karya ilmiah fisika penerapan fisika pada pesawat terbang

LEMBAR PENGESAHAN
Karya tulis yang ”PENERAPAN PRINSIP FISIKA PADA PESAWAT
TERBANG” telah di periksa dan disah kan pada tanggal _____ Desember 2014 oleh:
Guru Mata Pelajaran
Dra.Enik Indrawati M.Pd
Wali Kelas X-MIA.2
Imroati S.Pd
Karya Ilmiah Fisika| ii
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Wr. Wb
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah
melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Karya
“Ilmiah Penerapan Prinsip Fisika Pada Pesawat terbang” ini tepat waktu. Tugas ini
disusun dalam rangka memenuhi nilai tugas Mata Pelajaran Fisika Semester Ganjil.
Karya Ilmiah ini dirancang untuk memperkuat kompetensi dari sisi
pengetahuan, keterampilan, dan sikap secara utuh. Keutuhan tersebut menjadi dasar
dalam perumusan kompetensi dasar tiap mata pelajaran, sehingga kompetensi dasar
tiap mata pelajaran mencakup kompetensi dasar kelompok keterampilan. Semua mata
pelajaran dirancang mengikuti rumusan tersebut.
Dalam menyusun Karya Ilmiah ini, penulis banyak memperoleh bantuan serta
bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terimakasih
kepada :
Ibu Enik, S.Pd selaku Guru Pembimbing Mata Pelajaran Fisika
Orangtua tercinta yang selalu mendukung, mendo’akan, dan membantu penulis dalam
memberi dana serta nasihat kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa Karya Ilmiah ini masih jauh dari kesempurnaan,
untuk itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan
demi peningkatan tugas ini.
Penulis berharap semoga Karya Ilmiah ini dapat bermanfaat bagi penulis
khususnya dan dapat memberikan pengetahuan dan wawasan yang leih luas kepada
pembaca.
Wassalamualaikum Wr. Wb
Pasuruan, 15 Desember 2014
Listya komala wijayanti,
Karya Ilmiah Fisika| iii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .................................................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................................. ii
KATA PENGANTAR ................................................................................................ iii
DAFTAR ISI .............................................................................................................. iv
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 1
1.1
LATAR BELAKANG .................................................................................... 1
1.
TUJUAN ......................................................................................................... 1
1.
RUANG LINGKUP ........................................................................................ 1
BAB II DASAR TEORI ............................................................................................... 2
BAB III PEMBAHASAN ............................................................................................ 4
3.1 KINEMATIKA DENGAN ANALISIS VEKTOR ............................................. 4
3.2 USAHA DAN ENERGI ...................................................................................... 4
BAB IV PENUTUP ...................................................................................................... 8
4.1 KESIMPULAN ................................................................................................... 8
4.2 SARAN ............................................................................................................... 8
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 9
LAMPIRAN ..........................................................................................................................10
Karya Ilmiah Fisika| iv
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Kita semua pasti pernah memandang ke angkasa dan melihat ada pesawat terbang
yang sedang melintasi udara di atas kita. Mungkin ada di antara kita yang pernah
bertanya “bagaimana mungkin hal ini dapat terjadi”?. Pertanyaan ini wajar, apa lagi
jika kita melihat massa dari pesawat yang berton-ton sehingga sepertinya mustahil
untuk membuatnya dapat terbang terangkat di atas tanah. Di tambah lagi bahwa
massa jenis dari pesawat itu yang terbuat dari material logam jauh lebih besar dari
massa jenis udara yang bertindak ibarat “Jalan Raya”.
Lalu bagaimana pesawat udara dapat terbang? Adalah suatu yang salah jika kita
berfikir bahwa mesin (engine) lah menyebabkan pesawat dapat terbang. Pada
dasarnya, sayap lah yang memberi gaya angkat yang dibutuhkan untuk terbang,
sedangkan engine hanya memberi gaya dorong (thrust) untuk bengerak maju. Jadi,
kesimpulan mudahnya adalah bahwa pesawat udara (bukan pesawat antarikasa)
dapat terbang karena memiliki sayap.
