Final Part Not Rocket Science #7
 |
| Final Part Not Rocket Science #7 |
Thanks guys buat komentar dan masukanya untuk semua pembahasanku tentang Teori Bumi Datar – Flat Earth. Terutama untuk Mas Wisnu Ananda yang telah banyak mengkritisi tulisanku sehingga bisa langsung diperbaiki. Alhamdulillah dari pembahasan itu banyak sekali ilmu, pengetahuan dan inspirasi baru.
Final Part ini kuberi subjudul -Not Rocket Science yang merupakan idiom Bahasa Inggris yang berarti “mudah”. Karena memang yang aku jelaskan sejak awal teori dan perhitungan jarak bulan ini merupakan persamaan-persamaan matematika dan fisika yang terbilang sederhana, hanya perlu memasukkannya dalam aplikasi nyata.
Baiklah kali ini langsung saja seperti janji, aku akan tunjukkan bagaimana sebenarnya ilmuwan menghitung kecepatan satelit.Di pembahasan sebelumnya tentang Matematika Angkasa Dalam Narasi aku tampilkan gambar dari video:
Perhitungannya sudah benar dan tak ada masalah, yang menjadi masalah ialah angka 400 km, karena yang sebenarnya dihitung ialah 640 km = 6.4×105 m.
Perhitungan yang dijelaskan digambar tersebut merupakan rumusan persamaan untuk orbit sebuah satelit yang melingkar yang telah dikembangkan dengan hukum gravitasi Newton. Asal muasal dari rumusan tersebut ialah Hukum Ketiga Kepler.
Ide Newton Untuk Membuat Orbit Satelit
Kepler telah mengajukan beberapa persamaan fisika untuk menghitung orbit dari bulan terhadap bumi bulat. Tetapi kemudian Newton mengembangkan perhitungan ini dengan melakukan percobaan pengujian bom meriam kemudian mengukur titik jatuh pelurunya. Kemudian dia menghitung kembali penembakan meriam dan mengukur titik jatuhnya.
Berdasarkan kecepatan jatuhnya, diketahuilah kalau dalam satu detik (1s) peluru meriam akan jatuh sejauh 5meter dari keadaan puncaknya. Ini dapat kita hitung dengan persamaan hukum gerak Newton: S= 1/2 a. t2. Seperti perhitungan sederhana di gambar di bawah ini(sebelah kanan) kalian akan menemukan bahwa jarak vertikal yang akan ditempuh oleh benda yang jatuh dalam satu detik ialah 5m.
Kemudian perhatikan kembali percobaan penembakan meriam (gambar sebelah kiri). Pada gambar tersebut diketahui bahwa setiap 8km bumi melengkung turun sebanyak 5m. Nah jika peluru mencapai jarak horizontalnya ialah 8km, dan turun vertikalnya sebanyak 5m, berdasarkan perhitungan sebelumnya (yang sebelah kanan) dengan percepatan gravitasi bumi (10m/s2 ), benda akan jatuh sejauh 5m setiap satu detik. Jika peluru melaju pada kecepatan 8km/s maka dapat dipastikan bahwa posisi peluru terhadap inti bumi ialah tetap.
Untuk lebih jelasnya lagi perhatikan gambar dibawah ini, bagaimana kombinasi dari gerak horizontal dan vertikal menghasilkan lintasan melingkar sempurna.
Perhatikan gambaran di atas, lingkaran merah ialah bumi, dan lingkaran pensil ialah orbit satelit. Dalam pelajaran Fisika SMA diajarkan tentang vektor. Vektor merupakan besaran yang memiliki besar dan arah. Dalam satu detik satelit akan mengalami dua arah perpindahan, pertama ialah perpindahan vertikal sejauh 5m mengarah ke pusat bumi (jatuh karena gravitasi) dan perpindahan horizontal sejauh 8km yang tegak lurus dengan gravitasi. Lambang RV pada gambar merupakan resultan vektor yang merupakan penjumlahan dari vektor horizontal dan vertikal. Penjumlahan keduanya ini dapat kita peroleh dengan menggunakan trigonometri.
Dalam skema ini, tidak diperlukan angka dari RV(resultan vektor), yang perlu kita perhatikan ialah bahwa posisi/jarak satelit terhadap inti bumi(inti gravitasi) ialah sama persis baik itu sebelum maupun setelah perpindahan (Posisi satelit awal- Posisi satelit 1s). Pun sama dengan posisi satelit 2s, akan sama persis jaraknya terhadap inti bumi.
Pada gambar ini terlihat kalau lintasan dari satelit tersebut harusnya tidak bundar (lihat garis putus-putus RV). Ini karena yang kita gunakan ialah waktu 1s (1 detik), sekarang kalau kita ubah menjadi 0.001s (0.001 detik) maka garis RV akan semkin pendek dan bentuk lintasan semakin mendekati lingkaran. Dengan pendekatan ini, jika kita buat waktunya sangat kecil, mendekati 0, maka akan diperoleh lintasan melingkar seperti gambar di atas. Ini adalah materi matematika Integral dan Diferensial yang diajarkan saat SMA.
