Fisika Roller Coaster (pdf)

TUGAS AKHIR SEMESTER FISIKA DASAR I

MAKALAH MENGUNGKAP TABIR SANG PENGACU ADRENALIN

Nama

: Husnul Hatimah

NIM

: 1308205019

Dosen

: Drs. Ida Bagus Alit Paramarta, M.Si.

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2014

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

KATA PENGANTAR Dengan mengucapkan syukur kepada Tuhan yang Maha Esa atas segala rahmat dan kehendaknya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah yang bertemakan Roller Coaster dengan judul Mengungkap Tabir sang Pengacu Adrenalin. Tugas makalah ini dikerjakan dalam rangka memenuhi tugas mata kuliah Fisika Dasar I yang dibina oleh Bapak Drs. Ida Bagus Alit Paramarta, M.Si. Terselesaikannya tugas makalah ini telah melibatkan berbagai pihak. Untuk dukungan yang telah diberikan, penulis patut menyampaikan ucapan terima kasih kepada yang terhormat: 1. Bapak Drs. Ida Bagus Alit Paramarta, M.Si selaku dosen mata kuliah Pendidikan Pancasila yang telah membimbing selama proses pembelajaran. 2. Teman-teman jurusan Fisika yang telah berpatisipasi dalam proses pembelajaran. 3. Semua pihak yang secara langsung atau pun tidak lansung mendukung terselesaikannya makalah ini. Akhir kata semoga makalah tentang Roller Coaster ini dapat memberikan gambaran bagaimana cara kerja Roller Coaster dan apa saja prinsip fisika ya bekerja. Selain itu, penulis berharap semoga makalah ini dapat menambah wawasan bagi penulis sendiri dan juga mahasiswa Universitas Udayana, khususnya mahasiswa Fakultas MIPA. Penulis menyadari bahwa penyusunan makalah ini jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun agar makalah ini jauh lebih baik, penulis sadar bahwa kesempurnaan hanya milik Tuhan yang Maha Esa.

Jimbaran, 17 Januari 2014 Penulis


DAFTAR ISI

COVER ……………………………………………………………………… i KATA PENGANTAR …………………………………………………………. ii DAFTAR ISI ..……………………………………………………….….……… iii BAB I

PENDAHULUAN …………………………………………….……… 1 1.1 Latar Belakanng …………………………………………….……... 1 1.2 Rumusan Masalah ………………………………………….……… 3 1.3 Tujuan …………...……………………………………….……...

3

BAB II PEMBAHASAN ……...……………………………………………… 4 2.1 Sejarah Roller Coaster ..……………………………………………. 4 2.2 Prinsip Fisika ……………… ………….…………… ….……….... 5 2.3 Cara Kerja Roller Coaster ………………..………………… …… 10 BAB III PENUTUP ………………………………………………………….… 13 3.1 Kesimpulan ………………………………………………….…… . 13 3.2 Saran ……………………………………………….…………….. 13 DAFTAR PUSTAKA

..……………………………………………...………. 14


BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang "Life Is A Roller coaster" By: Boyzones Hey baby you really Got my tail in a spin Hey baby I don't even Know where to begin But baby I got one thing I want you to know Wherever you go tell me 'Cause I'm gonna go [CHORUS:] We found love, So don't hide it Life is a roller coaster, Just gotta ride it I need you, So stop hiding Our love is a mystery Girl, let's get beside it Hey baby, you really Got me flying tonight Hey sugar, you almost Got us punched in a fight (That's all right) And baby you know one Thing I gotta know Wherever you go, tell me 'Cause I'm gonna show [Repeat chorus] Can't you feel my heart? Can't you feel my heart? Can't you take my heart? [Repeat chorus] So don't fight it, Fight it, fight it (X3)


