Tendangan Pisang

Goooooolllllll......!!!!!!! Suara histeris terdengar diantara ribuan penonton yang menyaksikan masuknya sebuah bola ke gawang. Bola merupakan olahraga paling populer di dunia. Banyak orang yang tergila-gila atau jadi kaya raya karena bola. Anda tentu mengenal Maradona, David Beckham, Ronaldo, Ronaldinho, Tierry Henry, Zinedine Zidane, Hernan Crespo, atau masih banyak pemain bola profesional yang lain.  Tahukah Anda, pemain bola profesional menerapkan konsep-konsep fisika untuk dapat menghasilkan tendangan hebat. Tahun 1970-an Pele terkenal dengan tendangan pisangnya. Tahun 1998 gantian Roberto Carlos yang dipuja-puja karena tendangan pisangnya. Saat ini, David Beckham menjadi ikon sepakbola internasional juga gara-gara tendangan pisangnya. Apa yang dimaksud dengan tendangan pisang? Anda tentu masih ingat gol manis David Beckham yang meloloskan Inggris ke piala dunia. Saat itu Beckham mengambil eksekusi tendangan bebas yang dilakukan sekitar 30 meter dari gawang Yunani. Di depan dia berdiri, pasukan Yunani membentuk pagar betis. Dengan tenang Beckham menendang bola, dan bola bergerak dengan kecepatan 128 km/jam, melambung sekitar 1 meter diatas kepala para pagar betis itu dan secara tiba-tiba membelok serta masuk ke gawang Yunani. Tepukan bergemuruh menyambut gol spetakuler tersebut. Tendangan melengkung atau tendangan pisang yang dilakukan David Beckham sudah sejak lama menjadi perhatian para peneliti. Bahkan hingga kinipun peneliti dari Jepang dan Inggris terus menganalisa tendangan ini. Gustav Magnus pada tahun 1852 pernah meneliti kasus sebuah bola yang bergerak sambil berputar. Anggap suatu bola bergerak sambil berputar (spin). Gerakan bola menyebabkan adanya aliran udara disekitar bola. Anggap sumbu putaran bola tegak lurus dengan arah aliran bola. Akibat adanya rotasi bola, aliran udara pada sisi bola yang bergerak searah dengan arah aliran udara (A) relatif lebih cepat dibandingkan aliran udara yang bergerak berlawanan arah dengan aliran udara (B). Menurut Bernoulli, makin cepat udara mengalir makin kecil tekanannya. Akibatnya tekanan di B lebih besar dibandingkan tekanan di A. Perbedaan tekanan ini menimbulkan gaya yang menekan bola untuk membelok ke arah BA. Membeloknya bola akibat adanya perbedaan tekanan ini sering disebut efek Magnus untuk menghormati Gustav Magnus. Efek Magnus maksimum jika sumbu putar bola tegak lurus dengan arah aliran udara. Efek ini mengecil ketika arah sumbu putar makin mendekati arah aliran udara dan menjadi nol ketika arah sumbu putar sejajar dengan arah aliran udara. Jika Anda perhatikan lebih jauh, yang membuat tendangan Beckham lebih spetakuler adalah efek lengkungnya yang tajam dan tiba-tiba. Hal inilah yang membuat kiper Yunani terperangah karena bola berbelok begitu cepat dengan tiba-tiba. Apa yang menyebabkan ini? Peneliti dari Inggris, Peter Beavrman, mengatakan bahwa efek Magnus akan mengecil jika kecepatan gerak bola terlalu besar atau rotasinya lebih lambat. Jadi, untuk mendapat efek Magnus yang besar,  seorang pemain harus membuat bola berputar sangat cepat tetapi kecepatannya tidak boleh terlalu besar. Ketika Beckham menendang bola secara keras dengan sisi sepatunya sehingga bola berotasi dengan cepat, bola akan melambung dan mulai membelok akibat adanya efek Magnus. Gesekan bola dengan udara akan memperlambat gerakan bola (kecepatan bola berkurang). Jika rotasi bola tidak banyak berubah, maka pengurangan kecepatan dapat menyebabkan efek Magnus bertambah besar. Akibatnya bola tersebut melengkung lebih tajam, masuk gawang, serta membuat penonton terpesona dan berdecak kagum. Masih banyak pristiwa dalam sepakbola yang menggunakan konsep fisika, seperti menyundul dan tendangan pinalti. Dapatkah Anda menganalisanya? Jika tertarik, Anda bisa menganalisa juga permainan lain yang mengaplikasikan konsep-konsep fisika. Siapa tahu karena hal tersebut Anda menjadi orang terkenal.

(Dikutip seperlunya dari, Fisika Untuk Semua, Yohanes Surya, 2004)

Yoyo

Apakah Anda pernah bermain yoyo? Sepintas yoyo hanya mainan sederhana. Terbuat dari bahan kayu, plastik, atau besi berbentuk bulat dengan sebuah rongga dan porosnya diikat seutas benang. Di tangan pemain yoyo yang mahir, yoyo menjadi pertunjukan yang menakjubkan. Yoyo termasuk jenis permainan kuno yang sampai sekarang masih populer. Orang Yunani kuno telah bermain yoyo sekitar 2.500 tahun yang lalu. Fakta-fakta menunjukkan nenek moyang orang Cina juga memiliki mainan serupa yoyo. Ada beragam desain yoyo. Pada yoyo tradisional, benangnya diikat erat ke poros. Yoyo tradisional mula-mula banyak digunakan di Eropa. Pada yoyo modern, benangnya berbentuk laso. Yoyo modern dibawa dari Filipina ke Amerika Serikat pada tahun 1920-an. Yoyo memiliki energi potensial. Energi ini berasal dari dua sumber, yaitu gaya gravitasi (melalui lemparan) dan laso yang memungkinkan yoyo berotasi. Ketika yoyo dimainkan, kedua energi potensial itu berubah menjadi energi kinetik. Yoyo jatuh lurus ke tanah karena lemparan dan gaya gravitasi. Pada saat yang sama, tali memberi energi putar. Saat yoyo terus berotasi dalam keadaan “diam”. Dalam bahasa Inggris, kondisi tersebut dinamakan sleep Rotasi yoyo membuatnya stabil. Agar yoyo naik ke atas, Anda harus menyentakkan talinya. Gerakan sleep tidak mungkin terjadi pada yoyo tradisional sebab talinya terikat erat pada poros, sehingga saat yoyo sampai pada ujung benang, yoyo akan membalik ke atas (ke tangan pemain yoyo). Gerakan sleep memungkinkan pemain yoyo melakukan beragam trik. Maka, pemain yoyo selalu berusaha melakukan sleep selama mungkin agar dapat melakukan banyak trik. Salah satu trik adalah walk the dog, yaitu yoyo digelindingkan di tanah seperti roda, kemudian ditarik kembali ke tangan. Pabrik yoyo menciptakan beragam desain yoyo untuk memudahkan sleep.

