loading...

Cara Kerja Balon Udara, Sejarah dan Manfaatnya

Posted by

Balon Udara, Bagian-Bagian dan Prinsip Cara Kerja Balon Udara Sampai Bisa Terbang

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering mendengar ataupun melihat balon yang sangat besar dan balon tersebut biasa terbang tinggi, balon tersebut sering disebut balon udara. Balon udara merupakan alat transportasi yang sangat diandalkan sebelum ditemukan pesawat terbang. Balon udara dapat digunakan untuk menjelajahi tempat-tempat yang jauh.

Siapa penemu Balon Udara ?
Balon udara ditemukan pada tahun 1709 di Lisbon oleh Bartolomeu de Gusmão,ia membuat balon yang dapat bergerak naik di dalam suatu ruangan setelah udara di dalam balon dipanaskan. Dia juga membuat balon Passarola yang berhasil terbang dari Benteng Saint George sejauh sekitar satu kilometer. Kemudian tahun 1766, Joseph Black berkeyakinan bahwa balon yang diisi dengan hidrogen akan mampu naik di udara. Pada tahun 1911–1912, V.F. Hess ahli fisika Austria, memberanikan diri membuat balon yang mampu terbang pada ketinggian 5 kilometer ( ± 3 mil). Pada 27 Mei 1931, Jean-Felix Piccard, saudara yang kembar Auguste mencoba balon plastik dari rangkaian Polyethylene Skyhook yang digunakan Angkatan Udara AS untuk mengumpulkan data di atas lapisan atmospir.


Pada 5 April 1961, Malcom Ross dan Victor Prather berhasil menerbangkan balon udara sampai Ketinggian 34.668 meter yang lepas landas dari geladak Kapal Induk USS Antietam di Teluk Meksiko, Ini merupakan rekor tertinggi untuk ketinggian terbang balon udara berawak Dan pada Oktober 1972, telah diluncurkan Balon Winzen yaitu Balon Udara berbentuk kubus tanpa awak dengan volume 1,25 juta M3 di Chico, California, AS., dan berhasil terbang sampai ketinggian 51,8 kilometer yang merupakan rekor terbang tertinggi yang dicapai balon udara.

Bagaimana balon udara tersebut bisa terbang ? 
Prinsip kerja balon udara sangatlah sederhana yaitu dengan cara memanaskan udara di dalam balon agar lebih panas dari udara di luarnya. Seperti yang kita ketahui udara yang lebih panas akan lebih ringan karena masa per unit volumenya lebih sedikit.

Sejarah Balon Udara
Sejak jaman purba, manusia mempunyai keinginan untuk naik ke udara. Tiap-Tiap masyarakat masa lampau mempunyai legenda dan dongengnya tentang mimpi untuk terbang. Catatan Orang India menceriterakan dongeng kereta perang para dewa dan Orang Mesir dengan perahu terbangnya. Birdmen merupakan teori yang populer dan mengepakkan sayap adalah pola yang jelas nyata untuk terbang, tetapi kita dibentuk tidak seperti burung. Leonardo da Vinci membuat disain rumit untuk berbagai pesawat terbang. Namun Serumit apapun desainnya, pilihan yang sederhana membuktikan siapa pemenangnya dan manusia yang pertama bisa terbang dengan sukses adalah penumbang balon gas.

Tetapi siapa pembuat balon gas yang pertama? Beberapa orang mengatakan bahwa suku Nazca purba dari Amerika Selatan telah membuat balon asap dan legenda Cina mengatakan ada kelompok masyarakat yang bisa terbang yang tinggal diseberang laut. Namun yang pasti balon kertas sudah populer dinegara-negara Timur Jauh. Ada beberapa bukti bahwa Biarawan Bangsa Portugis menemukan suatu balon udara pada tahun 1685 dan menerbangkannya di sebuah lapangan di Lisbon tetapi ceritanya tidak jelas.

Pada tahun 1783, tahun ketika Inggris kehilangan jajahannya di Amerika Utara, dua bersaudara asal Perancis memperhatikan asap yang naik diatas cerobong dari perapian mereka. Joseph dan Etienne Montgolfier berasal dari suatu keluarga pembuat kertas. Mereka memperhatikan bahwa potongan kertas diatas suatu api terbawa nyala api sampai keatas cerobong. Mereka menyimpulkan bahwa asap memiliki beberapa unsur yang dapat mengangkat benda naik keatas- balon yang pertama.