Life Is A Roller coaster adalah lagu yang dibawakan oleh salah satu boy band asal Irlandia yang bernama Boyzones. Life is a roller coaster. Ya, itu benar. Naik dan turun bahkan kadang jauh dari pandangan kita. Terkadang kita tidak siap dengan apa yang akan kita hadapi. Kadang cepat, kadang lambat, kadang sulit untuk menyeimbangi

kecepatan,

kadang

kita

melewati terowongan gelap dan kita tidak tahu seberapa jauh untuk mencapai cahaya, kita tidak tahu apa yang menunggu di luar. Terkadang sulit untuk melawan gravitasi, memanjat untuk mencapai tempat yang lebih tinggi. Kadang kita jatuh, jatuh bebas tanpa ada yang menolong bahkan ketika kita belum mencapai tempat tertinggi atau di jalan yang lurus dan panjang. Life is a roller coaster, terkadang naik atau turun tapi itu adalah pilihan kita untuk berteriak sambil mengangkat tangan ketika melewati tikungan tajam dan menikmati sensasi yang di timbulkan. Kehidupan bagaikan roller coaster, walaupun kita tahu akan mengalami hal-hal yang tidak mengenakkan saat menaiki roller coaster tapi rasa penasaran dan adrenalin mendorong kita untuk tetap menaiki wahana tersebut. Jadi, apapun konsekuensinya Just gotta ride it. Roller

coaster

adalah

wahana

permainan berupa kereta yang dipacu dengan kecepatan tinggi pada jalur rel khusus, biasanya terletak di atas tanah yang memiliki ketinggian yang berbedabeda. Rel ini ditopang oleh rangka baja yang disusun sedemikian rupa. Wahana ini pertama kali ada di Disney Land Amerika Serikat. Wahana ini sering kali membuat orang-orang pusing dan mual bila menaikinya tapi ada beberapa orang yang dapat menahan hal tersebut bahkan ada yang tidak pernah bosan. Selain itu, wahana ini dapat meningkatkan adrenalin.


Roller coaster dapat pula dikatakan sebagai wahana pencabut nyawa. Dipacu dengan kecepatan tinggi, terletak di atas tanah dengan ketinggian yang berbedabeda dan bergerak dengan arah naik, turun dan berputar, tentu saja menjadi alasan mengapa roller coaster adalah salah satu wahana yang dapat langsung mengantar ke akhirat. Tapi hal ini lah yang unik dari roller coaster, walaupun terlihat sangat berbahaya tapi ternyata aman untuk dinaiki. Hal apakah yang membuat roller coaster dapat bergerak seperti itu? mengapa roller coaster dapat bergerak terbalik tanpa terjatuh? dan masih banyak lagi pertanyaan lainnya mengenai roller coaster. Untuk menjawab semua pertanyaan tersebut, maka kata kuncinya adalah fisika. Pada makalah ini akan dibahas tuntas mengenai rahasia dibalik roller coaster, sang pengacu adrenalin.

1.2 Rumusan Masalah 1. Apakah roller coaster itu ? 2. Bagaimana roller coaster bekerja ? 3. Apa saja prinsip fisika pada roller coaster ?

1.3 Tujuan 1. Mengetahui dan memahami cara kerja roller coaster. 2. Mengetahui dan memahami fenomena fisika yang bekerja pada roller coaster. 3. Menambah wawasan mengenai penerapan fisika di kehidupan sehari-hari. 4. Memenuhi tugas akhir semester mata kuliah Fisika Dasar I.


