Seperti yang kita tahu, setiap benda yang memiliki bobot lebih berat dari udara pasti akan jatuh ke permukaan bumi. Lalu, bagaimana cara pesawat terbang?
Pesawat bisa terbang karena ada momentum dari dorongan horizontal mesin pesawat (Engine), kemudian dorongan engine tersebut akan menimbulkan perbedaan kecepatan aliran udara dibawah dan diatas sayap pesawat . Kecepatan udara diatas sayap akan lebih besar dari dibawah sayap di karenakan jarak tempuh lapisan udara yang mengalir di atas sayap lebih besar dari pada jarak tempuh di bawah sayap, waktu tempuh lapisan udara yang melalui atas sayap dan di bawah sayap adalah sama . Menurut hukum Bernoully , kecepatan udara besar menimbulkan tekanan udara yang kecil . sehingga tekanan udara di bawah sayap menjadi lebih besar dari sayap pesawat bagian atas. Sehingga akan timbul gaya angkat (Lift) yang menjadikan pesawat itu bisa terbang.
Ada beberapa bagian utama pesawat yang membuat pesawat itu bisa terbang dengan sempurna, diantaranya sebagai berikut :
-
Badan pesawat ( Fuselage ) terdapat didalamnya ; ruang kemudi (Cockpit) dan ruang penumpang (Passenger).
-
Sayap (Wing), terdapat Aileron berfungsi untuk “Rolling” pesawat miring kiri – kanan dan Flap untuk menambah luas area sayap ( Coefficient Lift ) yang berguna untuk menambah gaya angkat pesawat.
-
Ekor sayap (Horizontal Stabilazer), terdapat Elevator berfungsi untuk “Pitching” nose UP – DOWN.
-
Sirip tegak (Vertical Stabilizer), terdapat Rudder berfungsi untuk “Yawing” belok kiri – kanan.
-
Mesin (Engine), berpungsi sebagai Thrust atau gaya dorong yang menghasilkan kecepatan pesawat.
-
Roda Pesawat ( Landing Gear ),berfungsi untuk mendarat/ landing atau tinggal landas / Take-off.
Hukum Bernoulli tentang aliran dan tekanan udara
Pesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kelajuan udara yang melalui sayap pesawat tersebut, berbeda dengan roket yang terangkat ke atas karena aksi-reaksi antara gas yang disemburkan roket dengan roket itu sendiri. Roket menyemburkan gas ke belakang (ke bawah), sebagai reaksinya gas mendorong roket ke atas. Jadi roket tetap dapat terangkat ke atas meskipun tidak ada udara, pesawat terbang tidak dapat terangkat jika tidak ada udara.Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dari pada bagian depan, dan sisi bagian atas yang lebih melengkung dari pada sisi bagian bawahnya.
Sumber:
Mekanisme Pesawat untuk Terbang
Ada beberapa macam gaya yang bekerja pada benda-benda yang terbang di udara, termasuk pada pesawat terbang. Gaya-gaya aerodinamika ini meliputi gaya angkat ( lift ), gaya dorong ( thrust ), gaya berat ( weight ), dan gaya hambat udara ( drag ). Gaya-gaya inilah yang mempengaruhi profil terbang semua benda-benda di udara, mulai dari burung-burung yang bisa terbang mulus secara alami sampai pesawat terbang yang paling besar sekalipun. Jadi gaya-gaya yang sama bekerja juga pada pesawat model yang ukurannya mini ini. Berikut ini ilustrasi Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat
Gaya hambat udara ( drag ) merupakan gaya yang disebabkan oleh molekul-molekul dan partikel-partikel di udara. Gaya ini dialami oleh benda yang bergerak di udara. Pada benda yang diam gaya hambat udara nol. Ketika benda mulai bergerak, gaya hambat udara ini mulai muncul yang arahnya berlawanan dengan arah gerak, bersifat menghambat gerakan (itu sebabnya gaya ini disebut gaya hambat udara). Semakin cepat benda bergerak semakin besar gaya hambat udara ini. Agar benda bisa terus bergerak maju saat terbang, diperlukan gaya yang bisa mengatasi hambatan udara tersebut, yaitu gaya dorong ( thrust ) yang dihasilkan oleh mesin. Supaya kita tidak perlu menghasilkan thrust yang terlalu besar (sehingga tidak ekonomis) kita harus mencari cara untuk mengurangi drag. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan desain yang streamline (ramping).