         Salah satu desain yoyo menggunakan prinsip fisika yang disebut momen inersia. Momen inersia berkaitan dengan kemampuan suatu benda melakukan rotasi. Momen inersia dipengaruhi dua faktor, yaitu massa benda dan jarak massa dari poros. Makin besar massa dan makin jauh jaraknya dari poros, makin besar pula momen inersianya. Jika memiliki momen inersia tinggi, yoyo bisa melakukan sleep dalam waktu yang lama. Untuk itu, pabrik yoyo menumpukkan berat pada tepi terluar. Cara lain untuk mendapatkan momen inersia yang tinggi adalah dengan mengurangi gesekan antara poros yoyo dengan benang. Caranya dengan meletakkan bola (gotri) pada sekeliling poros, sehingga poros yoyo tidak bersentuhan dengan benang. Agar lebih halus, gotri bisa diberi minyak pelumas (oli). Saat dunia tergila-gila dengan yoyo pada tahun 1990-an, sebuah perusahaan bernama Yomega menciptakan yoyo jenis baru. Sama dengan yoyo generasi sebelumnya, benang juga tidak menyentuh poros. Bedanya, benang diletakkan pada pelek. Antara pelek dan poros dipisahkan pegas (per). Saat yoyo diam atau berputar pelan, pegas menekan pelek. Jadi, jika poros berputar, pelek (dan yoyo) ikut berputar. Namun, saat yoyo berputar cepat, gaya sentrifugal menarik pegas sehingga pegas tidak menekan pelek. Jadi, pelek terpisah dari poros. Saat poros berputar, pelek (dan yoyo) tetap diam. Saat yoyo dilempar, awalnya bergerak pelan. Namun, sesampai di ujung benang, putaran menjadi cepat. Poros berputar, tetapi yoyo diam atau melakukan gerakan sleep. Fisika memang dunia yang mengasyikan, dimasa datang kreativitas Andalah yang ditunggu.

(Dikutip seperlunya dari Suplemen Anak Suara Merdeka, Yunior, edisi 264 2005)

Efek Doppler

Efek Doppler adalah efek di mana seorang pengamat merasakan perubahan frekuensi dari suara yang didengarnya manakala ia bergerak relatif terhadap sumber suara. Efek ini ditemukan oleh seorang ahli fisika Austria Christian Doppler pada tahun 1842. Untuk menghormati penemuan tersebut maka efek ini disebut efek Doppler.

Efek Doppler yang dirasakan oleh seorang pengamat adalah tatkala ia merasakan frekuensi bunyi yang lebih tinggi dari frekuensi sumber bunyi itu sendiri manakala ia dan/atau sumber bunyi bergerak relatif saling mendekati, dan merasakan frekuensi bunyi yang lebih rendah manakala ia dan/atau sumber bunyi bergerak relatif saling menjauhi.

Mobil polisi yang dalam keadaan diam memancarkan gelombang bunyi sirine dengan frekuensi yang sama ke semua arah. Perhatikan jarak muka-muka gelombang suara yang sama ke segala arah. Pengamat yang diam akan merasakan frekuensi gelombang yang sama dengan yang dipancarkan dari mobil polisi. Sekarang perhatikan saat mobil bergerak ke kanan. Muka-muka gelombang suara di depan mobil lebih rapat daripada muka-muka gelombang di belakang mobil. Alhasil, pengamat yang ada di depan mobil (saat mobil mendekat) akan merasakan frekuensi gelombang yang lebih besar bila dibandingkan frekuensi asli dari sumber bunyi. Saat berada di belakang mobil (mobil menjauh), pengamat merasakan frekuensi gelombang yang lebih kecil dari frekuensi asli sumber bunyi.

Inilah penjelasan mengapa pengamat merasakan frekuensi yang berbeda manakala ia bergerak relatif terhadap sumber bunyi. Bagaimana halnya jika sumber bunyi diam sementara pengamat mendekati atau menjauhi sumber bunyi, apakah pengamat merasakan perubahan frekuensi bunyi? Bagaimana bila pengamat dan sumber bunyi bergerak searah dengan kecepatan yang sama, apakah pengamat merasakan perubahan frekuensi bunyi juga? Coba cari jawabannya dengan melihat lagi animasi di atas.

Contoh :

Jika sumber bunyi diam sementara pengamat mendekati atau menjauhi sumber bunyi, apakah pengamat merasakan perubahan frekuensi bunyi ?

Jawab :

Perubahan frekuensi yang dirasakan oleh pengamat tergantung pada kecepatan pengamat ketika ia mendekati atau menjauhi sumber bunyi. Semakin cepat ia bergerak mendekati sumber bunyi maka semakin sering gelombang bunyi yang ia rasakan sehingga frekuensi yang ia rasakan semakin besar. Sebaliknya semakin cepat ia bergerak menjauhi sumber bunyi maka semakin jarang ia merasakan gelombang maka semakin kecil frekuensi yang ia rasakan. Jadi dalam hal ini kecepatan pengamat ataupun sumber bunyi ketika bergerak mempengaruhi frekuensi bunyi yang dirasakan pengamat. Dalam bagian mengenai Rumus Doppler anda akan mendapatkan penjelasan yang lebih detail mengapa kecepatan mempengaruhi frekuensi yang dirasakan pengamat.

