BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Salah satu fenomena alam yang sering ditemukan adalah fenomena fluida. Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air dan zat gas seperti udara dapat mengalir. Menurut Giles (19!"1# $Fluida adalah zat%zat yang mampu mengalir dan yang menyesuaikan diri dengan bentuk &adah dan tempatnya'. at padat seperti batu atau besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. )ir )ir merupakan salah satu contoh zat cair. Masih ada contoh zat cair lainnya seperti minyak pelumas* susu* dan sebagainya. Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Fenomena fluida statis (fluida tak bergerak# berkaitan erat dengan tekanan hidraustatis. +alam fluida statis dipela,ari hukum%hukum dasar yang berkaitan dengan konsep tekanan hidraustatis* salah satunya adalah hukum -ascal dan hukum )rchimedes. )rchimedes. ukum-ascal diambil dari nama penemunya yaitu /laise -ascal (102 ( 102%%100 100## yang berasal dari-erancis dari-erancis.. Sedangkan hukum )rchimedes diambil dari nama penemunya yaitu )rchimedes (3%1 SM# yang yang berasal dari Italia. ukum%hukum fisika dalam fluida statis sering dimanfaatkan untuk kese,ahteraan manusia dalam kehidupannya* salah satunya adalah prinsip hukum -ascal dan prinsip hokum )rchimedes. 4amun* belum banyak masyarakat yang mengetahui hal tersebut. 5leh karena itu* diperlukan studi yang lebih mendalam mengenai hukum -ascal dan hukum )rchimedes serta penerapannya dalam kehidupan. /alon udara adalah salah teknologi penerbangan pertama yang memanfaatkan ukum )rchimedes* )rchimedes* dimana hukum tersebut menyatakan bah&a 'Suatu benda yang terendam sebagian atau seluruhnya dalam zat cair (fluida# mendapat gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair (fluida# yang dipindahkan oleh benda itu'. Sebagaimana pada zat cair* pada udara ,uga terdapat gaya ke atas. Gaya ke atas yang dialami benda sebanding dengan 6olume udara yang dipindahkan benda itu. Menurut Munson (772"0# 'arah gaya apung yang merupakan gaya dari fluida terhadap benda berla&anan arah terhadap yang ditun,ukkan ditun,ukkan dalam diagram bebas'. bebas'. Suatu benda akan naik naik ke angkasa
,ika beratnya kurang dari gaya angkat udara. /alon udara akan berhenti naik (melayang# ,ika gaya ke atas oleh udara sama dengan berat total balon udara. /erdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas* penulis tertarik untuk membahas ' -8I4SI- :8;) /)<54 =+)8) ' dan men,adi ,udul pada makalah ini. 1.2.Batasan Masalah
+alam pembahsaan prinsip ker,a balon udara tentunya akan muncul beragam hal yang perlu dibahas* untuk itu diperlukannya pembatasan masalah. Masalah yang dibahas pada makalah ini seputar penerapan ilmu Fisika pada prinsip ker,a balon udara 1.3. Rumusan Masalah
)dapun yang men,adi permasalahan didalam makalah ini adalah bagaimana -rinsip er,a /alon =dara. .
1.!. >u,uan )dapun tu,uan dari penulisan makalah ini adalah ingin mengetahui bagaimana prinsip ker,a balon udara. 1.5.Manfaat
)dapun manfaat dari penulisan ini adalah " a.
-enulis* sebagai pelengkap syarat mata kuliah Seminar Fisika
b. Mahasis&a dan =mum* sebagai penambah pengetahuan tentang penerapan ilmu fisika pada prinsip ker,a balon udara.
