Apakah Anda pernah bertanya-tanya bagaimana pesawat bisa terbang di udara? Jawabannya adalah karena adanya gaya angkat. Gaya angkat merupakan salah satu konsep penting dalam fisika penerbangan yang berkaitan dengan kemampuan pesawat terbang di udara. Berikut ini kami akan membahas apa itu gaya angkat, mengapa penting, cara kerjanya, serta memberikan contoh soal agar memudahkan pemahaman Anda.
Apa Itu Gaya Angkat?
Gaya angkat adalah gaya yang bekerja pada objek yang bergerak di dalam fluida (cairan atau gas) dan mampu menghasilkan gaya vertikal yang cukup besar untuk melawan gravitasi. Dalam konteks penerbangan, pesawat terbang tersedia berkat gaya angkat dari sayapnya.
Mengapa Gaya Angkat Penting di Penerbangan?
Tanpa gaya angkat, pesawat tidak akan bisa terbang di udara. Gaya ini merupakan faktor penting dalam menerbangkan pesawat seperti yang kita kenal hari ini. Pesawat terbang dapat dikuasai jika kita dapat memahami dan mengendalikan gaya angkat.
Bagaimana Gaya Angkat Bekerja?
Gaya angkat bekerja karena adanya perbedaan tekanan pada bagian atas dan bawah sayap. Ketika udara mengalir di atas sayap tipis, ia akan mengalami penurunan tekanan. Sementara itu, udara yang mengalir melalui bagian bawah sayap akan mengalami peningkatan tekanan. Peningkatan tekanan ini akan memberikan gaya ke atas yang membantu untuk mengangkat pesawat dari tanah.
Prinsip Bernoulli, yang menjelaskan pergerakan fluida di dalam pipa atau tabung, juga berlaku pada pesawat terbang. Prinsip ini mengatakan bahwa ketika fluida mengalir dengan kecepatan tinggi, maka tekanannya akan menurun. Begitu pula, ketika fluida mengalir dengan kecepatan lebih lambat, tekanannya akan meningkat. Oleh sebab itu, sayap pesawat dirancang dengan cara agar aliran fluida di atas dan di bawah mereka memiliki perbedaan kecepatan yang signifikan sehingga menciptakan perbedaan tekanan yang cukup besar untuk menghasilkan gaya angkat.
Contoh Soal Gaya Angkat Pesawat Terbang
Berikut ini adalah contoh soal mengenai gaya angkat pada pesawat terbang:
Soal 1
Sebuah pesawat terbang yang memiliki lebar sayap 10 meter menghasilkan gaya angkat sebesar 12.000 N. Jika tekanan dinamik fluida yang mengalir di atas sayap adalah 400 N/m2, berapakah kecepatan pesawat terbang tersebut?
Jawaban:
Pertama-tama, kita dapat menggunakan persamaan gaya angkat:
FL = ½ρAv2CL
Dimana:
- FL: gaya angkat
- ρ: massa jenis fluida
- A: luas sayap
- v: kecepatan fluida
- CL: koefisien angkat pesawat terbang
Jika kita mengekspresikan ρ dalam bentuk P/RT, maka persamaan dapat disederhanakan menjadi:
FL = ½APRCLT2
Masukkan nilai yang diketahui ke dalam persamaan kita:
FL = 12.000 N
A = 10 m2
P = 101.325 Pa
R = 287 J/kgK
CL = 0.5
T = ?
Kita dapat menyelesaikan persamaan tersebut untuk mencari T:
T2 = (2FL) / (APRCL)
T2 = (2 x 12.000) / (10 x 101.325 x 0.5 x 287)
T2 = 56.16 K
Sekarang, kita dapat menentukan kecepatan pesawat terbang dengan menggunakan persamaan Bernoulli:
P1 + ½ρv12 + ρgh1 = P2 + ½ρv22 + ρgh2
Dalam kasus ini, kita dapat mengabaikan perubahan tinggi karena pesawat terbang bergerak di sekitar ketinggian konstan. Oleh sebab itu, set h1 = h2. Apabila kita asumsikan tekanan atmosfer di sekitar pesawat adalah sama dengan tekanan di permukaan laut, maka persamaan dapat disederhanakan menjadi:
½ρv12 + ď‚„gh = ½ρv22
Dalam kasus ini, v1 = 0 (karena pesawat sedang berada di landasan pacu dan belum bergerak), oleh sebab itu:
gh = ½ρv22
atau
v2 = [2gh / ρ]
Dengan menggunakan nilai g = 9.8 m/s2 dan ρ = 1.22 kg/m3, maka kita dapat menentukan:
v2 = [2 x 9.8 x 56.16 / 1.22]
v2 = 38.68 m/s
Sehingga, kecepatan pesawat terbang tersebut adalah sekitar 138.85 km/jam.
Kesimpulan
Gaya angkat merupakan konsep penting dalam penerbangan yang berkaitan dengan kemampuan pesawat terbang di udara. Gaya ini mampu menghasilkan gaya vertikal yang cukup besar untuk melawan gravitasi. Gaya angkat bekerja karena adanya perbedaan tekanan pada bagian atas dan bawah sayap, tetapi juga dipengaruhi oleh faktor seperti kecepatan dan bentuk sayap. Penting bagi kita untuk memahami dan mengendalikan gaya angkat agar dapat mengoperasikan pesawat secara efektif dan efisien.
