Tag: Mekanika

  • Apakah Tembakan Peringatan Ke Udara Berbahaya dan Bisa Mematikan?

    Apakah Tembakan Peringatan Ke Udara Berbahaya dan Bisa Mematikan?

    AhmadDahlan.NET – Ada banyak adegan di televisi baik dokumentasi, berita maupun menunjukkan tembakan peringatan yang ditembakkan ke udara. Dan para polisi ini merasa tenang-tenang saja setelah menembanggkan peluru mereka. Apakah Peluru dari tembakan peringatan ke udara itu berbahaya dan bisa mematikan?

    Atau memang peluru tersebut tidaklah berbahaya?

    Tembakan Peringatan

    Pada zaman dahulu, sebelum sains belum benar-benar didengarkan oleh pihak berwajib. Tembakan peringatan dilakukan dengan cara mengarahkan moncong peluru ke atas dan berasumsi peluru tersebut akan tembus melewati atmosfer bumi kemudian peluru pun terbang bersama bintang.

    Kendati asumsi memang terdengar mustahil di era modern, namun inilah asumsi yang dibangun para pengambil kebijakan di zaman dahulu terkait dengan tembakan peringatan. Bahkan tidak hanya sebatas tembakan peringatan, ada banyak perayaan yang dilakukan dengan menembakkan peluru ke udara.

    Dunia Militer dan Kepolisian modern sudah melakukan banyak reformasi regulasi untuk memberikan pengamanan maksimal dengan minim resiko bahkan sampai zero risk. Salah satunya adalah mengisi 3 peluru di senjata api milik polisi dengan peluru hampa. Sehingga potensi resiko terkena peluru jatuh dari tembakan di udara bisa dianggap tidak ada.

    Namun kita fokus ke pertanyaan awal apakah tembahan ini benar-benar tidak berbahaya.

    A. Sistem Kerja Peluru

    Sebelum kita membahas lebih jauh tentang pertanyaan tersebut, ada baiknya kita nikmati terlebih dahulu mekanisme peluru melesat setelah ditembakkan.

    Peluru standar terdiri dari 4 Komponen utama yakni

    1. Longsongan Peluru – Tempat bubuk mesium dan proyektil di letakkan
    2. Pemantik – Pemicu proses pembakaran mesiu di dalam lonsongan peluru
    3. Bubuk mesiu
    4. Proyektil
    Anatomi dan bagan Peluru

    Pada saat pelatuk pistol ditarik maka akan terjadi ledakan di dalam longsongan peluru. Ledakan ini menghasilkan momentum yang sangat besar sehingga membuat Proyektil. Bentuk dari Moncong senjata mengarahkan peluru bergerak lurus ke depan.

    Proses Peluru Melesat Setelah Ditembakkan

    Prinsip yang membuat peluru berbahaya sama persis dengan lemparan batu. Di mana semakin cepat kita melempar baru maka semakin berbahaya jika terkena. Proyektil peluru akan bergerak keluar dengan kecepatan yang sebanding dengan ledakan dan bentuk dari peluru tersebut.

    Semakin besar ledakannya maka semakin cepat pula kecepatan awal peluru. Misalnya saja senjata paling populer AK-47 dengan peluru kaliber 7,62 mm bisa melesat dengan kecepatan 715 m/s sedangkan kecepatan rata-rata modern assault rifle (senapan otomatis) sekelas Magnum dan Baretta bisa melesatkan peluru sampai 1200 m/s. Dampaknya bisa dilihat dari momentum yang dihasilkan. Sisa dikalikan dengan massa proyektil masing-masing.

    p = mv

    Mari kita sebut saja kecepatan peluru setelah ditembakkan dengan nama kecepatan awal peluru atau kecepatan awal saja. Kecepatan awal peluru adalah kecepatan maksimal dari peluru dan kecepatan ini akan terus menerus berkurang. Penyebabnya adalah hambatan udara yang arah gayanya berlawanan dengan arah gerak peluru.

    Kecepatan peluru berkurang karena hambatan udara dan viskosotas

    Hambatan ini di pengaruhi juga oleh banyak hal seperti

    1. Tekanan Udara
    2. Kelembaban
    3. Suhu udara.

    Selain itu, percepatan gravitasi juga ikut menarik arah gerak peluru ke pusat bumi. Dengan demikian peluru akan selalu bergerak dengan lintasan berbentuk parabola. Baik itu parabola penuh maupun setengah.

