Balon Udara

PENERAPAN HUKUM ARCHIMEDES PADA PRINSIP KERJA BALON PENERAPAN HUKUM ARCHIMEDES PADA PRINSIP KERJA BALON

UDARA UDARA

Nadya Putri Mardhiah Nadya Putri Mardhiah

Abstrak  Abstrak 

Balon udara merupakan teknologi terbang pertama yang menerapkan konsep Balon udara merupakan teknologi terbang pertama yang menerapkan konsep fluida statis

fluida statis dengadengan n mengmenggunakgunakan an prinsiprinsip p archimarchimedes, edes, dimandimana a “Gaya “Gaya apung yangapung yang  bekerja

 bekerja pada pada benda benda yang yang dimasukkan dimasukkan dalam dalam fluida fluida sama sama dengan dengan berat berat fluida fluida yangyang dipindahkannya”. Balon udara akan melayang diudara apabila besarnya gaya apung dipindahkannya”. Balon udara akan melayang diudara apabila besarnya gaya apung sama dengan gaya berat balon udara tersebut. balon udara akan naik apabilla massa sama dengan gaya berat balon udara tersebut. balon udara akan naik apabilla massa  jenis balon lebih kecil daripada massa jenis udara diluar balon. Balon udara akan turun  jenis balon lebih kecil daripada massa jenis udara diluar balon. Balon udara akan turun

apabila nmassa jenis balon lebih besar daripada massa jenis udara diluar balon. apabila nmassa jenis balon lebih besar daripada massa jenis udara diluar balon.

Kata Kunci  !"uida# Massa J$nis# %aya Kata Kunci  !"uida# Massa J$nis# %aya

P$ndahu"uan P$ndahu"uan

Balon adalah sebuah kantung fleksibel yang umumnya berisikan gas seperti Balon adalah sebuah kantung fleksibel yang umumnya berisikan gas seperti helium, hidrogen, nitrogen monoksida dan udara. Beberapa jenis balon benar-benar  helium, hidrogen, nitrogen monoksida dan udara. Beberapa jenis balon benar-benar  murni digunak

murni digunakan an sebagasebagai i elemen dekorasi, sedangkaelemen dekorasi, sedangkan n jenis lainnya jenis lainnya digudigunakan untuk nakan untuk  tujuan-tujuan tertentu. Balon-balon pertama dibuat dari bahan mirip membran yang tujuan-tujuan tertentu. Balon-balon pertama dibuat dari bahan mirip membran yang  berasal dari

 berasal dari hewan (hewan (animal bladder animal bladder . Balon-balon modern dibuat dari bahan semacam. Balon-balon modern dibuat dari bahan semacam karet, lateks, cholorop

karet, lateks, choloroprene dan rene dan nilonnilon. . Balon modern ditemukaBalon modern ditemukan n oleh !ichel oleh !ichel "araday"araday  pada

 pada tahun tahun #$%%-#n, #$%%-#n, akan akan tetapi tetapi produksi produksi massal massal balom balom belum belum terjadi terjadi sampai sampai akhir akhir  tahun #&'%-an.

tahun #&'%-an. Bal

Balon on udaudara ra adaadalah lah sebsebuah balon uah balon yanyang g memmemiliiliki ki masmassa sa jenjenis is udaudara ra yanyangg  berbeda

 berbeda dengan dengan udara udara disekitarnya. disekitarnya. ilakukan ilakukan dengan dengan cara cara dipanaskan dipanaskan dengan dengan apiapi sehingga udara akan mengalir dan balon akan naik keatas. Balon udara adalah salah sehingga udara akan mengalir dan balon akan naik keatas. Balon udara adalah salah tekno

teknologi logi penerbpenerbangan pertama angan pertama yang yang memanfmemanfaatkan )ukum aatkan )ukum *rc*rchimedhimedes, es, dimandimanaa huk

seluruhnya dalam at cair (fluida mendapat gaya ke atas yang besarnya sama dengan  berat at cair (fluida yang dipindahkan oleh benda itu”.

