fisika makalah

TUGAS FISIKA

GAYA ANGKAT PADA PESAWAT TERBANG

DISUSUN OLEH:

Abdul Aziz

Alvernia Euw

Dodik Febriantoro

Indah Ningsih Nur Rohimah

Rizka Octaviana

Suryanti

Yessy Iskandar

(X1.IPA.1)

SMA NEGERI 1 TANJUNGPINANG

TA.2010/2011

1

KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayah-Nya kami dapat

menyelesaikan makalah ini. Salawat beserta salam selalu tercurahkan kepada junjungan

besar Nabi Muhammad SAW beserta keluarga, para sahabat dan kita sebagai umatnya.

Semoga kita semua tetap berada dalam lindungan Allah SWT.

Pada makalah ini penyusun menguraikan tentang gaya angkat pada pesawat

terbang. Bagaimana sejarah pembuatan pesawat terbang, bagaimana pesawat bisa

terbang, gaya-gaya yang bekerja pada pesawat terbang, persamaan untuk menghitung

tekanan pada pesawat, persamaan untuk menghitung gaya angkat pada pesawat akan

dibahas pada makalah ini.

Kami menyadari bahwa pada penyusunan makalah ini tidaklah sempurna. Namun,

besar harapan kami agar makalah ini dapat bermanfaat bagi kita semua dalam menambah

ilmu pengetahuan tentang gaya angkat sayap pesawat terbang serta memahaminya.

Tanjungpinang, Mei 2011

Penyusun

Fisika I Gaya angkat sayap pesawat terbang

2

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR………………………………………………………………….…..………….1

DAFTAR ISI………………………………………………………………………………...…………2

SEJARAH PEMBUATAN PESAWAT TERBANG………….………………………………....…..3

BAGAIMANA PESAWAT UDARA BISA TERBANG ……...……………………………….…….3

GAYA-GAYA YANG BEKERJA PADA SAYAP PESAWAT TERBANG……………..……….5

BAGAIMANA PERSAMAAN UNTUK MENGHITUNG TEKANAN PADA PESAWAT……….10

BAGAIMANA PERSAMAAN UNTUK MENGHITUNG GAYA ANGKAT PADA PESAWAT...12

KATA PENUTUP……………………………………………………………………………………13

DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………………………………….14


3

1. SEJARAH PEMBUATAN PESAWAT TERBANG

Burung besi bernama pesawat terbang

memang bukan barang aneh lagi di zaman modern

ini. Ternyata, perjalanan sejarah pesawat terbang dari

pertaman kali dibuat hingga tercipta pesawat terbang

masa kini dengan segala kecanggihannya telah cukup

panjnag yaitu 100 tahun. Sejarah itu dimulai ketika

seabad silam Orville Wright berhasil menerbangkan

sebuah pesawat kecil di North Carolina, Amerika Serikat. Namun, penerbangan itu Cuma

berlangsung selama 12 menit. Walau hanya sebentar ini merupakan penerbangan pertama

dengan pesawat terbang bermotor.

Pesawat dengan empat sayap ini juga merupakan buah dari kecintaan Orville dan

saudaranya Wilbur Wright pada segala hal yang terbang di udara. Salah satu benda

’terbang’ yang mereka sukai adalah layang-layang. Tak heran, saat masih anak-anak Wright

bersaudara banyak menghabiskan waktunya dengan bermain layang-layang. Ketika

beranjak remaja, mereka mulai gemar mengamati burung. Mereka melihat, burung menjaga

keseimbangan dengan cara memutar-mutarkan ujung sayapnya. Karena itu, Orville dan

Wilbur sengaja mendesain sayap pesawat mereka agak bengkok. Dengan cara ini, pesawat

mereka bisa belok. Pada tahun 1902, desain pesawat mereka makin sempurna. Percobaan

demi percobaan pun dilakukan. Akhirnya, pada pagi hari 17 Desember 1903, pesawat

mereka yang dilengkapi motor sederhana dapat mengudara. Sebelum Wright bersaudara,

sebenarnya ada beberapa orang yang telah berusaha menciptakan pesawat terbang. Tapi

hasil upaya mereka tidak secemerlang Wright bersaudara.

Sejak keberhasilan Wright bersaudara menerbangkan pesawat bermotornya , teknologi

penerbangan maju dengan cepat. Pada tahun 1947, terjadi kemajuan yang sangat berarti.

