INTERAKSI FUNDAMENTAL

Pandangan terhadap alam semesta ini dapat menjadi lebih baik jika diketahui komponen-komponen dasar materi penyusun benda-benda di alam semesta serta interaksi antar komponen-komponen dasar tersebut. Sejauh ini, telah dapat diketahui adanya empat bentuk interaksi fundamental yang bertanggung jawab terhadap berbagai macam interaksi antar materi. Secara umum, konsep interaksi digunakan untuk menyatakan hubungan timbal-balik antara objek-objek yang ditinjau. Konsep ini bermanfaat terutama untuk analisa bentuk hubungan antar objek materi. Keempat interaksi fundamental tersebut adalah:
1. interaksi gravitasi,
2. elektromagnetik,
3. nuklir lemah dan
4. nuklir kuat.

1. Interaksi gravitasi bersifat tarik-menarik (selalu tarik-menarik) antar partikel-partikel materi. Hukum Newton tentang gravitasi universal menyatakan, besar interaksi tarik-menarik antar dua partikel materi sebanding dengan massa kedua partikel tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak yang memisahkan keduanya. Interaksi ini memiliki jangkauan yang amat jauh (tak hingga), karena bila terdapat partikel-partikel materi maka tentu terjadi interaksi gravitasi. Interaksi gravitasi inilah yang menyebabkan partikel materi mengumpul menjadi satu hingga terbentuk planet-planet, bintang-bintang, yang menyusun tata surya serta galaksi. Konsep interaksi memerlukan adanya "partikel interaktif" untuk menyatakan gagasan hubungan antar partikel materi. Dalam hal interaksi gravitasi, interaksi antar partikel materi dilakukan oleh partikel interaktif graviton. Graviton bersifat tak bermassa, sehingga jangkauan interaksinya meliputi jarak tak hingga dan bergerak dengan kecepatan cahaya. Karena kekuatan interaksi gravitasi sangat lemah (paling lemah bila dibandingkan dengan tiga interaksi yang lain), maka sukar untuk mendeteksi keberadaan graviton ini.

2. interaksi elektromagnetik, terjadi antara partikel-partikel bermuatan listrik (atau partikel bermuatan saja). Berbeda dengan interaksi gravitasi yang bersifat hanya tarik-menarik, interaksi elektromagnetik bisa tarik-menarik maupun tolak-menolak. Sesama proton atau sesama elektron, interaksi yang terjadi bersifat tolak-menolak. Hal ini disebabkan karena proton memiliki muatan sejenis dengan proton lain-katakanlah bermuatan listrik positip dan demikian juga interaksi antar elektron yang dicirikan dengan muatan listrik-katakanlah negatif. Sebaliknya, terjadi interaksi tarik-menarik antara proton dan elektron, karena mereka berbeda muatan!

Sebagaimana interaksi gravitasi memerlukan ide graviton, interaksi elektromagnetik juga perlu ide-katakanlah foton. Sejauh ini diketahui, foton tak bermassa. Struktur atom dapat dipahami sebagai interaksi tarik-menarik antara proton (inti) dan elektron yang mengelilingi inti. Demikian juga dengan struktur molekul, zat padat dan zat cair. Interaksi elektromagnetik memiliki kekuatan interaksi yang relatif lebih besar yakni sekitar 1 dengan 37 nol dibelakangnya bila dibandingkan dengan kekuatan interaksi gravitasi.

3. Interaksi nuklir lemah memiliki jangkauan interaksi paling pendek bila dibanding dengan interaksi fundamental yang lain. Interaksi ini memiliki kekuatan interaksi relatif lebih besar bila dibandingkan dengan interaksi gravitasi yakni sekitar 1 dengan 34 nol di belakangnya.

Interaksi nuklir lemah berperan dalam koreksi susunan inti atom. Inti atom yang tersusun dari sejumlah proton dan sejumlah neutron dengan perbandingan yang tak harmonis akan berusaha mendapatkan komposisi yang proporsional dengan melakukan peluruhan partikel beta. Partikel interaktif interaksi lemah diemban oleh boson madya, sebagai penghubung antara kuark (partikel elementer penyusun proton dan neutron) dan lepton.

4. Interaksi nuklir kuat bertanggung jawab terhadap penggabungan kuark menjadi proton atau neutron, serta penggabungan keduanya menjadi inti atom. Interaksi nuklir kuat antar kuark dihubungkan oleh partikel interaktif yang disebut gluon, menggabungkan kuark-kuark terikat menjadi nukleon. Dan juga, interaksi antar hadron (misal, proton dan neutron) yang dihubungkan oleh meson, yang mengikat nukleon menjadi inti atom. Interaksi nuklir kuat berperan penting dalam jangkauan pendek dan memiliki kekuatan interaksi relatif paling besar bila dibandingkan dengan kekuatan interaksi fundamental yang lain.


Sintesa Interaksi Fundamental

Sebelum adanya formulasi interaksi gravitasi Newtonian, belumlah diketahui apakah fenomena jatuhnya benda ke bumi adalah fenomena yang sama dengan gerak bulan mengelilingi bumi. Berdasarkan analisa data pengamatan astronomi yang dilakukan Kepler dalam formulasi kinematika gerak benda langit-Hukum Kepler, Newton menyatakan dalam bentuk yang lebih umum, bahwa interaksi benda jatuh ke bumi dan interaksi planet mengelilingi bumi adalah jenis interaksi yang sama-interaksi gravitasi.

