Mengapa Pesawat Bisa Terbang?

AhmadDahlan.NET – “Mengapa pesawat bisa terbang?” Ini adalah salah satu pertanyaan yang paling sederhana yang sering di ajukan anak-anak dan peserta didik pada tingkat sekolah menengah baik itu SMP maupun SMA. Jawaban yang paling sederhana dari pertanyaan ini adalah karena adanya gaya angkat pesawat yang timbul dari perbedaan tekanan udara di bagian bawah dan bagian atas pesawat. Karena tekanan udara di bagian bawah pesawat lebih tinggi dari bagian atas, maka pesawat pun pada akhirnya terbang.

Tapi, buat kalian yang suka dengan ribetnya fisika dan ingin lebih tahu lebih banyak mengapa pesawat yang terbuat dari besi. Berikut ini konsep pesawat terbang dari sudut pandang sains khususnya fisika.

A. Gaya dan Gerak Benda

Meja yang bergerak ke depan dan pesawat dan pesawat yang terangkat ke atas adalah dua konsep yang analog dari sisi gaya. Menurut hukum Newton, ketika Resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda tidak sama dengan 0, maka benda akan bergerak ke arah gaya yang lebih besar.

Misalkan sebuah meja di dorong oleh 3 orang dimana dua diantaranya mendorongnya ke kanan dan sisanya ke kiri. Jika masing-masing orang memiliki gaya dorong yang sama maka benda akan bergerak ke kanan. Ilustarisnya seperti di bawah ini!

Besarnya kecepatan meja bergerak tergantung dari seberapa besar gaya yang diberikan, massa meja dan gaya gesek antara permukaan lantai dan kaki meja. Namun pada intinya benda akan bergerak ke arah gaya yang dominan.

Demikian pula yang terjadi pada pesawat. Dalam keadaan diam, sebuah pesawat Boeing 737 memiliki bobot diam kira-kira 60 Ton dengan demikian gravitasi yang bekerja pada badan pesawat ini menghasilkan gaya berat sebesar 600.000 Newton ke arah pusat bumi. Jika kita ingin mengangkat pesawat ke atas maka kita kita butuh lebih besar dari gaya berat tersebut!

Jadi agar pesawat bisa terbang, konsep nya cukup mudah yakni siapkan saja gaya Fa (Gaya Angkat, boleh dikasi simbol lain kok) yang besarnya lebih besar 600.000 N. Sebagai perbandingan gaya yang bisa dihasilkan oleh seserang dewasa rata-rata hanya sekitar 600 N, jadi dibutuhkan lebih dari 1000 orang dewasa untuk mengangkat pesawat secara bersamaan.

Tapi hal tersebut tidak membuat pesawat terbang, hanya sedikit terangkat.

Baling Baling Helikopter

Helikopter tipe Bell memiliki massa diam kira-kira 3 Ton sehingga hanya dibutukan gaya angkat lebih besar dari 30.000 Newton untuk membuat helikopter terbang. Kalau baling-baling digunakna untuk mengangkat pesawat Boeing 737 maka kira-kira dibutuhkan paling tidak 20 Baling-baling untung membuatnya terbang seperti Helikopter dengan asumsi tidak ada gaya yang saling meniadakan untuk ke 20 baling-baling.

Tapi 20 Baling-baling ini cukup lebar dan tidak mudat dengan panjang pesawat jadi sangat sulit untuk membuat pesawat dengan baling-baling Helikopter. Selain itu mungkin nama pesawat terbang jadi cocok lagi.

Kenapa tidak meniru Drone?

Yang Drone memang dirancang dengan 2 buah tiang saling bersilangan untuk mengakomodasi 4 baling-baling, paling tidak ini untuk jenis Quadcopter, sedangkan Hexacopter menggunakan 3 buang tiang untuk menopang 6 baling-baling. Tapi dibutuhkan tiang yang sangat kokoh untuk menopang pesawat dengan bobot 60 Ton.

Rancang pesawat dengan 20 baling-baling adalah ide yang paling tidak asik untuk direalisasikan karena dari sisi tehnis dan fisika tidak efektif. Dari sisi finasial pun demikian, karena bahan bakar yang digunakan untuk menjalan 20 baling-baling itu jauh lebih boros dibandingkan dengan dua buah mesin jet di sisi kiri dan kanan pesawat seperti rancang desain yang kita bisa lihat hari ini.

B. Gaya Angkat Fluida

Dari penjelasan di atas kita bisa simpulkan jika Pesawat dan Helikopter terbang dengan konsep yang berbeda. Jika Helikopter punya baling-baling, maka pesawat punya sayap yang membantunya terbang ke angkasa.

Mesin pada pesawat dirancang menghasilkan gaya horinsontal tidak vertikal seperti helikopter. Mesin ini mengisap udara dari depan dan menghembuskan dnegan kecepatan super tinggi ke arah belakang. Mesin ini disebut sebagai mesin Jet, prinsip gaya yang dihasilkan analog dengan roket tapi arahnya mendatar.

Jet yang mendorong udara ke belakang ini akan menimbulkan gaya aksi reaksi sesuai dengan hukum 3 Newton. Gaya inilah yang digunakan pesawat bisa bergerak ke depan. Arah gerak pesawat ke depan ini membuat udara di permukaan sayap bergerak ke belakang. Penampang pesawat yang cembung di bagian atas dan lurus di bagian bawah membuat udara di bagian atas pesawat bergerak dengan kecepatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan dengan di bagian bawah pesawat.

Perhatikan s_a yang tidak lain adalah jalur aliran udara di bagian atas sayap dan s_b di bagian bawah. Karena s_a > s_b dan idelanya udara di s_a dan s_b bergerak dari garis putus-putus biru pertama sampai ke garis putus-putus biru berikutnya dalam waktu yang sama maka kecepapat di atas lebih besar dari di bawah atau v_a > dari v_b.

Fenomena ini kemudian disebut sebagai Gerak Fluida Dinamis yang dijelaskan dengan hukum Bernoulli. Menurut Bernoulli tekanan udara yang dihasilkan fluida dinamis berbanding terbalik dengan kecepatan aliran fluida-nya. dengan demikian maka tekanan di bagian bawah pesawat ini akan lebih tinggi di badingkan dengan di bagian bawah.

Semakin cepat pesawat ini bergerak ke depat makan semakin besar pula tekanan hidrostatik yang didapatkan pesawat. Tekanan (P) maka semakin besar gaya angkat (F_a) yang didapatkan pesawat. Pada saat kecepatannya cukup tinggi dan mengasilkan gaya yang lebih besar dari gaya berat, pesawat perlahan-lahan akan terangkat ke atas dan pada akhirnya terbang.

Akhir Kata

Nah itulah tadi penjelesan mengenai konsep fisika yang digunakan untuk menjelaskan mengapa pesawat bisa terbang. Namun kalau anda masih sedikit bingung dengan jawaban tersebut dan anak anda sudah mendesak jawaban dari pertanyaannya.

Jawabab Ultimate untuk pertanyaan mengepa pesawat udara bisa terbang? Tentu saja karena ada Pilot yang cukup cakap untuk menerbangkan pesawatnya.