+ebagaimana pada at cair, pada udara juga terdapat gaya ke atas. Gaya ke atas yang dialami benda sebanding dengan olume udara yang dipindahkan benda itu. !enurut !unson (%%' ”arah gaya apung yang merupakan gaya dari fluida terhadap  benda berlawanan arah terhadap yang ditunjukkan dalam diagram bebas. +uatu benda

akan naik ke angkasa jika beratnya kurang dari gaya angkat udara. Balon udara akan  berhenti naik (melayang jika gaya ke atas oleh udara sama dengan berat total balon

udara.

ahulu balon udara hanya digunakan sebagai alat transportasi dan digunakan oleh mileter untuk melakukan pengintaian ke daerah lawan, seiring dengan  perkembangan waktu balon udara ini sering digunakan sebagai keperluasan rekreasi

dan wisata.

Berdasarkan latar belakang diatas, maka penulis mengambil judul “/emanfaatan )ukum *rchimedes /ada /rinsip 0erja Balon 1dara” sebagai judul untuk seminar fisika. !akalah ini bertujuan menambah wawasan dan pengetahuan mengenai pemanfaatan )ukum *rchimedes pada prinsip kerja balon udara.

Ka&ian '$(ri #. "luida

"luida diartikan sebagai suatu at yang dapat mengalir. 2stilah fluida mencakup at cair dan gas karena at cair seperti air atau at gas seperti udara dapat mengalir. 3at  padat seperti batu dan besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. *ir, minyak pelumas, dan susu merupakan contoh at cair. +emua at cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. +elain at cair, at gas juga termasuk fluida. 3at gas  juga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain. )embusan angin merupakan

contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.

"luida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari. +etiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di

dalamnya. +etiap hari pesawat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya. emikian juga kapal selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya. *ir  yang diminum dan udara yang dihirup juga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari. !enurut +treeter (#&&4 “fluida adalah at yang  berubah bentuk secara kontinu (terus 5 menerus bila terkena tegangan geser,  betapapun kecilnya tegangan geser itu”.

"luida dibagi menjadi dua bagian yakni fluida statis (fluida diam dan fluida dinamis (fluida bergerak. "luida statis ditinjau ketika fluida yang sedang diam atau  berada dalam keadaan setimbang. "luida dinamis ditinjau ketika fluida ketika sedang dalam keadaan bergerak. "luida statis erat kaitannya dengan hidraustatika dan tekanan. )idraustatika merupakan ilmu yang mempelajari tentang gaya maupun tekanan di dalam at cair yang diam. +edangkan tekanan didefinisikan sebagai gaya normal per satuan luas permukaan.

"luida juga memiliki Berat jenis yang dilambangkan dengan 6 (gamma dan graitasi jenis, menurut !unson (%%' “berat jenis dari sebuah fluida, dilambangkan dengan 6 (gamma, didefinisikan sebagai berat fluida persatuan olume”. Graitas  jenis sebuah fluida dilambangkan dengan +G. !enurut !unson (%%'” graitasi jenis sebuah fluida didefinisikan sebagai perbandingan kerapatan fluida tersebut dengan kerapatan air pada sebuah temperatur tertentu”.

. )ukum *rchimedes

!enurut *rchimedes “ketika sebuah benda dicelupkan atau dimasukkan ke dalam suatu at cair maka benda tersebut mendapat gaya ke atas atau gaya apung yang  besarnya sama dengan berat at yang dicelupkan”. /ernyataan *rchimedes tersebut

kemudian dikenal sebagai )ukum *rchimedes.

Gaya apung mengakibatkan berat benda ketika berada di dalam at cair menjadi  berkurang sehingga benda yang diangkat di dalam at cair terasa lebih ringan dibandingkan diangkat di darat. )al ini disebabkan adanya gaya ke atas yang ditimbulkan oleh air dan diterima benda, sehingga resultan gaya antara gaya berat dan gaya ke atas merupakan berat benda dalam air. Berat benda ketika berada di dalam at cair disebut berat semu karena bukan berat yang sebenarnya.