Interaksi gravitasi dalam formulasi Hukum Gravitasi Universal lebih lanjut disempurnakan oleh Einstein dalam Teori Relativitas Umum. Relativitas Umum berbasiskan asas kesetaraan yang mengatakan bahwa, hukum-hukum alam harus dituliskan dalam bentuk demikian sehingga tak mungkin membedakan antara medan gravitasi serbasama dengan suatu kerangka acuan yang dipercepat. Dengan Teori Relativitas Umum, garis edar planet Merkurius yang berinteraksi dengan matahari (juga dengan planet-planet lain) dapat dijelaskan secara lebih akurat bila dibandingkan dengan menggunakan Hukum Gravitasi Universal. Meski demikian, Hukum Gravitasi Universal cukup memadai untuk keperluan praktis karena bentuknya yang lebih sederhana.

Interaksi elektromagnetik pada mulanya juga dipahami secara terpisah sebagai interaksi listrik dan interaksi magnetik. Kenyataannya, keduanya merupakan dua aspek dari satu sifat materi, yakni muatan listrik. Sementara muatan listrik yang diam relatif terhadap pengamat hanya menimbulkan medan listrik, pengamat menimbulkan medan listrik dan medan magnetik-medan elektromagnetik.

Interaksi elektromagnetik yang diformulasikan oleh Maxwell berdasarkan simetri permasalahan yang telah dilakukan Faraday. Karya Faraday menunjukkan bahwa perubahan medan magnet terhadap waktu menimbulkan medan listrik, sedangkan karya Maxwell menunjukkan bahwa perubahan medan listrik terhadap waktu menimbulkan medan magnet. Dari formulasi interaksi elektromagnetik Maxwell, dapat diprediksi adanya gelombang elektromagnetik yang menjalar dengan kecepatan cahaya. Keberadaan gelombang elektromagnetik dibuktikan secara eksperimental oleh Hertz, memiliki banyak penerapan dalam teknologi modern, misalnya gelombang radio. Ini salah satu bukti keterkaitan erat antara fisika teoritik dengan teknologi.

Hal yang sama berlaku bagi interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah yang pada mulanya dipahami sebagai bentuk interaksi yang berbeda. Formulasi interaksi elektrolemah (sintesa interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah) oleh Salam, Weinberg, Glashow menyatkan bahwa, pada dasarnya tak ada perbedaan mendasar antara partikel interaktif elektromagnetik (foton) dan partikel interaktif nuklir lemah (boson madya) pada tingkat energi tinggi; meskipun pada tingkat energi rendah, foton dan boson madya tampak berbeda. Fenomena ini dikenal sebagai perusakan simetri serta merta (spontaneous symmetry breaking). Kebenaran teori Salam, Weinberg, Glashow terbukti secara eksperimental dengan ditemukannya partikel boson madya W+,W- dan Z0 .

Sintesa interaksi fundamental berikutnya adalah sintesa interaksi elektrolemah dengan interaksi nuklir kuat sebagai interaksi terpadu akbar. Gagasan interaksi terpadu akbar ini menyatakan, bahwa pada energi yang sangat tinggi (energi penyatuan akbar) interaksi elektromagnetik, interaksi nuklir lemah dan interaksi nuklir kuat memiliki kekuatan yang sama sebagai satu macam interaksi.

Salah satu upaya utama fisika saat ini adalah memahami semua bentuk interaksi fundamental sebagai satu kesatuan interaksi.

