gaya angkat pesawat dan hukum bernauli

1. GAYA ANGKAT PESAWAT
Untuk mahasiswa PTM Otomotif IKIP Veteran Semarang
1. Pendahuluan
Pesawat terbang modern sudah menggunakan mesin jet, namun prinsip terbangnya masih
menggunakan ilmu gaya udara seperti oleh Orville Wright dan Wilbur Wright. Kakak beradik
tersebut berhasil melakukan penerbangan pertama menggunakan pesawat rancangan sendiri
yang diberi nama flyer, pada 1903 di Amerika Serikat. Selain Wright bersaudara, Samuel F Cody
juga berhasil melakukan penerbangan di lapangan udara Fanborough, Inggris pada 1910.
Setelah pesawat Flyer penemuan Wright bersaudara, pesawat terbang banyak mengalami
modifikasi baik dari rancang bangun, bentuk, dan mesin untuk memenuhi kebutuhan transportasi
udara. Perkembangan teknologi pesawat terbang mencapai beberapa kemajuan selama kurang
dari satu abad, terlebih lagi setelah ditemukannya teknologi tak terdeteksi radar, yaitu stealth.
Pada umumnya, pesawat terdiri atas badan pesawat, kabin, sayap, ekor, sirip, dan roda.
Ketika pesawat terbang di angkasa, pada dasarnya memerlukan dua hal, yaitu mendorong dan
mengangkat. Mendorong adalah mendesak pesawat maju ke depan menggunakan mesin atau
baling-baling. Baling-baling pendorong pada prinsipnya sama dengan baling-baling pengangkat.
Dua kekuatan tersebut bekerja berlawanan dengan gaya tarik dan gravitasi (gaya berat). Secara
umum, prinsip terbang pesawat menggunakan hukum fisika, yakni memanfaatkan hukum
Bernoulli di udara dengan memanfaatkan arus laminair sayap yang dihasilkan akibat daya
dorong mesin pesawat.
Pada awalnya, navigasi pesawat menggunakan tanda-tanda yang mudah dikenal di darat, baik
tanda-tanda alam maupun tanda-tanda buatan manusia seperti gunung, sungai, atau rel kereta api.
Dalam perkembangannya, navigasi pesawat menjadi berbagai jenis, yaitu navigasi radio, radar,
inersial dan satelit. Pada praktiknya pesawat terbang menggunakan beberapa teknologi navigasi
sekaligus. Pesawat komersial atau pesawat penumpang biasanya lebih sering menggunakan
navigasi radio. Navigasi radar dan inersial lebih sering digunakan oleh pesawat militer mata-
mata karena sifatnya yang self contain(tidak bergantung pada stasiun di luar). Sedangan navigasi
satelit digunakan oleh semua jenis pesawat. Selain itu, pesawat-pesawat modern biasanya telah
menggunakan suatu alat yang di sebut TICAS. Alat ini untuk memantau lalu lintas udara, yaitu
memperingatkan jarak antara pesawat di udara.

2. 2. Mengapa pesawat bisa terbang?
Pesawat terbang dapat terangkat ke atas, karena kelajuan udara yang melalui sayap pesawat
bagian sisi atas lebih besar daripada bagian sisi bawah. Karena pada penampang sayap pesawat
terbang, bagian belakang lebih datar dan sisi bagian atas lebih melengkung daripada bagian
bawahnya, maka aliran udara bagian atas akan lebih rapat jika dibanding bagian bawahnya.
Artinya, kecepatan aliran udara pada bagian sisi atas lebih besar daripada sisi bagian bawah
sayap. sehingga tekanan bagian atas lebih kecil daripada tekanan bagian bawah. Perbedaan
tekanan inilah yang yang menentukan gaya angkat pesawat.
Pesawat terbang dapat terangkat ke atas jika gaya angkat lebih besar daripada berat pesawat.
Jadi, suatu pesawat dapat terbang atau tidak tergantung dari berat pesawat, kelajuan pesawat, dan
ukuran sayapnya. Makin besar kecepatan pesawat, makin besar kecepatan udara, sehingga gaya
angkat sayap pesawat makin besar. Supaya pesawat dapat terangkat, gaya angkat harus lebih
besar daripada berat pesawat:
(F1–F2) > m g