Ketika anda mencoba animasi di atas anda mengetahui bahwa ketika kecepatan sumber bunyi berubah pula kerapatan muka gelombang yang diterima oleh pengamat. Dengan kata lain kecepatan mempengaruhi frekuensi yang dirasakan pengamat.

Link :

1. "Doppler Effect." Uraian rinci tentang Effek Doppler dari Wikipedia.

2. "Doppler Effect And Sonic Boom." Uraian mengenai Efek Doppler dan terjadinya sonic boom.

3. "Doppler Effect." Animasi yang menjelaskan Efek Doppler.

Penemuan Teleskop dan Ketelitiannya

Teleskop ditemukan pertama kali pada tahun 1608 oleh seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, Hans Lippershey, yang lahir pada tahun 1570. Namun penemuan Hans Lippershey ini di tolak oleh pemerintah Belanda untuk dipatenkan. Pemerintah berpendapat bahwa perangkat tersebut tidak dapat disimpan secara rahasia karena ditakutkan negara lain akan menirunya. Namun, Hans Lippershey membuat beberapa teleskop untuk pemerintah Belanda dari biaya  kompensasi pemerintah. Hans Lippershey  adalah seorang pembuat kacamata yang memang banyak berhubungan dengan lensa, diceritakan bahwa Hans Lippershey menemukan penemuannya secara tidak sengaja saat dua buah lensa diletakkan secara terpisah pada jarak tertentu, sebuah objek di kejauhan terlihat mendekat dan membesar. Dari hasil penemuan ini, kemudian Hans Lippershey menyesuaikan jarak antara kedua lensa dengan menggunakan sebuah tabung untuk menjaga lensa tersebut pada jarak yang tetap, dan dari sanalah teleskop pertama disusun. Namun ketelitian dari teleskop yang ditemukan oleh Hans Lippershey ini masih belum baik.

             Pada tahun 1609, berawal dari penemuan Hans Lippershey dan juga pengetahuannya tentang hukum pembiasan, Galileo juga behasil menemukan teleskop yang terdiri dari dua buah lensa yaitu lensa cembung dan lensa cekung dengan posisi tetap di dalam sebuah tabung, dimana objek yang muncul lebih besar dan lebih dekat, dia mulai menyusun instrumennya yang akan mencetuskan sebuah efek yang dikenal sebagai efek dari pembiasan. Berbeda dengan penemuan teleskop sebelumnya yang ditemukan oleh Hans Lippershey, teleskop yang ditemukan oleh Galileo ini mempunyai ketelitian yang lebih baik daripada teleskop hasil penemuan Hans Lippershey. Hal ini disebabkan oleh latar belakang penemuan mereka. Jika Hans Lippershey menemukan teleskop secara tidak sengaja, maka berbeda halnya dengan Galileo yang menggunakan pengetahuannya tentang hukum pembiasan.

Teleskop Galileo ini dibuat dari dua buah lensa tetap dalam sebuah pipa timbel, yang kemudian cara ini diikuti oleh orang-orang lain dalam berbagai macam bentuk. Untuk meningkatkan ketelitian dari teleskop penemuannya ini, Galileo mendedikasikan sebagian waktu dan tenaganya untuk menyempurnakan lensa dan memperbaiki kesalahan-kesalahan yang ada. Pada kenyataannya, karya Galileo dalam mengembangkan instrumen menjadi sangat penting karena teleskop secara berangsur-angsur dikenal dengan nama "Teleskop Galilean". Perbesaran teleskop Galilean ini hingga ke faktor 20. Dengan instrumen baru yang menakjubkan ini, Galileo mampu melihat gunung dan kawah di bulan, dan menemukan bahwa galaksi Bima Sakti terdiri dari bintang-bintang, serta menemukan 4 buah bulan terbesar Jupiter.

            Selain oleh Hans Lippershey dan Galileo, Kepler juga berhasil menemukan teleskop yang susunannya menggunakan dua buah lensa cembung. Teleskop ini memberikan hasil jangkauan penglihatan lebih besar daripada teleskop Galilean, tetapi bayangan yang terbentuk oleh teleskop ini kurang  jelas, akibatnya teleskop penemuan Kepler ini tidak dapat digunakan secara luas sampai pertengahan abad ke 17. Namun teleskop terbaik dari tipe ini berhasil dibuat oleh Huygens dan saudara laki-lakinya. Teleskop ini memiliki panjang fokus 12 kaki, dan memungkinkan Huygens untuk menemukan satelit baru milik Saturnus, dan juga untuk menetapkan penjelasan nyata dari cincin Saturnus.

Wlliams, Henry Smith.1999.A History of Science, Volume 2.

Galvani dan Volta

Hal yang paling penting dari penemuan-penemuan Young mengenai cahaya telah memberikan banyak manfaat meskipun ahkirnya pengakuan akan hal tersebut tidak lagi mereka dapatkan. Galvanisasi yang akhirnya kita kenal dengan nama sinar Roentgen - sebuah alat yang mampu menimbulkan pertanyaan mengenai fenomena alam yang rumit.  Fakta awal dari galvanisme ditemukan oleh Luigi Galvani (1737-1798), seorang dokter dari Bologna, pada 1791, saat dia menyentuhkan logam pada saraf otot kaki kodok yang telah mati dapat menghasilkan sebuah kejutan. Dari percobaan sederhana ini akhirnya ditemukan listrik galvanik dan selanjutnya ditemukan pula baterai galvanik, hal ini dianggap sebagai awal lahirnya listrik modern.