Pembalikan Medan Magnet Bumi

Menyaksikan kedahsyatan bencana alam tanggal 26 Desember 2004 lalu, banyak orang mencari sebab terjadinya ketidakstabilan lempengan Bumi. Peringatan tentang kiamatnya dunia dan ilmuwan amatir percaya bahwa pembalikan medan magnet Bumi ada kaitannya dengan bencana ini.
Para ilmuwan telah mengamati perubahan arah magnet Bumi yang sekarang sedang terjadi sebagaimana telah terjadi di masa silam. Situs web NASA memuat peta tentang perubahan arah Utara dari masa 150 tahun yang lalu hingga kini. Karena telah begitu lama waktu sejak terakhir kalinya terjadi, banyak yang percaya kita berada di awal masa perubahannya. Bagaimanapun Bumi membutuhkan waktu paling sedikit 5000 tahun hingga 50 juta tahun. Sepertinya tidak tepat untuk berasumsi bahwa bencana ini disebabkan oleh perubahan arah medan magnet Bumi.
Tidak hanya arah, tetapi kekuatan dari medan magnet juga menjadi perhatian. Pada masa dinosaurus menguasai Bumi, kekuatannya 2,5 Gauss sekitar 80% lebih kuat daripada sekarang. Mungkin itulah kenapa ada kehidupan yang berukuran raksasa seperti dahulu. Teori tentang punahnya seluruh binatang raksasa oleh satu bencana besar telah banyak diterima tetapi ada yang aneh seperti punahnya mamalia berukuran besar seperti mammoth yang masih menjadi misteri.
Ukuran binatang yang lebh kecil sekarang mungkin sebagai akibat dari melemahnya medan magnet Bumi. Ribuan tahun yang lalu saat bangsa Cina dengan pengetahuannya tentang energi bio-elektrik dikenal sebagai "meridian", menyebutkan medan magnet mempengaruhi bentuk kehidupan. Bangsa ini menggunakan batu-batu bermagnet untuk pengobatan. Dalam abad terakhir ada lebih banyak pengurangan kekuatan medan magnet Bumi hingga 5% sehingga sekarang cuma tinggal 0.5 Gauss. Hal ini telah membuat Dr. Dean Bonlie untuk menyebutkan "sindrom kekurangan magnet" untuk kasus stress biologis.
Melemahnya medan magnet Bumi dipercaya sebagai awal dari pembalikan arah medan magnet Bumi. Pada masa lalu kejadian ini telah dikonfirmasikan pada catatan geologi. Yang belum jelas adalah bagaimana kejadiannya dan apa yang terjadi pada kehidupan di permukaan Bumi saat itu.
Apakah medan magnet Bumi dapat melemah hingga 0 Gauss? Prediksi paling pesimis menyebutkan peralatan elektronik akan terkena resikonya : antara rusak atau tidak dapat digunakan sama sekali, seluruh satelit akan hilang termasuk stasiun angkasa. Efek bagi kehidupan biologis meliputi dari burung yang kehilangan arah migrasinya hingga penurunan sistim kekebalan tubuh dan tingginya kasus kanker.
Lebih parah lagi, atmosfir akan menipis dan turun sehingga membuat sindrom ketinggian di dekat permukaan laut bahkan pancaran sinar kosmis yang mematikan akan membunuh sebagian besar mahkluk hidup di permukaan Bumi. Hanya yang tinggal di gua-gua di dalam Bumi akan bertahan. Skenario ini telah membuat sejumlah orang membangun bunker bawah tanah dengan harapan untuk bertahan.
Melawan pandangan mengerikan ini, NASA meramalkan bahwa tidak menjadi 0 Gauss, tetapi medan magnet Bumi akan kacau. Saat itu kita akan memiliki lebih dari satu Kutub Utara dan satu Kutub Selatan. Laporan ilmiah resmi menyebutkan atmosfi tidak akan menghilang dan komunikasi hanya akan terganggu dan menjelang saat itu manusia akan menemukan cara untuk bertahan. Tetapi ada yang menentang, mengingat anomali magnet di Atlantik Selatan dan kerusakan akibat radiasi pada satelit yang beredar di daerah itu dikatakan sebagai akibat dari hilangnya atmosfir.
Teori ini didukung oleh bukti geologi bahwa saat pembalikan terakhir, atmosfir tidak hilang. Aliran lava dari Gunung Steen memperlihatkan kutub magnet berputar mengelilingi lingkaran tropis tiga kali. Meskipun kekuatannya berkurang hingga 20% tetapi tidak pernah menjadi 0 Gauss.
Teori bahwa aktivitas dari inti luar Bumi yang terbuat dari logam yang meleleh menyebabkan terjadinya medan magnet sedang hangat dibicarakan oleh ilmuwan. Aktivitas jauh di bawah inti Bumi dipercaya dapat menyebabkan pergerakan lempengan Bumi dan menyebabkan gempa.
Ada teori alternatif tentang terjadinya medan magnet Bumi. Ernest McFarlane dalam artikelnya "Asal muasal medan magnet Bumi" menyebutan sebuah sistem yang terbuat dari sel-sel elektronik di dalam inti logam yang mengkristal dengan titik-titik panas dari logam berat yang memancarkan partikel Alpha dan Beta. Karena suhu yang tinggi partikel Alpha tidak dapat menyatu dengan elektron bebas. "Akibatnya terjadi putaran dari dalam dan luar inti... medan magnet tercipta sebagai akibatnya".
Teori mana yang benar? Mungkin kita sendiri yang akan mengalaminya.
Matahari mengubah medan magnetnya seperti putaran jam setiap 11 tahun di puncak siklus sunspot. Siklus terdekat diperkirakan terjadi tahun 2012. Sunspot (bintik Matahari) adalah magnet yang lebih kuat bahkan dari intinya yang secara terus menerus bergerak. Walaupun kejadian seperti ini tidak banyak dipahami, peneliti angkasa Ulyssess telah mengirimkan sejumlah data yang dapat menjawab banyak pertanyaan.
PES Network berusaha untuk menarik orang-orang di seluruh dunia untuk berpartisipasi dalam pengumpulan data medan magnet. Sebuah situs web di PESWiki.com telah dibuat untuk kepentingan ini. Anda disarankan untuk membuat "garis dasar" dengan menentukan arah Utara akurat untuk lokasi Anda dan melaporkan derivasi dari arah dan derajat dari arah dasar tadi.
Seorang sukarelawan dari Kanada bagian Barat yang menggunakan kompas besar buatan sendiri menemukan variasi sebesar 10 derajat dalam beberapa hari. Karena heran sukarelawan ini meminjam kompas sensitif dan menemukan anomali ini memang terjadi.

PEMANAS LISTRIK SEDERHANA

http://www.4shared.com/file/c_q8rHVq/Cara_Kerja_Sistem_AC.html

TERAPAN FISIKA FLUIDA

I. Pendahuluan

Fluida adalah zat alir adalah zat dalam keadaan bisa mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Ada dua macam fluida yaitu cairan dan gas. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan bahwa jarak antara dua molekulnya tidak tetap, bergantung pada waktu. Ini disebabkan oleh lemahnya ikatan antara molekul yang disebut kohesi.

Gaya kohesi antara molekul gas sangat kecil jika dibandingkan gaya kohesi antar molekul zat cair. Ini mnyebabkan molekul-molekul gas menjadi relatif bebas sehingga gas selalu memenuhi ruang. Sebaliknya molekul-molekul zat cair terikat satu sama lainnya sehingga membentuk suatu kesatuan yang jelas meskipun bentuknya sebagian ditentukan oleh wadahnya.