BAB II PEMBAHASAN 2.1 Sejarah Roller Coaster Roller coaster adalah bentuk permainan yang banyak kita jumpai di taman hiburan (amusement park). Hampir disemua taman hiburan besar, sajian ini dapat menjadi daya tarik untuk pengunjung, dari anak kecil (tentu saja sesuai dengan ketentuan), remaja, dewasa, hingga lansia di beberapa negara. Bentuk permainan ini ternyata mempunyai sejarah yang cukup panjang. Prinsip permainannya sudah dikenal pada abad ke 16, di Rusia. Pada saat musim dingin, bukit yang telah membeku dijadikan tempat berselancar dengan bermodalkan balok kayu. Dimusim panas papan seluncur dilengkapi dengan roda. Kemudian ide ini dibawa oleh tentera Napoleon ke Eropa barat (Perancis), hingga disana dikenal dengan nama Montagnes Russes (Gunung Rusia). Roller coaster sudah ada sejak abad 18, Roller coaster yang disebut Russian Mountains dibangun khusus di perbukitan es, Saint Petersburg pada tahun 1784. Roller Coaster pertama tersebut dibuat di bawah pesanan Russia's Catherine the Grhe Gardens of Oranienbaum. Ada bersi lain yang mengatakan bahwa roller coaster pertama dibangun oleh Perancis pada tahun 1812. Pada tahun 1827 perusahan di Summit Hill, Pennsylvania membangun kereta Mauch Chunk Gravity sejauh 14 km di bawah bukit Mauch Chunk

yang

kini

dikenal

dengan Pennsylvania. tahun 1850 tersebut

Pada

Gravity Road

banyak

digunakan

penumpang dengan membayar 50 sen untuk sekali naik. LaMarcus

adna

Thompson

yang bekerja di Gravity Switchback Railway membuka coney island di brooklyn, New York pada tahun1884. Dia membuat roller coaster yang dapat naik turun. Pada tahun 1886, Thompson mematenkan disain roller coster-nya itu.


Pada tahun 1959, taman bermain Disneyland memperkenalkan desain roller coaster yang baru dan roller coaster inilah yang pertama kali menggunakan trek baja berbentuk pipa. Sebelumnya trek menggunakan kayu. Kini desain roller coaster semakin berkembang dengan beragam bentuk. Di tempat-tempat hibuan besar, roller coaster menjadi salah satu permainan yang paling digemari karena sensasinya yang mampu memacu adrenaline.

Roller coaster pertama (konstruksi angka 8) yang bentuknya seperti sekarang ini dibuka di Coney Island (Brooklyn, New York, Amerika) tahun 1884,dengan nama Gravity Pleasure Switch Back Railway. 2.2 Prinsip Fisika Bayangkan kita telah membeli tiket dan menaiki roller coaster. Sekarang, kita meluncur turun pada trek 60 mil/jam, melewati tikungan tajam dan loop yang menantang maut. Jantung terasa sudah di tenggorokan dan perut ingin mengeluarkan seluruh isinya. Satu hal yang memisahkan kita dari kecelakaan adalah sabuk pengaman yang berada di pundak. Tapi, apakah benar kita dalam bahaya? Para desainer roller coaster telah merancang roller coaster untuk bergerak seperti itu tapi sebenarnya kita tidak berada dalam bahaya seperti yang kita duga. Semua wahana di taman hiburan menggunakan prinsip/hukum fisika untuk mensimulasikan bahaya, sementara wahananya biasanya sangat aman. Bagaimana

prinsip/hukum fisika berpengaruh pada wahana yang ada di taman hiburan? Hal itu akan terjawab setelah mengetahui apa saja prinsip/hukum fisika yang bekerja. Ada pun prinsip/hukum fisika yang bekerja pada roller coaster yaitu:


1. Energi Potensial Energi potensial adalah energi yang mempengaruhi benda karena posisi (ketinggian) benda tersebut yang mana kecenderungan tersebut menuju tak lain terkait dengan arah dari gaya yang ditimbulkan dari energi potensial tersebut. Jumlah energi potensial yang dimiliki oleh suatu benda tergantung pada massa dan ketinggian. Satuan SI untuk mengukur usaha dan energi adalah Joule (simbol J).