Eksperimen mereka semakin berkembang terus sampai pada bulan Juni 1783 mereka mengenalkan kepada orang-orang. Sebuah balon oval berukuran 112 kaki yang dipanaskan dengan sebuah tungku ai(anglo). Aerostat ini naik setinggi 1000 kaki.

Pada saat yang sama, Profesor Jacques Charles sedang mengkaji teori bahwa suatu gas yang telah ditemukan,yaitu hidrogen, bisa digunakan untuk menaikkan sebuah balon jika selubung pembungkusnya bisa dibuat kedap-gas. Tawaran pertamanya, hanya berdiameter 13 kaki, naik ke udara Agustus 1783 dan terbang sejauh 15 mil sebelum akhirnya diserang oleh warga desa setelah mendaratkan.

Pada bulan September, Montgolfiers menerbangkan seekor itik, seekor ayam jantan muda dan seekor domba, yang terbang bebas selama delapan menit. Pada saat mendarat, ayam jantan muda didapati megalami luka-luka dan diduga, hampa udara pada ketinggian tertentu adalah berbahaya.
Semua orang Perancis menjadi gila balon. Dua bersaudara itu dijamu dengan meriah; mereka diberi penghormatan dan hadiah. Pada 21 Nopember 1783, penerbangan perdana balon Montgolfier yang diawaki oleh Jean-François Pilâtre de Rozier, François Laurent dan Marquis d'Arlandes berkebangsaan Perancis berhasil terbang di atas Paris. Mereka membakar wol dan jerami agar balon tetap mengangkasa. Dan balon tersebut dapat terbang sejauh 5,5 mil (± 9 kilometer) dalam waktu 23 menit.

Tahun 1911–1912, V.F. Hess ahli fisika Austria, memberanikan diri membuat balon yang mampu terbang pada ketinggian 5 kilometer ( ± 3 mil). Pada 27 Mei 1931, Auguste Piccard dan Paul Kipfer membuat balon dengan desain sendiri yang diberi tekanan pada kabin agar dapat terbang. Jean-Felix Piccard, saudara yang kembar Auguste mencoba balon plastik dari rangkaian Polyethylene Skyhook yang digunakan Angkatan Udara AS untuk mengumpulkan data di atas lapisan atmospir.

Pada 5 April 1961, Malcom Ross dan Victor Prather berhasil menerbangkan balon udara sampai Ketinggian 34.668 meter yang lepas landas dari geladak Kapal Induk USS Antietam di Teluk Meksiko, Ini merupakan rekor tertinggi untuk ketinggian terbang balon udara berawak. Pada Oktober 1972, telah diluncurkan Balon Winzen yaitu Balon Udara berbentuk kubus tanpa awak dengan volume 1,25 juta M3 di Chico, California, AS dan berhasil terbang sampai ketinggian 51,8 kilometer yang merupakan rekor terbang tertinggi yang dicapai balon udara.

Pada abad ke-19, balon udara telah digunakan sebagai sarana rekreasi udara, dan bahkan digunakan militer sebagai pengintai dari udara. Sebuah keranjang yang bisa dinaiki oleh babarapa orang diletakkan di bawah balon, dan beberapa pemberat diletakkan disetiap sisi dari keranjang itu untuk menahan tekanan balon supaya tidak naik terlalu tinggi. Pada tahun 1960-an US Office of Naval research membiayai penelitian balon udara dengan system udara panas,dan Ed Yost datang dengan ide menggunakan pembakar sejenis metana yang akhirnya digunakan sekarang.

Bagian-Bagian Balon Udara
Balon udara secara garis besarnya mempunyai tiga bagian utama yaitu envelope, burner, dan basket.

1. Envelope yang bentuknya berupa kantong kantong balon tempat udara dipanaskan atau gas hidrogen yang berfungsi mengangkat balon udara dari ladasannya. Biasanya terbuat dari bahan nilon atau yang lebih sederhana dari kertas minyak. Untuk memperkuatnya balon bisa di beri panel- panel anyaman dan bahan sebaiknya dilapisi anti api (skirt). Dalam perkembangannya saat ini bahan envelope yang banyak digunakan lapisan film ynag mirip bahan karet. Bahan ini setebal 1/6 inci yang bersifat airtight sehingga helium tidak dapat menyusup keluar selama proses penerbangan.