Kisah ini berawal ketika Galvani menyiapkan kaki katak  untuk membuat kaldu untuk istrinya yang sedang sakit.  Menurut cerita, ia hendak mengupas kulit dari kaki katak, ketika pisau bedah mengenai otot kaki katat tersebut yang diletakkan di dekat mesin listrik,kaki katak ini menghasilkan kejutan otot. Karena terkesan dengan fenomena ini, ia pun akhirnya memulai serangkaian percobaan yang akhirnya menggiring ia pada penemuan besarnya. Meskipun cerita ini belum diketahui benar atau tidak, yang jelas Galvani telah bereksperimen selama beberapa tahun dengan kaki katak  yang digantungkan pada kabel dan kait, dia membuat lengkungan dari dua logam yang berbeda, yang telah diatur sedemikian rupa sehingga satu ditempatkan menyentuh syaraf dan lain menyentuh otot,  dan menghasilkan kontraksi keras atau kejutan.

Kedua logam tersebut  menerapkan prinsip dasar baterai galvanik modern, dan dipimpin langsung oleh penemuan Alessandro Volta  yang dikenal "batang volta" dan menjadi awal dari baterai galvanis modern.Percobaan Volta dilakukan pada waktu yang sama dengan Galvani, dan penemuannya sangat dekat dengan penemuan Galvani mengenai bentuk baru dari listrik. Karena itulah listrik terkadang disebut "listrik galvanik" dan juga "listrik volta", namun dalam beberapa tahun terakhir "Galvanisasi" dan "arus galvanik" telah menggantikan penggunaan istilah Volta.

Pada saat itu Volta membuat laporan penemuan Galvani yang sangat mengagumkan untuk masyarakat di kerajaan London, pada 31 Januari 1793. Dalam surat ini dia menjelaskan percobaan Galvani secara detail dan membuat mereka sangat terkesan. Ia menyebutnya "penemuan terhebat dan terpenting", dan dianggap sebagai titik awal atau fondasi dari penemuan-penemuan lain yang harus dibuat. Prediksi itu terbukti benar, Volta sendiri akhirnya menjadi seorang penemu hebat.

Bekerja berdasarkan garis besar yang disarankan oleh penemuan Galvani, Volta membuat suatu alat yang terdiri dari dua macam lempengan logam yang bebeda jenis, seperti seng dan perak yang dirangkai secara seri, yang dipisahkan oleh sekeping piringan lempeng yang lembab berpori, seperti kertas atau kain tebal dari bulu halus. Inilah yang disebut "sel " yang menghasilkan listrik, dan dengan menghubungkan beberapa sel ini satu sama lain, maka sebuah  baterai listrik bisa terbentuk.

Penemuan ini sangat menarik perhatian dunia layaknya badai.  Setelah hampir tidak ada lagi antusiame tercipta di dunia filsafat sejak penemuan tabung Leyden, itu lebih dari setengah abad sebelumnya. Sementara hanya selang beberapa minggu setelah pengumuman Volta, baterai tercipta sesuai dengan rencananya dan menjadi bahan eksperimen di setiap laboratorium-laboratoriun terkenal di Eropa.

Dipenghujung abad, sebagian dunia filsafat tengah berspekulasi mengenai apakah besar "efek galvanik" tidak dapat dihitung atau hanya berbentuk listrik, dan sebagian lainnya dengan berusaha menemukan keajaiban lain apa dari baterai yang mungkin saja masih bisa diungkapkan. Orang-orang yang imajinatif setidaknya bisa melihat bahwa ini merupakan penemuan yang akan menentukan zaman, tetapi banyak pemimpi bahkan tidak bisa membayangkan ukuran penting yang sesungguhnya.

Ini sekaligus bukti bawha dari salah satu bentuk baterai galvanik yang meskipun dalam ketidaksempurnaan, dapat menjadi alat yang cukup baik untuk menghasilkan listrik dari mesin geser  dan hingga kini masih digunakan, keuntungannya adalah arus dari baterai galvanik dapat diatur sesuai yang diinginkan, peralatannya relatif murah dan hanya membutuhkan sedikit perawatan. Keunggulan-keunggulan ini menjadi nyata oleh percbaan-percoban mengenai arus listrik dalam beberapa bidang.

Perlu diingat bahwa meskipun telah diungkapkan oleh para filsuf seperti Watson, Franklin, Galvani, dan lainnya, pada abad kedelapan belas percobaan-percoban mengenai arus listrik sangat terbatas. Konsep cahaya sudah digunakan secara umum, tentu menjadikannya sebagai sebuah penemuan tidaklah dianggap berlebihan. Tetapi disaat konsep listrik baru ditemukan dan mulai digunakan, maka hal ini tidak lagi digunakan, tetapi hanya dijadikan sebagai sarana menanggakal efek buruk dari manifestasi listrik alami. Bagaimanapun, penemuan ini telah mempengaruhi pada suatu mekanisme dimana listrik digunakan. Tetapi kemunculan jenis listrik baru pada abad itu telah dimulai.

Reaksi Tumbukan

Reaksi yang hanya melibatkan satu partikel mekanismenya sederhana dan kita tidak perlu memikirkan tentang orientasi dari tumbukan. Reaksi yang melibatkan tumbukan antara dua atau lebih partikel akan membuat mekanisme reaksi menjadi lebih rumit.
Reaksi yang melibatkan tumbukan antara dua partikel
Sudah merupakan suatu yang tak pelak lagi jika keadaan yang melibatkan dua partikel dapat bereaksi jika mereka melakukan kontak satu dengan yang lain. Mereka pertama harus bertumbukan, dan lalu memungkinkan terjadinya reaksi.
Kenapa “memungkinkan terjadinya reaksi”? Kedua partikel tersebut harus bertumbukan dengan mekanisme yang tepat, dan mereka harus bertumbukan dengan energi yang cukup untuk memutuskan ikatan-ikatan.
Orientasi dari tumbukan
Pertimbangkan suatu reaksi sederhana yang melibatkan tumbukan antara dua molekul etena CH₂=CH₂ dan hidrogen klor, HCl sebagai contoh. Keduanya bereaksi untuk menghasilkan kloroetan.

Sebagai hasil dari tumbukan antara dua molekul, ikatan rangkap diantara dua karbon berubah menjadi ikatan tunggal. Satu hidrogen atom berikatan dengan satu karbon dan atom klor berikatan dengan satu karbon lainnya.
Reaksi hanya dapat terjadi bila hidrogen yang merupakan ujung dari ikatan H-Cl mendekati ikatan rangkap karbon-karbon.Tumbukan selain daripada itu tidak bekerja dikarenakan kedua molekul tersebut akan saling bertolak.