BAB II A!IAN "E#RI
2.1.$lu%&a
Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air atau zat gas seperti udara dapat mengalir. at padat seperti batu dan besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. )ir* minyak pelumas* dan susu merupakan contoh zat cair. Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain zat cair* zat gas ,uga termasuk fluida. at gas ,uga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. embusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Fluida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari%hari. Setiap hari manusia menghirupnya* meminumnya* terapung atau tenggelam di dalamnya. Setiap hari pesa&at udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. +emikian ,uga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. )ir yang diminum dan udara yang dihirup ,uga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari. Menurut Streeter (1990"1# $fluida adalah zat yang berubah bentuk secara kontinu (terus ? menerus# bila terkena tegangan geser* betapapun kecilnya tegangan geser itu'. Fluida dibagi men,adi dua bagian yakni fluida statis (fluida diam# dan fluida dinamis (fluida bergerak#. Fluida statis ditin,au ketika fluida yang sedang diam atau berada dalam keadaan setimbang. Fluida dinamis ditin,au ketika fluida ketika sedang dalam keadaan bergerak#. Fluida statis erat kaitannya dengan hidraustatika dan tekanan. idraustatika merupakan ilmu yang mempela,ari tentang gaya maupun tekanan di dalam zat cair yang diam. Sedangkan tekanan didefinisikan sebagai gaya normal per satuan luas permukaan. Fluida ,uga memiliki /erat ,enis yang dilambangkan dengan @ (gamma# dan gra6itasi ,enis* menurut Munson (772"1A# $berat ,enis dari sebuah fluida* dilambangkan dengan @ (gamma#* didefinisikan sebagai berat fluida persatuan 6olume'. /erat ,enis berhubungan dengan kerapatan melalui persamaan "
Gra6itas ,enis sebuah fluida dilambangkan dengan SG. Menurut Munson (772"1A#' gra6itasi ,enis sebuah fluida didefinisikan sebagai perbandingan kerapatan fluida tersebut dengan kerapatan air pada sebuah temperatur tertentu'. 2.2.Hukum Ar'h%me&es
Gaya apung ter,adi karena makin dalam zat cair* makin besar tekanan hidrostatiknya. al ini menyebabkan tekanan pada bagian ba&ah benda lebih besar daripada tekanan ada bagian atasnya. Gaya apung muncul karena selisih antar gaya hidrostatik pada permukaan benda atas dan ba&ah. Fluida melakukan tekanan hidrostatik p 1BCf gh1 pada bagian atas benda. Gaya yang berhubungan dengan tekanan ini adalah F 1Bp1) BCf gh1) berarah ke ba&ah. +engan cara yang sama* pada permukaan bagian ba&ah diperoleh F Bp) Br f gh )berarah ke atas. 8esultan kedua gaya ini adalah gaya apung Fa* yakni " Fa B F ? F1 B Cf g)(h % h1# B Cf g)h B Cf gD b B mf g B &f /erdasarkan persamaan di atas* dikatakan bah&a gaya apung pada benda sama dengan berat fluida yang dipindahkan. al ini dikemukakan oleh )rchimedes dalam hukumnya yang menyatakan Ketika sebuah benda tercelup seluruhnya atau sebagian di dalam zat cair, zat cair akan memberikan gaya ke atas (gaya apung) pada benda, di mana besarnya gaya ke atas (gaya apung) sama dengan berat zat cair yang dipindahkan. Menurut Munson (772"0# 'arah gaya apung yang merupakan gaya dari fluida terhadap benda berla&anan arah terhadap yang ditun,ukkan dalam diagram bebas'. 2.2.1. "enggelam
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam ,ika berat benda (&# lebih besar dari gaya ke atas (Fa#. & E Fa Cb . Db . g E Ca .Da . g Cb E Ca
Dolume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (C# 2.2.2. Mela(ang
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang ,ika berat benda (&# sama dengan gaya ke atas (Fa# atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang & B Fa Cb .Db . g B Ca . Da . g Cb B Ca -ada benda atau lebih yang melayang dalam zat cair akan berlaku " (F)#tot B tot rc . g (D1DD2D!H..# B 1 2 ! H.. 2.2.3. "era)ung
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung ,ika berat benda (&# lebih kecil dari gaya ke atas (Fa#. & B Fa Cb . Db . g B Ca . Da . g Cb Ca Selisih antara dan F) disebut gaya naik (Fn#. Fn B F) % /enda terapung tentunya dalam keadaan setimbang* sehingga berlaku " F) B . Db . g B rb . Db1 . g +engan " F) B Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair. Db1 B Dolume benda yang berada dipermukaan zat cair. Db B
Dolume benda yang tercelup di dalam zat cair.
Db B Db1 Db F)J B rc . Db . g /erat (massa# benda terapung B berat (massa# zat cair yang dipindahkan
+ari pen,elasan konsep melayang* terapung dan tenggelam yang telah teruraikan diatas kita asumsikan balon udara merupakan benda yang berada didalam fluida (udara# dimana medium luar balon udara adalah udara sekitar balon udara.
2.3.Bal*n U&ara 2.3.1. +e,arah Penemuan Bal*n U&ara
-ada tahun 1379 di
ernyata* hasil pembakaran itu mengangkat balon perlahan. asil percobaan itu membuat mereka semakin bersemangat. +ua bersaudara itu mengumumkan pembuatan proyek besar. akni* balon udara raksasa yang menampung beberapa orang. /alon itu berbentuk kain kabung dengan tiga lapisan tipis di dalamnya. /alon tersebut mampu menampung 397 mN udara dengan berat A kg.