2. Burner merupakan alat yang yang berfungsi untuk memanaskan udara yang ada dalam balon. Alat ini juga berfungsi sebagai pengatur tekanan udara agar dapat terbang dengan ketinggian yang diinginkan. Terletak di atas kepala penumpang dekat dengan mulut envelope. Gas yang umumnya digunakan sebagai isi balon udara adalah hidrogen dan helium.Surya, (2008) mengatakan bahwa.Gas hidrogen merupakan gas yang paling ringan karena jumlah proton, netron, dan elektron yang menyusun atom hidrogen sangat sedikit jika dibandingkan dengan jumlah proton, netron, dan elektron yang menyusun atom-atom lainnya. Udara tersusun dari berbagai macam gas, tetapi gas yang paling banyak terdapat di udara adalah gas nitrogen. Kandungan gas nitrogen dalam udara mencapai 80%. Jumlah proton dan elektron yang menyusun atom nitrogen jauh lebih banyak dari atom hidrogen sehingga massa atom relatif nitrogen empat belas kali lebih besar dari massa atom relatif hidrogen. Gas kedua teringan yang biasa digunakan untuk mengisi envelope adalah helium. Meskipun lebih beratdari pada hidrogen, tetapi gas ini masih dapat mengudara dengan membawa beban. Selain itu, “helium termasuk dalam golongan gas mulia, Ini berarti gas helium tidak mudah terbakar seperti gas hidrogen. Inilah yang menjadikan balon helium pilihan terbaik sebagai pengganti balon hidrogen”(Surya. 2008).

3. Basket atau keranjang merupakan tempat penumpang mengendalikan balon udara atau penumpang yang menikmati penerbangan balon udara. Basket dibuat dari bahan yang ringan dan lentur dan terletak di bawah kantung udara.

Prinsip dan Cara kerja dari balon udara
Pada dasarnya prinsip kerja balon udara sangat sederhana yaitu “dengan cara memanaskan udara di dalam balon agar lebih panas dari udara diluar” (Howstuff. 2008). Seperti pada umumnya fluida, hukum Archimedes juga dapat diterapkan pada udara karena udara termasuk fluida. Hukum Archimedes: Gaya apung yang bekerja pada suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya kedalam suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipndahkan oleh benda tersebut. Prinsip inilah yang menjadi dasar cara kerja balon udara. Berikut akan dipaparkan cara kerja balon udara, mula-mula balon diisi dengan gas panas atau hidrogen hingga balon dapat menggelembung dan volume udara dalam balon bertambah. Hal ini berarti gaya apung akan bertambah besar pula.

Pada saat gaya apung lebih besar dari berat total balon, maka pada saat itu pula secara perlahan-lahan balon udara akan naik. Awak balon yang berada dikeranjang (basket) secara terus-menerus menambah gas panas agar balon dapat mencapai ketinggian yang diinginkan. Setelah ketinggian yang diinginkan tercapai awak balon dapat mengurangi gas panas dengan cara membuka katup parasut sampai tercapai suatu keadaan yang seimbang, yaitu gaya apung samadengan berat balon. Pada saat yang demikian inilah balon udara dapat terbang di udara. Namun tidak hanya itu yang diperlukan agar balon udara dapat terbang,awak balon juga memanfaatkan hembusan angin memindahkan balon dari satu posisi ke posisi yang lain.

Howstuff (2008) menggambarkannya sebagai berikut. Sebagai ilustrasi pada ketinggian 300 meter balon udara akan bergerak dari timur kebarat. Angin yang bertiup kebarat diperkirakan pada ketinggian 400 meter. Untuk itu pilot menaikkan balon udara sampai ketinggian tersebut dan balon udara pun memanfaatkan tiupan angin untuk menuju kebarat. Untuk menurunkan ketinggian, awak balon udara dapat mengeluarkan gas panasyang ada dalam envelope. Kanginan (2007:119) mengatakan “ini menyebabkan volume balon berkurang, yang berarti gaya apung berkurang. Akibatnya, gaya apung lebih kecil daripada berat balon dan balon bergerak turun”.