Tumbukan-tumbukan(collisions) yang ditunjukkan di diagram, hanya tumbukan 1 yang memungkinkan terjadinya reaksi.
Jika Anda belum membaca halaman tentang mekanisme reaksi, mungkin Anda bertanya-tanya mengapa tumbukan 2 tidak bekerja dengan baik. Ikatan rangka dikelilingi oleh konsentrasi negatifitas yang tinggi sebagai akibat elektron-elektron yang berada di ikatan tersebut. Pendekatan atom klor yang memiliki negatifitas lebih tinggi ke ikatan rangkap menyebabkan tolakan karena kedua-duanya memiliki negatifitas yang tinggi.
Di dalam tumbukan yang melibatkan partikel-partikel yang tidak simetris, Anda dapat menduga mekanisme melalui bagaimana cara mereka bertumbukan untuk menentukan dapat atau tidaknya suatu reaksi terjadi.

Energi tumbukan

Aktivasi Energi
Walaupun partikel-partikel itu berorientasi dengan baik, Anda tidak akan mendapatkan reaksi jika partikel-partikel tersebut tidak dapat bertumbukan melampui energi minimum yang disebut dengan aktivasi energi reaksi.
Aktivasi energi adalah energi minimum yang diperlukan untuk melangsungkan terjadinya suatu reaksi. Contoh yang sederhana adalah reaksi exotermal yang digambarkan seperti di bawah ini:

Jika partikel-partikel bertumbukan dengan energi yang lebih rendah dari energi aktivasi, tidak akan terjadi reaksi. Mereka akan kembali ke keadaan semula. Anda dapat membayangkan energi aktivasi sebagai tembok dari reaksi. Hanya tumbukan yang memiliki energi sama atau lebih besar dari aktivasi energi yang dapat menghasilkan terjadinya reaksi.
Di dalam reaksi kimia, ikatan-ikatan diceraikan (membutuhkan energi) dan membentuk ikatan-ikatan baru (melepaskan energi). Umumnya, ikatan-ikatan harus diceraikan sebelum yang baru terbentuk. Energi aktivasi dilibatkan dalam menceraikan beberapa dari ikatan-ikatan tersebut.
Ketika tumbukan-tumbukan tersebut relatif lemah, dan tidak cukup energi untuk memulai proses penceraian ikatan. mengakibatkan partikel-partikel tersebut tidak bereaksi.
Distribusi Maxwell-Boltzmann
Karena energi aktivasi memegang peranan penting dalam menentukan suatu tumbukan menghasilkan reaksi, hal ini sangat berguna untuk menentukan bagaimana macam bagian partikel berada untuk mendapatkan energi yang cukup ketika mereka bertumbukan.
Di dalam berbagai sistem, keberadaan partikel-partikel akan memiliki berbagai variasi besar energi. Untuk gas, dapat diperlihatkan melalui diagram yang disebut dengan Distrubis Maxwell-Boltzmann dimana setiap kumpulan beberapa partikel memiliki energinya masing-masing.

Luas dibawah kurva merupakan ukuran banyaknya partikel berada.
Distribusi Maxwell-Boltzmann dan energi aktivasi
Ingat bahwa ketika reaksi berlangsung, partikel-partikel harus bertumbukan guna memperoleh energi yang sama atau lebih besar daripada aktivasi energi untuk melangsungkan reaksi. Kita dapat mengetahui dimana energi aktivatisi berlangsung dari distribusi Mazwell-Boltzmann.

HUKUM BERNOULLI

Hukum ini diterapkan pada zat cair yang mengalir dengan kecepatan berbeda dalam suatu pipa.

Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli.

Hukum Bernoulli

Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow).

Aliran Tak-termampatkan

Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:

p + pgh + 1/2 pv^2 = Konstan

di mana:
v = kecepatan fluida
g = percepatan gravitasi bumi
h = ketinggian relatif terhadapa suatu referensi
p = tekanan fluida
ρ = densitas fluida

Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut:
• Aliran bersifat tunak (steady state)
• Tidak terdapat gesekan

Aliran Termampatkan

Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah: udara, gas alam, dll. Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut:

v^2/2 + theta + w = konstan

Hukum Bernoulli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan ( p ), energi kinetik per satuan volum (1/2 PV^2 ), dan energi potensial per satuan volume (ρgh) memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.

Dalam bagian ini kita hanya akan mendiskusikan bagaimana cara berfikir Bernoulli sampai menemukan persamaannya, kemudian menuliskan persamaan ini. Akan tetapi kita tidak akan menurunkan persamaan Bernoulli secara matematis.
Kita disini dapat melihat sebuah pipa yang pada kedua ujungnya berbeda dimanaujung pipa 1 lebih besar dari pada ujung pipa 2.

Penerapan Hukum Bernoulli dapat kita lihat pada:

a. Tabung Venturi
Tabung Venturi adalah sebuah pipa yang memiliki bagian yang menyempit.Dua contoh tabung venturi adalah karburator mobil dan venturimeter.

1. Karburator
Karburator berfungsi untuk menghasilkan campuran bahan bakar dengan udara, kemudian campuran ini dimasukkan ke dalam silinder-silinder mesin untuk tujuan pembakaran.

2. Venturimeter
Tabung venturi adalah dasar dari venturimeter, yaitu alat yang dipasang di dalam suatu pipa aliran untuk mengukur kelajuan cairan.

b. Tabung Pitot
Tabung Pitot adalah alat ukur yang kita gunakan untuk mengukur kelajuan gas.

c. Penyemprot Parfum
Penyemprot Parfum adalah salah satu contoh Hukum Bernoulli. Ketika Anda menekan tombol ke bawah, udara dipaksa keluar dari bola karet termampatkan melalui lubang sempit diatas tabung silinder yang memanjang ke bawah sehingga memasuki cairan parfum.Semburan udara yang bergerak cepat menurunkan tekanan udara pada bagian atas tabung, dan menyebabkan tekanan atmosfer pada permukaan cairan memaksa cairan naik ke atas tabung. Semprotan udara berkelajuan tinggi meniup cairan parfum sehingga cairan parfum dikeluarkan sebagai semburan kabut halus.

d. Penyemprot Racun Serangga
Penyemprot Racun Serangga hampir sama prinsip kerjanya dengan penyemprot parfum. Jika pada penyemprot parfum Anda menekan tombol, maka pada penyemprot racun serangga Anda menekan masuk batang penghisap

d. Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang
Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang juga merupakan salah satu contoh Hukum Bernoulli.

