LAPORAN FISIKA TEKNIK BALON UDARA PANAS
PENGERTIAN
Balo Balonn adala adalahh sebua sebuahh kantung fleksibel yang yang umumny umumnyaa beri berisi sika kann gas gas seperti helium helium,, hidrogen,, nitro hidrogen nitrogen gen monoksi monoksida da dan udara udara.. Beberapa jenis balon benar-benar murni digunakan sebagai elemen dekorasi, dekorasi, sedangkan jenis lainnya digunakan untuk tujuan-tujuan tertentu. Balon balon pertama dibuat dari bahan mirip membran yang berasal dari hewan (animal bladder ). ). Balon-b Balon-balo alonn modern modern dibuat dibuat dari bahan semacam semacam karet karet,, lateks lateks,, chloroprene chloroprene dan nilon nilon.. Balon modern ditemukan oleh Michael Faraday pada tahun !""-an, akan tetapi produksi tetapi produksi massal balon massal balon belum terjadi sampai akhir tahun #$"-an. Balon udara panas yaitu sebuah balon yang memiliki massa jenis udara yang berbeda dengan udara disekitarnya, %ilakukan dengan cara dipanaskan dengan api sehingga udara akan mengalir dan balon akan naik ke atas. Balon udara panas ini biasanya digunakan oleh militer untuk melakukan pengintaian ke daerah lawan, seiring dengan perkembangan waktu Balon &dara 'anas ini digunakan sebagai keperluan wisata. PRINSIP KERJA BALON UDARA
.
ara kerja balon udara ara balon udara bekerja prinsipnya sangat sederhana yaitu dengan cara memanaskan udara di dalam balon agar lebih panas dari udara di luarnya. arena kita tahu udara yang lebih panas akan lebih ringan karena masa jenis udara yang ada didalam balon lebih ringan dari udara di luar.
*.
ara Balon &dara &dar a +erbang +erbang eperti yang telah disebutkan di atas balon udara terbang dengan memanfaatkan 'erbedaan berat udara dengan jalan memanaskannya. memanaskann ya. &ntuk terbang udara di dalam enelope di panaskan dengan burner dengan temperature sekitar "" derajat elcius. &dara panas ini akan terperangkap di dalam enelope. arena udara panas ini masa per unit olumenya lebih sedikit membuatnya lebih ringan sehingga balon udara pun akan bergerak naik di dorong oleh udara yang bertekanan lebih kuat. &ntuk mendarat, udara didinginkan dengan cara mengecilkan burner . &dara yang mulai mendingin di dalam enelope membuat balon bergerak turun. &ntuk mempercepatnya, pilot akan membuka katup parasut (parachute ale) sehingga udara di dalam
enelope lebih cepat dingin. arena balon udara hanya bisa naik dan turun (bergerak secara ertikal) tentu kita berpikir bagaimana cara balon udara berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain (bergerak secara horiontal). /awabanya hanya satu, pilot memanfaatkan hembusan angin untuk bergerak secara horiontal. arena angin bertiup berbeda arahnya pada setiap ketinggian tertentu. 'erbedaan arah tiupan angin inilah yang dimanfaatkan oleh pilot untuk mengendalikan balon udara dari satu lokasi ke lokasi yang diinginkan. ebagai ilustrasi pada ketinggian $"" meter balon udara akan bergerak dari timur kebarat. 0ngin yang bertiup kebarat di perkirakan pada ketinggian 1"" meter. &ntuk itu pilot menaikan balon udara sampai ketinggian tersebut dan balon udara pun memanfaatkan tiupan angin untuk menuju kebarat. ederhana bukan2 +api hal ini hanya bisa dipraktekan oleh pilot yang berpengalaman agar balon udara tidak nyasar. KOMPONEN-KOMPONEN PADA BALON UDARA PANA
Balon udara secara garis besarnya mempunyai tiga bagian utama yaitu enelope, burner, dan basket. a)
3nelope berisi udara4gas ringan (seperti 5as 6idrogen) yang berfungsi mengangkat Balon &dara dari landasannya bentuknya berupa kantong berupa balon tempat udara dipanaskan. 3nelope ini biasanya terbuat dari bahan nilon dan diperkuat dengan panel-panel yang di anyam. arena nilon ini tidak tahan api, maka bagian bawah enelope di lapisi dengan bahan anti api (skirt).
b)
Burner merupakan alat yang berfungsi untuk memanaskan udara di dalam 3nelope. Burner di letakan di atas kepala penumpang dekat ke mulut enelope. Burner ini mengatur tekanan dalam kantung udara agar balon dapat terbang dengan ketinggian yang diharapkan. Balon udara panas sedang inflated dengan pembakar burners sebelum diluncurkan
c)
Basket atau kabin penumpang, terletak di bawah kantung udara merupakan tempat awak mengendalikan balon udara atau penumpang yang menikmati penerbangan balon udara.Basket dibuat dari bahan yang ringan dan lentur.
