Kepakan Sayap Burung

7.15 Kepakan Sayap Burung

Perhatikan video burung yang sedang terbang. Video tersebut dapat kamu tonton dengan mudah di Youtube. Saat terbang ada dua fenomena yang muncul sekaligus, yaitu gaya angkat dan gerak ke depan. Pertanyaanya, faktor apa yang menentukan gaya angkat dan gaya dorong ke depan pada burung yang sedang terbang? Mari kita coba bahas fenomena yang menarik ini.

Dari sejumlah laporan para peneliti tentang fenomena terbang burung dan serangga, ternyata ada suatu bilangan yang cukup penting. Bilangan tersebut dinamakan bilangan Strouhal yang didefinsikan sebagai

A 0  f  (7.41)

di mana A 0 adalah selisih posisi tertinggi dan terendah ujung sayap yang mengepak, v adalah laju terbang burung (lihat Gambar 7.29), dan f adalah frekuensi kepalan sayap. Kebanyakan burung dan serangga mengalami gaya dorong ke depan paling efisien jika bilangan Strouhal berada antara 0,2 – 0,4 [lihat G.K. Taylor, R. Nudds, and A.L. Thomas, Nature 425, 707 (2003)]. Kebanyakan burung memiliki bilangan Strouhal 0,2.

Gambar 7.29 Bentuk sayap butung saat terbang (Gambar adalag hasil modifikasi dari https://www.youtube.com/watch?v=6s7EfYpKy0o)

Karena frekuensi kepakan sayap adalah f maka periode kepakan sayap adalah T = 1/f. Waktu yang diperlukan sayap mengepak dari posisi terendah ke Karena frekuensi kepakan sayap adalah f maka periode kepakan sayap adalah T = 1/f. Waktu yang diperlukan sayap mengepak dari posisi terendah ke

 2 fA 0 (7.42)

Dengan mengacu pada Gambar 7.26 maka kita dapatkan hubungan berikut ini

u tan  

2 fA  0

Karena kebanyakan burung memiliki bilangan Strouhal  = 0,2 maka kebanyakan burung akan membentuk sudut  yang memenuhi

tan   0 , 4

atau  = 22 o

Dengan merujuk pada laporan Linton [J.O. Linton, Physics Education

42, 358 (2007)] maka kita dapatkan sejumlah besaran yang dimiliki burung saat terbang. Besaran-besaran tersebut adalah:

Gaya dorong ke depan akibat kepakan sayap

F tract  S w  v (7.43)

F lift   S w  v (7.44)

di mana S w adalah luas sayap burung.  adalah massa jenis udara.

Soal-soal

1) Dalam hp kita terdapat antene kecil yang tercetak pada rangakaian atau dalam bentuk pelat koduktor (Gambar 7.30). HP memancarkan gelombang ketika muatan listrik pada antene tersebut bergetar. Frekuensi getaran muatan pada antene persis sama dengan frekuensi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan hp saat berkomunikasi. Hp yang digunakan di Indonesia

frekuensi GSM 850/900/1800/1900 MHz. Daria informasi ini tentukan periode osilasi elektron pada antene hp

banyak menggunakan

Gambar 7.30 Bagian dalam sebuah HP (icity.indosat.com)

2) Sebuah pegas memiliki konstanta pegas 15 N/m. Pada pegas digantung beban 250 g. Beban disimpangkan kemudian dilepas sehingga berosilasi. Berapa frekuensi osilasi beban

3) Gempa bumi yang terjadi di suatu kota membuat banyak bangunan di kota tersebut roboh. Yang roboh juga termasuk bangunan yang dibuat dengan mengikuti standar yang ketat. Menurut kalian, apa penyebab utama robohnya bangunan tersebut.

kelas. Mereka membuat bandul matematis sederhana dengan panjang tali 1,6 meter dan massa beban 50 g. Setelah dilakukan pengukuran berulang- ulang maka mereka mendapatkan nilai rata-rata periode ayunan bandul adalahh 2,54 s. Dari data tersebut, berapa percepatan gravitasi bumi?

5) Di dalam peralatan digital, khususnya yang melakukan proses perhitungan, umumnya ada bagian yang bernama osilator. Bagian ini selalu berosilasi dan osilasinya menghasilkan pulsa listrik berulang-ulang yang sering disebut clock. Sebuah IC bekerja dengan bantuan osilastor yang memiliki frekuensi 4MHz. IC tersebut melakukan satu proses setiap osilator menghasilkan 7 pulsa. Berapa jumlah proses yang dapat dilakukan IC dalam 1 detik

6) Ketika memasuki udara turbulensi pesawat terbang mengalami goncangan. Pada saat bersamaan, sayap pesawat berayun (berosilasi). Tujuan ayunan sayap adalah untuk membuang energi energi getaran pesawat sehingga segera berhenti bergetar. Misalkan frekuensi ayunan sayap pesawat adalah 0,8 Hz. Jika sayap berayuan selama 10 detik berapa jumlah ayunan sayap hingga pesawat berhenti bergoncang

7) Kalian diminta membuat bandul matematis sederhana dengan periode 1 detik. Jika percepatan gravitasi di tempat yang akan kalian buat bandul adalah 10 m/s 2 , berapa panjang tali bandul yang harus kalian gunakan