Akibat yang lainnya adalah sifat kemampuannya untuk dimampatkan.Gas bersifat mudah dimampatkan sedangkan zat cair sulit. Gas jika dimampatkan dengan tekanan yang cukup besar akan berubah manjadi zat cair. Mekanika gas dan zat cair yang bergerak mempunyai perbedaan dalam beberapa hal, tetapi dalam keadaan diam keduanya mempunyai perilaku yang sama dan ini dipelajari dalam statika fluida.

Fluida terbagi atas dua jenis, yakni fluida tak mengalir (hidrostatika) dan flida mengalir (hidrodinamika). Penerapannya dalam peralatan teknik di kehidupan sehari-hari saat ini banyaklah sekali contohnya dari mulai yang sangat sederhana seperti pompa angin hingga sistem pengeboran minyak lepas pantai.

II. Terapan dalam Kehidupan

1. Dongkrak hidrolik

Prinsip kerja dongkrak hidrolik adalah penerapan dari hukum Paskal yang berbunyi ”tekanan yang diberikan pada zat cair di dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah”.

Gambar model sederhana dongkrak hirolik

Tekanan yang kita berikan pada pengisap yang penampangnya kecil diteruskan oleh minyak (zat cair) melalui pipa menuju ke pengisap yang penampangnya besar. Pada pengisap besar dihasilkan gaya angkat yang mampu menggangkat beban.

2. Pompa Hidrolik Ban Sepeda

Prinsip dari pompa ini juga menerapkan hukum Paskal, pada pompa hidrolik ini kita memberi gaya yang kecil pada pengisap kecil sehingga pada pengisap besar akan dihasilkan gaya yang cukup besar, dengan demikian pekerjaan memompa akan menjadi lebih ringan, bahkan dapat dilakukan oleh seorang anak kecil sekalipun.

Gambar pompa hidrolik ban sepeda

3. Mesin hidrolik pengangkat mobil

Mesin hidrolik pengangkat mobil juga menerapkan prinsip hukum Paskal. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut.

Gambar Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil

Udara dengan tekanan tinggi masuk melalui keran K₁. Udara ini dimampatkan dalam tabung A. Tekanan udara yang tinggi ini diteruskan oleh minyak (fluida) ke pengisap B. Pada pengisap B dihasilkan gaya angkat yang besar sehingga mampu mengangkat beban mobil.

4. Rem Piringan Hidrolik

Ide tekanan zat cair diteruskan melalui zat cair juga digunakan pada mobil untuk sistem pengereman. Setiap rem mobil dihubungkan oleh pipa-pipa menuju ke master silinder. Pipa-pipa penghubung dan master silinder diisi penuh dengan minyak rem.

Gambar rem piringan hidrolik

Ketika kita menekan pedal rem, master silinder tertekan. Tekanannya diteruskan oleh minyak rem ke setiap silinder rem. Gaya tekan pada silinder rem menekan sepasang sepatu rem sehingga menjepit piringan logam. Akibat jepitan ini, timbul gesekan pada piringan yang melawan arah gerak piringan hingga akhirnya dapat menghentikan putan roda.

Sepasang sepatu dapat menjepit piringan dengan gaya yang besar karena sepasang sepatu tersebut dihubungkan ke pedal rem melalui sistem hidrolik. Disini kita menekan silinder yang luas pengisapnya lebih kecil daripada luas pengisap rem, sehingga pada rem dihasilkan gaya yang lebih besar. Jika luas pengisap rem dua kali luas pengisap master, maka dihasilkan gaya rem yang dua kali lebih besar dari gaya tekan kaki pada pedal rem.

Gesekan sepasang sepatu terhadap piringan menimbulkan panas. Oleh karena permukaan piringan sangat luas jika dibandingkan terhadap luas sepasang sepatu, maka panas yang timbul pada piringan segera dipindahkan ke udara sekitarnya. Ini mengakibatkan suhu sepasang sepatu rem hampir tetap (tidak panas).

5. Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis zat cair. Nilai massa jenis zat dapat diketahui dengan membaca skala pada hidrometer yang ditempatkan mengapung pada zat cair. Hidrometer terbuat dari tabung kaca dan desainnya memiliki tiga bagian. Pada alat ini diterapkan hukum Archimedes

Gambar hidrometer

Agar tabung kaca terapung tegak didalam zat cair, bagian bawah tabung dibebani dengan butiran timbal. Diameter bagian bawah tabung kaca dibuat lebih besar supaya volume zat cair yang dipindahkan ke hidrometer dapat mengapung di dalam zat cair

Tangkai tabung kaca didesain supaya perubahan kecil dalam berat benda yang dipindahkan (sama artinya dengan perubahan kecil dalam massa jenis zat cair) menghasilkan perubahan besar pada kedalaman tangkai yang tercelup di dalam zat cair. Ini berarti perbedaan bacaan pada skala untuk berbagai jenis zat cair menjadi lebih jelas.

Dasar matematis prinsip kerja hidrometer adalah sebagai berikut:

Hidrometer terapung di dalam zat cair, sehingga berlaku :

Gaya keatas = berat hidrometer

Massa hirometer m dan luas tangkai A adalah tetap, sehingga tinggi tangkai yang tercelup didalam zat cair h_f berbanding terbalik dengan massa jenis zat cair ρ_f. Jika massa jenis zat cair kecil ( ρ_f kecil), maka tinggi hidrometer yang tercelup didalam zat cair besar ( h_f besar). Akan didapt bacaan skala yang menunjukan angka yang lebih kecil. Jika massa jenis zat cair besar ( ρ_f besar), maka tinggi hidrometer yang tercelup di dalam zat cair kecil ( h_f kecil). Akan didapat bacaan skala yang menunjukan angka yang lebih besar.