    Ilustrasi Lintasan Gerak Peluru pada saat ditembakkan

    B. Tembakan Peringatan

    Pada saat pistol ditembakkan ke arah atas. Peluru akan meluncur ke arah atas dengan kecepatan awal yang di sebutkan di atas. Kecepatan ini semakin lama berkurang karena faktor gaya gravitasi yang menarik proyektil dengan percepatan 9,8 m/s2 sampai 10 m/s2. Tergantung posisi peluru ditembakkan tentunya.

    Misalkan saja kita menembakkan AK-47 ke arah atas dengan berat proyektil sebesar 10 gram. Maka Ketiak di tembakkan poryektil ini punya nilai :

    1. Kecepatan awal 715 m/s
    2. Momentum Awal 71,5 kg. m/s
    3. Energi awal 0,035 Joule

    Ketinggian maksimum dari peluru secara teori dapat di hitung dengan Rumus Gerak Lurus berubah Beraturan yakni

    v_t^2 = v_0^2-2gh

    masukkan nilai vt = 0, maka

    0 = 715^2-2 (10) h
    h = \frac{511 225}{20} = 25 561.25 \  m

    Ketinggian sekitar 25 km ini tidaklah cukup tinggi dan membuat peluru lepas dari gravitasi bumi karena titik ini tidak lebih tinggi dari batas atas Mesosphere. Dengan demikian peluru akan kembali ke tanah. Menurut hukum Kekekalan energi, maka kecepatan awal pada saat di ketinggian h akan dicapai peluru pada saat kembali ke ketinggian h hanya saja arahnya berbeda yang tadinya ke atas kini ke arah bawah.

    Kecepatan ini sangatlah cepat sehingga membawa momentum yang bisa membuat manusia terbunuh ketika peluru mengenai kepalanya.

    Hambatan udara dan Kecepatan Terminal

    Faktnya tidak benar-benar mengikuti hukum kekekalan energi. Paling tidak ada banyak hal yang kita abaikan dalam perhitungan di atas.

    Ilisutrasi laju peluru pada saat ditembakkan ke udara

    Hal yang pertama kita abaikan adalah hambatan udara. Hambatan udara ini cukup besar sehingga mengurangi ketinggian dari peluru yang awalnya bisa menembua 25 km, kini tidak lebih dari 10 km. Jadi bahkan lapisan Startosphere pun belum ditembus.

    Segera setelah kecepatan peluru 0 m/s ke arah atas. Maka peluru akan mulai bergerak ke bawah. Hal ini disebabkan satu-satunya gaya yang membuat peluru begerak adalag gaya gravitasi. Gaya ini membuat peluru mengalami perubahan kecepatan sekitar 9,8 m/s2.

    Seiring dengan bertambahnya jarak tempuh, kecepatan peluru akan meningkat secara otomatis. Meningkatnya kecepatan ini juga membuat gaya gesekan udara bertambah sehingga gerakan ke bawah yang harusnya memiliki lintasan yang sama dengan gerak ke atas peluru, kini menjadi berbeda.

    Hambatan udara juga membuat arah peluruh tidak mengarah ke bawah terus menerus. Ada beberapa titik di mana peluru akan terpelintir. Gerakan tambahan ini membuat kecepatan peluru berbeda drastis seperti pada saat dit embakkan ke atas.

    Hanya saja hambatan udara lagi-lagi membuat masalah bagi peluru. Mulai dari menghasilkan gaya gesek sampai membuat peluruh bergerak terpelintir di beberapa titik.

    Kecepatan gerak peluru pada saat jatuh bebas

    Ketika gaya gesek udara ini sama dengan gaya berat peluru, maka pada posisi peluru akan mencapai kecepatan terminal. Menurut hukum Newton 1, pada posisi ini Kecepatan peluru tidak akan bertambah lagi sampai akhirnya menerpa sesuatu di atas permukaan tanah.

    w = -bv

    Kecepatan terminal dari peluru jatuh bebas sangat bergantung dengan bentuk peluru, gerakan dan unsur hambatan udara. Meskipun tidak bertambah cepat lagi pada posisi kecepatan terminal, namun pada kecepatan ini, proyektil masih tetap berbahaya bagi manusia.

    Julian Hatcher tahun 1920 melakukan penelitian tentang kecepatan jatuh bebas peluru dan menemukan bahwa kecepatan terminal peluru kaliber 30 mm rata-rata sekitar 90 m/s. Penelitian modern tentang gerak yang dilakukan oleh Matto dari Mumbai, India menemukan bahwa kecepatan rata-rata peluru jatuh bebas berada pada kecepatan 37 m/s.

