BAB 1 PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Fisika merupakan salah satu mata pelajaran yang telah kita pelajari sejak duduk pada tingkat Sekolah Dasar (SD). Di dalamnya memuat banyak teori yang telah diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari. Tentunya, dalam berkehidupan sehari-hari kita tidak pernah lepas dari teori fisika. Misalnya hukum gravitasi pada peristiwa jatuhnya buah apel dari pohonnya. Oleh karena itu para ilmuwan terdahulu melakukan penelitian dan percobaan percobaan yang akhirnya melahirkan hukum-hukum seperti “Hukum Kekekalan Momentum” dan “Perubahan Momentum”. Dengan mengetahui hukum-hukum yang berkaitan dengan momentum dan impuls tersebut masyarakat dapat membuat alat-alat yang berguna bagi kehidupan mereka baik dimasa sekarang maupun dimasa yang akan datang. Adapun beberapa alat yang telah ada yang dibuat berdasarkan hukum-hukum tersebut diantaranya sabuk pengaman, desain mobil, helm, palu, sarung tinju, roket, serta alat-alat yang lain. Namun jika kita menelaah lebih lanjut dengan mengusai hukum-hukum ini banyak alat-alat dan benda-benda lain yang dapat kita ciptakan, misalnya saja roket air ini yang prinsip kerjanya menggunakan dasar hukum kekekalan momentum.
B. Rumusan Masalah 1. 2. 3. 4.
Bagaimana cara membuat Roket Air Sederhana? Apa itu Hukum Kekekalan Momentum? Apa hubungan Roket Air dan Hukum Kekekalan Momentum? Apakah benar prinsip kerja roket menggunakan Hukum Kekekalan Momentum yang di aplikasikan pada Roket Air sederhana?
C. Tujuan 1. 2. 3. 4.
Untuk mengetahui cara pembuatan roket sederhana Untuk mengetahui Hukum Kekekalan Momentum Untuk mengethui hubungan roket air dengan Hukum Kekekalan Momentum Untuk membuktikan bahwa prinsip kerja roket mengunakan Hukum Kekekalan Momentum dengan alat sederhana yaitu roket air
Page 1 of 8
BAB 2 ISI A. Landasan Teori Roket air disebut juga water rocket merupakan sebuah benda yang bisa terbang dengan memanfaatkan air dan udara. Roket air mulai populer di Indonesia sekitar tahun 2005/2006. Roket air sering dilombakan baik pada tingkat kabupaten, provinsi, bahkan nasional. Peserta perlombaan kebanyakan pelajar baik yang duduk di bangku sekolah menengah bahkan mahasiswa. Roket air merupakan suatu permainan yang menggunakan prinsip tekanan udara. Jika dimanfaatkan pada tekanan tertentu udara mempunyai energi untuk mendorong sesuatu. Udara yang dimanfaatkan pada roket air akan mendorong air keluar, karena lubang untuk keluarnya air yang terdorong oleh udara kecil maka mempunyai kecepatan dan energi yang cukup besar. Hal ini sesuai dengan rumus debit air. Air yang terdorong keluar akan mendorong udara bebas sehingga roket bisa meluncur. Komposisi air dan udara juga mempunyai perbandingan tertentu agar menghasilkan dorongan yang maksimal. Karena besarnya tekanan udara yang dimanfaatkan harus sesuai dengan air yang diisi, sehingga pada akhirnya udara yang dimanfaatkan cukup untuk mendorong air yang diisikan ke dalam badan roket. Prinsip dasar atau prinsip kerja roket merupakan implemantasi dari Hukum Kekekalan Momentum serta Hukum III Newton mengenai aksi-reaksi. Dalam dunia pendidikan, berbagai percobaan bisa dilakukan untuk memahamkan kepada peserta didik mengenai prinsip dasar roket mulai dari percobaan yang sederhana menggunakan botol-botol bekas minuman soda. Bagaimana roket air bisa meluncur? 1. Udara tekan yang ditambahkan menggunakan pompa akan menciptakan gelembung-gelembung yang mengambang diatas air dan kemudian menekan volume udara di bagian atas botol. 2. Botol dilepaskan dari pompa. 3. Air didorong keluar nossel oleh udara terkompresi. 4. Botol bergerak menjauh dari air karena mengikuti Hukum Newton III Momentum sebuah partikel adalah sebuah vektor (p) yang didefinisikan sebagai perkalian antara massa partikel m dengan kecepatannya (v). Momentum ini merupakan besaran vektor yang memiliki besar dan arah.
