Semua benda yang berada pada permukaan bumi memiliki berat. Berat ialah hasil perkalian dari massa benda (satuan nya kilogram) dan percepatan gaya gravitasi bumi. Namun, pernahkah anda membayangkan sebuah benda di udara seperti layang-layang, burung hingga pesawat yang dapat melayang atau terbang?
Kenapa benda seperti pesawat yang bahkan memiliki berat sebesar 487,5 ton untuk jenis Boeing 787 dapat terbang melawan gaya gravitasi bumi? Apakah nalar manusia dapat menjelaskan hal tersebut? Apabila anda penasaran, artikel berikut ini akan menjelaskan konsep sederhana kenapa pesawat bisa terbang di udara.
Baik, saya akan jawab pertanyaan ini sesuai dengan kapasitas keilmuan saya sebagai seorang mahasiswa teknik mesin. Tentunya saya akan merujuk kepada beberapa referensi yang akan membantu saya dalam memberikan jawaban yang memuaskan.
Bagaimana Pengaruh Gaya Angkat?
Secara sederhana, pesawat bisa terbang di udara apabila mendapatkan gaya angkat yang lebih besar dari gaya berat. Konsep dasarnya mirip seperti ketika bermain layang-layang. Layang-layang dapat terbang karena adanya angin yang mengalir melalui bawah sehingga terjadi gaya angkat keatas. Semakin besar angin yang mengenai layang-layang, maka gaya angkat yang terjadi juga semakin besar. Selain berkontribusi pada gaya angkat, besarnya angin juga mempengaruhi gaya tarik (drag).
Itulah mengapa ketika kita bermain layang-layang, tali yang kita pegang terasa seperti tertarik. Tarikan ini akibat adanya angin atau fluida yang berhembus melawan arah layang-layang. Semakin tinggi layang-layang, tarikan juga semakin kuat karena angin yang berhembus pada ketinggian juga lebih kencang daripada angin yang berhembus pada daratan.
Seperti terlihat pada gambar layang-layang bahwa angin atau fluida mengalir kebawah akibat kemiringan. Aliran kebawah memberikan gaya angkat keatas pada layang-layang. Layang-layang memiliki gaya berat yang kecil sehingga gaya angkat yang dibutuhkan juga tidak terlampau besar. Kemudian bagaimana dengan pesawat? Pesawat memiliki gaya berat yang sangat besar. Oleh karena itu angin atau fluida yang mengalir juga harus kencang agar gaya angkat yang terjadi pada pesawat lebih besar dari gaya berat pesawat.
Gaya Pada Pesawat Terbang
Pada kasus kenapa pesawat bisa terbang, angin atau fluida yang kencang berasal dari gaya dorong (thrust) mesin pesawat. Melalui gaya dorong (thrust), pesawat mendapatkan angin atau fluida yang cukup untuk mendapatkan gaya angkat yang besar. Penjelasan sederhana terkait menambahkan gaya dorong melalui angin yang kencang bagi pesawat, seperti ketika kita naik sepeda motor.
Semakin kita menggeber laju motor dengan kecepatan tinggi, maka angin atau fluida yang mengenai badan kita juga semakin kencang. Angin atau fluida yang mengenai badan juga memberikan gaya tarik (drag) terhadap laju kita. Gaya tarik (drag) ini sifatnya menghambat, untuk memperkecil gaya tarik (drag) dapat dilakukan dengan mendesain penampang secara aerodinamis.
Baca juga: Sistem Pendingin Mesin Mobil: Cara Kerja, Komponen dan Fungsinya!
Komponen Bagian Pesawat Terbang
Pesawat memiliki banyak komponen elektrikal dan mekanikal yang terhubung satu sama lain. Komponen tersebut bekerjasama untuk membentuk sistem pesawat terbang. Karena topik artikel ini menjelaskan kenapa pesawat bisa terbang, maka kelompok komponen berikut ini merupakan komponen yang memiliki kontribusi peran terhadap gaya angkat dan gaya dorong.
Bagian Komponen Gaya Angkat (Lift)
1. Komponen Sayap Pesawat
| Nama Bagian | Deskripsi (Fungsi) |
| Airfoil | Bagian ini merupakan bagian yang berkenaan langsung dengan angin atau fluida. Airfoil dapat terlihat dari potongan melintang (irisan) sayap pesawat. Setiap pesawat memiliki ukuran luas dan bentuk airfoil yang berbeda-beda tergantung kegunaan serta kebutuhan gaya angkat. |
| Ailerons | Ailerons merupakan penampang yang memiliki fungsi untuk memberikan manuver berputar pada pesawat. |
| Flap(s) | Flaps merupakan penampang yang memiliki fungsi untuk memberikan tambahan gaya angkat. |
2. Komponen Ekor Pesawat
| Nama Bagian | Deskripsi (Fungsi) |
| Vertical Stabilizer | Vertical stabilizer merupakan penampang ekor vertikal yang memiliki fungsi untuk menyangga rudder. |
| Horizontal Stabilizer | Horizontal stabilizer merupakan penampang ekor horizontal yang memiliki fungsi untuk menyangga elevator. |
| Rudder | Rudder memiliki fungsi untuk mengendalikan belokan pesawat baik menuju kearah kiri maupun kanan. |
| Elevator | Elevator memiliki fungsi untuk menaikkan dan menurunkan moncong pesawat. Tujuannya untuk mendapatkan gaya angkat maupun menurunkannya. |
Kelompok Komponen Gaya Dorong (Thrust)
Pesawat terbang memiliki berbagai macam gaya dorong menyesuaikan pada jenis pesawat tersebut. Pada pesawat yang sering kita jumpai di bandara besar, pesawat menggunakan gaya dorong berupa seperangkat mesin turbofan. Turbofan masih termasuk kedalam golongan mesin jet. Keunggulan dari penggunaan turbofan yakni pada efisiensi penggunaan bahan bakar.