    Kecepatan ini masih cukup tinggi untuk membuat peluru menembus kulit manusia dan jika terkena kepala maka kita bisa lanjutkan cerita ini di pemakaman.

  • Soal-Soal Seleksi OSN PT Bidang Fisika Materi Mekanika

    Soal-Soal Seleksi OSN PT Bidang Fisika Materi Mekanika

    AhmadDahlan.NET – Contoh kasus dan soal Olimpiade Sains Nasional Perguruan Tinggi Bidang Fisika untuk Materi Mekanika. Soal-soal dikumpulkan berdasarkan tingkat kesulitan dan dimulai dari kasus dengan solusi paling mudah.

    Mudah

    1. Sebuah balok kayu bermassa 30 kg dalam kondisi diam di atas sebuah meja dengan koefisien gesek statis (μs) sebesar 0,2. Jika andi mendorong balok tersebut dengan gaya 3 N, tentukan
      1. keadaan balok
      2. gaya gesek yang dialami oleh balok
    2. Sebuah kereta api melaju di atas lintasan lurus dengan kecepatan konstan 72 km/h. Jika ia membunyikan terompet di depan sebuah gunung dan mendengar suara gema pertama dari terompetnya 5 detik kemudian. Berapakah jarak gunung tersebut dari kereta saat mendengar gema? (vu = 340 m/s).
    3. Sebuah kapal laut bergerak lurus dengan kecepatan 140 m/s menembakkan sinyal suara di ke dasar laut. Jika sinyal tersebut kembali ditangkap oleh kapal 2 detik kemudian, berapakah kedelaman laut tersebut? (va=1700 m/s)
    4. Sebuah batu jatuh bebas dari ketinggian h sebuah gedung. Jelaskan kondisi yang harus dipenuhi agar jika ada batu ke dua yang jatuh 1 detik kemudian akan tiba bersamaan dengan batu pertama di atas tanah!
    5. Sebuah balok dengan massa m tergelincir dari sebuah bidang miring yang licin dengan kemiringan θ dan ketinggian h. Jika pada bidang datar terdapat permukaan kasar dengan koefisien gesek kinetis (μk) balok-bidang adalah 0,2. Seberapa jauhkah balok akan berhenti bergerak?

    Menengah

    1. Sebuah bola pejal dengan jari-jari r berada pada lintasan berbentuk melinkar ke atas dengan jari-jari R+r. Tentukan kecepatan bola minimum di titik terendah agar bola tidak terjatuh ketika berada di puncak lingkaran!

    Advance

    1. Sebongkah batu kecil bermassa 𝑚 = 2,7 kg dilepaskan dari suatu tempat yang sangat tinggi dan jatuh secara vertikal menembus atmosfer. Berdasarkan eksperimen, gaya hambat yang dirasakan oleh batu tersebut diberikan oleh Fv=kv2. dimana 𝑘 adalah suatu konstanta dan 𝑣 adalah kecepatan sesaat batu. Setelah diukur, kecepatan terminal batu ini adalah 𝑣𝑡 = 51 m/s. Batu dijatuhkan dari ketinggian h = 1,5 km dan dia mencapai kecepatan terminalnya ketika sampai di permukaan laut. Kalor jenis batu tersebut adalah 𝑐 = 0,80 kJ/kgK. Gunakan percepatan gravitasi 𝑔 = 9,8 m/s2.
      1. Gambarkan diagram gaya yang bekerja pada batu!
      2. Hitung nilai konstanta 𝑘!
      3. Hitung kerja yang dilakukan gaya berat pada batu ketika dia jatuh sejauh 1,5 km!
      4. Jika seluruh kerja yang diberikan gaya berat diubah menjadi kalor, hitung pertambahan suhu batu setelah menempuh jarak sejauh 1,5 km! Asumsikan tidak ada kalor yang hilang ke udara.
      5. Hitung kalor persatuan waktu yang diubah oleh batu ketika jatuh sejauh 1,5 km!
    2. Sebuah bola dengan massa 𝑀 dan jari-jari 𝑅 digerakkan di dalam gas dengan massa 1 partikel 𝑚 dan jumlah partikel per satuan volume adalah 𝑛. Massa partikel gas jauh lebih kecil dari daripada massa bola dan kecepatan termal partikel juga jauh lebih kecil dari kecepatan bola. Jika diasumsikan partikel gas tidak saling berinteraksi dan tumbukan antara partikel gas dengan bola dianggap lenting sempurna, berapakah gaya hambat dari gas saat kecepatan bola adalah 𝑣? Massa jenis gas adalah 𝜌.