Pilot asal Amerika, Chuck Yeager berhasil menerbangakn pesawat melebihi kecepatan

suara. Padahal sebelumnya, orang sangat yakin bahwa pesawat tidak akan mungkin

terbang lebih cepat dari kecepatan suara.

2. BAGAIMANA PESAWAT UDARA BISA TERBANG

Secara kodrati manusia diciptakan untuk hidup di darat. Manusia tidak memiliki alat

gerak yang bisa digunakan untuk terbang. Namun, burung-burung yang dapat terbang

bebas di angkasa telah memberi inspirasi bagi manusia untuk menjelajah lebih jauh dari


4

habitatnya. Kemampuan untuk terbang bebas di angkasa menjadi suatu simbol kebebasan

dan lepas dari belenggu gravitasi.

Pada awalnya manusia menganggap bahwa untuk bisa terbang maka kita harus

melakukannya sebagaimana burung terbang. Dan satu-satunya cara adalah dengan

mengepakkan sayap seperti halnya burung. Atas dasar itu lah kemudian bermunculan para

peloncat-peloncat menara dengan desain sayap yang mereka ciptakan sendiri. Mereka tidak

hanya satu, tapi puluhan, dengan satu mimpi yang sama: terbang. Namun malang, tak ada

satupun yang berhasil. Bahkan lebih banyak yang justru menemui ajal.

Orang sekaliber Leonardo da Vinci pun ikut terbawa oleh euforia impian terbang. Da

Vinci pernah menciptakan suatu desain mesin terbang yang disebut ornitopter. Berbeda

dengan para peloncat menara, da Vinci tidak lah bodoh. Sebelum desainnya direalisasikan,

ia segera meyadari bahwa tidak mungkin manusia dengan tenaga yang dimilikinya bisa

melakukan pengendalian, mengepakkan sayap, dan navigasi dalam waktu bersamaan.

Banyak waktu yang ia curahkan untuk sekedar mempelajari bagaimana burung-burung

terbang.

Suatu pernyataan da Vinci yang begitu visioner adalah metode separasi. Sekitar 1500

tahun yang lalu da Vinci telah mengemukakan bahwa untuk bisa terbang cukuplah dilakukan

dengan sayap tetap dan memberinya gaya dorong. Hal ini didasari dari hasil

pengamatannya dari teknik burung untuk terbang. Menurutnya, sayap burung terdiri dari dua

bagian yang memiliki fungsi masing-masing. Bagian pangkal sayap burung yang relatif tetap

(fixed) berfungsi membangkitkan gaya angkat. Sedangkan bagian ujung sayap burung

berfungsi untuk mengepak dan membangkitkan gaya dorong. Separasi gaya menjadi gaya

angkat dan gaya dorong inilah yang sampai sekarang dipakai untuk menciptakan mesin

terbang.

Lalu bagaimana pesawat udara dapat terbang? Salah jika kita berfikir bahwa mesin

(engine) lah menyebabkan pesawat dapat terbang. Pada dasarnya, sayap lah yang memberi

gaya angkat yang dibutuhkan untuk terbang, sedangkan engine hanya memberi gaya

dorong (thrust) untuk bengerak maju. Jadi, kesimpulan mudahnya adalah bahwa pesawat

udara (bukan pesawat antarikasa) dapat terbang karena memiliki sayap.

Bagaimana gaya angkat (lift) dapat terbangkit di sayap? Secara mudah dapat

dijelaskan bahwa 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


5

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.

3. GAYA-GAYA YANG BEKERJA PADA SAYAP PESAWAT TERBANG

Dari beberapa hal, bagusnya kinerja penerbang dalam sebuah penerbangan

bergantung pada kemampuan untuk merencanakan dan berkordinasi dengan penggunaan

tenaga (power) dan kendali pesawat untuk mengubah gaya dari gaya dorong (thrust), gaya

tahan (drag), gaya angkat (lift) dan berat pesawat (weight). Keseimbangan dari gaya-gaya

tersebutlah yang harus dikendalikan oleh penerbang. Makin baik pemahaman dari gaya-

gaya dan cara mengendalikannya, makin baik pula ketrampilan seorang penerbang.

Berikut ini hal-hal yang mendefinisikan gaya-gaya tersebut dalam sebuah penerbangan

yang lurus dan datar, tidak berakselerasi (stright and level, unaccelerated).