2.3.2. "%)e Bal*n U&ara
>ipe balon udara dibedakan atas dua macam yaitu" a. Balon udara yang diisi dengan udara panas -ada ,enis balon udara ini terdapat suatu pembakar yang berfungsi untuk memanaskan udara dalam balon* sehingga udara dalam balon men,adi lebih ringan dari udara luar sekitarnya. b. Balon udara yang diisi dengan gas yang ringan Gas yang biasanya digunakan adalah gas hidrogen dan gas helium. Gas hidrogen ringan namun mudah terbakar. Sedangkan gas helium tidak mudah terbakar. 2.3.3. Bag%an Pa&a Bal*n U&ara
)dapun /agian ? /agian yang terdapat pada balon udara adalah sebagai berikut"
/alon udara secara garis besarnya mempunyai tiga bagian utama yaitu en6elope* burner* dan basket. a.
:n6elope bentuknya berupa kantong berupa balon tempat udara dipanaskan. :n6elope ini biasanya terbuat dari bahan nilon dan diperkuat dengan panel%panel yang di anyam. arena nilon ini tidak tahan api* maka bagian ba&ah en6elope di lapisi dengan bahan anti api (skirt# seperti -DO.
b. /urner merupakan alat yang berfungsi untuk memanaskan udara di dalam :n6elope. /urner di letakan di atas kepala penumpang dekat ke mulut en6elope. c.
/asket atau keran,ang merupakan tempat penumpang. /asket dibuat dari bahan yang ringan dan lentur.
2.-.Pr%ns%) er,a Bal*n U&ara
-rinsip ker,a pada balon yang diisi dengan udara panas dan balon yang diisi dengan gas ringan pada dasarnya sama* yaitu dengan membuat udara dalam balon lebih ringan ata u memiliki massa ,enis yang lebih kecil dari udara luar sekitar balon sehingga balon udara dapat naik (terbang#. Sesuai dengan prinsip )rchimedes $Gaya apung yang beker,a pada benda yang dimasukkan dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya'. hal ini se,alan dengan udara sebagai fluida dimana benda dapat terapung pada fluida * ,ika massa ,enisnya lebih kecil dari massa ,enis fluida tersebut. Semua partikel udara di atmosfer ditarik oleh gaya gra6itasi ke ba&ah. 4amun tekanan di udara menciptakan gaya ke atas yang beker,a berla&anan dengan gra6itasi. Menurut Munson (772"0# 'arah gaya apung yang merupakan ga ya dari fluida terhadap benda berla&anan arah terhadap yang ditun,ukkan dalam diagram bebas'. umpulan udara membangun keseimbangan gaya gra6itasi* dimana pada titik ini gra6itasi tidak cukup k uat untuk menarik ke ba&ah se,umlah besar partikel. >ingkat tekanan ini adalah tertinggi pada permukaan bumi dimana udara pada tingkat ini dapat menahan beban di udara diatasnya* ,ika lebih berat berarti lebih besar gaya gra6itasi ke ba&ah. >api gaya apung ini adalah lemah dibandingkan dengan gaya gra6itasi* hanya sekuat berat udara yang dipindahkan oleh suatu benda. ;elas* sebagian besar benda padat apa pun akan men,adi lebih berat daripada udara yang dipindahkan* sehingga gaya apung tidak bergerak sama sekali. Gaya apung hanya dapat memindahkan hal%hal yang lebih ringan daripada udara di sekitarnya. =ntuk membuat benda mengapung di udara* maka berat balon dan muatannya harus lebih ringan dari yang ada di udara sekitarnya* yaitu dengan mengisi balon dengan udara yang tidak terlalu padat daripada udara sekitarnya* semisal dengan mengisi balon udara dengan gas hidrogen atau gas helium yang memiliki massa ,enis lebih kecil dari udara (Massa ,enis helium B 7*130 gPm2* udaraB1*9 kgPm2#. arena udara dalam balon memiliki kurang massa per unit
6olume daripada udara di atmosfer yang membuatnya lebih ringan sehingga gaya apung akan mengangkat balon ke atas. =ntuk /alon yang diisi dengan udara panas* prinsip yang digunakan pun sama* ,ika ingin mengubah kondisi udara di dalam balon* dapat dikurangi kepadatannya* sekaligus men,aga tekanan udara agar tetap sama dengan pemanasan udara secara terus %menerus. ekuatan tekanan udara pada ob,ek tergantung pada seberapa sering berbenturan dengan partikel%partikel udara ob,ek* serta gaya masing%masing tabrakan. ita melihat bah&a secara keseluruhan kita dapat meningkatkan tekanan dalam dua cara" 1. Meningkatkan ,umlah partikel udara sehingga ada se,umlah besar partikel berdampak atas luas permukaan tertentu. . Meningkatkan kecepatan partikel sehingga partikel menghantam daerah lebih sering dan setiap partikel bertabrakan dengan kekuatan yang lebih besar. -ada balon udara yang diisi dengan udara panas* agar balon udara dapat terbang maka di dalam en6elope dipanaskan dengan burner dengan temperatur sekitar 177 oO. =dara panas ini akan terperangkap di dalam en6elope. arena udara panas memiliki massa ,enis yang lebih kecil daripada udara biasa* maka 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 en6elope membuat balon bergerak turun. =ntuk mempercepatnya* pilot akan membuka katup parasut (parachute 6al6e# sehingga udara di dalam en6elope lebih cepat dingin. Sedangkan pada balon yang berisi gas ringan* terdapat kantung%kantung pasir yang diikatkan ditepian keran,ang. etika balon udara ingin terbang tinggi* maka kantung%kantung pasir tersebut dibuang di udara* namun ketika balon udara ingin diturunkan maka gas pada balon udara dibuang. arena balon udara hanya bisa naik dan turun (bergerak secara 6ertikal# tentu kita berpikir bagaimana cara balon udara berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain (bergerak secara horizontal#. -ilot memanfaatkan hembusan angin untuk bergerak secara horizontal. 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 .
