Dahulu balon
udara terbuat dari kertas atau sutra berminyak, kemudian berkembang. Namun,
yang paling fenomenal adalah penemuan karet sebagai bahan baku pembuatan balon.
Bahkan, dengan bahan karet saja tak cukup, lantas ditemukan balon dengan
menggunakan lapisan tekstil.
Balon udara itu
mengembang karena diisi udara panas. Ada pula yang menggunakan gas batu bara
atau hidrogen. Dengan begitu balon akan melayang bebas di udara. Untuk
menaikkan atau menurunkan balon dapat dilakukan dengan menambah atau mengurangi
gas yang mengisi ruang balon.
Tapi, tahukah
kita bahwa apa yang terjadi hingga balon naik atau turun sesungguhnya mengikuti
hukum Archimedes? Jadi gaya apung
yang diterima oleh suatu benda yang melayang di suatu fluida sama dengan berat
fluida yang dipindahkannya.
Prinsip ini
juga menjelaskan fenomena tentang kapal baja yang bobotnya begitu berat, namun
mampu mengapung di laut. Jika makin banyak orang yang naik ke kapal maka kapal
akan semakin terbenam dalam air. Kapal itu juga memindahkan semakin banyak air
sampai berat air yang dipindahkan sama dengan berat kapal termasuk isinya.
Balon
menggunakan prinsip yang sama. Hanya saja, karena kita menginginkan balon naik
ke udara dan melayang pada ketinggian tertentu, maka yang dilakukan adalah
mengisi balon sehingga berat udara yang dipindahkan lebih berat dari berat
balon. Hingga kemudian mencapai titik ketinggian yang diinginkan.
Untuk mencapai
hal tersebut, prinsip kimia mengajarkan kita tentang mengisi balon dengan gas
yang massa molekulnya lebih kecil dari massa rata-rata di udara atau dengan gas
panas. Tidak semua gas memenuhi persyaratan itu, apalagi jika ada pertimbangan
harga dan keselamatan. Beberapa di antaranya adalah gas Hidrogen (H2)
dan Helium (He).
Bagaimana cara
kerja sebuah balon? Oke, sekarang kita andaikan sebuah balon udara yang memiliki
volume 2.250 m3. Balon tersebut kira-kira akan memindahkan udara
yang massanya sekitar 2.650 kg (pada tekanan 1 atm dan suhu 25oC).
Kita bisa menghitungnya dengan menggunakan persamaan gas ideal pV = nRT dan
menggunakan massa molekul relatif rata-rata udara yang dianggap 80% Nitrogen (N2)
dan 20% Oksigen (O2).
Jika balon
udara diisi dengan udara yang suhu dan tekanannya sama (25oC dan 1
atm), balon tidak akan naik karena kini berat udara yang dipindahkan sama
dengan berat udara dalam balon. Seandainya kita panaskan udara dalam balon sampai
sekitar 100oC, maka massa udara dalam balon dengan volume 2.250 m3
itu kini menjadi sekitar 2.100 kg alias lebih ringan dari massa udara yang
dipindahkan.
Andaikan massa
balon dan muatannya (termasuk berat awal) sekitar 500 kg, maka kita masih
mempunyai selisih massa sebesar 50 kg atau selisih berat 50 kg.g (g = tetapan
gravitasi bumi). Selalu diingat, jangan kacaukan massa dan berat. Berat sama
dengan massa kali gravitasi. Dengan selisih ini maka balon akan bisa terbang.
Lantas,
bagaimana untuk suhu atmosfer, massa balon dan muatan, serta suhu gas panas
dalam balon yang berbeda? Tentu kita bisa bermain-main dengan berbagai angka
pada tiga besaran di atas. Namun, yang pasti ada hal lain yang harus
diperhatikan, yaitu tekanan atmosfer yang bergantung pada altitude. Semakin
tinggi dari permukaan air laut, semakin rendah tekanan atmosfer, penurunannya
secara eksponensial. Hal ini akan memengaruhi nilai berat udara yang
dipindahkan.
Bila balon
diisi dengan air, maka distribusi tekanannya dapat dihitung dan hasilnya dapat
disimak. Di mulut balon, tekanannya akan sama dengan tekanan udara luar.
Semakin ke dalam balon, semakin besar tekanannya. Harap diingat, tekanan dan
gaya adalah besaran vektor sehingga selain mempunyai nilai juga mempunyai arah.
Ingat pula, tekanan adalah gaya per satuan luas.
Jika
diperhatikan, ternyata ada tekanan dan berarti ada gaya yang arahnya ke bawah,
yang artinya justru menarik balon ke bawah. Namun, gaya ini ditiadakan oleh
setengah dari separuh bagian atas balon. Dengan kata lain, hanya seperempat
bagian teratas balon sajalah yang "bertanggung jawab" atas daya
angkat balon.
Mengapa tidak
dibuang saja separuh bagian bawah balon? Kalau kita buang separuh bagian bawah
balon, maka pada daerah ekuator balon yang kini menjadi bagian terbawah balon
tekanannya sama dengan tekanan atmosfer. Jadi, perbedaan antara tekanan balon
dan tekanan atmosfernya adalah nol. Perbedaan tekanan akan bertambah semakin ke
atas dari mulut balon dan kita menginginkan perbedaan yang besar di separuh
bagian atas balon agar daya angkatnya besar.
4 komentar:
waw, infonya sangat bermanfaat sekali kak, sangat membantu saya, terima kasih kak :)
artikelnya bagus dan menarik, sangat bermanfaat bagi saya:)
artikel dan informasinya sangat lengkap kak. makasih kak :)
Terimakasih., artikel ini dapat dijadikan sebagai referensi.
Posting Komentar