ALAT PERAGA FISIKA ROKET AIR SMA NEGERI 21 MAKASSAR
I. PENDAHULUAN 1. Latar Blakang Trkadang di waktu snggang srang siswa tatkala kbanyakan mrka mnggunakannya untuk brmalas-malasan, mlakukan hal yang tak brguna atau bahkan tidak mlakukan apapun. Padahal waktu adalah uang jika mrka mnyianyiakan hala sprti itu, sma saja mrka mnghabiskan uang mrka hanya untuk brmalas-malasan saja. Ttapi akan ada banyak hal yang mnarik yang dapat mrka lakukan bila mrka mau brusaha bahakan mrkapun bisa blajar sambil brmain hingga bisa mnghilangkan rasa kjnuhan mrka. Salah satunya adalah mmbuat sbuah alat yang brhubungan dngan fisika namun sangat mnarik untuk dimainkan cnthnya Rkt Air. 2. Tujuan Tujuan mmbuat rkt air ini adalah untuk mmnuhi tugas Mata Plajaran Fisika srta mngmbangkan daya kratifitas dan mtivasi srang siswa untuk mmbuat sbuah alat praga dngan mmanfaatkan knsp-knsp pada Bidang Studi Fisika hingga mnjadi hal yang mnarik untuk di gunakan. 3. Manfaat Manfaat mmbuat rkt air ini adalah dapat mngmbangkan daya kratifitas shingga srang siswa dapat mmanfaatkan knsp-knsp ilmu dalam plajaran Fisika hingga mnjadi sbuah alat yang mnarik untuk di gunakan.
II. PEMBAHASAN 1. SEKILAS MENGENAI ROKET AIR Dalam mrancang rkt air kita akan dihadapkan pada mpat subjk yaitu gaya brat, gaya drng, sistm ardinamis dan daya angkat. Rkt air bkrja dngan bantuan air dan tkanan udara shingga ia bisa trlntar kudara. Prtama - tama rkt air yang trbuat dari btl ini di isi air kira - kira 40% dari vlumnya. Kmudian btl di pasang pada pluncur rkt air, Udara kmudian di pmpakan k btl rkt shingga tkanan naik. Gaya drng akan didapat saat air mulai kluar dari btl rkt air dngan cara mnarik tutup nzzl. Prsis sprti rkt sungguhan, rkt air ini juga di pngaruhi lh faktr -faktr xtrnal sprti pngaruh angin dan brat dari rkt air itu sndiri. Untuk mndapatkan jarak lntar yang jauh prhitungan sistm ardinamisnya prlu di prhatikan. 2. ALAT DAN BAHAN Kpala + Pmbrat rkt Brfungsi agar rkt brgtak lurus dan tidak mlayang saat mluncur di udara. Tutup btl di launchr Brfungsi untuk mngunci rkt agar rkt tidak mluncur sblum udara yang di pmpa k rkt cukup.
Pntil launchr Brfungsi untuk mmmpa udara k dalam rkt dan mngunci udara agar udara yg sudah di pmpa tidak kluar lagi. Sal/Klp Brfungsi untuk mmbuat sal agar air tidak cpat mrmbs k luar rkt. Sayap/Fin Brfungsi untuk mmbuat rkt ttap stabil saat mluncur di udara. 3. CARA MENGGUNAKAN Buka pipa pluncur, dan masukkan air sampai kira-kira 20-40% bagian btl. masukkan kmbali pipa pluncur dan arahkan rkt k atas sampai cabl tis bnarbnar mncngkram mulut btl. pasang kunci pngamannya. Bila air mrmbs kluar, maka sal tidak brfungsi dngan baik. ganti kmbali sal kart. Pmpa udara kdalam btl mlalui pntil di bagian bawah pluncur. jangan trlalu tinggi tkanannya (awas btl pcah). Bila sudah mncukupi tarik kunci pngaman k bawah. dan rktpun mluncur.
