Pernahkah kamu duduk di dekat jendela pesawat, menatap sayap yang lebar itu, lalu bertanya-tanya: bagaimana mungkin benda sebesar ini bisa terbang? Sebuah pesawat penumpang berbadan lebar dapat memiliki berat ratusan ton saat lepas landas, lengkap dengan penumpang, koper, dan bahan bakar. Namun, begitu melaju di landasan, pesawat itu mengangkat tubuhnya dan melayang di langit pada ketinggian belasan kilometer. Jawabannya bukan sulap, melainkan fisika, tepatnya ilmu aerodinamika, cabang fisika yang mempelajari gerakan udara dan gaya yang ditimbulkannya.
Kuncinya ada pada sayap. Pesawat terbang, atau dalam istilah internasional disebut airplane, adalah pesawat udara yang lebih berat dari udara dan bersayap tetap, yang dapat terbang dengan tenaga sendiri. Ia tidak mengapung seperti balon udara, melainkan didorong ke atas oleh gaya yang dihasilkan aliran udara di sekitar sayapnya. Selama gaya itu cukup besar untuk melawan berat pesawat, pesawat bisa terbang dengan stabil.
Empat Gaya yang Bekerja pada Pesawat
Pada prinsipnya, ada empat gaya utama yang bekerja pada pesawat saat mengudara. Pertama, gaya dorong atau thrust, yang dihasilkan mesin dan mendorong pesawat maju. Kedua, gaya hambat atau drag, yaitu gesekan dan hambatan udara yang menahan laju pesawat. Ketiga, gaya angkat atau lift, yang dihasilkan sayap dan mendorong pesawat ke atas. Keempat, berat pesawat atau weight, yaitu tarikan gravitasi yang menarik pesawat ke bawah.
Saat pesawat terbang lurus dan mendatar dengan kecepatan tetap, keempat gaya itu berada dalam keseimbangan: gaya dorong sama besar dengan gaya hambat, dan gaya angkat sama besar dengan berat pesawat. Jika gaya angkat lebih besar dari berat, pesawat naik. Jika lebih kecil, pesawat turun. Jika gaya dorong lebih besar dari hambatan, pesawat bertambah cepat, dan jika lebih kecil, pesawat melambat. Pilot mengendalikan keseimbangan keempat gaya inilah sepanjang penerbangan, menggunakan kemudi untuk mengubah arah dan kecepatan pesawat.
Baca Juga: Mengapa Pelangi Terbentuk? Penjelasan Ilmiah yang Mudah Dipahami
Rahasia di Balik Bentuk Sayap
Lalu, dari mana datangnya gaya angkat itu? Jawabannya ada pada bentuk sayap yang disebut airfoil. Penampang sayap pesawat tidak simetris: permukaan atasnya lebih melengkung daripada permukaan bawahnya, dan ujung belakangnya lebih tajam. Saat udara mengalir melewati sayap yang bergerak, udara yang melewati permukaan atas harus menempuh jarak lebih jauh dan bergerak lebih cepat, sehingga tekanannya menjadi lebih rendah. Sebaliknya, udara di bawah sayap bergerak lebih lambat dan tekanannya lebih tinggi. Perbedaan tekanan inilah yang menciptakan gaya ke atas yang mengangkat pesawat.
Bentuk sayap saja tidak cukup; posisinya terhadap aliran udara juga penting. Sudut antara sayap dan arah aliran udara disebut sudut serang. Menambah sudut serang akan menambah gaya angkat, tetapi hanya sampai batas tertentu. Jika sudutnya terlalu besar, aliran udara di atas sayap menjadi kacau dan gaya angkat hilang dengan cepat, kondisi yang disebut stall. Karena itu, saat lepas landas, pilot menurunkan flap di tepi belakang sayap untuk memperbesar luas dan kelengkungan sayap, sehingga gaya angkat bertambah pada kecepatan yang masih rendah.
Di ujung sayap, perbedaan tekanan antara sisi bawah dan sisi atas juga menimbulkan pusaran udara yang disebut wingtip vortex. Pusaran ini menciptakan hambatan tambahan yang disebut induced drag. Sayap pesawat modern sering dipasangi ujung sayap kecil yang menjulang ke atas, yang dikenal sebagai winglet, untuk mengurangi pusaran tersebut sehingga pesawat terbang lebih efisien dan hemat bahan bakar.