Dalam kajian fisika, hal ini sebetulnya bukanlah peristiwa yang mustahil untuk
terjadi, pada dasarnya hanya masalah keseimbangan gaya saja. Sudah umum di
ketahui bahwa benda selalu jatuh menuju pusat bumi karena adanya gravitasi yang
bekerja pada setiap benda. Tetapi, terdapat juga gaya ke atas yang secara vektor
berlawanan arah dengan gaya gravitasi ini. Kedua gaya inilah yang berusaha
direkayasa untuk selanjutnya hasilnya dapat membuat pesawat dapat terbang
1.2
Tujuan.
Untuk mengetahui penerapan fisika pada pesawat terbang
1.3
Ruang Lingkup
1. Kinematika dengan analisis vektor
2. Usaha dan energi.
Karya Ilmiah Fisika | 1
Bab II
DASAR TEORI
Gaya Angkat Sayap Pada Pesawat Terbang
Pesawat terbang dapat terangkat ke udara yang melalui sayap peswat, tidak seperti
roket yang terangkat ke atas karena aksi-reaksi antara gas yang disemburkan
roketdengan roket itu sendiri. Roket yang menyemburkan gas ke belakang dan sebagai
reaksinya gas mendorong roket maju. Jadi, roket tetap dapat terangkat ke atas
walaupun tidak ada udara, tetapi pesawat terbang tidak dapat terangkat jika tidak ada
udara.
Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dan
sisi bagian atas yang lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Bentuk sayap
seperti ini dinamakan aerofoil. Bentuk ini menyebabkan garis arus seperti arus. Garis
arus pada sisi bagian atas lebih rapat daripaa sisi bagian bawahnya, yang berarti
kelajuan aliran udara pada sisi bagian atas pesawat (v2) lebih besar daripada sisi
bagian bawah sayap (v1). Sesuai dengan asas Bernoulli, tekanan pada sisi bagian atas
(p2) lebih kecil daripada sisi bagian bawah (p1) karena kelajuan udaranyalebih besar.
Beda tekanan p1 - p2 menghasilkan gaya angkat sebesar F1 - F2 = (p1 - p2)A Dengan
A adalah luas penampang totl sayap Jika nilai p1 - p2 dari persamaan p1 - p2 = 1/2 p
(v2^2 - v1^2) kita masukkan ke persamaan di atas menjadi F1 - F2 = 1/2 p (v2^2 v1^2)A Dengan p massa jenis udara Pesawat terbang dapat terangkat ke tas 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 maka makin besar kecepatan udaranya dan ini berarti
v2^2 - V1^2 bertambah besar sehingga gaya angkat F1 - F2 makin besar. Makin besar
ukuran sayap (A) makin besar gaya angkatnya. Supaya pesawat dapat terangkat gaya
angkat harus lebih besar daripada berat pesawat (F1-F2) > mg). Jika pesawat telah
berada pada ketinggian tertentu dan pilot ingin mempertahankan ketinggiannya
(melayang di udara) makakelajuan pesawat harus diatur sedemikian rupa sehingga
gaya angkat sama dengan berat pesawat (F1 - F2 = mg) Pada dasarnya ada 4 buah gaya
yang bekerja pada sebuah pesawat terbang yang sedang mengangkasa
1. Berat pesawat yang disebabkan oleh gaya gravitasi bumi
2. Gaya angkat yang disebabkan oleh bentuk pesawat
3. Gaya ke depan yang disebabkan oleh gesekan udara
4. Gaya hambatan yang disebabkan oleh gesekan udara.
Jika pesawat hendak bergrak mendatar dengan suatu percepatan maka gaya ke depan
harus lebih besar daripada gaya hambatan dan gaya angkat harus sama dengan berat
pesawat. Jika pesawat hendak menambah ketinggian yang tetap, maka resultan gaya
mendatar dan gaya vertikal harus sama dengan nol. Ini berarti bahwa gaya ke depan
sama dengan gaya hambatan dan gaya angkat sama dengan berat pesawat.