Sebutan energi potensial pertama kali dikemukakan oleh seorang teknik dan fisikawan berkebangsaan Skotlandia, William Rankine. Energi potensial dapat dirumuskan sebagai berikut: =

ℎ

Keterangan: Ep adalah Energi potensial (J) m adalah massa benda (kg) g adalah percepatan gravitasi (m/s2) h adalah tinggi benda dari permukaan tanah (meter) Jadi, Energi potensial (Ep) yakni energi yang dikandung roller coaster dikarenakan oleh posisinya, bernilai maksimum di posisi puncak lintasan. Energi potensial bernilai nol di posisi lembah (posisi terendah) lintasan. Energi potensial diubah menjadi energi kinetik, ketika roller coaster bergerak menurun. 2. Energi Kinetik Energi kinetik adalah energi gerak yang diperoleh sebagai gerakan dari obyek, partikel, atau seperangkat partikel. Sebuah obyek yang memiliki gerak, apakah itu gerak vertikal atau horizontal, maka sebuah obyek tersebut berarti memiliki energi kinetik. Faktor yang mempengaruhi energi kinetik adalah semakin berat sebuah obyek tersebut dan semakin cepat pula obyek tersebut bergerak maka energi kinetik yang yang dimiliki obyek tersebut semakin besar. = Keterangan: Ek adalah Energi kinetik (J) m adalah massa benda (kg) V adalah kecepatan benda (m/s)


Jadi, Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena gerakannya. Semua benda yang bergerak memiliki energi kinetik. Jumlah energi kinetik tergantung pada massa dan kecepatan benda. Roller coaster memiliki banyak energi kinetik jika bergerak cepat dan memiliki massa yang cukup berat. Secara umum, energi kinetik pada roller coaster adalah maksimum ketika roller coaster mencapai ketinggian minimum.

3. Dinamika Roller Coaster (Percepatan & Perlambatan) Gerak Roller Coaster mengalami percepatan yakni perubahan kecepatan terhadap waktu yakni kecepatan bertambah terhadap waktu, ketika bergerak menurun. Roller coaster mengalami perlambatan (percepatan negatif) yakni kecepatan berkurang terhadap waktu ketika bergerak menaik. Perubahan kecepatan juga terjadi saat roller coaster berubah arah.


4. Gaya Gravitasi Pada roller coaster, kamu tentu mengalami gaya gravitasi, yakni gaya (interaksi) yang disebabkan oleh tarikan massa bumi terhadap massa tubuhmu (karena massa bumi jauh lebih besar dibandingkan dengan massa tubuhmu). gaya gravitasi tersebut diartikan => F= kurang lebih 10.000 N . tetapi dari hasil penelitian setiap roller coaster tergantung dengan berat, dan putarannya. 5. Kekekalan Energi Dalam proses perubahan energi Ek menjadi Ep dan Ep menjadi Ek ini, sebagian energi diubah menjadi energi panas (kalor) karena adanya gesekan (friksi). Misal, roda roller coaster dengan rel lintasan. Energi total sistem tidak bertambah atau berkurang. Energi “hanya” berubah bentuk (misal: Ek, Ep, kalor).

Ep dan Ek pada Roller Coaster

1. Di titik A, roller coaster memiliki EPmaks dan EK nol, karena roller coaster belum bergerak. 2. Di titik B. roller coaster memiliki laju maks maka ia terus bergerak ke titik C. 3. Di titik C benda tidak berhenti tapi sedang bergerak dengan laju tertentu, sehingga pada titik ini roller coaster berada pada ketinggian maks dari lintasan lingkaran. Roller coaster terus bergerak kembali ke titik C. Pada titik C, semua EK Roller coaster kembali bernilai maks sedangkan EP-nya nol.


6. Gaya Sentripetal Gaya sentripetal adalah gaya yang berusaha menarik objek mengarah ke titik pusat (sumbu). Ketika roller coaster bergerak melalui lintasan memutar, gaya sentripental mempertahankan roller coaster agar tetap bergerak memutar. 7. Gaya Sentrifugal Bentuk alur lintasan roller coaster yang menikung, menjadikan pada pengendara bekerja gaya sentrifugal. Tergantung di tikungan mana ia berada, gaya sentrifugal dapat menyebabkan berat pengendara bertambah (G>1)atau berkurang (G<1). Gaya sentrifugal yang dirasakan penumpang bukan hanya pada loop saja, tetapi juga pada setiap tikungan yang dibuat sepanjang lintasan. Ketika penumpang berbelok kekanan, penumpang akan terlempar ke kiri. Sebaliknya ketika berbelok ke kiri penumpang akan berbelok ke kanan. Orang akan terpental lebih keras jika berpegang erat‐erat pada batang pengaman, karena itu agar lebih nyaman banyak penumpang membiarkan tangan mereka bebas

