Prinsip Archimedes Pada Balon Udara
A.
Sejarah
Balon Udara
Pada tahun 1709 di Lisbon, Bartolomeu
de Gusmo berhasil membuat balon yang dapat bergerak naik di dalam
suatu ruangan setelah udara di dalam balon dipanaskan. Dia juga membuat balon
Passarola yang berhasil terbang dari Benteng Saint George sejauh sekitar satu
kilometer. Kemudian tahun 1766, Joseph Black berkeyakinan
bahwa balon yang diisi dengan hidrogen akan mampu naik di udara.
Balon udara panas adalah teknologi penerbangan pertama oleh manusia,
ditemukan oleh Montgolfier bersaudara di Annonay, Perancis pada 1783. Peristiwa
kebakaran pada suatu malam di benteng Gibraltar membuat Joseph berpikir akan
kemungkinan pembakaran dari bara api dapat mengangkat sebuah benda. Dia percaya
bahwa ada asap gas khusus yang menyebabkan hal itu terjadi. Dia menyebutnya gas
tersebut adalah "Mongolfier gas".
Lewat hipotesis itu, dia membangun ruang kotak berukuran 1 x 1 x 1,3
m dari kayu yang tipis. Lalu, sisi atasnya ditutup dengan kain ringan. Di
bagian bawah kotak, dia menyulut beberapa kertas. Ternyata, hasil pembakaran
itu mengangkat balon perlahan. Hasil percobaan itu membuat mereka semakin
bersemangat. Dua bersaudara itu mengumumkan pembuatan proyek besar. Yakni,
balon udara raksasa yang menampung beberapa orang. Balon itu berbentuk kain
kabung dengan tiga lapisan tipis di dalamnya. Balon tersebut mampu menampung
790 m¸ udara dengan berat 225 kg.
Akhirnya, mereka demonstrasi pada 4 Juni 1783 di Paris. Uji coba itu
dilakukan dengan disaksikan para pejabat khusus. Percobaan sukses. Balon udara
mereka mampu terbang di ketinggian 1.600-2.000 m dari permukaan tanah serta
mampu menempuh jarak 2 km dalam 10 menit. Penerbangan pertama dengan manusia
diadakan pada 21 November 1783, di Paris oleh Pilatre de Rozier dan Marquis
d'Arlandes.
B.
Tipe Balon Udara
Ada
dua tipe balon udara, yaitu:
1. Balon Udara yang
diisi dengan udara panas.
Bagian-bagian
balon udara:
Balon udara secara
garis besarnya mempunyai tiga bagian utama yaitu envelope, burner,
dan basket.
a.
Envelope bentuknya berupa kantong berupa balon tempat udara dipanaskan.
Envelope ini biasanya terbuat dari bahan nilon dan diperkuat dengan panel-panel
yang di anyam. Karena nilon ini tidak tahan api, maka bagian bawah envelope di
lapisi dengan bahan anti api (skirt) seperti PVC.
b.
Burner merupakan alat yang berfungsi untuk memanaskan udara di dalam
Envelope. Burner di letakan di atas kepala penumpang dekat ke mulut envelope.
c.
Basket atau keranjang merupakan tempat penumpang. Basket dibuat dari bahan
yang ringan dan lentur.
1.
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 namun sangat
mahal.
A.
Prinsip Kerja Balon Udara
Prinsip kerja 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 atau memiliki
massa jenis yang lebih kecil dari udara luar sekitar balon sehingga balon udara
dapat naik (terbang). Sesuai dengan prinsip Archimedes:
“Gaya
apung yang bekerja pada benda yang dimasukkan dalam fluida sama dengan berat
fluida yang dipindahkannya”
Udara merupakan fluida. Dimana
benda yang dapat terapung pada fluida, jika massa jenisnya lebih kecil dari
massa jenis fluida tersebut. Agar balon udara dapat terbang, di dalam
envelope dipanaskan dengan burner dengan temperatur sekitar 100oC.
Udara panas ini akan terperangkap di dalam envelope. Karena udara panas ini
massa per unit volumenya lebih sedikit membuatnya lebih ringan sehingga balon
udara pun akan bergerak naik di dorong oleh udara yang bertekanan lebih kuat.
Untuk mendarat, udara didinginkan dengan cara mengecilkan burner .
Udara yang mulai mendingin di dalam envelope membuat balon bergerak turun.
Untuk mempercepatnya, pilot akan membuka katup parasut (parachute valve)
sehingga udara di dalam envelope lebih cepat dingin. Pada balon yang berisi gas
ringan, terdapat kantung-kantung pasir yang diikatkan ditepian keranjang.
Ketika 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.
Karena balon udara hanya bisa naik dan turun (bergerak secara
vertikal) tentu kita berpikir bagaimana cara balon udara berpindah dari satu
lokasi ke lokasi lain (bergerak secara horizontal). Jawabanya hanya satu, pilot
memanfaatkan hembusan angin untuk bergerak secara horizontal. Karena angin
bertiup berbeda arahnya pada setiap ketinggian tertentu. Perbedaan arah tiupan
angin inilah yang dimanfaatkan oleh pilot untuk mengendalikan balon udara dari
satu lokasi ke lokasi yang diinginkan.