Karya Ilmiah Fisika | 2
Vektor gaya pada saat pesawat mendaki
Diskusi dari konsep sebelumnya sering diabaikan dalam teks, buku-buku atau manual
aeronautika. Alasannya bukan karena tidak ada konsekwensinya, tapi karena
mengabaikan diskusi ini maka ide utama dari hal gaya-gaya aerodinamika yang
bekerja pada sebuah pesawat yang terbang dapat disampaikan tanpa harus mendalami
teknisnya seorang ahli aerodinamika. Dalam kenyataannya mempertimbangkan hanya
terbang datar/level flight, dan mendaki secara normal dan meluncur dengan
mantap/steady, tetaplah benar bahwa gaya angkat sayap adalah gaya ke atas yang
penting, dan berat/weight adalah gaya ke bawah yang sangat penting.
Seringnya, kesulitan yang dihadapi pada saat menerangkan gaya yang bekerja pada
pesawat udara adalah masalah bahasa dan artinya. Contohnya, penerbang telah lama
mempercayai bahwa pesawat mendaki karena kelebihan gaya angkat (excess lift). Hal
ini tidak benar jika seseorang hanya memikirkan hubungannya dengan sayap saja. Tapi
bagaimanapun hal ini benar, jika gaya angkat adalah penjumlahan total dari semua
“gaya ke atas”. Tetapi ketika merujuk ke “gaya angkat dari thrust” definisi yang
sebelumnya telah dibuat untuk gaya-gaya ini tidak berlaku lagi dan membuat lebih
sulit. Hal yang tidak tepat dalam bahasa ini telah menjadi alasan untuk
menggunakannya sebagai argumen, terutama dalam sektor akademik, bukannya untuk
membuatnya lebih mudah sebagai penjelasan pada prinsip-prinsip dasar penerbangan.
Meskipun gaya-gaya yang bekerja pada pesawat terbang telah ditetapkan, masih
diperlukan sebuah diskusi yang lebih detil tentang bagaimana penerbang
menggunakannya untuk memproduksi penerbangan yang terkendali.
Karya Ilmiah Fisika | 3
BAB III
PEMBAHASAN
3.1
Kinematika dengan analisis vektor
Pesawat terbang yang ingin terbang dan mendarat menggunakan metode vector
Contoh keempat, gerakan pesawat terbang. Pesawat terbang juga biasa melakukan
GLB. Setelah lepas landas, pesawat terbang biasanya bergerak pada lintasan
lurusdengan dengan laju tetap. Walaupun demikian, pesawat juga mengubah
arahgeraknya ketika hendak tiba di bandara tujuan.
Dengan sistem vektor yang dikalibrasikan dengan komputer navigasi pesawat pilot
dapat memantau arah tujuan pendaratan pesawat. Jadi tidak pernah sebuah pesawat
nyasar ke lain tempat.
GPS dan radar merupakan aplikasi Vektor dan Teknologi
3.2 Usaha Dan Energi
Terdapat empat gaya mendasar yang bekerja pada pesawat terbang, yaitu:
1. Gaya hambatan
2. Gaya dorongan
3. Gaya angkat
4. Gaya berat (gravitasi)
Hukum Bernoulli pada Daya Angkat Sayap Pesawat Terbang
Penampang sayap pesawat terbang memiliki bagian belakang yang tajam dan sisi
bagian atas yang lebih melengking dari sisi bagian bawahnya. Bentuk ini membuat
kecepatan aliran udara melalui muka bagian atas lebih besar dari kecepatan aliran udara
melalui muka bagian bawah pada saat pesawat tinggal landas.