Macam-Macam Balon Udara
Ada dua tipe balon udara :
1. Balon udara yang diisi dengan udara panas
pada jenis balon udara ini terdapat suatu pembakar yang berfungsi untuk memanaskan udara dalam balon sehingga udara dalam balon menjadi lebihringan dari udara luar sekitarnya.
2. Balon udara yang diisi dengan gas yang memang ringan :
- gas hidrogen, namun kelemahan dengan menggunakan balon berisi gas hidrogen ini adalah mudah terbakar.
- gas helium, aman namun sangat mahal.

Persamaan dan Rumus yang Berlaku pada Balon Udara
1. Hukum Archimedes.
Balon udara naik dan turun sesungguhnya mengikuti hukum Archimedes. Seperti misalnya gaya apung yang diterima oleh suatu benda yang melayang di suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkannya.
Dengan persamaan :
Fa = ρ f. Vbf . g
Dengan : ρ f adalah masa jenis udara.

Prinsip ini juga menjelaskan fenomena tentang kapal baja yang memiliki bobot yang begitu berat namun mampu mengapung dilaut, jika makin banyak orang yang naik kekapal maka kapal akan semakin terbenam dalam air. Kapal itu juga memindah banyak air sehingga berat air yang dipindahkan sama dengan berat berat kapal termasuk isinya. Balon udara menggunakan prinsip yang sama. Hanya saja, karena kita menginginkan balon udara naik ke udara dan melayang pada ketinggian tertentu, maka yang dilakukan adalah mengisi balon sehingga berat udara yang dipindahkan lebih berat dari berat balon udara, 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 masa rata-rata di udara atau dengan gas panas. Tidak semua gas memenuhi persyaratan itu, apalagi jika ada pertimbangan harga dan keselamatan. Beberapa diantaranya adalah gas Hidrogen (H2) dan Helium (He).
Bagaimana cara kerja sebuah balon ? 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 dan menggunakan massa molekul relatif udara yang dianggap 80% Nitrogen (N2) dan 20% Oksigen (O2). pV = nRT jika balon udara diisi dengan udara yang suhu dan tekananya sama ( 25oC dan 1 atm ), balon tidak akan naik karena kini berat udara yang dipindahkan sama denggan 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 daripada 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 50kg. g ( g = tetapan gravitasi bumi ) denggan selisih ini maka balon akan bisa terbang.
Bagaimana untuk atmosfer, massa balon dan muatan, serta suhu gas panas dalam balon yang berbeda ? Kita bisa bermain-main dengan berbagai angka pada 3 besaran diatas.

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. Gaya dan tekanan pada balon, 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 kebawah, 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 dankita menginginkan perbedaan yang besar di separuh bagian atas balon agar dayaangkatnya besar.

2. Hukum III Newton (F aksi = F reaksi)
Hukum III Newton juga berlaku pada balon udara yang bergerak. Yang dimaksudkan di sini bukan balon udara yang bergerak karena ditiup angin, tapi karena di dorong oleh udara yang ada di dalam balon. Dapat dilakukan percobaan berikut. Ambil sebuah balon biasa dan tiuplah balon sampai balon mengembung. Jangan lupa jepit mulut balon dengan jari agar udara tidak keluar. Lepas jepitan tangan pada mulut balon. Apa yang terjadi ? Balon tersebut bergerak. jika posisi balon tegak, di mana mulut balon berada di bawah, maka balon akan meluncur ke atas. Balon bergerak ke atas karena balon memberikan gaya aksi dengan mendorong udara ke bawah (udara keluar lewat mulut balon). Udara yang keluar lewat mulut balon memberikan gaya reaksi dengan mendorong balon ke atas, sehingga balon bergerak ke atas. Apabila posisi balon dibalik, di mana mulut balon berada di atas, maka balon akan bergerak kebawah. Besar gaya aksi dan reaksi sama, hanya berlawanan arah. Balon mendorong udara ke bawah, udara mendorong balon ke atas. Atau sebaliknya balon mendorong udara ke atas, udara mendorong balon ke bawah. Semakin banyak udara yang ditiupkan ke dalam balon, maka balon bergerak makin cepat ketika mulut balon tersebut dibuka. Hal ini disebabkan karena balon mendorong lebih banyak udara keluar, sehingga udara yang didorong tersebut memberikanreaksi dengan mendorong balon. Semakin banyak udara yang ada di dalambalon, semakin lama dan jauh balon bergerak; semakin sedikit udara dalam balon, semakin pelan balon bergerak. Jadi besar gaya aksi sama dengan besar gaya reaksi, hanya arahnya berlawanan.