Semua partikel udara di atmosfer ditarik oleh gaya gravitasi ke
bawah. Tapi tekanan di udara menciptakan gaya ke atas yang bekerja berlawanan
dengan gravitasi. Kumpulan udara membangun keseimbangan gaya gravitasi, dimana
pada titik ini gravitasi tidak cukup kuat untuk menarik ke bawah sejumlah besar
partikel.
Tingkat tekanan ini adalah tertinggi pada permukaan bumi dimana
udara pada tingkat ini dapat menahan beban diudara diatasnya, jika lebih berat
berarti lebih besar gaya gravitasi ke bawah. Ketika Anda bergerak ke atas
atmosfer lebih tinggi lagi , massa udara semakin kurang, dan sehingga
menyeimbangkan tekanan berkurang. Inilah sebabnya mengapa terjadi penurunan
tekanan udara semakin naiknya ketinggian.
Perbedaan tekanan udara menyebabkan gaya apung ke atas di udara di
sekitar kita. Pada dasarnya, tekanan udara di bawah benda lebih besar daripada
diatasnya, sehingga mendorong udara keatas lebih besar dibanding ke bawah. Tapi
gaya apung ini adalah lemah dibandingkan dengan gaya gravitasi, hanya sekuat
berat udara yang dipindahkan oleh suatu benda. Jelas, sebagian besar benda
padat apa pun akan menjadi 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 sekitar mereka.
Untuk membuat benda mengapung di udara, maka harus lebih ringan
daripada volume yang sama udara di sekitarnya, yaitu dengan mengisi balon
dengan udara yang tidak terlalu padat daripada udara sekitarnya. Karena udara
dalam balon memiliki kurang massa per unit volume daripada udara di atmosfer
yang membuatnya lebih ringan sehingga gaya apung akan mengangkat balon ke atas.
Tetapi sekali lagi, lebih sedikit partikel per volume udara artinya tekanan
udara lebih rendah, sehingga tekanan udara sekitar akan menekan balon udara
sampai kepadatan di dalamnya sama dengan kepadatan udara di luar.
Ada lebih sedikit partikel udara per satuan volume di dalam balon,
tetapi karena partikel-partikel tersebut bergerak lebih cepat, dalam dan luar
tekanan udara yang sama.
Dengan asumsi bahwa udara di balon dan udara di luar balon ada di
bawah kondisi yang persis sama. Maka, jika kita mengubah kondisi udara di dalam
balon, kita dapat mengurangi kepadatan, sekaligus menjaga tekanan udara yang
sama. Kekuatan tekanan udara pada objek tergantung pada seberapa sering
berbenturan dengan partikel-partikel udara objek, serta gaya masing-masing
tabrakan. Kita melihat bahwa secara keseluruhan kita dapat meningkatkan tekanan
dalam dua cara:
1.
Meningkatkan jumlah partikel
udara sehingga ada sejumlah besar partikel berdampak atas luas permukaan
tertentu.
2.
Meningkatkan kecepatan partikel
sehingga partikel menghantam daerah lebih sering dan setiap partikel
bertabrakan dengan kekuatan yang lebih besar.
Jadi, untuk menurunkan kerapatan udara dalam balon tanpa kehilangan
tekanan udara, Anda hanya perlu meningkatkan kecepatan partikel udara. Anda
dapat melakukannya dengan mudah dengan pemanasan udara. Partikel udara menyerap
energi panas dan menjadi lebih bereaksi. Hal ini membuat mereka bergerak lebih
cepat, yang berarti mereka bertabrakan dengan permukaan lebih sering, dan
dengan kekuatan yang lebih besar.
Udara panas memberi tekanan udara yang lebih besar per partikel
daripada udara dingin. Jadi naiknya balon udara ke atas adalah karena balon
tersebut dipenuhi dengan panas, udara menjadi kurang padat dan dikelilingi oleh
udara lebih
dingin namun lebih padat. Jadi intinya balon udara bisa terbang setinggi mungkin asalkan suhu di atmosphere tidak mengalami penurunan. karena balon udara terbang dengan menggunakan udara panas, untuk memberikan tekanan.
dingin namun lebih padat. Jadi intinya balon udara bisa terbang setinggi mungkin asalkan suhu di atmosphere tidak mengalami penurunan. karena balon udara terbang dengan menggunakan udara panas, untuk memberikan tekanan.
Gambar gaya pada Balon Udara
Gaya apung pada balon udara:
FB = WHe + Wbeban
FB = (mHe + mbeban) . g
ρudara .V.g = (ρHe.V+ mbeban) . g
ρudara .V = ρHe.V+ mbeban
Jika Balon udara naik, maka :
ρudara .V > ρHe.V+ mbeban
Jika Balon udara turun, maka :
ρudara .V < ρHe.V+ mbeban
Harrah's Hotel and Casino - MapYRO
BalasHapusHarrah's Hotel 제주 출장마사지 and Casino. 777 Harrah's 청주 출장샵 Rincon Way, Rincon, 서울특별 출장안마 CA 92082. Get Directions · (760) 서귀포 출장안마 746-7777. Call Now 진주 출장샵 · More Info. Hours, Accepts Credit Cards,