BAB III PEMBAHA+AN
3.1. a(a (ang /erker,a )a&a /al*n u&ara
)dapun gaya ? gaya yang beker,a pada balon udara adalah sebagai berikut"
a.
Gaya )pung /alon udara akan melayang diudara apabila besarnya gaya apung sama dengan gaya berat balon udara tersebut. Secara sistematis dapat ditulis " FbBgas /eban FbB(mgasm beban# . g Cudara . D . g B (C gas .Dm beban#.g Cudara . D B Cgas .Dm beban
b. /alon 4aik ,ika +alam proses menaikkan balon udara* udara di dalam en6elope dipanaskan dengan burner dengan temperatur sekitar 177oO sehingga menyebabkan masa ,enis balon
udara lebih kecil daripada massa ,enis udara disekitar balon* sehingga menyebabkan balon tersebut terangkat. Secara sistematis dapat ditulis Cudara . D E C gas .Dm beban
c.
/alon >urun =ntuk mendarat* udara didinginkan dengan cara mengecilkan burner. =dara yang mulai mendingin di dalam en6elope membuat balon bergerak turun. al ini dikarenakan balon lebih besar dari pada masa udara disekitar balon tersebut (udara luar#. Secara sistematis dapat ditulis" Cudara . D C gas .Dm beban
BAB I0 PENU"UP
-.1.es%m)ulan
+ari yang telah teruraikan dari bab sebelumnya maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut"
/alon udara merupakan teknologi terbang pertama yang menerapkan konsep fluida statis dengan menggunakan prinsip archimedes* dimana $Gaya apung yang beker,a pada benda yang dimasukkan dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya'. a.
Gaya )pung (/alon Melayang# /alon udara akan melayang diudara apabila besarnya gaya apung sama dengan gaya berat balon udara tersebut. Secara sistematis dapat ditulis " Cudara . D B Cgas .Dm beban
b. /alon 4aik /alon udara naik apabila massa ,enis balon lebih kecil daripada masa ,enis udara diluar balon secara sistematis dapat ditulis Cudara . D E C gas .Dm beban c.
/alon >urun /alon =dara turun apabila massa ,enis balon lebih besar daripada masa ,enis udara diluar balon secara sistematis dapat ditulis Cudara . D C gas .Dm beban
-.2. +aran
)dapun saran dari penulis pada penyusunan koloQium ini adalah semoga dapat menambah pengetahuan tentang bagaimana penerapan ilmu fisika pada prinsip ker,a balon udara dan diharapkan adanya penyusunan koloQium lainnya dengan menerapkan ilmu fisika didalamnya.
DA$"AR PU+"AA
Giles* 8analdy D. . 1930. Mekan%ka $lu%&a &an H%&raul%ka. ;akarta " :rlangga Munson* /ruce 8. +kk. 772. Mekan%ka $lu%&a E&%s% em)at !%l%& I. ;akarta " :rlangga Streeter Dictor <. 1990.Mekan%ka $lu%&a !%l%& I. ;akarta" :rlangga hite Frank M. .190. Mekan%ka $lu%&a !%l%& I. ;akarta " :rlangga http"PPfisikasman1ubud.&ordpress.comP711P7P11Pbalon%udaraPdddP. Balon Udara. +iakses pada 10 4o6ember 711 " 79"! http"PPyepirohiman.&ordpress.comP779P7AP1Pcontoh%makalah%fluida%hukum% archimedes . Hukum Archimedes. +iakses pada 10 4o6ember 711 " 79"27