6. Kapal Laut

Badan kapal yang terbuat dari besi dibuat berongga. Hal ini menyebabkan volum air laut yang dipindahkan oleh badan kapal menjadi sangat besar. Gaya keatas sebanding dengan volum air yang dipindahkan, sehingga gaya keatas menjadi sangat besar. Gaya keatas ini mampu mengatasi berat total kapal, sehingga kapal laut mengapung di permukaan laut

Gambar pemodelan kapal laut terlihat dari depan

Gambar kapal yang penuh dan kosong

Kapal laut di desain di pabrik dengan kapasitas muatan maksimum tertentu sedemikian rupa sehingga kapal laut tetap mengapung dengan permukaan air masih jauh dari bagian geladak. Gambar diatas menunjukan bagian kapal laut yang terbenam dalam air laut untuk kapal yang sama tetapi berbeda muatan. Gambar kiri untuk berat kapal kosong (tidak bermuatan) dan kapal kanan untuk yang bermuatan. Tampak bahwa untuk berat kapal yang bertambah karena muatan harus diimbangi oleh gaya keatas yang harus bertambah besar oleh karena itu, kapal lebih terbenam di dalam air laut agar volum air yang digantikan oleh kapal itu bertambah.

7. Kapal Selam

Penerapan hukum Archimedes juga dilakukan pada prinsip kapal selam. Dimana sebuah kapal selam memiliki tangki pemberat, yang terletak diantara lambung sebelah dalam dan lambung sebelah luar. Tangki ini dapat diisi dengan udara atau air.

Gambar sebuah kapal selam

Terlihat pada gambar diatas gaya-gaya yang bekerja pada sebuah kapal selam. Jika gaya keatas F_a lebih besar daripada berat total kapal selam, maka kapal selam terapung.

Untuk dapat membuat kapal selam terbenam kedalam air laut, beratnya harus ditambah sehingga lebih besar daripada gaya keatas (w>F_a). Hal ini dilakukan dengan membuka katup- katup yang memungkinkan air laut masuk kedalam tangki pemberat. Sewaktu air laut masuk melalui katup-katup yang terletak di bagian bawah tangki pemberat, air laut tersebut mendorong udara dalam tangki keluar melalui katup-katup yang terletak di bagian atas. Air laut jauh lebih berat daripada udara, sehingga berat total kapalselam menjadi lebih besar dan membuat kapal selam terbenam. Jika kapal selam dikehendaki menyelam pada kedalaman tertentu, maka awak kapal harus mengatur volum air laut dalam tangki pemberat sedemikian sehingga berat total sama dengan gaya keatas. Pada saat tersebut kapal selam melayang pada kedalaman tertentu dibawah permukaan laut.

Gambar ilustrasi pergerakan kapal selam

Untuk membuat kapal selam mengapung kembali, udara dipompakan ke dalam tangki pemberat. Udara ini menekan air laut sehingga air laut keluar melalui katup-katup bagian bawah. Udara jauh lebih ringan daripada air laut sehingga berat total kapal selam menjadi lebih ringan dan kapal selam mengapung kembali.

8. Balon Udara

Hukum Archimedes juga diterapkan pada balon udara. Seperti halnya zat cair, udara (yang termasuk fluida) juga melakukan gaya keatas pada benda. Gaya keatas yang dilakukan udara pada benda sama dengan berat udara yang dipindahkan oleh benda itu. Rumus gaya keatas yang dilakukan udara tetap seperti persamaan sebelumnya tetapi ρ_f disini adalah massa jenis udara. Prinsip gaya keatas yang dikerjakan udara inilah yang dimanfaatkan pada balon udara.

Gambar balon udara yang naik keatas berdasarkan prinsip gaya keatas yang dikerjakan udara.

Mula-mula balon diisi dengan gas panas sehingga balon menggelembung dan volumnya bertambah. Bertambahnya volume balon berarti bertambah pula volum udara yang dipindahkan oleh balon. Ini berarti gaya keatas bertambah besar. Suatu saat gaya keatas sudah lebih besar daripada berat total balon (berat balon dan muatan), sehingga balon mulai bergerak naik.

Awak balon udara terus menambah gas panas sampai balon itu mencapai ketinggian tertentu. Setelah ketinggian yangdiinginkan tercapai, awak balon mengurangi gas panas sampai tercapai gaya keatas sama dengan berat balon. Pada saat itulah balon melayang di udara. Sewaktu awk ingin menurunkan ketinggian maka sebagian isi gas panas dikeluarkan dari balon. Ini menyebabkan volum balon berkurang, yang berarti gaya keatas berkurang . akibatnya, gaya keatas lebih kecil daripada berat balon, dan balon bergerak turun.

9. Karburator

Fungsi karburator adalah untuk menghasilkan campuran bahan bakar dengan udara, kemudian campuran ini dimasukan kedalam silinder-silinder mesin untuk tujuan pembakaran.

Gambar karburator

Penampang bagian atas menyempit sehingga udara yang mengalir pada bagian ini bergerak dengan kelajuan yang tinggi. Sesuai asas Bernoulli, tekanan pada bagian ini rendah. Tekanan didalam tangki bensin sama dengan tekanan atmosfer. Tekanan atmosfer memaksa bahan bakar tersembur keluar melalui jet sehingga bahan bakar bercampur dengan udara sebelum memasuki silinder mesin.