Supaya bisa terbang, kita perlu gaya yang bisa mengatasi gaya berat akibat tarikan gravitasi bumi. Gaya ke atas ( lift ) ini harus bisa melawan tarikan gravitasi bumi sehingga benda bisa terangkat dan mempertahankan posisinya di angkasa. Di sinilah tantangannya karena harus melawan gravitasi. Maka fisikawan seperti Isaac Newton, Bernoulli, dan Coanda. Ketiganya bekerja sama menjawab tantangan ini
-
Hukum Newton III
Isaac Newton yang terkenal dengan ketiga persamaan geraknya menyumbangkan hukum III Newton tentang Aksi-Reaksi. Benjamin Crowell dalam bukunya Newtonian Physics mengatakan bahwa “ ketika objek A memberikan sebuah gaya kepada objek B, maka objek B juga harus memberikan sebuah gaya kepada objek A. Dua gaya tersebut besarnya sama dan dalam arah yang berlawanan. Dan dapat dituliskan secara singkat dengan rumus seperti berikut ini FA on B = - FB on A ”. Hukum inilah yang kemudian diterapkan pada kajian tentang aerodinamika pada airfoil sayap pesawat terbang. Sayap pesawat merupakan bagian terpenting dalam menghasilkan lift . Aliran udara terjadi diatas dan dibawah sayap pesawat. Partikel-partikel udara menabrak bagian bawah sayap pesawat. Partikel-partikel yang menabrak ini lalu dipantulkan ke bawah (ke arah tanah). Udara yang menghujani tanah ini merupakan gaya aksi. Dan kemudian tanah yang menerima gaya aksi ini pasti langsung memberikan gaya reaksi yang besarnya sama dengan gaya aksi tetapi berlawanan arah.
-
Efek Coanda dan Hukum Bernoulli
Untuk bagian atas sayap, ada proses lain yang juga menghasilkan aksi. Dalam hal ini terjadi penerapan hukum Bernoulli dan efek Coanda. Menurut Coanda, udara yang melewati permukaan lengkung akan mengalir sepanjang permukaan itu (dikenal sebagai Efek Coanda). Ini dibuktikan ketika kita meletakkan lilin menyala di depan sebuah botol. Ketika lilin ditiup dari belakang botol, aneh ternyata lilin didepan botol itu akan mati. Menurut Coanda hal ini disebabkan karena udara yang kita tiup mengalir mengikuti permukaan lengkung botol lalu meniup api lilin hingga mati. Seperti inilah udara yang melewati bagian atas sayap ini mirip udara yang bergerak sepanjang botol. Udara ini akan mengalir sepanjang permukaan atas sayap hingga mencapai ujung bawah sayap. Di ujung bawah sayap itu partikel-partikel udara bergerombol dan bertambah terus sampai akhirnya kelebihan berat dan berjatuhan dimana peristiwa ini disebut downwash . Siraman udara atau downwash ini juga merupakan komponen gaya aksi. Tanah yang menerima gaya aksi ini pasti langsung memberikan gaya reaksi yang besarnya sama dengan gaya aksi tetapi berlawanan arah. Karena gaya aksinya menuju tanah (ke arah bawah), berarti gaya reaksinya ke arah atas. Gaya reaksi ini memberikan gaya angkat ( lift) yang bisa mengangkat pesawat dan mengalahkan gaya berat akibat tarikan gravitasi bumi. Sumber gaya angkat (lift) yang lain adalah perbedaan tekanan udara dipermukaan atas dan dipermukaan bawah sayap, dimana terjadi penerapan Hukum Bernoulli disini.
Korelasi antara kecepatan fluida dan tekanan yang terjadi di permukaan atas dan permukaan bawah airfoil sayap pesawat. Kecepatan fluida di permukaan atas airfoil lebih tinggi jika dibandingkan engan kecepatan di permukaan bawah fluida, hal ini menyebabkan tekanan di permukaan atas airfoil lebih rendah dibandingkan dengan tekanan di permukaan bawah airfoil sihingga menghasilkan gaya angkat ( Lift ) yang digunanakan untuk mengangkat pesawat. Korelasi ini sesuai dengan Hukum Bernoulli.
Pergerakan Pesawat di Udara
Pada dasarnya pesawat terbang mempunyai 3 sumbu pergerakan (x, y, dan z axis) seperti penjelasan dibawah ini :
-
Roll, yaitu pergerakan pesawat terhadap sumbu horisontal depan belakang yang mengakibatkan pesawat berguling kiri kanan (badan pesawat diam, sayap kiri kanan yg turun naik).
-
Yaw, yaitu pergerakan pesawat terhadap sumbu vertikal yg menyebabkan hidung pesawat berubah arah kiri kanan (pesawat akan berbelok kiri kanan).
-
Pitch, yaitu pergerakan pesawat terhadap sumbu horisontal yg tegak lurus terhadap sumbu roll yg menyebabkan hidung pesawat akan turun atau naik.