7umus )ukum *rchimedes 8 w_s

=

w

−

 F _a

imana 9

w_s

=

b erat benda di dalam zat cair

(

k g ∙m s2

)

w

=

berat benda yang sebenarnya

(

k g ∙m s2

)

 F _a

=

gayaapung

(

 N 

 )

Besarnya gaya apung ( F a _{ dirumuskan 8}

 F _a

=

 ρ_cairV _bg imana 9

m3 kg

/¿

 ρ_cair

=

massa jenis zat cair

¿

V _b

=

volume benda yang tercelup

(

m3

)

s2 m

/¿

g

=

 percepatan gravitasi

¿

*kibat hukum *rchimedes benda yang dimasukkan ke dalam at cair dapat terapung, melayang, dan tenggelam. Benda akan terapung jika massa jenis at cair  lebih besar dari massa jenis benda sehingga benda berada di atas permukaan at cair. Benda akan melayang jika massa jenis at cair sama dengan massa jenis benda sehingga posisi benda berada diatas dasar at cair dan di nawah permukaan at cair. Benda akan tenggelam jika massa jenis at cair lebih kecil dari massa jenis benda sehingga posisi benda berada pada dasar tempat at cair.

+ebuah benda yang dicelupkan ke dalam at cair akan tenggelam jika berat  benda (w lebih besar dari gaya ke atas

(

 F a

)

_.

w

>

 F _a

 ρ_b.V _b. g

>

 ρ_a. V _a. g  ρ_b

>

 ρ_a

;olume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa at cair

(

 ρ

)

.. !elayang

+ebuah benda yang dicelupkan ke dalam at cair akan melayang jika berat benda (w sama dengan gaya ke atas ( F a

¿

 _{atau benda tersebut dalam keadaan setimbang.}

w

=

 F _a

 ρ_b.V _b. g

=

 ρ_a. V _a. g  ρ_b

=

 ρ_a

/ada  benda atau lebih yang melayang dalam at cair akan berlaku 9  F _a

total

=

wtotal

rc.g

(

V 1

+

V 2

+

V 3

+

…

)

=

w1

+

w2

+

w3

+

…

.'. :erapung

+ebuah benda yang dicelupkan ke dalam at cair akan terapung jika berat benda lebih kecil dari gaya ke atas

(

 F a

)

_.

w

=

 F _a

 ρ_b

<

 ρ_a

+elisih antara w dan  F a  _{disebut gaya naik}

 F 

(¿¿

n

)

¿

 F _n

=

 F _a

−

w

Benda teapung tentunya dalam keadaan seimbang sehingga berlaku 8  F _a

=

w . V _b

2. g

=

rb.V b2. g

engan 9

 F _a

=

gaya ke atas yang dialami oleh bagianbenda yang tercelup didalam zat cair. V _b

1

=

volume benda yangberadadipermukaan zat cai r

V _b

2

=

volumebenda yang tercelup di dalamzat cair

V _b

=

V _b

1

+

V b2

 F _a' 

=

rc.V _b

2. g

Berat benda terapung < berat at cair yang dipindahkan

ari penjelasan konsep melayang, terapung dan tenggelam yang telah teruraikan diatas kita asumsikan balon udara merupakan benda yang berada didalam fluida (udara dimana medium luar balon udara adalah udara sekitar balon udara.

'. Balon 1dara

'.#. Bagian 5 Bagian Balon 1dara

Gambar #. Bagian-bagian balon udara +umber 8 http8==berita-iptek.blogspot.com=

Balon udara secara garis besarnya mempunyai tiga bagian utama yaitu enelope,  burner, dan basket.

a. >nelope bentuknya berupa kantong berupa balon tempat udara dipanaskan. >nelope ini biasanya terbuat dari bahan nilon dan diperkuat dengan panel- panel yang di anyam. 0arena nilon ini tidak tahan api, maka bagian bawah

enelope di lapisi dengan bahan anti api (skirt seperti /;?.

 b. Burner merupakan alat yang berfungsi untuk memanaskan udara di dalam >nelope. Burner di letakan di atas kepala penumpang dekat ke mulut enelope.

c. Basket atau keranjang merupakan tempat penumpang. Basket dibuat dari bahan yang ringan dan lentur.