Thrust, adalah gaya dorong, yang dihasilkan oleh mesin (powerplant)/baling-baling. Gaya

ini kebalikan dari gaya tahan (drag). Sebagai aturan umum, thrust beraksi paralel dengan

sumbu longitudinal. Tapi sebenarnya hal ini tidak selalu terjadi, seperti yang akan dijelaskan

kemudian.

Drag, adalah gaya ke belakang, menarik mundur, dan disebabkan oleh gangguan aliran

udara oleh sayap, fuselage, dan objek-objek lain. Drag kebalikan dari thrust, dan beraksi

kebelakang paralel dengan arah angin relatif (relative wind).

Weight, gaya berat adalah kombinasi berat dari muatan pesawat itu sendiri, awak pesawat,

bahan bakar, dan kargo atau bagasi. Weight menarik pesawat ke bawah karena gaya

gravitasi. Weight melawan lift (gaya angkat) dan beraksi secara vertikal ke bawah melalui

center of gravity dari pesawat.


6

Lift, (gaya angkat) melawan gaya dari weight, dan dihasilkan oleh efek dinamis dari udara

yang beraksi di sayap, dan beraksi tegak lurus pada arah penerbangan melalui center of lift

dari sayap.

Pada penerbangan yang stabil, jumlah dari gaya yang saling berlawanan adalah

sama dengan nol. Tidak akan ada ketidakseimbangan dalam penerbangan yang stabil dan

lurus (Hukum ketiga Newton). Hal ini berlaku pada penerbangan yang mendatar atau

mendaki atau menurun.

Hal ini tidak sama dengan mengatakan seluruh keempat gaya adalah sama. Secara

sederhana semua gaya yang berlawanan adalah sama besar dan membatalkan efek dari

masing-masing gaya. Seringkali hubungan antara keempat gaya ini diterangkan dengan

salah atau digambarkan dengan sedemikian rupa sehingga menjadi kurang jelas.

Perhatikan gambar berikut sebagai

contoh. Pada ilustrasi di bagian atas, nilai

dari semua vektor gaya terlihat sama.

Keterangan biasa pada umumnya akan

mengatakan (tanpa menyatakan bahwa

thrust dan drag tidak sama nilainya dengan

weight dan lift) bahwa thrust sama dengan

drag dan lift sama dengan weight seperti

yang diperlihatkan di ilustrasi di bawah.

Pada dasarnya ini adalah pernyataan

yang benar yang harus benar-benar

dimengerti atau akan memberi pengertian

yang menyesatkan.

Harus dimengerti bahwa dalam

penerbangan yang lurus dan mendatar (straight and level),-tidak berakselerasi-, adalah

benar gaya lift/weight yang saling berlawanan adalah sama, tapi kedua gaya itu juga lebih

besar dari gaya berlawanan thrust/drag yang juga sama nilainya diantara keduanya, bukan

dibandingkan dengan lift/weight. Untuk kebenarannya, harus dikatakan bahwa dalam

keadaan stabil (steady):

1. Jumlah gaya ke atas (tidak hanya lift) sama dengan jumlah gaya ke bawah (tidak hanya

weight)

2. Jumlah gaya dorong (tidak hanya thrust) sama dengan jumlah gaya ke belakang (tidak

hanya drag)


7

Perbaikan dari rumus lama yang mengatakan “thrust sama dengan drag dan lift sama

dengan weight” ini juga mempertimbangkan fakta bahwa dalam climb/terbang mendaki,

sebagian gaya thrust juga diarahkan ke atas, beraksi seperti gaya lift, dan sebagian gaya

weight, karena arahnya yang ke belakang juga beraksi sebagai drag. Pada waktu melayang

turun (glide) sebagian vektor gaya weight diarahkan ke depan, beraksi seperti gaya thrust.

Dengan kata lain, jika kapan pun arah pesawat tidak horisontal maka lift, weight, thrust dan

drag akan terbagi menjadi dua komponen.

Diskusi dari konsep

sebelumnya sering diabaikan

dalam teks, buku-buku atau

manual aeronautika. Alasannya

bukan karena tidak ada

konsekwensinya, tapi karena

mengabaikan diskusi ini maka ide

utama dari hal gaya-gaya

aerodinamika yang bekerja pada

sebuah pesawat yang terbang

dapat disampaikan tanpa harus

mendalami teknisnya seorang ahli

aerodinamika. Dalam kenyataannya mempertimbangkan hanya terbang datar/level flight,

dan mendaki secara normal dan meluncur dengan mantap/steady, tetaplah benar bahwa

gaya angkat sayap adalah gaya ke atas yang penting, dan berat/weight adalah gaya ke

bawah yang sangat penting.

