Hukum Bernoulli pada Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang

Salah satu penerapan hukum Bernoulli terdapat pada cara kerja gaya angkat sayap pesawat terbang. Penerapan Hukum Bernoulli pada cara kerja pesawat terletak pada bentuk sayap pesawat terbang yang memungkinkan adanya gaya angkat pesawat. Dalam prinsip Bernoulli, peningkatan kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip tersebut diterapkan pada bentuk sayap pesawat sehingga dapat menghasilkan tekanan di atas sayap pesawat lebih kecil dari tekanan di bagian bawah. Perbedaan tekanan antara bagian atas dan bawah sayap pesawat inilah yang menghasilkan gaya angkat.

Bentuk sayap pesawat pada bagian depan dirancang melengkung ke atas agar udara dari bawah mengalir berdesakan di bagian atas. Akibatnya, laju udara di bagian atas sayap pesawat menjadi meningkat. Sesuai hukum Bernoulli, laju udara yang meningkat akan membuat tekanan udara menjadi kecil. Sedangkan pada bagian bawah sayap pesawat, kelajuan udara lebih rendah karena udara tidak berdesakan dan tekanan udaranya lebih besar. Adanya perbedaan tekanan antara bagian atas dan bawah sayap pesawat membuat sayap pesawat didorong ke atas. Gaya angkat sayap pesawat selanjutnya akan mengangkat badan pesawat sehingga pesawat dapat terbang.

Ringkasnya, kondisi yang terdapat pada bagian atas sayap pesawat adalah kecepatan udara yang lebih besar dan tekanan yang lebih kecil. Sedangkan kondisi yang terdapat pada bagian bawah sayap pesawat adalah kecepatan yang lebih kecil dan tekanan yang lebih besar. Gaya angkat pada sayap pesawat terbang timbul karena adanya perbedaan tekanan antara bagian atas dan bawah sayap pesawat. Bagaimana cara menghitung besar gaya angkat sayap pesawat terbang? Sobat idschool dapat mencari tahu jawabannya melalui ulasan di bawah.

Baca Juga: Kecepatan Air yang Masuk Pipa Venturi (Venturimeter)

Resultan Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang

Penampang sayap pesawat terbang memiliki bagian belakang yang lebih tajam dan sisi bagian atasnya lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Bentuk sayap tersebutmenyebabkan kecepatan aliran udara bagian atas lebih besar daripada di bagian bawah. Kondisi tersebut akan membuat tekanan udara di bawah sayap lebih besar daripada tekanan udara di bagian atas sayap. Hal tersebut menyebabkan timbulnya daya angkat pada sayap pesawat.

Diketahui kelajuan udara di bawah sayap pesawat v₁ dan tekanan di bagian bawah sayap pesawat P₁. Sedangkan kelajuan udara di atas sayap pesawat v₂ dan tekanan di bagian atas sayap pesawat P₂. Sesuai hukum Bernoulli memenuhi persamaan berikut.

P₁ + ¹/₂ρv₁² = P₂ + ¹/₂ρv₂²
P₁ – P₂ = ¹/₂ρv₂² – ¹/₂ρv₁²

Jika luas penampang sayap A maka besar gaya angkat yang dihasilkan adalah:

F = P ⋅ A
F = (P₁ – P₂)A = ¹/₂ρA(v₂² – v₂²)

Sehingga, resultan gaya angkat pesawat terbang sesuai dengan persamaan berikut.

Ketika sayap pesawat horizontal, sayap tidak mengalami gaya angkat. Ketika sayap pesawat dimiringkan, pesawat mendapat gaya angkat sebesar F₁ – F₂. Agar daya angkat yang ditimbulkan pada pesawat semakin besar, sayap pesawat dimiringkan sebesar sudut tertentuterhadap arah aliran udara.

Supaya pesawat dapat terangkat, gaya angkat harus lebih besar daripada berat pesawat (F₁ – F₂) > mg. Saat pesawat telah berada pada ketinggian tertentu, kelajuan pesawat perlu diatur agar dapat mempertahankan ketinggiannya (melayang di udara). Kelajuan pesawat harus diatur sehingga gaya angkat sama dengan berat pesawat (F₁ – F₂ = mg) agar dapat melayang di udara.

Baca Juga: Energi Mekanik (Em) = Energi Potensial (Ep = mgh) + Energi Kinetik (Ek = ¹/₂mv²)

Contoh Soal dan Pembahasan

Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk menambah pemahaman terkait bahasan di atas. Setiap contoh soal yang diberikan di bawah disertai dengan pembahasannya. Sobat idschool dapat menggunakan pembahasan tersebut sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal. Selamat Berlatih!

