Aerodinamika
Aerodinamika adalah salah satu cabang dinamika yang berkenaan dengan kajian pergerakan udara, khususnya ketika udara tersebut berinteraksi dengan benda padat. Aerodinamika adalah cabang dari dinamika fluida dan dinamika gas, dengan banyak teori yang saling berbagi pakai di antara mereka. Aerodinamika sering kali digunakan secara sinonim dengan dinamika gas alam, dengan perbedaan bahwa dinamika gas berlaku bagi semua gas.prinsipnya seperti gas yang dikeluarkan oleh bagian belakang manusia.
Deskripsi
Pada tahun 1810 Sir George Canley berpendapat bahwa udara dipaksa meniup berlawanan dengan arah gerak dari sayap dalam udara atau fluida tersebut. Kemudian pada tahun 1871 Pranoim Wenham merencanakan airfoil yang melengkung seperti bentuk dari sayap burung. Juga pada tahun ini Wenham yang pertama-tama membuat terowongan angin yang digerakkan dengan tenaga uap. Penyelidikan airfoil ini dilanjutkan oleh Wreight bersaudara dengan mengadakan percobaan-percobaan kurang lebih 150 buah air foil disamping melengkapi alat-alat kemudi untuk mengemudikan pesawat yang sedang terbang.dalam penyelidikan Iaanc Newton telah menemukan gaya-gaya udara yang melalui benda yang bergerak yaitu gaya angkat (lift dan hambatan/drag). Pada tahun 1902-1907 N Wilhelm Kutti (jerman), N.E. Janhowaki (rusia), Frederiek W. Launohoster (Inggris) menemukan teori bagaimana terjadinya gaya angkat (lift) pada airfoil.
Dengan penemuan-penemuan pada tahun-tahun di atas jelaslah bahwa aerodinamika merupakan ilmu yang masih baru, dan bukanlah suatu pengetahuan yang abstrak seperti ilmu pasti dan mekanik karena hingga kini penyelidikan-penyelidikan masih terus dilakukan.
Aerodinamika sebenarnya tidak lain daripada suatu yang mempelajari atau menyelidiki sifat-sifat udara,reaksi-reaksi dan akibat-akibat yang timbul dari gerakan udara terhadap benda yang dilalui oleh udara atau gerakan benda-benda di dalam udara tersebut. Jadi aerodinamika berarti pula pengetahuan atau penyelidikan mengenai gerakan-gerakan benda di dalam udara di mana pengertian ini sangat erat hubungannya denganilmu penerbangan.
Adapun factor-faktor yang mempengaruhi Aerodinamika:
- Temperature (suhu udara)
- Tekanan udara
- Kecepatan udara
- Kerapatan / kepadatan udara
Untuk mempelajari ilmu aerodinamika, ada beberapa hukum di antaramya
Hukum Newton
Hukum Newton I
Mengatakan bahwa benda yang diam akan tetap diam sedangkan benda yang bergerak akan tetap bergerak dalam garis lurus dan kecepatan yang tetapkecuali suatu sebab dari luar yaitu gaya yang memaksanya mengubah keadaan tersebut
Hukum Newton II
Mengatakan bahwa perubahan banyaknya gerakan berbanding langsung dengan gaya yang bekerja dan menurut garis kerja gaya tersebut. Selanjutnya Hukum Newton II mengatakan bahwa benda yang bergerak akan mendapat perlambatan.
Hukum Newton III
Mengatakan bahwa aksi sama besar dan berlawanan arah dengan reaksi. Artinya gaya yang dilaksanakan oleh dua benda terhadap sesamanya sama besar dan berlawanan arahnya.
Tinjauan
Pemahaman akan pergerakan udara (sering kali disebut "medan aliran") di sekitar suatu benda membolehkan perhitungan gaya-gaya dan momen-momen yang bertindak pada benda tersebut. Sifat-sifat sejenis yang dihitung untuk suatu medan aliran meliputi kecepatan, tekanan, kerapatan, dan temperatur sebagai fungsi posisi ruang dan waktu. Aerodinamika membolehkan definisi dan solusi persamaan untuk kekekalan massa, momentum, dan energi di dalam udara. Penggunaan aerodinamika melalui analisis matematika, hampiran empirik, percobaan lorong angin, dan simulasi komputer membentuk landasan ilmiah bagi pesawat terbang dan sejumlah teknologi lainnya.