10. Sayap Pesawat Terbang

Penerapan lain dari asas Bernoulli adalah pada gaya angkat sayap pesawat terbang. Pesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kelajuan udara yang melalui sayap pesawat. Jika tidak ada udara maka pesawat terbang tidak akan terangkat.

Gaya angkat terbangkitkan karena ada perbedaan tekanan di permukaan atas dan permukaan bawah sayap. Bentuk airfoil sayap diciptakan sedemikian rupa agar tercipta karakteristik aliran yang sesuai dengan keinginan. Singkatnya, gaya angkat akan ada jika tekanan dibawah permukaan sayap lebih tinggi dari tekanan diatas permukaan sayap. Perbedaan tekanan ini dapat terjadi karena perbedaan kecepatan aliran udara diatas dan dibawah permukaan sayap. Sesuai hukum Bernoulli semakin cepat kecepatan aliran maka tekanannya makin rendah. Besarnya gaya angkat yang dibangkitkan berbanding lurus dengan Luas permukaan sayap, kerapatan udara, kuadrat kecepatan, dan koefisien gaya angkat.

Jadi, untuk pesawat udara, engine berfungsi memberikan gaya dorong agar pesawat dapat bergerak maju. Akibat gerak maju pesawat maka terjadi gerakan relatif udara di permukaan sayap. Dengan bentuk geometri airfoil tertentu dan sudut serang sayap (angel of attack) tertentu maka akan menghasilkan suatu karakteristik aliran udara dipermukaan sayap yang kemudian akan menciptakan beda tekanan dipermukaan atas dan permukaan bawah sayap yang kemudian membangkitkan gaya angkat yang dibutuhkan untuk terbang.

Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dan sisi bagian atas yang lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Bentuk ini menyebabkan garis arus seperti gambar di bawah

Gambar garis arus pada sayap pesawat

Gambar garis arus pada sayap pesawat

Garis arus pada sisi bagian atas lebih rapat dari sisi bagian bawahnya; yang berarti kelajuan aliran udara pada sisi bagian atas pesawat (v₂) lebih besar daripada sisi bagian bawah sayap (v₁). Sesuai dengan asas Bernoulli, tekanan pada sisi bagian atas (P₂) lebih kecil daripada sisi bagian bawah (P₁) karena kelajuan udaranya lebih besar. Beda tekanan P₁ - P₂ menghasilkan gaya angkat sebesar :

dengan A merupakan luas penampang sayap.

Jika nilai P₁ - P₂ = maka persamaan diatas menjadi :

dengan ρ adalah massa jenis udara.

Pesawat terbang dapat terangkat keatas jika gaya angkat lebih besar daripada berat pesawat. Jadi, apakah suatu pesawat dapat terbang atau tidak tergantung pada berat pesawat, kelajuan pesawat, dan ukuran sayapnya. Makin besar kecepatan pesawat, makin besar kecepatan udara, dan ini berarti bertambah besar sehingga gaya angkat makin besar. Demikian pula makin besar ukuran sayap (A) makin besar gaya angkatnya. Agar pesawat dapat terangkat, gaya angkat harus lebih besar daripada berat pesawat (> mg ). Jika pesawat telah berada pada ketinggian tertentu dan pilot akan mempertahankan ketinggiannya (melayang di udara), maka kelajuan pesawat harus diatur sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama dengan berat pesawat (= mg)

Pada dasarnya, ada empat buah gaya yang bekerja pada sebuah pesawat terbang yang sedang mengangkasa seperti ditunjukan pada gambar

Gambar empat buah gaya yang bekerja pada pesawat

Jika pesawat hendak bergerak mendatar dengan suatu percepatan, maka gaya kedepan harus lebih besar daripada gaya hambatan, dan gaya angkat harus sama dengan berat pesawat. Jika pesawat hendak menambah ketinggian, maka gaya angkat harus lebih besar daripada berat pesawat. Jika pesawat hendak terbang dengan kelajuan tetap pada ketinggian yang tetap, maka resultan gaya mendatar dan gaya vertikal harus sama dengan nol. Ini berarti bahwa gaya kedepan sama denmgan gaya hambatan, dan gaya angkat sama dengan berat pesawat.

Tambahan-tambahan

Fenomena Angin

Angin adalah udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara (tekanan tinggi ke tekanan rendah) di sekitarnya.

Apabila dipanaskan, maka udara memuai. Udara yang telah memuai menjadi lebih ringan sehingga naik. Apabila hal ini terjadi, tekanan udara turun kerena udaranya berkurang. Udara dingin disekitarnya mengalir ke tempat yang bertekanan rendah tadi. Udara menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah. Diatas tanah udara menjadi pAnas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara panas dan turunnya udara dingin ini dinamakan konveksi.

Gambar yang menunjukan pergerakan angin

Kecepatan angin di dekat khatulistiwa lebih cepat dari lainnya. Semakin tinggi tempat, semakin kencang pula angin yang bertiup. Di siang hari, angin bergerak lebih cepat bila diandingkan dengan malam hari.

Sedang angin darat dan angin laut terjadi karena perbedaan tekanan udara antara permukaan laut dan daerah daratan di sekitar pantai. Sebagai akibat adanya sinar matahari yang meninari kawasan tersebut.