Contoh 1 – Soal Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang

Pembahasan:

Bentuk sayap pesawat dirancang agar kecepatan udara di atas sayap pesawat (v_A) lebih besar dari kecepatan udara di bawah sayap pesawat (v_B). Berdasarkan Azas Bernoulli, kecepatan berbading tebalik dengan besar tekanan. Semakin besar kecepatan fluida akan membuat tekanan semakin kecil. Sehingga saat v_A lebih besar dari v_B, tekanan di atas sayap pesawat (P_A) lebih kecil dari pada di bawah sayap pesawat (P_B).

Jadi, sesuai dengan azas Bernoulli rancangan tersebut dibuat agar v_A > v_B sehingga P_A < P_B.

Jawaban: B

Contoh 2 – Soal Resultan Gaya pada Sayap Pesawat

Diketahui kecepatan udara di bagian bawah pesawat terbang yang sedang terbang 60 m/s dan tekanan ke atas yang diperoleh pesawat adalah 10 N/m². Kecepatan aliran udara di bagian atas pesawat adalah …. (ρ_udara = 1,2 kg/m³)
A. 60,14 m/s
B. 106,28 m/s
C. 564,68 m/s
D. 2.160 m/s
E. 3.166,67 m/s

Pembahasan:

Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh informasi-informasi seperti berikut.

• Kecepatan udara di bagian bawah pesawat terbang: v_B = 60 m/s
• Gaya ke atas yang diperoleh: P_B – P_A = 10 N/m²
• Massa jenis fluida: ρ_udara = 1,2 kg/m³

Persamaan Bernoulli:

P_A + ¹/₂ρv_A² + ρgh_A = P_B + ¹/₂ρv_B² + ρgh_B
P_B – P_A = (¹/₂ρv_A² – ¹/₂ρv_B²) + (ρgh_A – ρgh_B)

Pesawat berada pada ketinggian yang sama (h_A = h_B) sehingga:

P_B – P_A = (¹/₂ρv_A² – ¹/₂ρv_B²)
P_B – P_A = ¹/₂ρ(v_A² – v_B²)

Menghitung kecepatan aliran udara di bagian atas pesawat (v_A):

P_B – P_A = ¹/₂ρ(v_A² – v_B²)
10 = ¹/₂ × 1,2 × (v_A² – 60²)
10 = 0,6(v_A² – 3.600)
0,6v_A² = 10 + 2.160
v_A² = ^2.170/_0,6 = 3.166,67
v_A = 60,14 m/s

Jadi, kecepatan aliran udara di bagian atas pesawat adalah 60,14 m/s

Jawaban: A

Baca Juga: Rumus Volume Benda yang Tecelup pada Zat Cair

Contoh 3 – Soal Gaya pada Sayap Pesawat

Gambar di bawah menunjukkan gambar penampang lintang sayap pesawat terbang yang luasnya 40 m².

Gerak pesawat terbang menyebabkan kelajuan aliran udara di bagian atas sayap sebesar 250 m/s dan kelajuan udara di bagian bawah pesawat sebesar 200 m/s. Jika kerapatan udara adalah 1,2 kg/m³, maka besar gaya angkat pesawat adalah ….
A. 10.800 N
B. 24.000 N
C. 98.500 N
D. 540.000 N
E. 608.000 N

Pembahasan:

Diketahui:

• Luas penampang sayap pesawat: A = 40 m²
• Kelajuan aliran udara di atas sayap pesawat: v_A = 250 m/s
• Kelajuan udara di bawah sayap pesawat: v_B = 200 m/s
• Kerapatan udara: ρ = 1,2 kg/m³ 

Menghitung besar gaya angkat pesawat:

F_A = ¹/₂⋅ρ⋅A(v_A² – v_B²)
F_A= ¹/₂×1,2×40×(250² – 200²)
= 24 × (62.500 – 40.000)
= 24 × 22.500 = 540.000 N

Jadi, besar gaya angkat pesawat adalah 540.000 N

Jawaban: D

Demikianlah tadi ulasan materi Hukum Bernoulli pada gaya angkat sayap pesawat terbang yang timbul karena perbedaan tekanan pada bagian atas dan bawah sayap pesawat. Terimakasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat!

Baca Juga: Kecepatan Ayunan Balistik yang Ditembak Peluru

Sumber gini.com