TEORI-TEORI FISIKA YANG TERDAPAT PADA BALON UDARA
+eori fisika yang terdapat pada balon udara panas ini diantaranya tentang ) 6ukum 0rchimedes, *) 6ukum 777 8ewton, $) +eori inetik 5as. %ari beberapa tori di atas berikut ini penjelasannya. a) Hukum Archim!"
Balon udara naik atau turun sesungguhnya mengikuti hukum 0rchimedes. 6ukum
0rchimedes mengatakan bahwa 9Benda di dalam at cair akan mengurangi berat sebesar berat at cair yang dipindahkan:. 6ukum archimedes ini berlaku untuk semua fluida. 'ersamaan rumusnya adalah ; Fa < => . ?b> . g keterangan Fa
< gaya angkat ke atas pada benda 4 gaya apung (8)
=>
< massa jenis udara (kg4m$)
?b>
< olume udara yang terdesak (m$)
g
< percepatan graitasi bumi (m4s*) 0plikasi hukum archimedes ini digunakan balon udara untuk naik dan turun. 'ersisnya
begini; gaya apung yang diterima oleh suatu benda yang melayang di suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya. .
aat ingin menaikkan balon udara Fa @ berat total balon %engan persamaan Fa < => . ?b> . g, maka yang bisa dirubah adalah ?b> karna massa jenis udara ( => ) dan percepatan graitasi (g) adalah konstan. Merubah ?b> dengan cara mengisi balon sehingga berat udara yang dipindahkan lebih berat dari berat balon. &ntuk mencapai hal tersebut, prinsip kimia mengajarkan kita tentang mengisi balon dengan gas yang massa molekulnya lebih kecil dari massa rata-rata di udara atau dengan gas panas. +idak semua gas memenuhi persyaratan itu, apalagi jika ada pertimbangan harga dan keselamatan. Beberapa di antaranya adalah gas 6idrogen (6*) dan 6elium (6e). ehingga saat gaya apung (Fa) sudah lebih berat daripada berat total balon (berat balon dan muatan) sehingga balon mulai bergerak naik.
*.
aat ingin menurunkan balon udara Fa A berat total balon
%engan persamaan Fa < => . ?b> . g, maka yang bisa dirubah adalah ?b> karena massa jenis udara ( => ) dan percepatan graitasi (g) adalah konstan. &ntuk menurunkan balon dengan cara mengurangi olume udara yang ada pada balon, sehingga saat gaya apung (Fa) lebih kecil daripada berat balon, dan berat balon bergerak turun. #) Hukum III N$%&'
8ewton mengatakan bahwa kenyataan dalam kehidupan sehari-hari ketika sebuah benda memberikan gaya kepada benda lain maka benda kedua tersebut membalas dengan memberikan gaya kepada benda pertama, di mana gaya yang diberikan sama besar tetapi berlawanan arah. /adi gaya yang bekerja pada sebuah benda merupakan hasil interaksi dengan benda lain. 0pabila sebuah benda memberikan gaya kepada benda lain, maka benda kedua memberikan gaya kepada benda yang pertama. edua gaya tersebut memiliki besar yang sama tetapi berlawanan arah. ecara matematis 6ukum 777 8ewton dapat ditulis sebagai berikut ; F A k B ( F B k A
F 0 ke B adalah gaya yang diberikan oleh benda 0 kepada benda B, sedangkan F B ke 0 adalah gaya yang yang diberikan benda B kepada benda 0. Misalnya ketika anda menendang sebuah batu, maka gaya yang anda berikan adalah F 0 ke B, dan gaya ini bekerja pada batu. 5aya yang diberikan oleh batu kepada kaki anda adalah F B ke 0. +anda negatif menunjukkan bahwa arah gaya reaksi tersebut berlawanan dengan gaya aksi yang anda berikan. /ika anda menggambar tanda panah yang melambangkan interaksi kedua gaya ini, maka gaya F 0 ke B digambar pada batu, sedangkan gaya yang diberikan batu kepada kaki anda, F B ke 0, digambarkan pada kaki anda. 'ersamaan 6ukum 777 8ewton di atas juga bisa kita tulis sebagai berikut ; Fak"i ( -Frak"i
