Di sini di Bumi, kita cenderung menganggap hambatan udara (alias "seret") begitu saja. Kita hanya berasumsi bahwa ketika kita melempar bola, meluncurkan pesawat terbang, deorbit pesawat ruang angkasa, atau menembakkan peluru dari pistol, bahwa tindakan itu berjalan melalui atmosfer kita secara alami akan memperlambatnya. Tapi apa alasannya? Bagaimana udara dapat memperlambat suatu benda, apakah itu jatuh bebas atau terbang?
Karena ketergantungan kita pada perjalanan udara, antusiasme kita untuk penjelajahan luar angkasa, dan kecintaan kita pada olahraga dan membuat segala sesuatu mengudara (termasuk diri kita sendiri), memahami hambatan udara adalah kunci untuk memahami fisika, dan merupakan bagian integral dari banyak disiplin ilmu ilmiah. Sebagai bagian dari subdisiplin yang dikenal sebagai dinamika fluida, ini berlaku untuk bidang aerodinamika, hidrodinamika, astrofisika, dan fisika nuklir (untuk beberapa nama).
Definisi:
Menurut definisi, hambatan udara menggambarkan kekuatan-kekuatan yang bertentangan dengan gerakan relatif suatu benda saat melewati udara. Gaya seret ini bertindak berlawanan dengan kecepatan aliran yang datang, sehingga memperlambat objek. Tidak seperti gaya resistensi lainnya, gaya hambat bergantung langsung pada kecepatan, karena itu merupakan komponen gaya aerodinamika net yang bekerja berlawanan dengan arah gerakan.
Cara lain untuk mengatakannya adalah dengan mengatakan bahwa hambatan udara adalah hasil dari tabrakan permukaan utama objek dengan molekul udara. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa dua faktor yang paling umum yang memiliki efek langsung pada jumlah hambatan udara adalah kecepatan objek dan luas penampang objek. Ergo, baik peningkatan kecepatan dan area penampang akan menghasilkan peningkatan jumlah hambatan udara.
Dalam hal aerodinamika dan penerbangan, gaya tarik mengacu pada kedua gaya yang bertindak berlawanan dari gaya dorong, serta gaya yang bekerja tegak lurus terhadapnya (mis. Gaya angkat). Dalam astrodinamika, gaya hambat atmosfer merupakan gaya positif dan negatif tergantung pada situasinya. Keduanya merupakan saluran bahan bakar dan efisiensi selama pengangkatan dan penghematan bahan bakar saat pesawat ruang angkasa kembali ke Bumi dari orbit.
Menghitung Hambatan Udara:
Hambatan udara biasanya dihitung menggunakan "persamaan drag", yang menentukan gaya yang dialami oleh suatu benda yang bergerak melalui fluida atau gas pada kecepatan yang relatif besar. Ini dapat dinyatakan secara matematis sebagai:
Dalam persamaan ini, FD mewakili gaya seret, hal adalah densitas fluida, v adalah kecepatan objek relatif terhadap suara, SEBUAH adalah area penampang, danCD adalah koefisien drag. Hasilnya adalah apa yang disebut "tarik kuadratik". Setelah ini ditentukan, menghitung jumlah daya yang dibutuhkan untuk mengatasi hambatan melibatkan proses serupa, yang dapat dinyatakan secara matematis sebagai:
Sini, Pdadalah kekuatan yang dibutuhkan untuk mengatasi kekuatan seret, Fd adalah gaya hambat, v adalah kecepatan, hal adalah densitas fluida, v adalah kecepatan objek relatif terhadap suara, SEBUAH adalah area penampang, danCD adalah koefisien drag. Seperti yang diperlihatkan, kebutuhan daya adalah kubus kecepatan, jadi jika dibutuhkan 10 tenaga kuda untuk mencapai 80 kpj, dibutuhkan 80 tenaga kuda untuk mencapai 160 kpj. Singkatnya, penggandaan kecepatan membutuhkan penerapan daya delapan kali lipat.