Baca Juga: Mengapa Langit Berwarna Jingga saat Matahari Terbenam?
Mengapa Pesawat Harus Melaju Kencang Saat Lepas Landas
Gaya angkat sangat bergantung pada kecepatan: makin cepat udara mengalir melewati sayap, makin besar gaya angkatnya. Bahkan, gaya angkat tumbuh sebanding dengan kuadrat kecepatan, sehingga kecepatan dua kali lipat dapat menghasilkan gaya angkat empat kali lipat. Karena itulah sebuah pesawat penumpang membutuhkan landasan yang panjang: ia harus melaju hingga sekitar 250 sampai 300 kilometer per jam sebelum sayapnya menghasilkan cukup gaya angkat untuk mengangkat seluruh bobotnya.
Mesin jet menghasilkan gaya dorong dengan cara mengisap udara dingin dari depan, memampatkannya, mencampurnya dengan bahan bakar, lalu membakarnya dan menyemburkannya ke belakang dengan kecepatan tinggi. Semburan ke belakang inilah yang mendorong pesawat ke depan, sesuai dengan hukum aksi-reaksi. Sementara itu, saat pesawat melambat untuk mendarat, pilot kembali menurunkan flap dan memperbesar sudut serang agar gaya angkat tetap cukup untuk menahan berat pesawat pada kecepatan yang lebih rendah.
Terbang Tinggi di Udara yang Tipis
Setelah lepas landas, pesawat penumpang biasanya naik ke ketinggian jelajah sekitar 10 hingga 12 kilometer. Di sana, udara jauh lebih tipis daripada di permukaan bumi, sehingga hambatan udara berkurang dan pesawat bisa terbang lebih hemat bahan bakar. Namun, udara yang tipis juga berarti gaya angkat lebih sulit dihasilkan. Untuk mengimbanginya, pesawat harus terbang dengan kecepatan sebenarnya yang lebih tinggi, biasanya sekitar 800 hingga 900 kilometer per jam.
Udara dingin di ketinggian juga sedikit membantu, karena udara dingin lebih padat daripada udara hangat. Di sisi lain, tekanan udara di ketinggian jelajah sangat rendah, sehingga kabin pesawat harus diberi tekanan buatan agar penumpang tetap bisa bernapas dengan nyaman. Tanpa sistem tersebut, udara di ketinggian itu terlalu tipis untuk pernapasan manusia.
Sejarah Singkat Penerbangan
Manusia sudah lama bermimpi terbang. Pada abad ke-9, Abbas Ibn Firnas, seorang ilmuwan dari Andalusia, membuat sayap dari kayu yang dilapisi sutra dan bulu burung, lalu meluncur dari menara. Ia dilaporkan sempat melayang selama sekitar sepuluh menit sebelum jatuh karena belum memikirkan cara mendarat. Balon udara panas yang diterbangkan oleh Montgolfier bersaudara pada 1782 mengandalkan prinsip yang berbeda, yakni gaya apung, seperti kapal mengapung di air.
Pesawat yang lebih berat dari udara baru benar-benar terbang pada 1903, ketika Wright bersaudara berhasil menerbangkan pesawat rancangan mereka sendiri, Flyer, di Amerika Serikat. Sejak itu, pesawat berkembang pesat. Pada 27 April 2005, Airbus A380, pesawat penumpang komersial terbesar di dunia dengan empat mesin dan berat maksimum lepas landas sekitar 560.000 kilogram, melakukan penerbangan perdananya. Dari sayap kayu dan kain, kini manusia terbang dengan mesin raksasa yang melintasi benua dalam hitungan jam.
Penutup
Jadi, pesawat bisa terbang karena sayapnya mengubah aliran udara menjadi gaya angkat, sementara mesin menyediakan dorongan yang menjaga aliran udara itu tetap cepat. Empat gaya, yaitu dorong, hambat, angkat, dan berat, saling menyeimbangkan di langit. Lain kali kamu naik pesawat, cobalah menatap sayapnya saat lepas landas: di balik bentuknya yang sederhana, tersimpan lebih dari satu abad ilmu aerodinamika yang membuat besi seberat ratusan ton bisa menari di udara.
Sumber:
Wikipedia bahasa Indonesia, Pesawat terbang
https://id.wikipedia.org/wiki/Pesawat_terbang