Pada dasarnya, ada empat buah gaya yang bekerja pada sebuah pesawat terbang yang sedang mengangkasa .

1. Berat Pesawat yang disebabkan oleh gaya gravitasi Bumi
2. Gaya angkat yang dihasilkan oleh kedua sayap pesawat
3. Gaya ke depan yang disebabkan oleh mesin pesawat
4. Gaya hambatan yang disebabkan oleh gerakan udara

Hidram: Pompa Air dengan Energi Air

Air merupakan kebutuhan dasar bagi semua manusia. Namun tidak semua orang memiliki kesempatan yang sama dalam memanfaatkan air bersih. Masyarakat Gunungkidul, DIY sebagai contohnya sering dihantui oleh kekeringan berkepanjangan. Tanahnya yang berupa tanah karst tidak bisa menampung air dengan baik.
Mata air yang ada seringkali terletak jauh dari jaringan listrik sehingga sulit untuk dipompa ke rumah-rumah penduduk. Masih banyak pula daerah lain yang memiliki mata air yang tidak terjangkau jaringan listrik di Indonesia.

Hidraulic Ram (atau hidram) adalah teknologi yang memungkinkan kita dapat mengangkat air dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi hanya dengan menggunakan energi air itu sendiri.
Alat ini menggunakan tekanan dinamik dari air untuk mengkonversinya ke head (ketinggian) yang lebih tinggi dengan debit aliran yang lebih rendah dari sumber air asalnya [2]. Hidraulic Ram tidak membutuhkan sumber tenaga tambahan, ramah lingkungan, biaya operasi murah, tidak perlu pelumas dan hanya terdiri dari dua komponen bergerak. Hidraulic Ram sendiri bukan merupakan teknologi baru, setidaknya di Jawa Barat ada Hidraulic Ram yang dibangun sebelum perang dunia ke-2, namun masih belum secara luas digunakan [3].

Gambar 2, adalah skema hidraulic ram yang disederhanakan.
Pada awalnya katup (4) terbuka sementara katup (5) tertutup. Air pada pupa masukan (1) mengalir karena gravitasi dan memaksa katup (4) tertutup. Momentum pada aliran air yang dari pipa masukan melawan katup (4) yang sekarang tertutup menimbulkan efek water hammer (efek palu air) yang menaikkan tekanan pompa dan membuka katup satu arah (5) sehingga memaksa air untuk mengalir ke pipa keluaran (3). Efek palu air hanya bertahan sementara sampai pada suatu saat debit aliran air pada (3) akan menurun sampai 0 dan berbalik arah. Air yang sudah di pompa akan mencoba kembali ke bawah namun ditahan oleh katup satu arah. Wadah tekanan (6) berfungsi untuk menstabilkan debit aliran air [2]. Proses ini akan berlangsung secara terus menerus dan dapat digunakan untuk menyediakan air untuk berbagai keperluan.
Hydraulic ram (hidram) adalah salah satu contoh bagaimana cara memanfaatkan potensi energi terbarukan dari air. Sifatnya yang sederhana membuat hidram layak menjadi solusi dalam penyediaan energi bersih di Indonesia.
Referensi:
[1] http://www.thefarm.org/charities/i4at/lib2/hydrpump.htm
[2] en.wikipedia.org/wiki/hydraulic_ram
[3] Faizal. 1979. “Teknologi Pompa Hidrolik: Buku Petunjuk untuk Pembuatan dan Pemasangan”. Institut Teknologi Bandung

HUKUM BERNOULLI

            Persamaan dasar dalam hidrodinamika telah dapat dirintis dan dirumuskan oleh Bernoulli secara baik, sehingga dapat dimanfaatkan untuk menjelaskan gejala fisis yang berhubungan dengan dengan aliran air. Persamaan dasar tersebut disebut sebagai persamaan Bernoulli atau teorema Bernoulli, yakni suatu persamaan yang menjelaskan berbagai hal yang berkaitan dengan kecepatan, tinggi permukaan zat cair dan tekanannya. Persamaan yang telah dihasilkan oleh Bernoulli tersebut juga dapat disebut sebagai Hukum Bernoulli, yakni suatu hukum yang dapat digunakan untuk menjelaskan gejala yang berhubungan dengan gerakan zat alir melalui suatu penampang pipa. Hukum tersebut diturunkan dari Hukum Newton dengan berpangkal tolak pada teorema kerja-tenaga aliran zat cair dengan beberapa persyaratan antara lain aliran yang terjadi merupakan aliran steady (mantap, tunak), tak berolak (laminier, garis alir streamline), tidak kental dan tidak termampatkan. Persamaan dinyatakan dalam Hukum Bernoulli tersebut melibatkan hubungan berbagai besaran fisis dalam fluida, yakni kecepatan aliran yang memiliki satu garis arus, tinggi permukaan air yang mengalir, dan tekanannya. Bentuk hubungan yang dapat dijelaskan melalui besaran tersebut adalah besaran usaha tenaga pada zat cair.

          Selanjutnya apabila pengkajian hukum ini berpangkal tolak pada hukum kekekalan massa seperti yang telah disajikan pada bab terdahulu, dengan menggunakan persyaratan seperti yang telah disajikan di bagian depan maka dalam aliran ini hukum kekekalan massa tersebut lebih mengacu pada hukum kekekalan flux massa. Oleh sebab itu dalam tabung aliran semua partikel zat cair yang lewat melalui pipa/tabung yang memiliki luas penampang tertentu diandaikan memiliki kecepatan pengaliran di satu titik adalah sama pada garis aliran yang sama. Namun demikian pada titik-titik lainnya dapat memiliki kecepatan yang berbeda.