4. GAYA-GAYA YANG BEKERJA PADA ROKET AIR Rkt air dapat mluncur karna trjadi bbrapa gaya yang bkrja, antara lain: Gambar 1. Gaya yang trjadi pada rkt 1. Gaya Drng (Thrust) Thrust (gaya drng) adalah gaya yang mndrng rkt yang disbabkan lh kluarnya air dan udara dari dalam btl yang brtkanan tinggi k luar btl yang brtkanan lbih rndah.gaya drng dapat dirumuskan: = 2 Gaya Drng dalam satuan nwtn (N), tkanan dalam pascal (Pa) dan diamtr dalam mtr (m). Dari rumus trsbut dapat diambil ksimpulan bahwa gaya drng dipngaruhi lh bsarnya tkanan dan diamtr nzzl. Smakin bsar tkanan makin bsar gaya drng, dmikian juga makin bsar diamtr nzzl makin bsar pula gaya drng yang dihasilkan. Ttapi rumus trsbut hanya brlaku tpat pada saat rkt mulai mluncur, saat rkt sudah mluncur, tkanan dalam btl juga brkurang sampai tkanannya sama dngan tkanan udara di luar btl. Jadi rumus yang brlaku mnjadi: F m v m v ( p p ) A dimana F adalah gaya drng, p adalah tkanan, v adalah kcpatan, A adalah luas pnampang, m adalah massa. Untuk ) p p : F mv mv m ( 1 f m Untuk p p : F m v m v ( p p ) A F adalah prbandingan campuran air dan udara. Jadi scara spsifik dapat disimpulkan bahwa:
F s F (1 f ) v m v karna gaya drng brubah nilainya stiap waktu maka: F mv 2 mv 1 t t 2 1 Dalam rkt air, ada dua fluida yang digunakan sbagai bahan pndrng rkt yaitu fluida yang dapat dikmprsi yaitu udara dan fluida yang tidak dapat dikmprsi yaitu air. Mngapa digunakan dua fluida? Sbnarnya jika hanya mnggunakan udara saja rkt ttap bisa mluncur, ttapi lamanya waktu gaya drng sangat cpat shingga prlu fluida lain yang tidak dapat dikmprsi shingga lamanya waktu gaya drng bisa lbih lama. Pada dasarnya smua fluida yang tidak dapat dikmprsi dapat digunakan sbagai bahan pndrng, akan ttapi yang paling knmis adalah air. Kmbali pada inti masalahnya karna brat jnis air lbih brat daripada brat jnis udara, maka di dalam rkt, air akan brada di bawah udara, tkanan udara mndrng air dan sbagian udara untuk kluar dari nzzl, stlah air habis maka sisa udara yang masih brtkanan akan kluar mmbntuk air-puls yang mmbrikan gaya drngan trakhir yang cukup bsar. Prbandingan air dan udara mmpngaruhi lamanya waktu gaya drng rkt. Slain itu ukuran diamtr dan tkanan udara juga sangat mmpngaruhi. lamanya waktu gaya drng yang lama dapat diprlh dari diamtr dngan lubang smpit, lbih banyak air dan tkanan udara yang rndah. 2. Gaya Brat (Wight) Wight (gaya brat) adalah gaya yang disbabkan lh gaya gravitasi bumi. Wight adalah gaya yang mlawan gaya yang dialami rkt waktu mluncur mninggalkan prmukaan tanah. W m. g pada saat rkt akan mluncur bratnya mncapai brat yang maksimal karna masih mnyimpan air dan udara didalamnya. Saat rkt mluncur air dan udara juga kluar mnimbulkan gaya drng, gaya drng brkurang brsamaan dngan turunnya tkanan udara didalamnya, sbagai kmpnsasi dari brkurangnya gaya drng, massa rkt juga brkurang karna rkt mmbawa air yang lbih sdikit, jadi prcpatan yang dialami rkt lbih bsar karna gaya drng bkrja pada massa yang lbih ringan. Bban rkt yang brat mmpngaruhi kstabilan rkt saat mluncur. 3. Hambatan Udara (Drag)