Terjadinya Tsunami

Tsunami adalah istilah dalam bahasa Jepang yang pada dasarnya menyatakan suatu gelombang laut yang terjadi akibat gempa bumi tektonik di dasar laut. Magnitudo Tsunami yang terjadi di Indonesia berkisar antara 1,5-4,5 skala Imamura, dengan tinggi gelombang Tsunami maksimum yang mencapai pantai berkisar antara 4 - 24 meter dan jangkauan gelombang ke daratan berkisar antara 50 sampai 200 meter dari garis pantai.

Berdasarkan Katalog gempa (1629 - 2002) di Indonesia pernah terjadi Tsunami sebanyak 109 kali , yakni 1 kali akibat longsoran (landslide), 9 kali akibat gunung berapi dan 98 kali akibat gempa bumi tektonik. Dan yang terakhir terjadi adalah di Aceh dan kawasan pantai selatan

Yang paling mungkin dapat menimbulkan tsunami adalah : gempa yang terjadi di dasarkan laut, kedalaman pusat gempa kurang dari 60 km, magnitudo gempa lebih besar dari 6,0 skala Richter, serta jenis pensesaran gempa tergolong sesar naik atau sesar turun. Hal diatas yang memicu terjadinya tsunami di daerah Kepulauan Seram, Ambon, Kepulauan Banda dan Kepulauan Kai.

Gempa yang menimbulkan tsunami sebagian besar berupa gempa yang mempunyai mekanisme fokus dengan komponen dip-slip, yang terbanyak adalah tipe thrust (Flores 1992) dan sebagian kecil tipe normal (Sumba 1977).Gempa dengan mekanisme fokus strike slip kecil sekali kemungkinan untuk menimbulkan tsunami.

Gambar gelombang tsunami

Visualisasi bagaimana gelombang tsunami dapat terjadi

Tsunami dapat terjadi jika terjadi gangguan yang menyebabkan perpindahan sejumlah besar air, seperti letusan gunung api, gempa bumi, longsor maupun meteor yang jatuh ke bumi. Namun, 90% tsunami adalah akibat gempa bumi bawah laut. Dalam rekaman sejarah beberapa tsunami diakibatkan oleh gunung meletus, misalnya ketika meletusnya Gunung Krakatau.

Gerakan vertikal pada kerak bumi, dapat mengakibatkan dasar laut naik atau turun secara tiba-tiba, yang mengakibatkan gangguan kesetimbangan air yang berada di atasnya. Hal ini mengakibatkan terjadinya aliran energi air laut, yang ketika sampai di pantai menjadi gelombang besar yang mengakibatkan terjadinya tsunami.

Gerakan vertikal ini dapat terjadi pada patahan bumi atau sesar. Gempa bumi juga banyak terjadi di daerah subduksi, dimana lempeng samudera menelusup ke bawah lempeng benua.

Kejadian gempa bumi yang menimbulkan gelombang tsunami sehingga menyapu sejumlah negara dan menimbulkan korban jiwa puluhan ribu jiwa, bermula dari pergeseran lempeng bumi pada lapisan litosfir di bawah laut. Pergeseran lempeng tersebut terjadi akibat pertemuan lempeng Australia di bagian Selatan dengan Lempeng Euroasia di bagian Utara. Pertemuan antarkedua lempeng tersebut menimbulkan salah satu lempeng terdorong ke bawah.

Pergeseran lempeng menimbulkan getaran yang disebut gelombang seismik. Gelombang tersebut bergerak ke segala arah menjauhi sumber getaran di dalam bumi. Ketika gelombang tersebut mencapai permukaan bumi, maka getarannya menimbulkan kerusakan, dan sangat dipengaruhi kekuatan dan jarak dari sumber gempa.

Gerakan vertikal dari dasar laut akan menaikkan atau menurunkan air yang berada di atasnya. Kejadian itu akan mendorong gelombang bergerak keluar. Gerakan yang semula tidak terasa dari dalam laut, tiba-tiba muncul sebagai tsunami yang menghantam pinggir pantai.

Tanah longsor yang terjadi di dasar laut serta runtuhan gunung api juga dapat mengakibatkan gangguan air laut yang dapat menghasilkan tsunami. Demikian pula halnya dengan benda kosmis atau meteor yang jatuh dari atas. Jika ukuran meteor atau longsor ini cukup besar, dapat terjadi mega tsunami yang tingginya mencapai ratusan meter.

Fenomena Bencana Lapindo Brantas

Peristiwa yg terjadi di Daerah Porong Sidoarjo sebagai akibat eksplorasi minyak oleh PT Lapindo Brantas ini sangat memprihatinkan. Siapa saja sangat prihatin bahwa operasi pengeboran dengan niat baik untuk menambah pasokan energi ini mengalami musibah dan berubah menjadi bencana. Saat ini penelitian dilakukan oleh semua ahli di Indonesia, baik ahli kebumian, ahli konstruksi, ahli lingkungan, ahli sosial kemasyarakatan dan lain-lain. Penelitian ini harus ditujukan sebagai suatu pembelajaran untuk lebih mengetahui apa yg terjadi dan apa yg harus dilakukan. Dan yang lebih penting bahwa penelitian ini bukanlah pengadilan. Bukan mencari salah siapa tetapi lebih banyak mengapa terjadi.

Dahulu ketika awal-awal eksplorasi minyak di bumi ini, kejadian sumur yang muncrat dengan minyak yg menyembur ke atas, merupakan kejadian yg mengasyikan dan tanda-tanda kesuksesan eksplorasi. Pada waktu itu kesadaran keselamatan dan lingkungan belum secanggih saat ini, sehingga ketika terjadi semburan mereka (para explorer) berfoto mengabadikan penemuannya.