6ukum 8ewton ini dikenal dengan hukum aksi-reaksi. 0da aksi maka ada reaksi, yang besarnya sama dan berlawanan arah. adang-kadang kedua gaya tersebut disebut pasangan aksireaksi. 7ngat bahwa kedua gaya tersebut (gaya aksi-gaya reaksi) bekerja pada benda yang berbeda. Berbeda dengan 6ukum 7 8ewton dan 6ukum 77 8ewton yang menjelaskan gaya yang bekerja pada benda yang sama. 5aya aksi dan reaksi adalah gaya kontak yang terjadi ketika kedua benda bersentuhan. Calaupun demikian, 6ukum 777 8ewton juga berlaku untuk gaya tak sentuh, seperti gaya graitasi. etika kita menjatuhkan batu, misalnya, antara bumi dan batu saling dipercepat satu
dengan lain. batu bergerak menuju ke permukaan bumi, bumi juga bergerak menuju batu. 5aya total yang bekerja pada bumi dan batu besarnya sama. arena massa bumi sangat besar maka percepatan yang dialami bumi sangat kecil. Calaupun secara makroskopis tidak tampak, tetapi bumi juga bergerak menuju batu atau benda yang jatuh akibat graitasi. Bumi menarik batu, batu juga membalas gaya tarik bumi, di mana besar gaya tersebut sama namun arahnya berlawanan. Hukum III N$%&' #r*aku +a!a Ba*&' U!ara ,a' #rrak
Faksi < -Freaksi 6ukum 777 8ewton juga berlaku pada balon udara yang bergerak. Dang dimaksudkan di sini bukan balon udara yang bergerak karena ditiup angin, tapi karena di dorong oleh udara yang ada di dalam balon. %apat dilakukan percobaan berikut. 0mbil sebuah balon biasa dan tiuplah balon sampai balon mengembung. /angan lupa jepit mulut balon dengan jari agar udara tidak keluar. Eepas jepitan tangan pada mulut balon. 0pa yang terjadi2 Balon tersebut bergerak, jika posisi balon tegak, di mana mulut balon berada di bawah, maka balon akan meluncur ke atas. Balon bergerak ke atas karena balon memberikan gaya aksi dengan mendorong udara ke bawah (udara keluar lewat mulut balon). &dara yang keluar lewat mulut balon memberikan gaya reaksi dengan mendorong balon ke atas, sehingga balon bergerak ke atas. 0pabila posisi balon dibalik, di mana mulut balon berada di atas, maka balon akan bergerak ke bawah. Besar gaya aksi dan reaksi sama, hanya berlawanan arah. Balon mendorong udara ke bawah, udara mendorong balon ke atas. 0tau sebaliknya balon mendorong udara ke atas, udara mendorong balon ke bawah. emakin banyak udara yang ditiupkan ke dalam balon, maka balon bergerak makin cepat ketika mulut balon tersebut dibuka. 6al ini disebabkan karena balon mendorong lebih banyak udara keluar, sehingga udara yang didorong tersebut memberikan reaksi dengan mendorong balon. emakin banyak udara yang ada di dalam balon, semakin lama dan jauh balon bergerak semakin sedikit udara dalam balon, semakin pelan balon bergerak. /adi besar gaya aksi sama dengan besar gaya reaksi, hanya arahnya berlawanan. c) T&ri Ki'%ik Ga"
+eori kinetik molekular gas menjelaskan bahwa gas memberi tekanan saat molekulmolekulnya menumbuk dinding wadah. emakin besar jumlah molekul gas per satuan olume, semakin besar molekul yang menumbuk dinding wadah, dan akibatnya semakin tinggi tekanan gas. 0sumsi teori ini adalah sebagai berikut. . 5as terdiri atas molekul-molekul yang bergerak random.