P = m.v Page 2 of 8
Hukum kekekalan momentum Hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa dalam sebuah tumbukan antara dua benda dalam sebuah sistem, momentum sebelum tumbukan adalah sama dengan momentum sesudah tumbukan. Yaitu:
m1v1+m2v2 = m1v1’+m2v2’ P1 + P2 = P1’ + P2’
B. Alat Dan Bahan 1. 2 botol bekas minuman bersoda 2. 1 karet kaki kursi diameter 1,5 cm 3. 1 dop ban sepeda motor 4. 2 mika plastik tebal 5. Isolasi besar (putih dan hitam) 6. Gunting 7. Pisau / cutter 8. Pompa sepeda 9. Air 10. Double tap 11. Lem besi 12. Pemberat (malam / lilin) 13. Kertas karton (dipakai untuk atap atap kanopi)
C. Langkah Kerja 1. Memotong kedua botol aqua bagian bawah ± ¼ bagian dari botol. 2. Menghubungkan dua potongan botol tersebut dengan lem besi, kemudian ditutup dengan lakban. 3. Memotong kertas karton dengan bentuk sayap (bentuk sesuai keinginan) dengan jumlah 4 buah 4. Kemudian rekatkan pada ujung botol yang tidak dipotong menggunakan lakban bening. 5. Melubangi tutup botol bagian atas untuk memasang pemberat (malam / lilin) 6. Buatlah bagian nosecone menggunakan kertas karton. Caranya buatlah lingkaran dengan diameter yang diinginkan. Tergantung dari ujung botol lancip atau tumpul. Apabila ujung botol semakin lancip maka diameter lingkarannya harus semakin lebih lebar. Kemudian buatlah bentuk kerucut. Rekatkan sisinya menggunakan doubletape. Masukan pemberat ke dalam Page 3 of 8
kerucut dan rekatkan di ujung kerucut dengan double tape agar posisinya tetap saat meluncur. Kemudian satukan nosecone dengan botol mengunakan lakban bening.
D. Cara Kerja 1.
Masukkan air dengan dengan ke dalam dalam badan roket air melalui mulut botol (Untuk (Untuk gaya dorong maksimum, volume air sepertiga volume botol). Air digunakan sebagai medium pendorong roket air (massa jenis air lebih besar dari pada massa jenis udara). Sesuai dengan hukum Tekanan Hidrostatis:
FA = ρ . g . h
2.
3.
4.
5.
“Semakin besar massa jenisnya (ρ) maka semakin besar gaya ga ya dorong roket (FA).” Katup roket air dipasang dengan badan roket air. Katup Roket air memiliki luas penampang yang jauh lebih kecil dibandingkan mulut botol, Sesuai dengan Hukum Pascal : “Semakin kecil luas penampang (A ₁), semakin besar gaya dorong yang dihasilkannya (F ₂).” ).” Sudut peluncuran roket diatur sedemikian rupa (Untuk menempuh jarak terjauh digunakan sudut 45° terhadap garis horizontal). Sesuai dengan rumus Gerak Vertikal Ke atas lintasan parabola. Dilakukan pemompaan, pemompaan bertujuan untuk memampatkan volume, volume berbanding terbalik dengan tekanan. Semakin kecil volume semakin besar tekanan. (Semakin besar frekuensi pemompaan atau semakin banyak dipompa, semakin jauh jarak yang ditempuh roket, namun pemompaan yang berlebihan dapat merusak pompa itu sendiri dan juga merusak roket).Sesuai dengan hukum Tekanan Hidrostatis: P≈F P≈F (P berbanding lurus dengan F) Semakin besar tekanan, gaya dorongnya juga akan semakin besar. Pada saat pemompaan dirasa cukup,paralon penyangga ditarik. sehingga katup akan terdorong keluar, dan roket air dapat mengangkasa ke udara.