Persoalan-persoalan aerodinamik dapat dikelompokkan menurut lingkungan alirannya. Aerodinamika eksternal adalah kajian aliran di sekitar benda-benda padat dengan bentuk yang berbeda-beda. Pengevaluasian gaya angkat dan gaya hambat pada sebuah pesawat terbang bersayap diam atau gelombang kejut yang terbentuk di depan moncong roket merupakan contoh-contoh aerodinamika eksternal. Aerodinamika internal adalah kajian aliran melalui bagian-memanjang di dalam benda padat. Misalnya, aerodinamika internal mencakup kajian aliran udara melalui enjin jet atau melalui pipa penyaman udara.
Pemahaman akan pergerakan udara (sering kali disebut "medan aliran") di sekitar suatu benda membolehkan perhitungan gaya-gaya dan momen-momen yang bertindak pada benda tersebut. Sifat-sifat sejenis yang dihitung untuk suatu medan aliran meliputi kecepatan, tekanan, kerapatan, dan temperatur sebagai fungsi posisi ruang dan waktu. Aerodinamika membolehkan definisi dan solusi persamaan untuk kekekalan massa, momentum, dan energi di dalam udara. Penggunaan aerodinamika melalui analisis matematika, hampiran empirik, percobaan lorong angin, dan simulasi komputer membentuk landasan ilmiah bagi pesawat terbang dan sejumlah teknologi lainnya.
Persoalan-persoalan aerodinamik dapat dikelompokkan menurut lingkungan alirannya. Aerodinamika eksternal adalah kajian aliran di sekitar benda-benda padat dengan bentuk yang berbeda-beda. Pengevaluasian gaya angkat dan gaya hambat pada sebuah pesawat terbang bersayap diam atau gelombang kejut yang terbentuk di depan moncong roket merupakan contoh-contoh aerodinamika eksternal. Aerodinamika internal adalah kajian aliran melalui bagian di dalam benda padat. Misalnya, aerodinamika internal mencakup kajian aliran udara melalui enjin jet atau melalui pipa penyaman udara.
Persoalan-persoalan aerodinamik dapat juga dikelompokkan menurut perbandingannya terhadap laju suara, yaitu laju aliran di bawah, di sekitar, atau di atas laju suara. Suatu persoalan disebut subsonik jika semua laju dalam persoalan tersebut lebih kecil daripada laju suara, transonik jika laju di atas dan di bawah laju suara kedua-duanya hadir (biasanya ketika laju karakteristik hampir menyamai laju suara), supersonik ketika laju aliran karakteristik lebih besar daripada laju suara, dan hipersonik ketika laju aliran sangat-lebih-besar daripada laju suara. Para aerodinamikawan tidak sepakat dalam hal ketepatan definisi aliran hipersonik; bilangan Mach minimum untuk aliran hipersonik berada pada kisaran 3 sampai 12.
Pengaruh viskositas dalam aliran memberikan klasifikasi ketiga. Beberapa persoalan mungkin hanya akan menghadapi efek viskos sangat kecil pada solusinya, di mana kasus viskositas dianggap dapat diabaikan. Hampiran terhadap persoalan-persoalan ini disebut aliran invisid. Aliran di mana viskositas tidak dapat diabaikan disebut aliran viskos.
Sejarah
Gagasan mula-mula – zaman kuno sampai abad ke-17
Lukisan sebuah desain mesin terbang, karya Leonardo da Vinci (kira-kira tahun 1488). Mesin ini merupakan sebuah ornitopter, dengan sayap yang mengepak serupa dengan sayap burung, kali pertama disajikan dalam karyanya Kodeks tentang Penerbangan Burung pada tahun 1505.
Manusia telah memanfaatkan gaya-gaya aerodinamik selama ribuan tahun berupa kapal layar dan kincir angin. Gambar-gambar dan kisah-kisah penerbangan telah muncul sepanjang sejarah ditulis, misalnya kisah legendaris Icarus dan Daedalus. Meskipun pengamatan beberapa efek aerodinamik seperti hambatan angin (misalnya gaya geser) telah ditulis oleh Aristoteles, Leonardo da Vinci, dan Galileo Galilei, sangat sedikit usaha telah dilakukan untuk mengembangkan teori kuantitatif yang menyeluruh mengenai aliran udara sebelum abad ke-17.