          Selanjutnya untuk menurunkan persamaan yang menyatakan Hukum Bernoulli tersebut dapat dikemukakan dengan gambar sebagai berikut.

Gambar 13. Gerak sebagian fluida dalam penurunan persamaan Bernoulli

Keterangan gambar:

1.      h₁ dan h₂ masing-masing adalah tinggi titik tertentu zat cair dalam tabung/pipa bagian kiri dan bagian kanan.

2.      v₁ dan v₂ adalah kecepatan aliran pada titik tertentu sari suatu zat cair kiri dan kanan.

3.      A₁ dan A₂ adalah luas penampang pipa bagian dalam yang dialiri zat cair sebelah kiri dan sebelah kanan.

4.      P₁ dan P₂ adalah tekanan pada zat cair tersebuut dari berturut-turut dari bagian kiri dan bagian kanan.

          Gambar di bagian depan merupakan aliran zat cair melalui pipa yang berbeda luas penampangnya dengan tekanan yang berbeda dan terletak pada ketinggian yang berbeda hingga kecepatan pengalirannya juga berbeda. Dalam aliran tersebut diandaikan zat cair tidak termampatkan, alirannya mantap sehingga garis alir merupakan garis yang streamline, demikian pula banyaknya volume yang dapat mengalir tiap satuan waktu dari pipa sebelah kiri dan kanan adalah sama.

          Dari gambar, dapat dikemukakan bahwa zat cair pada semua titik akan mendapatkan tekanan. Hal ini berarti pada kedua permukaan yang kita tinjau (lihat gambar yang diarsir) akan bekerja gaya yang arahnya ke dalam. Jika bagian ini bergerak dari posisi pertama menuju bagian kedua, gaya yang bekerja pada permukaan pertama akan melakukan usaha terhadap unsur yang ditinjau tadi sedangkan bagan tersebut akan melakukan usaha terhadap gaya yang bekerja pada permukaan sebelah kanan. Selisih antara kedua besaran usaha tersebut sama dengan perubahan energi gerak ditambah energi potensial dari bagian tersebut. Selisih kedua besaran energi tersebut disebut sebagai energi netto. Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut:

p₁ ∆₁ ∆1₁ – p₂ ∆₂ ∆1₂ = (½ mv²₁ – ½ mv²₂) + (mgh₂ – mgh₁)

A ∆ 1 = v

p₁ v₁ – p₂ v₂ = ½ m (v²₁ – v²₂) + mg (h₂ – h₁)

Pada hal v = m/ρ, maka persamaan dapat diubah menjadi:

p₁ (m/ρ) – p₂ (m/ρ) = ½ m (v²₁ – v²₂) + mg (h₂ – h₁)

atau dapat diubah menjadi:

p₁ (m/ρ) + ½ m v²₁ + mgh₁ = p₂ (m/ρ) + ½ m v²₂ + mgh₂

Persamaan tersebut dapat disederhanakan menjadi:

p₁ + ½ ρ  v²₁ + ρ gh₁ = p₂ + ½ ρ  v²₂ + ρ gh₂

atau ditulis secara umum menjadi:

p + ½ ρ v² + ρ gh = konstan

Persamaan di atas merupakan persamaan yang menyatakan Hukum Bernoulli yang menyatakan hubungan antara kecepatan aliran dengan tinggi permukaan air dan tekanannya.

          Dalam kehidupan sehari-hari Hukum Bernoulli memiliki penerapan yang beragam yang ada hubungannya dengan aliran fluida, baik aliran zat cair maupun gas. Penerapan tersebut sebagian besar dimanfaatkan dalam bidang teknik dan ilmu pengetahuan yang berkaitan dengan aliran fluida. Misalnya dalam teknologi pesawat terbang Hukum Bernoulli tersebut dimanfaatkan untuk merancang desain sayap pesawat terbang. Dalam bidang yang lain misalnya desain bentuk mobil yang hemat bahan baker, kapal laut dan sebagian alat ukur yang dapat digunakan dalam suatu peralatan pengendali kecepatan dan sebagainya.

          Dengan mengusahakan bentuk sayap pesawat terbang seperti yang tergambar di bawah ini, maka bagian depan dari sayap tersebut memiliki permukaan yang tidak kaku sehingga dapat memberikan kemudahan dalam aliran udara. Lihat gambar!

Gambar 14. Penampang sayap pesawat terbang.

          Bentuk sayap yang demikian sengaja dirancang agar aliran yang mengenai bagian depan dari sayap akan membentuk aliran laminier. Dari gambar di samping ini dapat dijelaskan bahwa apabila pesawat terbang digerakkan dengan ke depan kecepatan udara di bagian atas pesawat dan kecepatan udara yang lewat bagian bawah pesawat terbang akan menjadi tidak sama. Kecepatan aliran udara pada bagian atas akan cenderung lebih besar daripada kecepatan aliran udara bagian bawah pesawat terbang. Hal ini mengakibatkan munculnya gaya pengangkatan yang bekerja pada pesawat terbang sehingga pesawat terbang dapat naik ke udara.

          Persamaan hidrostatika merupakan kejadian khusus dari penerapan Hukum Bernoulli bila fluida dalam keadaan diam, yakni bahwa fluida tersebut. Fluida dalam keadaan statis maka kecepatan alirannya di mana-mana akan sama dengan nol. Selanjutnya perubahan tekanan akibat letaknya titik dalam fluida yang tidak termampatkan dapat diterangkan dengan gambar sebagai berikut:

Gambar 15. Manometer.