*. +idak terdapat tarikan maupun tolakan antar molekul gas. $. +umbukan antar molekul adalah tumbukan elastik sempurna, yakni tidak ada energi kinetik yang hilang. 1. Bila dibandingkan dengan olume yang ditempati gas, olume real molekul gas dapat diabaikan. Berdasarkan asumsi-asumsi ini diturunkan persamaan berikut untuk sistem yang terdiri atas n molekul dengan massa m. '? < nmu*4$ u* adalah kecepatan kuadrat rata-rata. /elas terlihat bentuk persamaan diatas identik dengan hukum Boyle. Memang, bila u * bernilai tetap pada suhu tetap, persamaan di atas adalah ariasi dari hukum Boyle. Mengindikasikan kecepatan molekul gas merupakan fungsi dari '?. arena nilai '? untuk sejumlah tertentu gas tetap, mungkin bahwa kecepatan molekul gas berhubungan dengan massa gas, yakni massa molekulnya. &ntuk mol gas, persamaan berikut dapat diturunkan. '?m < 80mu*4$ ?m adalah olume molar dan 8 0 adalah tetapan 0ogadro. %engan memasukkan '?m
persamaan gas ideal. dan menggunakan massa molekul relatif rata-rata udara yang dianggap !" persen 8itrogen (8*) dan *" persen Kksigen (K*). %engan menggunakan rumus ; p? < nG+ Maka jika balon udara diisi dengan udara yang suhu dan tekanannya sama (*I derajat elsius dan atm), balon tidak akan naik karena kini berat udara yang dipindahkan sama dengan berat udara dalam balon. eandainya kita panaskan udara dalam balon sampai sekitar "" derajat elcius, maka massa udara dalam balon dengan olume *.*I" meter kubik itu kini menjadi sekitar *."" kilogram alias lebih ringan dari massa udara yang dipindahkan. 0ndaikan massa balon dan muatannya (termasuk berat awal) sekitar I"" kilogram, maka kita masih mempunyai selisih massa sebesar I" kilogram atau selisih berat I" kg.g (g < tetapan graitasi bumi). %engan selisih ini maka balon akan bisa terbang. Bagaimana untuk suhu atmosfer, massa balon dan muatan, serta suhu gas panas dalam balon yang berbeda2 ita bisa bermain-main dengan berbagai angka pada tiga besaran di atas. 8amun, yang pasti ada hal lain yang harus diperhatikan, yaitu tekanan atmosfer yang bergantung pada altitude. emakin tinggi dari permukaan air laut, semakin rendah tekanan atmosfer, penurunannya secara eksponensial. 6al ini akan memengaruhi nilai berat udara yang dipindahkan. PER.OBAAN BALON UDARA
/0 A*a% !a' Baha' 1 •
'lastik
•
awat
•
piritus
•
ain
•
orek api
•
5unting
•
utter
•
'erekat plastik
•
Bambu
20 La'kah Kr3a
. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan *. Mengecek alat dan bahan sebelum digunakan, usahakan semua alat dan bahan dalam keadaan baik. $. Mengukur ?olume plastik yang akan digunakan. 1. Membuat bagian bawah balon udara dengan merekatkan bambu yang telah dibentuk sesuai dengan bibir plastik I. emudian memotong kawat secukupnya dan membentuk kawat menyerupai tanda plus(L). J. Mengaitkan kawat di bagian bawah balon. . %i bagian tengah kawat diikatkan kain secukupnya yang telah dicelupkan spiritus. !. ebelum diterbangkan, balon dipanasi terlebih dahulu sekitar " $" detik agar massa jenis udara didalam balon lebih kecil dari pada yang di luar balon. #. etelah massa jenis udara didalam balon lebih kecil dari pada yang di luar balon, menyulut kain dengan api agar balon tetap terbang dan mendapatkan pemanas. ". Mengamati dan menganalisa balon udara yang telah berhasil terbang. . Merapikan alat dan bahan setelah digunakan. $. Gam#ar Prc&#aa' 40 A'a*i"a Pr&3c%
a) 6ukum 0rchimedes Bunyi hukum 0rchimedes adalah 9gaya apung yang diterima oleh suatu benda yang melayang di suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya.: . &ntuk membuktikan berlakunya hukum 0rchimedes pada perancangan balon udara sederhana adalah sebagai berikut ;
%iketahui ; => < ,1$ kg4 r < ".$# m t < .* m g < #.! m4
%itanya
; Fa 2
/awab
;
Fa < => . ?b> . g < (=>) ( . . t ) ( g ) < (,1$ kg4 ) ( . . .* m) (#.! m4 ) < !,"$* 8 b) +eori inetik 5as +eori kinetik gas digunakan dalan pengaplikasian perancangan balon udara sederhana yang dapat membuktikan massa udara yang dipindahkan sebelum dan setelah dipanaskan berbeda. %iketahui
; < $."-$ kg ? < ".I$ < $"" < $"I
'?