'.. /rinsip 0erja Balon 1dara

/rinsip kerja pada balon yang diisi dengan udara panas dan balon yang diisi dengan gas ringan pada dasarnya sama, yaitu dengn membuat udara dalam balon lebih ringan atau memiliki massa jenis yang lebih kecil dari udara luar sekitar balon, sehingga balon udara dapat naik (terbang. +esuai dengan prinsip *rchimedes “ Gaya apung yang bekerja pada benda yang dimasukkan dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya”. hal ini sejalan dengan udara sebagai fluida dimana

 benda dapat terapung pada fluida , jika massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis fluida tersebut,

+emua partikel udara di atmosfer ditarik oleh gaya graitasi ke bawah. @amun tekanan di udara menciptakan gaya ke atas yang bekerja berlawanan dengan graitasi. !enurut !unson (%%'8$4 ”arah gaya apung yang merupakan gaya dari fluida terhadap benda berlawanan arah terhadap yang ditunjukkan dalam diagram bebas”. 0umpulan udara membangun keseimbangan gaya graitasi, dimana pada titik ini graitasi tidk cukup kuat untuk menarik kebawah sejumlah besar partikel.

:ingkat tekanan ini adalah tertinggi pada permukaan bumi dimana udara pada tingkat ini dapat menahan beban di udara diatasnya, jika lebih berat berarti lebih besar  gaya graitasi ke bawah. :api gaya apung ini adalah lemah dibandingkan dengan gaya graitasi, hanya sekuat berat udara yang dipindahkan oleh suatu  benda. Aelas sebagian besar benda padat apa pun akan menjadi lebih berat daripada udara yang dipindahkan, sehingga gaya apung tidak bergerak sama sekali. Gaya apung hanya dapat memindahkan hal-hal yang lebih ringan daripada udara di sekitarnnya.

1ntuk membuat benda mengapung di udara, maka berat balon dan muatannya harus lebih ringan dari yang ada di udara sekitarnya, yaitu dengan mengisi balon dengan udara yang tidak terlalu padat daripada udara sekitarnya, contonhnya dengan mengisi balon udara dengan gas hidrogen atau gas helium yang memiliki massa jenis lebih kecil dari udara (massa jenis helium < %,#$ kg=m'_{, udara < #,& kg=m}'_{. 0arena}

udara dalam balon memiliki kurang massa per unit olume daripada udara di atmosfer  yang membuatnya lebih ringan sehingga gaya apung mengangkat balon ke atas.

1ntuk balon yang diisi dengan udara panas, prinsip yang digunakanpun sama,  jika ingin mengubah kondisi udara di dalam balon, dapat dikurangi kepadatannya,

sekaligus menjaga tekanan udara agar tetap sama dengan pemanasan udara secara terus-menerus. 0ekuatan tekanan udara pada objek tergantung pada seberapa sering  berbenturan dengan partikel-partikel udara objek, serta gaya masing-masing tabrakan.

0ita melihat bahwa secara keseluruhan kita dapat meningkatkan tekanan dalam dua cara8

1. _{!eningkatkan jumlah partikel udara sehingga ada sejumlah besar partikel}

 berdampak atas luas permukaan tertentu.