Besarnya gaya angkat pesawat terbang dapat dirumuskan sebagai berikut:
P1 – P2= 1/2ρ . A(v22 – v12)
Dimana: P1 = tekanan di bawah sayap
P2 = tekanan di atas sayap
Karya Ilmiah Fisika | 4
v1 = kecepatan udara di bawah sayap
v2 = kecepatan udara di bawah sayap
ρ = massa jenis udara
A= luas penampang sayap
Jadi dapat disimpulkan bahwa pada saat pesawat akan berangkat, tekanan udara
pada bagian bawah lebih besar daripada tekanan udara pada bagian atas.
B.
Gaya Gesek
Gaya gesek adalah gaya yang timbul karena adanya gaya yang menarik sebuah
benda dan arahnya berlawanan. Gaya gesek dapat dirumuskan sebagai berikut:
fg = µ. N
dimana: fg =gaya gesekan (Newton)
µ = koefisien gesekan
N= gaya normal
Koefisien gesekan ada dua yaitu:
·
Koef. Gesekan Statis
Koefisien gesekan statis digunakan jika benda dalam keadaan diam. Besarnya
gaya gesekan statis dapat diketahui melalui persamaan sebagai berikut:
fs = µs. N
·
Koef. Gesekan Kinetik
Koefisien gesekan kinetis digunakan jika benda dalam keadaan bergerak.
Besarnya gaya gesekan kinetis dapat diketahui melalui persamaan sebagai berkut:
Fk = µk. N
Hubungan gaya gesekan dengan hukum newton adalah sebagai berikut:
F - fg = m.a dengan fg = µ.mg
C.
Hukum Newton
Pada pesawat menggunakan hukum newton III. Hukum Newton III berbunyi :
Jika sebuah benda mengerjakan gaya pada benda lain, maka benda lain tersebut
mengerjakan gaya pada benda yang pertama yang sama besarnya tetapi berlawanan
arah. Hukum Newton III ini sering disebut Hukum Aksi-Reaksi.
Karya Ilmiah Fisika | 5
Menekankan pada prinsip perubahan momentum manakalah udara dibelokkan
oleh bagian bawah sayap pesawat. Dari prinsip aksi-reaksi, muncul gaya pada bagian
bawah sayap yang besarnya sama dengan gaya yang diberikan sayap untuk
membelokkan udara.
Dalam hal ini, aksi yaitu gerak/ tekanan udara yang berasal dari permukaan airfoil
(bentuk sayap) bagian atas yang menekan airfoil ke bagian bawah dengan tekanan
beribu-ribu ton udara, sehingga karena pada bagian bawah airfoil tertekan oleh ribuan
ton dari atas airfoil.
D.
Efek Coanda
Menurut Coanda, udara yang melewati permukaan lengkung akan mengalir
sepanjang permukaan itu.
E.
Kinematika Gerak Lurus
Pada bahasan ini, kami membahas tentang Gerak Lurus Berubah Beraturan.
Suatu benda dikatakan melakukan gerak lurus berubah beraturan jika kecepatannya
semakin lama semakin bertambah/ berkurang. Persamaannya adalah:
Vt= Vo +a.t
Vt = kecepatan akhir benda
Vo= kecepatan awal benda
A = percepatan benda
T = waktu tempuh
Sedangkan persamaan yang digunakan untu menentukan jarak yang ditempuh
oleh suatu benda selama jangka waktu tertentu adalah:
St= Vo.t+1/2 a.t2
St = Jarak yang ditempuh benda
Vo = kecepatan awal benda
A = percepatan benda
T =waktu tempuh
Penerapan fisika dalam gaya angkat sayap pesawat terbang
Gaya angkat pada sayap pesawat terbang dengan menggunakan persamaan
bernoulli.