Drag (hambatan udara) adalah gaya yang mnahan laju rkt di udara, yang disbabkan lh bntuk rkt, kpadatan udara, luas prmukaan rkt, kcpatan. Hambatan udara dapat dirumuskan sbagai brikut: Drag 1 Cd A air. dnsity v 2 2 dimana drag diukur dalam satuan nwtn (N), Cd (cfficint f drag) suatu knstanta yang dibrikan pada bntuk suatu bnda, A adalah luas pnampang mlintang suatu rkt (m 2 ). Air dnsity adalah kpadatan udara (kg/m 3 ) biasanya skitar 1.2kg/m 3 dan kcpatan diukur dalam (m/s). Dngan rumus diatas mnunjukkan, jika kita mnambah kcpatan dua kali, maka drag akan brtambah pula sbanyak mpat kali, jika mmprcpat tiga kali maka hambatan udara akan smbilan kali lbih bsar. Itulah sbabnya rkt akan sangat sulit untuk mlaju dngan kcpatan tinggi di udara. Hambatan udara dapat diminimalkan dngan cara mngurangi kcpatan rkt, mngurangi kpadatan udara, mmprkcil luas prmukaan rkt dan mmprkcil Cd. Dari smua cara untuk mmprkcil hambatan udara yang paling sdrhana untuk dilakukan adalah mmprkcil Cd, luas prmukaan rkt dan mngurangi kcpatan. Mmprkcil Cd dapat dilakukan dngan cara mmbuat bntuk rkt lbih stramlin, mmprhalus prmukaan rkt, mmbntuk rkt sprti bntuk ttsan air dngan dmikian bntuk rkt akan lbih ardinamis. Mngurangi luas prmukaan rkt juga mmprkcil hambatan udara, yaitu dngan mmilih btl dngan diamtr yang lbih kcil. Mngurangi kcpatan juga dapat dijadikan salah satu pilihan untuk mngurangi hambatan udara. Diamtr dngan lubang kcil akan mngurangi thrust, tapi lamanya waktu gaya drng lbih lama, prcpatan lbih trkntrl, kcpatan brkurang dan hasilnya hambatan udara brkurang, tapi rkt akan mmbawa bban lbih lama dan lbih tinggi shingga kstabilan rkt juga brkurang. 4. Gaya Angkata (Lift) Lift (gaya angkat) pada rkt mmang trjadi ttapi tidak trlalu klihatan sprti pada psawat trbang. Jadi lift hanya akan dibahas sdikit saja mngnai prbandingannya trhadap Hambatan Udara sbagai brikut: L D lift drag Cl Cd
harga L/D yang tinggi mnybabkan pmakaian bahan bakar knmis shingga fisinsi tinggi, fisinsi tinggi dan knmis dalam pmakaian bahan bakar mmbuat jarak tmpuh smakin jauh. Bgitu pula sbaliknya. 5. Titik Pusat Tkanan (Cntr f Prssur) Cntr f prssur (CP) adalah titik pusat tkanan yang ditntukan lh pnjumlahan luas bagian-bagian rkt dikalikan dngan jaraknya dari garis rfrnsinya. Untuk lbih jlasnya prhatikan gambar dibawah ini Gambar 2. Cntr f prssur stiap kmpnn rkt mmpunyai luasan a j dan trltak pada jarak trtntu d j dari garis rfrnsinya. Dapat dirumuskan sbagai brikut: cpa n a n b a b f a f stiap rkt mmiliki cp, smakin jauh cp dngan garis rfrnsi kstabilan rkt smakin brkurang. 6. Titik Pusat Gravitasi (Cntr f Gravity) Cntr f gravity (CG) adalah titik pusat gravitasi atau lbih diknal dngan titik brat rkt. CG ditntukan lh pnjumlahan jarak kmpnn rkt dari titik rfrnsi dikalikan dngan brat masing-masing kmpnn. Gambar 3. Cntr f gravity Rumusnya adalah: cgw w n n r w r b w b w f w f kstabilan rkt ditntukan lh CP dan CG, smakin jauh CG dari CP maka rkt akan smakin stabil.