Pada tahun 1505, Leonardo da Vinci menulis Kodeks tentang Penerbangan Burung, salah satu risalah terawal mengenai aerodinamika. Dia menulis untuk kali pertama bahwa pusat massa seekor burung yang sedang terbang tidaklah koinsiden dengan pusat tekanannya, dan dia menjelaskan konstruksi ornitopter, dengan sayap yang mengepak, serupa sayap burung.
Sir Isaac Newton ialah orang pertama yang mengembangkan teori kelembaman udara, membuatnya menjadi salah satu aerodinamikawan perdana. Sebagai bagian dari teori itu, Newton memandang bahwa pergeseran disebabkan oleh dimensi benda, kerapatan fluida, dan kecepatan pangkat dua. Ini semua terbukti benar untuk laju aliran rendah. Newton juga mengembangkan sebuah hukum untuk gaya geser pada lempengan datar yang condong ke arah aliran fluida. Dengan menggunakan F untuk gaya geser, ρ untuk kerapatan, S untuk luas lempengan datar, V untuk kecepatan aliran, dan θ untuk sudut kecondongan, hukum ini disajikan sebagai
Persamaan ini tidak benar untuk perhitungan pergeseran dalam sebagian besar kasus. Pergeseran pada lempengan datar mendekati linear dengan sudut kecondongan, berkebalikan kuadratik dengan tindakan pada sudut kecil. Rumus Newton dapat menggiring seseorang untuk percaya bahwa penerbangan lebih sukar daripada yang sebenarnya, karena salah memperkirakan pergeseran ini dan dengan demikian juga gaya dorong yang diperlukan, dan keadaan ini ikut serta menunda penerbangan manusia. Meski demikian, rumus ini lebih tepat digunakan untuk lempengan yang sangat ramping ketika sudut membesar dan pemisahan aliran terjadi, atau jika laju aliran tergolong supersonik.
Aerodinamika
Aerodinamika merupakan ilmu yang mempelajari, meneliti dan mengembangkan karakteristik gerakan aliran udara di sekitar permukaan benda dengan bentuk tertentu untuk mengetahui distribusi tekanan udara sekitar permukaan benda tersebut serta menetapkan gaya dan momen yang dibangkitkannya.
Pentingnya Aerodinamika: Contoh contoh Historis
Jika kita melihat sejarah, bisa dikatakan ada tiga periode sejarah berkenaan dengan perkembangan aerodinamika ini, periode pertama dimulai dari aerodinamika pada kapal tahun 1588, di mana ketika itu kapal dari spanyol memiliki ukuran yang besar dan memiliki massa yang besar, sebaliknya kapal kapal inggris memiliki ukuran yang kecil dan memiliki massa yang kecil juga. Pada periode kedua pada tahun 1901 Wilbur dan Orville wright mendisain glider yang desain aerofoil sayapnya berdasarkan data data aerodinamika yang diterbitkan pada tahun 1890 oleh Otto Lilienthal dan Samuel Pierpont Langley, sayangnya desain tersebut tidak membuahkan hasil alias gagal, pada tahun yang sama yaitu 1901 wright merancang sebuah wind tunnel yang memiliki panjang 6 feet dan luas penampang 16 inchi persegi kemudian lebih dari 200 bentuk aerofoil dan sayap yang berbeda diuji atau dites dalam wind tunnel tersebut akhirnya diperoleh data data aerodinamika. Berdasarkan data data tersebut wright mendesain kembali glidernya yang baru pada tahun 1902, aerofoilnya lebih efisien dan membuahkan hasil. Sejak saat itu terjadi perkembangan yang amat pesat di dunia penerbangan terutama dari segi aerodinamikanya.