3. Jika pesawat telah berada pada ketinggian tertentu dan pilot ingin mempertahankan
ketinggiannya (melayang di udara), maka kelajuan pesawat harus diatur sedemikian rupa
sehingga gaya angkat sama dengan berat pesawat:
(F1–F2) = m g
Contoh
Sebuah pesawat terbang bergerak dengan kecepatan tertentu sehingga udara yang melalui bagian
atas dan bagian bawah sayap pesawat yang luas permukaannya 50 m 2
bergerak dengan kelajuan masing-masing 320 m/s dan 300 m/s. Berapakah besarnya gaya angkat
pada sayap pesawat terbang tersebut? (ρ udara = 1,3 kg/m3
)
Jawab :
diketahui
A = 50 m2
V2 = 320 m/s
V1 = 300 m/s
ρ udara= 1,3 kg/m3
F1-F2 = ½ ρ A ( v2
2
-V1
2
)
= ½ ( 1,3 kg/m3
) (50 m2
) ( 320 m/s)2
– (3—m/s)2
= 403.000 N
3. Hukum Bernoulli dan gaya angkat pesawat
Menurut hukum bernoulli, fluida berkelajuan tinggi yang bebas mengalir memiliki
tekanan yang lebih rendah dibanding fluida sejenis yang berkelajuan lebih rendah. Fenomena ini
diterapkan pada pesawat melalui perancangan penampang lintang pesawat (disebut aerofoil
[British] atau airfoil [Amerika]). Struktur airfoil berbentuk aerodinamis pada bagian atas

4. (streamline) sehingga udara yang di atasnya bergerak lebih cepat daripada udara di bagian
bawah. Akibatnya, tekanan udara di bawah sayap lebih besar daripada tekanan udara di atas
sayap yang menyebabkan gaya dorong ke atas. Dengan persamaan Bernoulli
Karena h1 dapat dianggap sama dengan h2, didapatkan:
Skemanya kurang lebih seperti di bawah ini:
Sekarang untuk gaya gesek, gaya gesek dapat dicari dari Hukum stokes. Untuk aliran
laminar diperoleh besarnya hambatan udara:
Nilai k bergantung dari bentuk geometris tiap tiap benda. Untuk benda besar macam
pesawat, akan tercipta turbulensi di bagian belakan sehingga aliran udara tidak lagi laminar.
Berdasarkan percobaan, besarnya gaya gesekan pada alira turbulen sebanding dengan kuadrat
kecepatannya. Setelah gaya dorong mesin dikurangi dengan gaya geseknya, diperolehlah gaya
dorong netto, yang menyebabkan pesawat melaju ke depan.

5. Nah, sekarang kita akan sedikit membahas mengenai kontrol/kemudi pesawat. Secara
konvensional, pesawat memiliki tiga macam kemudi untuk bergerak dalam tiga sumbu
yakni rudder, elevators, dan aileron. Jalasnya dapat dilihat pada tabel.
nama gerak letak
elevator pitch (pada sumbu lateral) horizontal tail/tailplane (sepasang)
rudder yaw (pada sumbu vertikal ) vertical tail/fin
aileron roll (pada sumbu longitudinal) wing (sepasang)
Pada dasarnya, sistem gerak itu berupa pelat berengsel yang dihubungkan dengan sayap
dan sayap ekor. Misalkan rudder pada fin, jika engselnya lurus, udara akan bergerak dengan
simetris sehingga pesawat terbang lurus. Jika pelatnya digerakkan ke kanan misalnya, udara yang
bergerak di kanan akan mendapatkan drag tambahan, sehingga tekanan udara pada kanan ekor
lebih tinggi dibanding di sebelah kiri. Akibatnya ekor pesawat akan mendapatkan torka ke ke kiri
sehingga moncong pesawat akan bergerak ke kanan yang menyebabkan gerak gelengan (yaw).
Begitu juga halnya jika rudder bergerak ke kiri maka moncong akan berputar ke kiri.
Begitu pula pada elevator yang menyebabkan gerak anggukan (pitch). Jika
kedua elevator kiri dan kanan) bergerak ke atas, tekanan udara di atas ekor akan lebih besar
sehingga ekor bergerak ke bawah dan moncong pesawat naik ke atas.

6. Yang sedikit berbeda ialah sepasang aileron yang terletak pada sayap. Aileron dibuat
sedemikian rupa sehingga jika yang kiri naik ke atas maka yang kanan turun ke bawah dan
sebaliknya. Jika aileron kiri naik ke atas, tekanan udara di bagian atas menjadi lebih besar
sehingga sayap kiri akan mendapatkan torka ke bawah. Di sisi lain aileron kanan akan turun ke
bawah, menyebabkan sayap kanan mendapatkan torka ke atas. Torka ke atas di sayap kanan dan
torka ke bawah di sayap kiri menyebabkan pesawat berguling (roll) ke arah kiri. Demikian juga
untuk roll ke kanan, aileron kiri turun dan aileron kanan naik.
Pesawat terbang biasanya juga dilengkapi dengan sepasang flaps pada sayap di bagian
dalam. Jikaflaps diturunkan ke bawah, akan menambah sudut angle of attack dari flaps sehingga
menghasilkan gaya angkat lebih, tetapi juga hambatan lebih untuk memperlambat laju pesawat.