2. _{!eningkatkan kecepatan partikel sehingga partikel menghantam daerah}

lebih sering dan setiap partikel bertabrakan dengan kekuatan yang lebih besar. /ada balon udara yang diisi dengan udara panas, agar balon udara dapat terbang, maka di dalam encelope dipanaskan dengan burner dengan temperatur sekitar #%%C?. 1dara panas ini akan terperangkap di dalam enelope. 0arena udara panas memiliki massa jenis yang lebih kecil dari pada udara biasa, maka membuatnya lebih ringan sehingga balon udara pun akan bergerak naik di dorong oleh udara yang bertekanan lebih kuat.

1ntuk mendarat, udara didinginkan dengan cara mengecilkan burner. 1dara yang mulai mendingin di dalam enelope membuat balon bergerak turun. 1ntuk  mempercepatnya, pilot akan membuka katup parasut ( parachute valve sehingga udara di dalam enelope lebih cepat dingin. +edangkan pada balon yang  berisi gas ringan, terdapat kantung-kantung pasir yang diikatkan ditepian keranjang. 0etika balon udara ingin terbang tinggi, maka kantung-kantung pasir tersebut dibuang di udara, namun ketika balon udara ingin diturunkan maka gas pada balon udara dibuang.

0arena balon udara hanya bisa naik dan turun (bergerak secara ertikal tentu kita berpikir bagaimana cara balon udara berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain (bergerak secara horiontal. /ilot memanfaatkan hembusan angin untuk bergerak  secara horiontal. 0arena angin bertiup berbeda arahnya pada setiap ketinggian tertentu. /erbedaan arah tiupan angin inilah yang dimanfaatkan oleh pilot untuk  mengendalikan balon udara dari satu lokasi ke lokasi yang diinginkan.

'.'. Gaya 5 Gaya yang Bekerja /ada Balon 1dara

*dapun gaya 5 gaya yang bekerja pada balon udara adalah sebagai berikut8

a. _{Gaya *pung}

Balon udara akan melayang diudara apabila besarnya gaya apung sama dengan gaya berat balon udara tersebut. +ecara sistematis dapat ditulis 8

 F _b

=

w_gas

+

w_beban  F _b

=

(

m_gas

+

m_beban

)

. g

 ρ_udara.V .g

=

(

 ρ_gas. V 

+

m_beban

)

. g  ρ_udara.V 

=

 ρ_gas.V 

+

m_beban

b. _{Balon @aik jika}

alam proses menaikkan balon udara, udara di dalam enelope dipanaskan dengan burner dengan temperatur sekitar #%%o_{? sehingga menyebabkan masa}

 jenis balon udara lebih kecil daripada massa jenis udara disekitar balon, sehingga menyebabkan balon tersebut terangkat. +ecara sistematis dapat ditulis

 ρ_udara.V 

>

 ρ_gas. V 

+

m_beban

c. _{Balon :urun}

1ntuk mendarat, udara didinginkan dengan cara mengecilkan burner. 1dara yang mulai mendingin di dalam enelope membuat balon bergerak turun. )al ini dikarenakan balon lebih besar dari pada masa udara disekitar balon tersebut (udara luar. +ecara sistematis dapat ditulis8

K$si)*u"an

ari yang telah teruraikan pada penjelasan sebelumnya maka dapat ditarik  kesimpulan sebagai berikut8

1. _{Balon udara merupakan teknologi terbang pertama yang menerapkan konsep}

fluida statis dengan menggunakan prinsip archimedes, dimana “Gaya apung yang bekerja pada benda yang dimasukkan dalam fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya”.

2. _{Gaya *pung (Balon !elayang}

Balon udara akan melayang diudara apabila besarnya gaya apung sama dengan gaya berat balon udara tersebut. +ecara sistematis dapat ditulis 8

 ρ_udara.V 

=

 ρ_gas.V 

+

m_beban '. Balon @aik 

Balon udara naik apabila massa jenis balon lebih kecil daripada masa jenis udara diluar balon secara sistematis dapat ditulis

 ρ_udara.V 

>

 ρ_gas. V 

+

m_beban D. Balon :urun

Balon 1dara turun apabila massa jenis balon lebih besar daripada masa jenis udara diluar balon secara sistematis dapat ditulis