| Nama Bagian | Deskripsi |
| Kipas / Fan | Kipas / fan memiliki fungsi untuk menyedot udara yang berada diluar. |
| Gearbox | Gearbox merupakan penampang dari fan memiliki fungsi untuk mengatur putaran fan. |
| Compressor | Compressor memiliki fungsi untuk memampatkan tekanan udara yang masuk berdasarkan kebutuhan ratio dari ruang bakar. |
| Ruang Bakar (Combution Chamber) | Combustion chamber merupakan ruang untuk mencampurkan bahan bakar dengan udara yang bertekanan. |
| Turbine | Turbine memiliki fungsi untuk membuang hasil pembakaran dengan tekanan untuk mendapatkan gaya dorong. |
Mengapa Pesawat Bisa Terbang?
Berbagai gaya pada pesawat ketika terbang di udara sebenarnya sudah terjadi sejak pesawat mulai tinggal landas. Kemudian komponen seperti sayap, ekor serta turbofan memiliki peran yang cukup besar. Agar anda mendapatkan gambaran kenapa pesawat bisa terbang melawan gravitasi bumi, berikut ini penjelasan sejak pesawat mulai lepas landas:
1. Gaya Dorong Dimulai Sejak Pesawat Lepas Landas
Pesawat terbang di Indonesia produksi Boeing pada umumnya memiliki satu pasang turbofan yang berada pada bawah penampang sayap pesawat. Namun pesawat komersial Indonesia model terbaru produksi Airbus sudah menggunakan dua pasang turbofan. Proses mengaktifkan turbofan mulai ketika pesawat hendak lepas landas. Turbofan kemudian memberikan tambahan gaya dorong tujuannya agar pesawat mendapatkan aliran angin atau fluida yang cukup.
2. Perluasan Penampang
Ketika turbofan sudah aktif, pesawat kemudian memperluas penampang dengan mengeluarkan slat dan flap. Slat dan flap(s) memiliki fungsi untuk meningkatkan luas penampang airfoil dan tekukan sayap pada permukaan bawah. Tujuan dari pelebaran luas penampang dan tekukan sayap yakni untuk meningkatkan gaya angkat yang terjadi pada saat pesawat melakukan lepas landas.
3. Kerapatan Tinggi Molekul Fluida
Seorang insinyur NASA menemukan penjelasan mengapa gaya angkat dapat terjadi pada sayap pesawat. Desain airfoil sedemikian rupa tidak memecah aliran fluida, melainkan mengalirkannya menuju luasan penampang atas dan bawah. Fenomena tersebut merupakan coanda effect, dengan adanya konsep tersebut kemudian sekaligus mematahkan penjelasan dari hukum Bernoulli.
4. Gaya Angkat Keatas (Coanda Effect)
Aliran fluida pada bagian bawah memiliki kerapatan molekul yang lebih tinggi dibandingkan pada bagian penampang atas airfoil. Kerapatan molekul bagian bawah yang memiliki kerapatan molekul yang lebih tinggi kemudian memberikan gaya angkat terhadap sayap pesawat.
5. Mengangkat Moncong Pesawat Keatas
Selain itu penampang elevator pada ekor pesawat juga naik agar mendapatkan gaya yang cukup untuk menukikkan moncong pesawat keatas akibat adanya tekanan fluida pada ekor. Kemudian dengan kombinasi gaya angkat pada sayap, gaya dorong dari turbofan serta tekanan fluida pada ekor membuat pesawat terbang bisa terbang melawan gravitasi bumi.
6. Manuver Pesawat Terbang di Udara
Selama berada di udara, pesawat dapat melakukan manuver untuk berbelok, meningkatkan ketinggian maupun menurunkan ketinggian. Manuver pesawat terdiri dari manuver longitudinal, manuver lateral dan manuver vertical. Pada manuver longitudinal, bagian yang berperan cukup penting adalah ailerons dan rudder.
Sedangkan pada manuver lateral, bagian yang berperan cukup penting hanya rudder saja. Kemudian ketika pesawat hendak melakukan manuver naik turun memerlukan tambahan gaya dorong (thrust) dari turbofan untuk meningkatkan gaya angkat maupun menukik dengan bantuan elevator.
Kesimpulan
Kenapa pesawat bisa terbang di udara karena mendapatkan gaya angkat yang lebih besar dari gaya berat. Gaya berat yang merupakan nilai perkalian dari massa benda dan gaya gravitasi bumi memiliki nilai tetap. Sehingga agar pesawat bisa terbang dapat dengan cara memperbesar gaya angkat. Gaya angkat pada pesawat terjadi pada sayap, karena adanya aliran fluida dengan kerapatan tinggi menimbulkan tekanan keatas.
Selain menggunakan sayap dan bagian ekor (elevator) pesawat dapat meningkatkan gaya angkat dengan menambahkan gaya dorong (thrust), namun konsekuensi nya fluida yang mengalir semakin besar sehingga meningkatkan gaya tarik (drag). Gaya tarik ini sifatnya menghambat laju, kita dapat meminimalisir gaya tarik yang terjadi dengan mendesain pesawat secara aerodinamis.