Seringnya, kesulitan yang dihadapi pada saat menerangkan gaya yang bekerja pada

pesawat udara adalah masalah bahasa dan artinya. Contohnya, penerbang telah lama

mempercayai bahwa pesawat mendaki karena kelebihan gaya angkat (excess lift). Hal ini

tidak benar jika seseorang hanya memikirkan hubungannya dengan sayap saja. Tapi

bagaimanapun hal ini benar, jika gaya angkat adalah penjumlahan total dari semua “gaya ke

atas”. Tetapi ketika merujuk ke “gaya angkat dari thrust” definisi yang sebelumnya telah

dibuat untuk gaya-gaya ini tidak berlaku lagi dan membuat lebih sulit. Hal yang tidak tepat

dalam bahasa ini telah menjadi alasan untuk menggunakannya sebagai argumen, terutama

dalam sektor akademik, bukannya untuk membuatnya lebih mudah sebagai penjelasan

pada prinsip-prinsip dasar penerbangan.


8

Meskipun gaya-gaya yang bekerja pada pesawat terbang telah ditetapkan, masih

diperlukan sebuah diskusi yang lebih detil tentang bagaimana penerbang menggunakannya

untuk memproduksi penerbangan yang terkendali.

Gambar di atas adalah hukum yang berlaku pada sayap.

Partikel-partikel udara menabrak bagian bawah sayap pesawat. Partikel-partikel

yang menabrak lalu dipantulkan ke bawah (ke arah tanah). Udara yang menghujani tanah

merupakan gaya AKSI. (Isaac Newton)

Sewaktu udara akan mengalir di bagian atas sayap, tekanannya sebesar P1. Ketika udara

melewati bagian lengkung pesawat, tekanan udara di daerah itu turun menjadi P2. (Bernoulli

dan Coanda).

Di ujung bawah sayap partikel-partikel udara bergerombol dan bertambah terus

sampai akhirnya kelebihan berat dan berjatuhan (downwash). Siraman udara atau

downwash ini merupakan komponen gaya AKSI. Tanah yang menerima gaya aksi ini pasti

langsung memberikan gaya REAKSI yang besarnya sama dengan gaya aksi tetapi

berlawanan arah. Karena gaya aksinya menuju tanah (ke arah bawah), berarti gaya

reaksinya ke arah atas. Gaya reaksi ini memberikan gaya angkat (lift) yang bisa mengangkat

pesawat dan mengalahkan gaya berat akibat tarikan gravitasi bumi. Sumber gaya angkat

(lift) yang lain adalah perubahan tekanan udara di P2.

Jika ingin terbang pada kecepatan dan ketinggian konstan maka resultan gaya-gaya

tersebut harus nol. Ini berarti gaya dorong (Thrust) harus sama besar dengan gaya hambat

udara (Drag), dan gaya angkat ke atas (Lift) harus sama besar dengan gaya berat benda


http://1.bp.blogspot.com/_uByvywUh6Bs/TTB9ny1B_NI/AAAAAAAAAFI/eNta9Lo1qcU/s1600/New+Picture+(8).png

9

(Weight). Jika ingin menambah kecepatan, kita harus menambah gaya dorong sehingga

gaya dorong (Thrust) > gaya hambat udara (Drag). Kalau hambatan dari udara lebih besar

dari gaya dorong yang dihasilkan mesin maka kecepatan akan berkurang. Jika ingin

menambah ketinggian, kita hanya perlu menambah gaya angkat supaya Gaya angkat >

Gaya berat, sebaliknya jika kita ingin mengurangi ketinggian, kita hanya perlu mengurangi

gaya angkat (Lift < weight).

Control pada pesawat

Macam kontrol pada pesawat

Selain memiliki kendali secara manual melalui joy stick yang dikendalikan oleh pilot,

pesawat juga memiliki sistem kendali Auto pilot.