8) Sebuah pegas memiliki konstanta 25 N/m. Pegas tersebut digantungi beban

50 g. Dari posisi setimbang, pegas diberi laju awal 0,5 m/s. Berapa simpangan mnaksimum osilasi pegas

9) Pegas dengan beban 800 g sedang berosilasi. Kamu melakukan pengukuran osilasi pegas tersebut dengan mistar. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa frekuensi osilasi pegas adalah 5 Hz. Dengan menggunakan mistar kamu mengukur bahwa jarak antara posisi terendah dan tertinggi beban adalah 10 cm. Dari hasil tersebut berapa energi total osilasi pegas

10) Saat akan memasuki udara turbulen, pramugari pesawat memberi pengumuman agar penumpang segera kembali ke tempat duduk dan memasang sabuk pengaman. Seorang siswa SMP yang kreatif berinisiatif mengukur frekuensi goncangan pesawat. Dengan menggunakan waktu di jam tangan (karena hp sudah dimatikan) dia mencatat turbulen terjadi selama 35 detik dan dia menghitung pesawat bergoncang sekitar 18 kali. Di layar TV yang berada di sandaran kursi penumpang di depan, siswa tersebut juga melihat bahwa laju pesawat saat itu adalah 800 km/jam. Dari data tersebut perkirakan frekuensi goncangan pesawat dan jarak tempuh pesawat dalam satu goncangan

11) Global Positioning System (GPS) (Gambar 7.31) pertama kali dikembangkan oleh Departemen Pertahanan Amerika (U.S. Department of Defense) untuk kepentingan militer. Perkembangan selanjutnya menunjukkan bahwa GPS dapat menjadi perangkat yang bermanfaat pada sejumlah aplikasi sipil. Dan pada saat ini, semua orang di dunia dapat memiliki GPS untuk menentukan lokasinya di permukaan bumi. Banyak hp yang diproduksi saat ini dilengkapi dengan GPS. Mobil-mobil keluaran terbaru sudah banyak dilengkapi GPS. GPS bekerja atas bantuan kontelasi satelit yang terus-menerus

satelit terus-menerus memancarkan sinyak ke bumi yang berisi waktu dan posisi satelit. Sinyal ini ditangkap oleh perangkat GPS yang ada di bumi sehingga perangkat

mengelilingi

bumi.

Semua Semua

Gambar 7.31 Sistem GPS

12) Dari Gambar 7.32 (onespotcare.com) siapakah yang paling nyaman berjalan dengan ayunan kaki lebih cepat? Jelaskan jawaban kalian.

Gambar 7.32 Frekuensi ayunan kaki bergantung pada panjang kaki (onespotcare.com).

memasuki udara dengan turbelensi hebat. Di lokasi tersebut pesawat mengalami goncagan/osilasi hebat hingga plafond pesawat ada yang copot. Coba kalian diskusikan bersama teman-teman apa itu turbelensi dan mengapa terjadi goncangan saat pesawat memasuki udara turbulensi.

Gambar 7.33 Kondisi kabin pesawat setelah terjadi turbulensi hebat (news.com.au).

14) Diskusikan dengan teman-temanmu mengapa kita bisa membuat ayunan makin lama makin tinggi meskipun tidak ada yang mendorong? (Gambar 7.34)

Gambar 7.34 Ayunan bisa makin tinggi meskipun tidak didorong (Gambar dari : theresiaregina.wordpress.com)

15) Pulsar adalah bintang neutron yang mengandung medan magnet sangat tinggi dan berotasi cepat. Bintang ini memancarkan berkas gelombang elektromagnetik dan dapat dideteksi di bumi saat arah pancaran mengarah 15) Pulsar adalah bintang neutron yang mengandung medan magnet sangat tinggi dan berotasi cepat. Bintang ini memancarkan berkas gelombang elektromagnetik dan dapat dideteksi di bumi saat arah pancaran mengarah

Gambar 7.35 Pulsar merupakan bintang neutron yang mengandung medan magnet sangat tinggi dan berotasi cepat.

16) Mengukur percepatan gravitasi di permukaan bulan berdasarkan siaran televisi pendaratan Apollo 14. Materi ini dibahas oleh Hooper [W. Hooper, American Journal of Physics 39, 974 (1971)]. Ketika kompartment pendaratan dibuka setelah mendarat di permukaan bulan tampak ada ikatan menggelantung dan bergerak bolak-balik beberapa kali. Di ujung tali pengikat ada semacam beban sehinga dapat didekati dengan bandul sederhana. Hooper melakukan pengukuran gerak bolak-balik penggantung pada ikatan tersebut berdasarkan gambar yang tampak di layar TV yang menyiarkan pendaratan tersebut dan diperoleh periode rata-rata sekitar 5 detik. Kemudian Hooper memperkirakan panjang tali pengikat dengan memperhatikan tinggi badan astronot yang sedang berjalan di permukaan bulan. Dengan mengamboil tinggi badan astronit sekitar 1,8 meter maka Hooper memperkirakan panjang tali penggantung sekitar 1 meter. Dari informasi tersebut perkirakan percepatan gravitasi di permukaan bulan.