Saat ini peristiwa muncratnya minyak harus dicegah karena alasan keselamatan serta lingkungan. Mulai saat munculnya kesadaran inilah, maka muncratnya minyak (fluida) dari dalam ketika melakukan pengeboran dianggap sebagai musibah atau kecelakaan operasi, karena tidak hanya minyak yg keluar namun juga air dari dalam bumi termasuk material batuan dapat ikut ‘mecotot’ keluar.

“Lost” dan “Gain”

Istilah “lost and gain” dalam operasi pengeboran ini sangat lazim dan sangat sering terjadi. Saat ini sudah ada alat yg disebut BOP (Blow Out Preventer), alat ini yang akan digunakan ketika terjadi lost-gain, sebagai katup pengaturnya.
Apabila berat jenis lumpur pemboran memiliki berat yg lebih berat dari tekanan formasi maka akan terjadi masuknya lumpur ke formasi yg porous. Lost merupakan kejadian ketika lumpur masuk ke formasi ini.

Gambar kalau tidak dipompakan lumpur dari atas

Gambar sedang dipompakan lumpur

Apabila berat jenis lumpur terlalu kecil, maka lumpur tidak kuat menahan aliran fluida dari pori-pori batuan. Lah, ya saat itu terjadi “gain” atau adanya tambahan fluida yg masuk kedalam lubang sumur. Kalau hal ini tidak teratasi atau terlewat karena proses penyemburannya sangat cepat maka aliran fluida dari batuan didalam tanah ini terjadi terus menerus, Seterusnya fluida akan muncrat keluar melalui lubang sumur dan lubang ditengan pipa pemboran. Ini yang disebut sebagai semburan liar atau “blowout”. Yang keluar bisa berupa minyak, gas, ataupun air dan bahkan campuran, dan yang terjadi di Porong ini adalah keluarnya lumpur yang bersuhu panas.

Kondisi tekanan masing-masing lapisan di dalam bumi sana itu tidak seragam, juga tidak di setiap tempat sama. Tekanan fluida pada Batugamping (karbonat) di formasi Kujung di BD-Ridge yang memanjang dari lapangan BD ke daerah Porong ini, berbeda dengan Bagtugamping kujung di Laut Jawa. Berbeda pula perilaku dan sebaran tekanannya dengan batugamping di Baturaja Sumatra, berbeda pula dengan yang di Irian. Memang secara mudah semakin dalam,maka tekanannya semakin besar. Namun ada kalanya sebuah lapisan mempunyai tekanan yang rendah atau bahkan bila disetarakan dengan tinggi kolom air memiliki tekanan dibawah berat jenis air. Ketika ada dua zona tekanan yg berbeda inilah pen-design sebuah sumur harus jeli. Harus tahu dimana harus memasang selubung (casing) yang tepat. Pipa selubung (casing) ini berfungsi untuk mengisolasi zona bertekanan tidak normal, sehingga penanganannya lebih mudah tidak menimbulkan komplikasi.

Ketika terjadi komplikasi lost dan gain ini perlu penanganan dengan teknik khusus. Kedua masalah ini ditangani dengan cara yang sangat khusus pula. Namun kalau hal ini tidak teratasi sangat mungkin terjadi “cross-flow”, yaitu fluida yg bertekanan tinggi memasok ke batuan yg memilki tekanan fluida rendah. Seandainya hal ini terjadi terus menerus maka terjadilah underground blow out, atau semburan liar didalam tanah.

Underground Blowout (semburan liar bawah tanah)

Untuk kasus di Desa Porong Sidoarjo ini semburan liar telah terjadi dengan material lumpur yg keluar dari lubang-lubang yg bukan dari lubang bor dan juga dari lubang bor. Lumpur itu telah keluar dari lubang bor utama dan juga melalui celah-celah yg terbentuk akibat tekanan tinggi dari dalam tanah. Banyak hal yg harus diketahui sebelum berusaha menghentikan semburan liar ini antara lain :

1. Dimana titik-titik lubang jalan keluarnya lumpur ini
2. Berapa tekanan bawah permukaan tempat keluarnya lumpur ini.
3. Melihat material yg sudah keluar perlu diketahui bagaimana bentuk lubang bor saat ini.
4. Setelah diketahui tentunya perlu juga menentukan peralatan apa saja yang diperlukan.

Akhirnya kita semua berharap semoga bencana Sumur Lapindo akan cepat berakhir karena telah banyak merugikan warga sekitar utamanya dan infrastruktur sosial dan pemerintahan yang sudah tidak dapat dihitung lagi dengan nilai uang semata.

Daftar Pustaka

Tersedia : http://aeroblog.wordpress.com/2006/12/06/bagaimana-pesawat-udara- bisa-terbang/

Tersedia : http://www.fi.itb.ac.id/courses/fi111/Fluida-Statik/statik/statika.html

Tersedia : http://fisikasic.blogspot.com/2007/03/rujukan-umum.html

Tersedia : http://sora9n.wordpress.com/2006/11/15/fisika-sampai-nanti/

Kanginan, Martheen. Ir. 1996. Fisika SMU. Edisi kedua. Jilid 1C. Penerbit Erlangga: Jakarta.

Tipler, Paul A. 1999. Fisika Untuk Sains dan teknik. Edisi ketiga. Jilid I. Erlangga: Jakarta.

Tersedia : http://www.bmg.go.id/anti_tsu.asp