Perioda selanjutnya yaitu perioda ketiga mengenai perkembangan roket dan penerbangan ruang angkasa, penerbangan high speed atau supersonik menjadi pembicaraan yang hangat dalam aerodinamika setelah perang dunia kedua, saat itu aerodinamika sudah tidak dipandang sebelah mata lagi dalam artian sudah dihargai dalam membuat berbagai bentuk benda agar benda tersebut memiliki drag yang kecil. Pada tahun 1953 bom hidrogen diledakkan oleh amerika lalu dikembangkanlah ICBMs (Intercontinental Balistic Missile), ICBMs tersebut didesain untuk bisa melewati luar atmosfer yang memiliki kecepatan 20.000 sampai dengan 22.000 ft/s, karena kecepatan tersebut maka timbullah masalah baru dalam aerodinamika yaitu temperatur. Agar panas yang ditimbulkan seminimal mungkin, kita harus membuat alirannya laminer karena aliran yang laminer akan sedikit menimbulkan panas jika dibandingkan dengan aliran yang turbulen. Permasalah heat aerodinamic ditanggulangi oleh H Julian Allen, dia memperkenalka n konsep blunt reentry body.
Pada saat memasuki atmosfer vehicles memiliki energi kinetik yang besar sebab kecepatannya sangat tinggi begitu pula dengan energi potensialnya karena ketinggiannya bertambah menjadi lebih tinggi dibandingkan ketika pada saat di permukaan bumi, pada saat sampai dipermukaan bumi vehicles memiliki energi kinetik yang cenderung kecil dan energi potensialnya nol, energinya hilang dan berubah menjadi panas pada badan/body dan panas udara disekitar body. Shock wave dan hidung pesawat membuat panas aliran udara di sekeliling pesawat pada saat yang sama badan pesawat mengalami gesekan yang hebat antara boundary layer dengan permukaan sehingga menimbulkan panas. Allen berpendapat jika energi masuk atmosfer yang besar itu bisa dibuang dalam aliran udara maka panas sisa yang tidak begitu besar ini bisa diserap oleh pesawat itu sendiri, sedangkan cara untuk membuat yang panas adalah udara di sekeliling pesawat yaitu dengan membuat shockwave yang kuat, misalnya dengan ujung yang tumpul, sehingga shock wave dapat membuat panas udara di sekeliling pesawat.
Aerodinamika: Klasifikasi dan Kenyataan Kenyataan Praktis
Perbedaan antara padat, cair dan gas jika ditinjau dari keadaan fisik. Zat padat jika dimasukkan kedalam ruangan tertutup maka bentuknya tetap tidak berubah, zat cair jika dimasukkan kedalam ruangan tertutup maka bentuknya akan berubah sesuai dengan bentuk tempatnya, sedangkan gas jika dimasukkan kedalam ruangan tertutup akan memenuhi ruangan. Perbedaan antara padat dan fluida (gas dan cair) jika ditinjau dari tegangan dan deformasi, zat padat jika diberi gaya tangensial pada permukaannya maka akan mengalami deformasi yang terbatas, jika fluida dikenakan gaya geser maka fluida itu akan berdeformasi terus menerus, dan tegangan gesernya atau shear stressnya sebanding dengan perubahan deformasi rata rata. Selanjutnya perbedaan padat, cair dan gas jika ditinjau dari atom atom dan molekul molekul yang menyusunnya, zat padat molekul molekulnya rapat dan bentuk struktur geometri dari elektron adalah struktur geometri padat, liquid atau cair ruang antar molekulnya besar dan walaupun gaya antar molekul masih kuat tetapi masih memungkinkan pergeseran molekul, sedangkan gas jarak antara molekul cenderung lebih jauh sehingga gaya antar molekulnya kecil menyebabkan pergerakan molekulnya bergerak dengan bebas.
Dinamika fluida merupakan ilmu yang mempelajari dinamika dari fluida dan gas. Dinamika fluida terbagi menjadi tiga bagian yaitu hidrodinamika, gasdinamika, dan aerodinamika. Hidrodinamika merupakan ilmu yang mempelajari dinamika aliran air atau zat cair, gasdinamika aliran gas sedangkan aerodinamika mempelajari dinamika aliran udara atau aliran udara sekitar benda. Aerodinamika merupakan ilmu terapan yang banyak digunakan dalam penerapan plastik. Pada buku fundamental of aerodynamics ini kita dapat menentukan pergerakan aliran yang melalui pipa, untuk nomor 1 merupakan aplikasi dari external aerodinamik sedangkan nomor dua merupakan aplikasi dari internal aerodinamika.
Sumber: id.wikipedia.org