E. Prinsip Kerja Roket air bekerja berdasarkan prinsip dari hukum Bernoulli dan hukum III Newton. Yakni penggabungan antara tekanan udara yang diberikan oleh pompa dan gaya aksi reaksi yang diberikan oleh alat peluncur dan roket. Peluncuran roket dapat berjalan mulus dan roket dapat meluncur keatas dengan lancar karena tekanan yang diberikan cukup kuat dan air yang dimasukan kedalam roket tidak melampaui batas yang seharusnya. Pompa yang dihubungkan dengan pentil akan mengalirkan tekanan udara saat pompa ditekan. Saat kran dibuka udara tersebut akan bergabung bersama air dan membuat air yang berada didalam roket merasa terdesak keluar. Ketika tekanan udara semakin kuat dan ruang yang ada didalam roket sudah terasa penuh maka aliran udara dan air tersebut akan meluncur keatas. Page 4 of 8
Dengan menggunakan prinsip kerja seperti yang bekerja pada roket air ini kita bisa memperoleh keuntungan yang besar. Karena kita tidak perlu berusaha keras untuk meluncurkan sebuah roket dengan menggunakan mesin-mesin yang lebih sulit tingkat pembuatannya, tetapi cukup dengan menekan pompa dan memberikan tekanan udara yang cukup pada roket, makaroketpun akan meluncur. Selain roket air ini, alat-alat yang kita butuhkan dalam kehidupan sehari-haripun dapat dibuat dengan menggunakan prinsip kerja dan hukum yang sama seperti pada roket air ini.
F. Faktor Yang Mempengaruhi 1. Wings (sayap) Ukuran wings yang bagus adalah yang tidak terlalu lebar atau tidak terlalu sempit, karena dapat berpengaruh pada kestabilan roket saat meluncur. Makin lebar sayap maka makin lebar pula luas penampang roket. Makin lebar luas penampang roket, makin mudah bagi roket untuk mengalirkan udara tetapi juga makian besar besa r hambatan yang diterima roket. Bahannya bisa dari kertas karton (dipakai (dipakai untuk pintu kanopi), kanopi), atau bisa juga menggunakan sterofoam. Tetapi apabila kita menggunakan sterofoam, bisa cepat rusak kar ena tidak kuat. Jumlah sayap dapat tiga atau empat buah tetapi yang bagus adalah tiga buah. Apabila roket meluncur di udara berbelok atau berputar-putar seperti baling-baling, mungkin terjadi kesalahan pada jumlah sayap, bentuk dan ukuran yang tidak sama, sehingga akan menyebabkan roket jatuh sebelum mencapai jarak yang maksimal. Fungsi dari wings adalah sebagai pengarah aliran udara dari ujung roket menuju belakang. Selain itu juga, sebagai penyeimbang ketika roket meluncur di udara udara agar tetap stabil. 2. Body ( Botol) Body roket terdiri dari satu atau dua botol air minum bekas baik yang bersoda maupun air minum biasa. Tetapi botol yang bagus di gunakan untuk membuat roket adalah botol bersoda ukuran besar (1 liter). Alasannya karena mampu menampung lebih banyak udara dan air serta mempunyai tekanan yang lebih kuat, sehingga roket akan meluncur lebih jauh. Dalam pembuatan roket seringnya ruang kompresi digunakan sebagai body roket r oket pula. Alur pada permukaan botol juga berpengaruh pada hambatan angin yang diterima roket. 3. Nose cone Nose cone adalah bagian paling ujung dari roket. Bentuknya bermacam-macam, mulai dari bentuk kerucut, kerucut tumpul, sampai yang tidak mempunyai nose cone (hanya ujung botol saja). Bentuk Nose cone yang bagus adalah bentuk kerucut, karena lebih mudah membelah udara saat roket meluncur. Bahan untuk membuat nose cone hendaknya lebih lunak dari pada bahan untuk membuat wings supaya lebih mudah untuk dibentuk, seperti bahan karton.
Page 5 of 8
4. Volume Air Bahan bakar dari roket air adalah air. Volume air dalam botol yang paling ideal adalah 1/3 volume botol. Apabila volumenya terlalu banyak maka akan membutuhkan waktu pemompaan yang lama dan roket biasanya biasanya menjadi tidak stabil. Sebaliknya jika volumenya kurang dari 1/3 maka roket akan meluncur sebelum waktunya sehingga jarak tempuh roket kurang maksimal. 5.
Cara Memompa
Pompa yang digunakan adalah pompa sepeda yang memiliki te kanan udara yang kuat. Teknik memompa diawali dengan pelan-pelan kemudian cepat, hingga botol terlepas dari peluncurnya. Apabila proses memompa berhenti berhenti dan botol belum terlepas atau tidak segera diluncurkan maka udara dalam botol akan habis, sehingga roket tidak dapat meluncur secara maksimal. 6. Sudut Peluncuran Sudut peluncuran yang mampu membuat roket mencapai jarak maksimal adalah 45°. Apabila sudutnya lebih dari itu maka roket akan meluncur ke atas dan ja rak yang di tempuh jadi kurang maksimal. Begitu juga sebaliknya sebaliknya apabila sudutnya kurang dari itu, roket akan jatuh dalam jarak yang masih lumayan dekat.