Jenis resistensi udara:
Ada tiga jenis hambatan utama dalam aerodinamika - Angkat yang Diinduksi, Parasit, dan Gelombang. Masing-masing memengaruhi kemampuan benda untuk tetap tinggi serta daya dan bahan bakar yang dibutuhkan untuk mempertahankannya. Seret yang diinduksi angkat (atau diinduksi saja) terjadi sebagai hasil dari penciptaan lift pada benda angkat tiga dimensi (sayap atau badan pesawat). Ini memiliki dua komponen utama: vortex drag dan drag viscous lift-induced.
Vortisitas berasal dari pencampuran turbulen udara dari berbagai tekanan pada permukaan atas dan bawah tubuh. Ini diperlukan untuk membuat lift. Saat lift meningkat, begitu juga drag yang diinduksi lift. Untuk pesawat terbang, ini berarti bahwa ketika angle of attack dan koefisien lift meningkat ke titik stall, demikian juga dengan drag yang disebabkan oleh lift.
Sebaliknya, hambatan parasit disebabkan oleh menggerakkan benda padat melalui cairan. Jenis drag ini terdiri dari beberapa komponen, yang termasuk "form drag" dan "skin friction drag". Dalam penerbangan, drag yang diinduksi cenderung lebih besar pada kecepatan yang lebih rendah karena sudut serangan yang tinggi diperlukan untuk mempertahankan daya angkat, sehingga kecepatan meningkatkan drag ini menjadi jauh lebih sedikit, tetapi drag parasit meningkat karena fluida mengalir lebih cepat di sekitar objek yang menonjol meningkatkan gesekan. Keseluruhan kurva drag gabungan minimal pada beberapa kecepatan udara dan akan mendekati atau mendekati efisiensi optimalnya.
Gelombang seret (drag kompresibilitas) diciptakan oleh kehadiran benda bergerak dengan kecepatan tinggi melalui cairan kompresibel. Dalam aerodinamika, gelombang seret terdiri dari beberapa komponen tergantung pada rezim kecepatan penerbangan. Dalam penerbangan transonik - pada kecepatan Mach 0,5 atau lebih besar, tetapi masih kurang dari Mach 1.0 (alias kecepatan suara) - gelombang seret adalah hasil dari aliran supersonik lokal.
Aliran supersonik terjadi pada benda-benda yang bergerak jauh di bawah kecepatan suara, karena kecepatan udara lokal pada suatu benda meningkat ketika berakselerasi di atas tubuh. Singkatnya, pesawat yang terbang dengan kecepatan transonik seringkali mengalami hambatan gelombang. Ini meningkat ketika kecepatan pesawat mendekati penghalang suara Mach 1.0, sebelum menjadi objek supersonik.
Dalam penerbangan supersonik, gelombang seret adalah hasil dari gelombang kejut miring yang terbentuk di ujung depan dan belakang tubuh. Dalam arus yang sangat supersonik, busur akan terbentuk. Pada kecepatan supersonik, hambatan gelombang biasanya dipisahkan menjadi dua komponen, hambatan gelombang tergantung-supersonik dan hambatan gelombang bergantung-volume supersonik.
Memahami peran yang dimainkan oleh gesekan udara dengan penerbangan, mengetahui mekanismenya, dan mengetahui jenis kekuatan yang diperlukan untuk mengatasinya, semuanya penting ketika menyangkut eksplorasi ruang angkasa dan ruang angkasa. Mengetahui semua ini juga akan sangat penting ketika tiba saatnya untuk menjelajahi planet lain di Tata Surya kita, dan di sistem bintang lainnya sekaligus!
Kami telah menulis banyak artikel tentang hambatan udara dan terbang di sini di Space Magazine. Berikut ini artikel tentang Apa itu Kecepatan Terminal ?, Bagaimana Pesawat Terbang ?, Apa Koefisien Gesekan ?, dan Apa Kekuatan Gravitasi?
Jika Anda ingin informasi lebih lanjut tentang program pesawat NASA, lihat Panduan Pemula untuk Aerodinamika, dan di sini ada tautan ke Drag Equation.
Kami juga telah merekam banyak episode terkait Pemain Astronomi. Dengarkan di sini, Episode 102: Gravity.