Ketika roller coaster melaju turun (lihat kurva yang rendah), gaya berat akan searah dengan gaya centrifugal, yang menyebabkan gaya keseluruhan bertambah (gaya yang searah akan dijumlahkan), sehingga anda seperti merasa tertekan ke bawah (G>1). Sebaliknya ketika roller coaster melaju naik (lihat kurva yang tinggi), gaya berat akan berlawanan arah dengan gaya centrifugal, sehingga gaya keseluruhan akan menjadi kecil (gaya yang searah akan dikurangi). Ini menyebabkan ada gaya yang seolah-olah menarik anda keatas (G<1).


8. Momentum Momentum berkaitan dengan kuantitas gerak yang dimiliki sebuah objek. Setiap massa yang bergerak memiliki momentum. Bahkan, momentum tergantung pada massa dan kecepatan atau dengan kata lain jumlah barang yang bergerak dan seberapa cepat barang bergerak. = Jadi, roller coaster yang bergerak dengan kecepatan tinggi memiliki momentum yang tinggi pula.

2.3 Cara Kerja Roller Coaster Wahana permainan yang satu ini, memang berbeda dengan wahana permainan yang lainya. Selain menegangkan, permainan ini sangat seru, sangat cocok untuk melatih adrenalin, ketika keretanya berjalan, rasanya tubuh kita terbang, meluncur, menukik sangat cepat. Roller coaster bisa melaju sangat cepat, namun meskipun dapat melaju cepat ternyata roller coaster

tidak mempunyai mesin. Tidak

mempunyai mesin? Kalau tidak menggunakan mesin, kenapa bisa melaju sangat cepat? Roller coaster dapat meluncur dengan cepatnya adalah berkat energi potensial. Roller coaster dinaikkan terlebih dahulu ke puncak bukit pertama pada lintasan dengan menggunakan semacam ban berjalan,

seperti

pegangan tangan pada tangga berjalan (eskalator). Lintasan naik ini dibuat tidak terlalu curam karena makin curam lintasan, makin besar daya motor penggerak ban berjalannya. Puncak bukit pertama dibuat lebih tinggi dari puncak bukit selanjutnya ataupun dari tinggi loop (lintasan berbentuk tetes air). Hal itu bertujuan agar kendaraan memiliki energi potensial yang cukup besar sehingga mampu melintasi seluruh lintasan dengan baik. Dari puncak yang paling tinggi itulah roller coaster meluncur, saat meluncur turun, kecepatan roller coaster semakin lama semakin tinggi, dan