Karya Ilmiah Fisika | 6
Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam
dan sisi bagian yang atas lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Bentuk ini
menyebabkan aliran udara di bagian atas lebih besar daripada di bagian bawah (v2 > v1)
dapat dilihat bahwa v2 > v1 kita dapatkan P1 > P2 untuk luas penampang sayap
F1 = P1 . A dan F2 = P2 . A dan kita dapatkan bahwa F1 > F2. Beda gaya pada bagian
bawah dan bagian atas (F1 – F2) menghasilkan gaya angkat pada pesawat terbang. Jadi,
gaya angkat pesawat terbang dirumuskan sebagai :
F1 – F2 = ½  A(v22 – v12)
Dengan  = massa jenis udara (kg/m3)
Dari persamaan di atas dapat diketahui bahwa pesawat terbang dapat terangkat
ke atas jika gaya angkat pesawat lebih besar daripada berat pesawat. Jadi, apakah suatu
pesawat dapat terbang atau tidak tergantung dari berat pesawat, kelajuan pesawat, dan
ukuran sayapnya. Makin besar kecepatan pesawat, makin besar kecepatan udara, dan ini
berarti gaya angkat pesawat makin besar. Demikian pula, makin besar ukuran sayap,
semakin besar pula gaya angkatnya.
Supaya pesawat dapat terangkat, gaya angkat harus lebih besar daripada berat
pesawat
( F1 - F2 > mg ). jika telah berada pada ketingian tertentu dan pilot ingin
mempertahankan ketingianya ( melayang di udara), maka kelajuan pesawat harus diatur
sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama dengan gaya berat pesawat ( F1 - F2 = mg
).
Karya Ilmiah Fisika | 7
Bab IV
PENUTUP
4.1
Kesimpulan
Terdapat empat gaya mendasar yang bekerja pada pesawat terbang, yaitu:
1. Gaya hambatan
2.
Gaya dorongan
3.
Gaya angkat
4.
Gaya berat (gravitasi)
Suatu pesawat dapat terbang atau tidak tergantung dari berat pesawat, kelajuan
pesawat, dan ukuran sayapnya. Makin besar kecepatan pesawat, makin besar kecepatan
udara, dan ini berarti gaya angkat pesawat makin besar. Demikian pula, makin besar
ukuran sayap, semakin besar pula gaya angkatnya.
Supaya pesawat dapat terangkat, gaya angkat harus lebih besar daripada berat
pesawat
( F1 - F2 > mg ). jika telah berada pada ketingian tertentu dan pilot ingin
mempertahankan ketingianya ( melayang di udara), maka kelajuan pesawat harus diatur
sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama dengan gaya berat pesawat ( F1 - F2 = mg
).
Pesawat terbang yang ingin terbang dan mendarat menggunakan metode vector
sehari-hari, juga vektor digunakan pada GPS dan Radar pada pesawat terbang.
4.2
Saran
Demikaiamlah karya ilmiah yang saya buat berdasarkan sumber sumber
yang ada. Saya juga menyadari masih ada banyak kekurangan dalam penulisan
karya ilmiah ini sehingga perlulah bagi saya,dari para pembaca untuk
memberikan saran yang membantu supaya makalah ini mendekati lebih
baik.atas perhatian anda semua,kami ucapkan terima kasih.
Karya Ilmiah Fisika | 8
DAFTAR PUSTAKA
http://www.fisika-indonesia.blogspot.com/2010/10/aplikasi-fisika-dalamkehidupan-sehari.html
http://www.rumus-fisika.com/2013/09/aplikasi-gerak-lurus-dalamkehidupan.html
http://www.ilmuterbang.com/artikel-mainmenu-29/teori-penerbanganmainmenu-68/552-mengapa-pesawat-terbang-bisa-terbang#top
http://trianimafis.blogspot.com/2013/11/gaya-anggkat-pesawat-terbang.html
http://amirnakuswantiya.blogspot.com/2013/04/rumus-fisika-yang-dipakaidalam.html?showComment=1418556490888#c7278728209589580859
Karya Ilmiah Fisika | 9
LAMPIRAN
Karya Ilmiah Fisika | 10