G. Konsep Yang Berhubungan 1. Udara memiliki tekanan Udara yang dipompakan ke dalam botol mengakibatkan botol botol semakin keras. Hal ini berarti udara memiliki tekanan. Semakin banyak udara yang kita kit a pompakan ke dalam botol semakin besar pula tekanan yang diterima botol botol tersebut, sebaliknya semakin sedikit udara udara semakin kecil pula tekanan yang diterimanya. 2. Udara menempati ruang Seperti hal tersebut di atas udara yang dipompakan ke dalam botol membuat botol sedikit mengembang dan menjadi keras. Hal ini berarti berarti udara mengisi seluruh ruangan yang yang ditempatinya. 3. Perubahan Energi Energi potensial → energi gerak → energi potensial grafitasi → energi gerak.
Udara yang dipompakan ke dalam botol disimpan menjadi energi potensial. Ketika udara dilepaskan melalui mulut botol, energi potensial ini diubah menjadi energi gerak, sehingga roket meluncur ke atas. Energi gerak ini akan diubah lagi menjadi energi potensial Page 6 of 8
grafitasi sehingga roket mencapai tempat paling tinggi. Ketika roket turun, energi potensial grafitasi diubah lagi menjadi energi gerak. 4. Gaya Gesek Ujung roket dibuat runcing atau kerucut adalah untuk memperkecil gaya gesek dengan udara ketika meluncur. Karena dengan gaya gesek yang besar akan menghambat laju roket, sebaliknya dengan gaya gesek yang lebih kecil menjadikan roket meluncur dengan mudah. 5. Gaya Grafitasi Bumi Gaya grafitasi dapat kita lihat ketika roket meluncur ke bawah karena adanya gaya grafitasi bumi. 6. Sifat Bahan dan Kegunaannya Sirip roket dibuat dari bahan kertas karton. Karton memiliki sifat ringan dan agak kaku tetapi tidak mudah robek sehingga tidak membebani roket serta dapat menjaga keseimbangan roket ketika meluncur di udara. Badan roket memakai botol dari bahan plastik. Plastik memiliki sifat ringan dan sedikit lentur serta tahan terhadap tekanan udara yang terdapat dalam botol.
Page 7 of 8
BAB 3 PENUTUP A. Kesimpulan Roket air adalah roket yang berbahan bakar atau lebih tepatnya berbahan pendorong air dan udara bertekanan. Seperti kita ketahui bahwa udara dalam suatu ruangan akan menekan ke segala arah dan akan mengalir menuju tekanan yang lebih rendah. Dengan dasar tersebut jika suatu botol diisi dengan udara dengan tekanan tertentu makan udara dalam botol akan meneka ke segala arah dan jika botol dilubangi pada suatu titik makan udara akan keluar dari lubang tersebut dan akan menyebabkan gaya yang berlawanan arah dari keluarnya udara. Roket bekerja karena adanya aksi dan reaksi. Perubahan momentum pada lubang pengeluaran sama dengan perubahan momentum yang dialami roket, jadi air ai r dan udara yang dikeluarkan dari dalam botol menyebabkan botol terdorong berlawanan arah dari keluarnya air dan udara. 1. Roket air adalah sejenis roket model yang menggunakan bahan bakar air sebagai reaksi massa. 2. Pada dasarnya, sebuah roket dari jenis apapun memiliki cara kerja yang sama, yakni memanfaatkan gaya aksi-reaksi. 3. Bahan bakar yang berupa air menciptakan gas panas yang terus mengembang sehingga menghasilkan tekanan ke bawah dan mendorong roket untuk mel uncur 4. Agar roket data dipercepat ke atas maka gaya ga ya dorong harus lebih besar dari gaya eksternal. 5. Banyaknya air pengisi roket mempengaruhi ketinggian luncuran roket, untuk roket yang diisi 1/4 badan roket, badan roket, berangsur-angsur mengalami kenaikan tinggi luncuran. 6. Pada saat air yang diisi sebanyak ± ½ badan roket, roket meluncur paling tinggi karena tekanan air dan udara dalam roket seimbang. Pada saat roket diisi air ± ¾ badan roket, tinggi luncuran roket mengalami penurunan drastis, karena tekanan air dan udara tidak seimbang, air di dalam roket lebih banyak dari udara
Page 8 of 8