Dari gambar dalam keadaan statis: v₁ = v₂ = 0

p₁= p_o dan h₁ = h₂ dan h₂ = 0

Berdasarkan Hukum Bernoulli p + ½ v2 = gh = konstan, dapat dituliskan menjadi

p_o + 0 + ρ gh = p₂ + 0 + 0

p₂ = p_o + ρ gh

          Pipa venturi merupakan sebuah pipa yang memiliki penampang bagian tengahnya lebih sempit dan diletakkan mendatar dengan dilengkapi dengan pipa pengendali untuk mengetahui permukaan air yang ada sehingga besarnya tekanan dapat diperhitungkan. Dalam pipa venturi ini luas penampang pipa bagian tepi memiliki penampang yang lebih luas daripada bagian tengahnya atau diameter pipa bagian tepi lebih besar daripada bagian tengahnya. Zat cair dialirkan melalui pipa yang penampangnya lebih besar lalu akan mengalir melalui pipa yang memiliki penampang yang lebih sempit, dengan demikian maka akan terjadi perubahan kecepatan. Apabila kecepatan aliran yang melalui penampang lebih besar adalah v₁ dan kecepatan aliran yang melalui pipa sempit adalah v₂, maka kecepatan yang lewat pipa sempit akan memiliki laju yang lebih besar (v₁ < v₂). Dengan cara demikian tekanan yang ada pada bagian pipa lebih sempit akan menjadi lebih kecil daripada tekanan pada bagian pipa yang berpenampang lebih besar. Lihat gambar di bawah ini.

Gambar 16. Venturimeter

          Dalam aliran seperti yang digambarkan di atas akan berlaku Hukum Bernoulli sebagai berikut:

p₁ + ρ gh₁ + ½ ρ v²₁ = p₂ + ρ gh₂ + ½ ρ v²₂

pipa dalam keadaan mendatar h₁ = h₂

ρ gh₁ + ρ gh₂

sehingga: p₁ + ½ ρ v²₁ = p₂ + ½ ρ v²₂

di sini v₁ > v₂ maka p₂ < p₁

akibatnya p₁ – p₂ = ½ ρ (v²₂ - v²₁)

padahal : p₁ = p_B + ρ gh_a

              p₂ = p_B = ρ gh_b

selanjutnya didapat:

p₁ – p₂ = ρ g (h_a - h_b)

Apabila h_a - h_b = h yakni selisih tinggi antara permukaan zat cair bagian kiri dan kanan, maka akan didapat:

p₁ – p₂ = ρ gh

Dengan mengetahui selisih tinggi permukaan zat cair pada pipa pengendalli akan dapat diketahui perubahan tekanannya yang selanjutnya perubahan kecepatan dapat juga diketahui. Oleh sebab itu pipa venturi ini akan sangat berguna untuk pengaturan aliran bensin dalam sistem pengapian pada kendaraan bermotor.

          Tabung Pitot atau sering disebut pipa Pitot ini merupakan suatu peralatan yang dapat dikembangkan sebagai pengukur kecepatan gerak pesawat terbang. Melalui tabung ini umumnya dapat diketahui adalah kecepatan gerak pesawat terbang terhadap udara. Hal ini berarti apa yang terukur bukanlah kecepatan gerak terhadap kedudukan bumi. Oleh sebab itu untuk dapat mengukur kecepatan gerak pesawat terbang terhadap bumi, maka kecepatan udara harus dapat diketahui. Prinsip kerjanya tabung Pitot ini perhatikan gambar di bawah ini:

Gambar 17. Tabung/pipa Pitot

          Adapun cara kerjanya dapat dikemukakan sebagai berikut: apabila alat ini digerakkan dengan cepat sekali (diletakkan dalam badan pesawat terbang) ke arah kiri sehingga udara akan bergerak dalam arah yang sebaliknya yakni menuju arah kanan. Mula-mula udara akan masuk melalui lubang pertama, selanjutnya mengisi ruang tersebut sampai penuh. Setelah udara dapat mengisi ruang tersebut melalui lubang pertama dengan penuh maka udara tersebut akan dalam keadaan diam. Udara yang lewat lubang kedua akan selalu mengalir dan kecepatan udara yang mengalir melalui lubang pertama jauh lebih kecil daripada kecepatan pengaliran udaran yang melalui lubang kedua. Oleh sebab itu dapat dianggap v₁ = 0 dan perbedaan tekanan diketahui dari perbedaan tinggi permukaan air raksa dalam pipa U. Untuk memudahkan perhitungan dalam keadaan mendatar maka tidak terdapat selisih tinggi hingga akan berlaku h₁ = h₂ dan Hukum Bernoulli dapat ditulis menjadi:

p₁ + ½ ρ v²₁ = p₂ + ½ ρ v²₂

v₁ = 0, maka

p₁ = p₂ + ½ ρ v²₂                        untuk v₂ = v

maka p₁ - p₂ = ½ ρ v²

                     2 (p₁ - p₂)

atau v =

                           ρ

Selisih tekanan dapat diketahui dengan mengukur perbedaan tinggi air raksa dalam pipa U tersebut maka kecepatan gerak pesawat terbang terhadap udara dapat diketahui dan dihitung dengan persamaan tersbeut.

          Untuk menurunkan tekanan dalam suatu ruangan tertentu dapat dipergunakan pompa penghisap udara yang bekerja berdasarkan Hukum Bernoulli. Prinsip kerjanya dapat dilukiskan dalam gambar sebagai berikut:

Gambar 18. Prinsip kerja pipa penghisap udara.

          Andaikan udara dalam ruangan R akan dikurangi atau dihisap melalui pompa penghisap yang bekerja berdasarkan Hukum Bernoulli maka dapat dilakukan dengan mengalirkan udara melalui pipa sempit A udara disemprotkan dengan kecepatan sangat besar (v) selanjutnya akibat aliran udara yang keluar dari pipa A tersebut maka tekanan udara yang berada pada tabung B akan menjadi semakin kecil. Hal ini mengakibatkan terjadinya perbedaan tekanan. Udara tersebut pada akhirnya akan keluar melalui lubang C secara terus-menerus. Selanjutnya dengan menyemprotkan yang berulang dan diperbesar kecepatan alirannya maka udara pada tabung R akan dapat berkurang terus-menerus sesuai dengan yang dikehendaki. Prinsip inilah yang merupakan prinsip kerja dari pompa penghisap