50 S%u!, ka"u"
'ada
*
buah
balon
udara
yang
masing-masing
memiliki
massa,
udara,
luas
lingkaran4alas,olume balon,tinggi maksimum dan waku yang berbeda untuk bisa naik ke atas pada ketinggian tertentu, dimana;
Pr#a'!i'a' Ga,a A'ka% Ka%a"
Balon 7
;
%iketahui;
Massa
; ,1 gram
uhu
; $"I
Caktu
; *1,** sec
Massa /enis udara ; ,$ kg4m$ Fa < => . ?b> . g < < < ,$.",*I." < $,*I 8 /adi, dapat kita simpulkan bahwa balon ke- untuk mencapai ketinggian I,I meter dibutuhkan waktu *1,** sec.
Balon 77
; %iketahui; Massa
; 1,* gram
uhu
; $"
Caktu
; *#,"$ sec
Massa jenis udara ; ,$ kg4m$ Fa* < => . ?b> . g < < ,$. < ,$.",JJ." < !,I! 8 /adi, dapat kita simpulkan bahwa balon ke- untuk mencapai ketinggian I,I meter dibutuhkan waktu *#,"$ sec.
Pr#a'!i'a' Ma""a mak"ima* +'um+a'
m$)
m
-
udara balon
)? balon
< (,$ ","$)".*I < ",$* kg
Balon 77
m<
-
udara balon
)? balon
< (,$ ","*)".JJ < ",!1 kg /adi, dari hasil diatas dapat disimpulkan bahwa semakin besar olume balon maka semakin besar pula penumpang4muatan yang dapat diangkut.
(gram)
( o)
Massa jenis udara
e -
,1
$"I
,$
*1,**
$,*I
e *
1,*
$"
,$
*#,"$
!,I!
?ariabel 'ercobaan
Massa
uhu
Caktu
5aya angkat ke atas
(s)
(8)
(kg4m$)
a. Tabel perhitunganng Gaya angkat ke atas ( Fa)
/adi dari table diatas kita dapat menyimpulkan bahwa balon akan terbang ke atas jika masa balon lebih kecil dari pada gaya angkat ke atas atau sering dituliskan Fa @ w. ?ariabel udara
balon
? balon
Massa maL
e
,$
","$
",*I
",$*
e - *
,$
","*
",JJ
",!1
b.
'ercobaan
Table menghitung berat maksimal penumpang
/adi dari table diatas kita dapat menyimpulkan bahwa semakin besar olume maka balon udara akan dapat mengangkut penumpang dengan jumlah yang banyak disbanding dengan balon yang berolume kecil.
KESIMPULAN
%alam pembuatan balon udara panas dibutuhkan teori-teori fisika yaitu 6ukum
0rchimedes, 6ukum 8ewton 777, dan +eori inetik 5as. 'ada balon udara secara garis besar mempunyai $ bagian utama, yaitu enelope, burner, dan basket (kabin penumpang).
%ari percobaan yang telah dilakukan diperoleh bahwa yang mempengaruhi balon udara dapat naik adalah massa, olume, dan suhu. emakin tinggi suhu yang dipanaskan pada balon maka akan semakin rendah pula tekanan udara yang ada pada balon udara dibanding dengan udara sekitar. emakin besar olume balon maka akan semakin lama pula waktu yang dibutuhkan untuk terbang. Balon dapat naik dikarenakan Fa @ w. /ika Fa A w maka balon tidak akan tetap pada posisi diam, hal ini dikarenakan beban yang lebih besar sehingga gaya angkatnya sulit untuk mengangkat balon udara agar dapat terbang. Balon udara dapat terbang karena terdapat gaya aksi reaksi atau sering ditulis Faksi < Freaksi
DAFTAR PUSTAKA
anginan,Marthen.*""J.Fisika M0 kelas N7 emester *./akarta;'enerbit 3rlangga. http;44cience.howstuffworks.com diakses pada tanggal ! september *",pukul #.""