akan kembali

naik dengan cepat menuju langit, pada saat naik sampai ke tempat yang paling


tinggi, kecepatan akan berkurang dan memiliki energi potensial, kemudian bergerak kembali meluncur ke bawah. Ketika meluncur dari bukit pertama, penumpang dilepas dan jatuh bebas dipercepat. Agar efek jatuh bebas ini dapat lebih dirasakan, lintasan luncuran dibuat berbentuk seperti sebuah parabola (lintasan benda di bawah medan gravitasi). Pada saat bergerak ke bawah, energi potensial akan berubah menjadi energi kinetik (energi gerak). Semakin ke bawah maka kecepatan geraknya akan semakin bertambah namun energi potensialnya semakin kecil sedangkan energi kinetiknya semakin besar. Memasuki loop, penumpang dihadapkan pada loop yang seperti tetes cair. Loop tidak dibuat seperti lingkaran penuh karena pada titik terendah loop yang berbentuk lingkaran penumpang akan mengalami bobot 6 kali bobot semula. Bobot sebesar ini membahayakan penumpang karena darah tidak mampu mengalir ke otak, mata berkunang-kunang, dan pingsan. Ketika roller coaster yang memiliki energi kinetik yang besar, kembali naik ke tempat yang tinggi dan kecepatannya akan menurun sedikit demi sedikit, hal ini karena energi kinetik berkurang sedangkan energi potensialnya akan kembali bertambah. Perubahan energi potensial menjadi energi kinetik dan perubahan energi kinetik menjadi energi potensial yang terjadi secara terus menerus inilah yang membuat roller coaster yang tidak memiliki mesin dapat bergerak dengan cepat. Pada saat meluncur dengan cepat, kita akan merasakan seolah-olah seluruh tubuh kita ikut terbang atau perut jadi mual bahkan jantung jadi ikut berdesir, itu adalah efek inersia yaitu efek yang membuat jantung dan alat-alat tubuh kita sedikit terangkat dari tempatnya semula (inersia) karena gerakan yang sangat kencang itu. Di puncak loop, penumpang tidak akan jatuh karena gaya sentrifugal yang dirasakan mampu mengimbangi gaya berat akibat tarikan gravitasi bumi. Gaya


sentrifugal juga dirasakan penumpang saat melintasi belokan belokan tajam yang dibuat sepanjang lintasan. Saat roller coaster berbelok ke kanan, penumpang akan terlempar ke kiri sebaliknya, ketika roller coaster berbelok ke kiri, penumpang akan terlempar ke kanan. Penumpang akan terlempar lebih keras jika berpegang erat-erat pada batang pengaman. Oleh karena itu, sebaiknya tangan dibiarkan bebas sambil berteriak-teriak agar lebih nyaman.


BAB III PENUTUP

3.1 Kesimpulan Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa: 1. Roller coaster adalah wahana permainan berupa kereta yang dipacu dengan kecepatan tinggi pada jalur rel khusus, biasanya terletak di atas tanah yang memiliki ketinggian yang berbeda-beda. Rel ini ditopang oleh rangka baja yang disusun sedemikian rupa. 2. Prinsip/hukum fisika yang bekerja pada roller coaster yaitu energi potensial, energi kinetik, dinamika roller coaster (percepatan & perlambatan), gaya gravitasi, kekekalan energi, gaya sentripetal, gaya sentrifugal, dan momentum.

3.2 Saran Wahana roller coaster adalah salah satu wahana yang paling di gemari oleh masyarakat tapi hanya segelintir orang yang mengetahui bahwa seluruh wahana di taman hiburan termasuk roller coaster menggunakan prinsip/hukum fisika karena itu lah di perlukan usaha untuk mensosialisasikan bahwa fisika adalah salah satu faktor penting dalam menciptakan seluruh wahana tersebut bahkan seluruh mesin yang ada di dunia ini karena pada dasarnya seluruh mesin tersebut menggunakan prinsip/hukum fisika. Jadi, sangat lah penting untuk memperkenalkan fisika yang di aplikasikan di kehidupan nyata agar tidak ada lagi kesan yang mengatakan fisika hanya lah salah satu mata pelajaran yang sulit dan selalu bergumul dengan rumus. Sehingga, fisika tidak hanya dikenal sebagai mata pelajaran kumpulan rumus tapi juga mata pelajaran penggerak dunia.


DAFTAR PUSTAKA

http://www.sejarahkita.web.id/2010/11/sejarah-roller-coaster.html (Diakses pada tanggal 15 Januari 2014) http://en.wikipedia.org/wiki/Physics_of_roller_coasters (Diakses pada tanggal 15 Januari 2014) http://www.learner.org/interactives/parkphysics/coaster.html (Diakses pada tanggal 15 Januari 2014) http://aldianggrafisikakesehatan.blogspot.com/2011/08/gerak-pada-roller-coaster.html (Diakses pada tanggal 15 Januari 2014) http://engineeringtown.com/kids/index.php/kamu-harus-tahu/278-cara-kerja-rollercoaster (Diakses pada tanggal 15 Januari 2014)



Fisika Roller Coaster (pdf)

Recommend Documents