karena persamaan yang diselesaikan tidak terlalu rumit maka perhitungan pun tidak terlalu lama sehingga alat GPS dapat mengelurakan data sangat cepat. Akibatnya kita dapat menentukan lokasi GPS dengan segera.

Referensi : fisika dasar 1, mikrajudin, ITB