Autopilot (AP) adalah sistem komputer pesawat yang dirancang menjaga kestabilan

penerbangan.Auto Pilot bekerja dengan cara merespon menggunakan aileron/ aliran udara

yang melewati sawap bagian belakang.


http://2.bp.blogspot.com/_uByvywUh6Bs/TTCABIUx9dI/AAAAAAAAAFQ/ORkC0dVmgA0/s1600/New+Picture+(9).png

10

4. BAGAIMANA PERSAMAAN UNTUK MENGHITUNG TEKANAN PADA PESAWAT

Telah dibahas pesawat dapat terbang karena bagian atas sayap melengkung,

sehingga kecepatan udara di atas sayap (v2) lebih besar daripada kecepatan udara di

bawah sayap (v1) hal ini menyebabkan tekanan udara dari atas sayap (P2) lebih kecil

daripada tekanan udara dari bawah sayap (P1), sehingga gaya dari bawah (F1) lebih besar

daripada gaya dari atas (F2) maka timbullah gaya angkat pesawat.

Gbr. Sirip Pesawat

Persamaan Bernoulli adalah

Sayap pesawat tipis, maka h1 = h2 sehingga tekanan pada pesawat:


11

P2 : tekanan dari atas pesawat, satuannya Pa

P1 : tekanan dari bawah pesawat, satuannya Pa

v2 : kecepatan udara di atas pesawat, satuannya m/s

v1 : kecepatan udara di bawah pesawat, satuannya m/s

ρ : massa jenis udara, satuannya Kg/m3

Contoh :

Pada pesawat model kecepatan udara di bagian atas 50 m/s dan kecepatan di bagian

bawah 40 m/s, jika massa jenis udara 1,2 Kg/m3, tekanan udara bagian atas pesawat

103000 Pa. Berapakah tekanan udara dari bawah sayap ?

Diketahui :

v2 = 50 m/s

v1 = 40 m/s

ρ = 1,2 Kg/m3

P2 = 103000 Pa

Ditanyakan : P1 = .... ?

Penyelesaian:

P1 = 103540 Pa

Jadi tekanan dari bawah sayap pesawat adalah 103540 Pa.


12

5. BAGAIMANA PERSAMAAN UNTUK MENGHITUNG GAYA ANGKAT PADA

PESAWAT

Tekanan , maka F = P.A

Gaya angkat pada pesawat F1 - F2 = (P1 - P2).A atau

P2 : tekanan dari atas pesawat, satuannya Pa

P1 : tekanan dari bawah pesawat, satuannya Pa

F : gaya angkat pesawat, satuannya N

F1 : gaya dari bawah pesawat, satuannya N

F2 : gaya dari atas pesawat, satuannya N

A : luas penampang, satuannya m2

ρ : massa jenis udara, satuannya Kg/m3


13

KATA PENUTUP

Puji syukur penyusun panjatkan kepada Allah SWT atas segala bimbingan dan

rahmatnya selama menyusun makalah ini. Dengan tersusunnya makalah ini berarti telah

terpenuhi sebagai tugas yang diberikan oleh guru pembimbing. Kami menyadari bahwa

dalam penyusunan makalah ini masih belum sempurna dan masih banyak kekurangan-

kekurangan. Untuk itu pada kesempatan ini tak lupa kami memohon maaf yang sebesar-

besarnya bila dalam penyusunan makalah ini masih belum sempurna. Dan akhirnya kami

berharap semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan SMAN 1 Tanjungpinang

khususnya.

Tanjungpinang, Mei 2011

Penyusun


14

DAFTAR PUSTAKA

http://ardansirodjuddin.wordpress.com/2008/06/03/sejarah-pembuatan-pesawat-terbang/

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

http://www.ilmuterbang.com/artikel-mainmenu-29/teori-penerbangan-mainmenu-68/26-private-

pilot/151-bab-3a-aerodinamika-penerbangan-?start=1

http://genius.smpn1-mgl.sch.id/file.php/1/ANIMASI/fisika/Asas%20Bernoulli/materi04.html


http://genius.smpn1-mgl.sch.id/file.php/1/ANIMASI/fisika/Asas%20Bernoulli/materi04.html

http://www.ilmuterbang.com/artikel-mainmenu-29/teori-penerbangan-mainmenu-68/26-private-pilot/151-bab-3a-aerodinamika-penerbangan-?start=1

http://www.ilmuterbang.com/artikel-mainmenu-29/teori-penerbangan-mainmenu-68/26-private-pilot/151-bab-3a-aerodinamika-penerbangan-?start=1

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

http://ardansirodjuddin.wordpress.com/2008/06/03/sejarah-pembuatan-pesawat-terbang/

fisika makalah

Documents