Manfaat adanya balon udara
Dalam pengembangannya didalam kehidupan balon udara memiliki beberapa manfaat dalam bidang militer, ilmu pengetahuan, serta wisata.

Keperluan militer
Espionage balloon (Balon spionase) adalah suatu pengembangan dari balon udara yang digunakan militer pada Perang Dunia I untuk tugas pengintaian.

Keperluan Ilmu Pengetahuan 

Cuaca
Balon cuaca (Weather Balloon) merupakan pengembangan balon udara yang bertujuan mendapatkan informasi tentang: temperatur, kelembaban relatif, tekanan, kecepatan angin dan arah angin. Untuk mengukur temperatur, kelembaban relatif digunakan alat radiosonde, disamping itu alat ini juga dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi ozon.

Penelitian (Riset)
Research balloon (Balon riset) merupakan pengembangan balon udara untuk membantu penelitian dan penggunaannya tidaklah hanya digunakan dipermukaan bumi, tetapi juga sampai riset di atas lapisan atmospir dan planet lain (mis Venus).

Keperluan Wisata
Dalam keperluan wisata banyak balon udara yang digunakan untuk berwisata dalam bentuk yang beragam dan berfariasi.

Penjelasan Singkat Cara Kerja Balon Udara

Cara balon udara bekerja prinsipnya sangat sederhana yaitu dengan cara memanaskan udara di dalam balon agar lebih panas dari udara di luarnya. Karena kita tahu udara yang lebih panas akan lebih ringan karena masa per unit volumenya lebih sedikit.

Bagian-bagian balon udara
Balon udara secara garis besarnya mempunyai tiga bagian utama yaitu envelope, burner, dan basket.

Envelope bentuknya berupa kantong berupa balon tempat udara dipanaskan. Envelope ini biasanya terbuat dari bahan nilon dan diperkuat dengan panel-panel yang di anyam. Karena nilon ini tidak tahan api, maka bagian bawah envelope di lapisi dengan bahan anti api (skirt).

Burner merupakan alat yang berfungsi untuk memanaskan udara di dalam Envelope. Burner di letakan di atas kepala penumpang dekat ke mulut envelope.

Basket atau keranjang merupakan tempat penumpang. Basket dibuat dari bahan yang ringan dan lentur.

Cara Balon Udara Terbang
Seperti yang telah disebutkan di atas balon udara terbang dengan memanfaatkan perbedaan berat udara dengan jalan memanaskannya.

Untuk terbang udara di dalam envelope di panaskan dengan burner dengan temperatur sekitar 100 derajat Celcius. Udara panas ini akan terperangkap di dalam envelope. Karena udara panas ini masa per unit volumenya lebih sedikit membuatnya lebih ringan sehingga balon udara pun akan bergerak naik di dorong oleh udara yang bertekanan lebih kuat.

Untuk mendarat, udara didinginkan dengan cara mengecilkan burner . Udara yang mulai mendingin di dalam envelope membuat balon bergerak turun. Untuk mempercepatnya, pilot akan membuka katup parasut (parachute valve) sehingga udara di dalam envelope lebih cepat dingin.

Karena balon udara hanya bisa naik dan turun (bergerak secara vertikal) tentu kita berpikir bagaimana cara balon udara berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain (bergerak secara horizontal). Jawabanya hanya satu, pilot memanfaatkan hembusan angin untuk bergerak secara horizontal.

Karena angin bertiup berbeda arahnya pada setiap ketinggian tertentu. Perbedaan arah tiupan angin inilah yang dimanfaatkan oleh pilot untuk mengendalikan balon udara dari satu lokasi ke lokasi yang diinginkan.

Sebagai ilustrasi pada ketinggian 300 meter balon udara akan bergerak dari timur kebarat. Angin yang bertiup kebarat di perkirakan pada ketinggian 400 meter. Untuk itu pilot menaikan balon udara sampai ketinggian tersebut dan balon udara pun memanfaatkan tiupan angin untuk menuju kebarat.

loading...

FOLLOW and JOIN to Get Update!

Social Media Widget SM Widgets




Peternakan dan Herbal Updated at: 20:12

0 komentar:

Post a Comment

Copyright@2014-2016. www.AgrobisnisInfo.com . Powered by Blogger.