Dari percobaan meriam dan logika orbit satelit (Hukum Ketiga Kepler), Newton merumuskan bahwasannya jika sebuah benda melaju dengan kecepatan 8km/s dengan arah tegak lurus terhadap gravitasi bumi, maka benda tersebut akan bergerak mengelilingi bumi dengan lintasan lingkaran. Inilah awal mula ide satelit bisa muncul.
Setelah itu ia mengembangkan persamaan matematisnya, maka diperolehlah:
v2 = (G M)/r
Dapat diubah menjadi bentuk:
Ket:
v = velocity (kecepatan)
G = konstanta gravitasi
mE = massa bumi
r = jarak dari satelit ke inti bumi
Dengan menggunakan persamaan ini, kita bisa menghitung standard kecepatan sebuah satelit agar tidak jatuh ketika terkena gravitasi bumi. Perhitungannya aku ambil dari video:
Perhitungan ini sudah benar, kecuali keterangan bahwa ketinggian satelit ialah 400km. Dalam perhitungan ini, ketinggian dari satelit ialah 640 km = 6.4×105 m dan angka jari-jari bumi yang digunakan ialah 6.380 km = 6.38×106 m. Perhatikan pada persamaan, bagian bawah (r) merupakan jarak satelit dari inti bumi yang bisa diperoleh dengan menjumlahkan jari-jari bumi+ketinggian satelit.
Pembuat video sebenarnya tidak mengerti persamaan fisika sederhana ini.
Dari perhitungan ini diperoleh angka 7.5km/s sedikit berbeda dengan yang kita peroleh sebelumnya yaitu 8km/s atau setara dengan 28.000km/jam. Ini karena persamaan ini menggunakan perhitungan yang lebih rinci dan teliti, sedangkan perhitungan sebelumnya menggunakan banyak pembulatan angka.
Apa Bahan Bakar Satelit Tak Akan Habis?
Jika merujuk pada satelit-satelit besar, maka beberapa satelit besar memang harus menggunakan bahan bakar. Hal ini bisa dikonfirmasi dengan cek di YT “NASA refuelling satellite”. Tetapi pada dasarnya bahan bakar pada satellit ini digunakan hanya untuk mengarahkan posisi satelit, bukan sebagai pendorong agar satelit bergerak.
Dalam hukum pertama Newton secara sederhana dikatakan bahwa “Setiap benda akan terus diam atau bergerak dengan kecepatan konstan kecuali ada gaya yang bekerja pada benda tersebut”.
Contoh paling sederhana-nya ialah ketika kita mengendarai mobil maka mobil akan bergerak, misalkan 20km/jam. Setelah itu jika kita matikan mesin mobil mobil masih akan bergerak (tanpa menginjak rem). Gerakan mobil ini sebenarnya akan konstan pada 20km/jam jika saja tidak ada gaya gesekan ban terhadap aspal dan gaya gesekan body mobil terhadap udara. Hal ini sudah terbukti dalam percobaan “pendulum in a vacuum”
Pada postingan sebelumnya, sudah kita bahas kalau di luar atmosfer bumi satu-satunya gaya yang bekerja ialah gaya gesekan yang besarnya 6×10-27 kali gaya gesekan di udara. Maka jika ada benda yang bergerak di angkasa dengan kecepatan 8km/s atau 28.000km/jam, kecepatan ini akan terus konstan selamanya. Inilah yang membuat pada dasarnya satellit dan benda-benda angkasa bisa bergerak mengorbit bumi tanpa bahan bakar, hanya perlu initial velocity, kecepatan awal.
Jadi ketika NASA atau space exploration program lainnya melakukan refuelling, pengisian bahan bakar. Pasti muncul pertanyaan, kenapa harus ada pengisian bahan bakar kalau satelit ini nggak perlu bahan bakar? Seperti yang aku bilang, pada dasarnya satelit tidak perlu bahan bakar untuk mengorbit, tetapi ketika lintasan satelit meleset dari orbit aslinya, maka digunakanlah bahan bakar untuk mendorong satelit kembali ke lintasan aslinya dan memberikan kecepatan 28.000 km/jam.
Refuelling ni hanya untuk satelit-satelit besar dan mahal saja. Sebab tanpa adanya refuelling maka satelit bisa saja keluar dari orbit dan ke ruang angkasa lepas, atau bisa juga tertarik gravitasi bumi dan hancur terbakar atmospher.
Oh ya mungkin teman-teman sampai saat ini berfikiran bahwa satelit itu adalah benda maha canggih dan luar biasa keren yang desainnya seperti kapal luar angkasa dan berukuran besar semua. Tetapi sebenarnya ukuran satelit itu bervariasi.
Berapa Ukuran Satelit
Ukuran satelit sebenarnya sangat bervariasi. Yang paling membuatku kaget ialah, ternyata satelit pertama di dunia, milik Soviet, yaitu Sputnik1 ternyata hanya berukuran sebesar bola yoga. Ini ukuran beberapa satelit paling terkenal:
Ukuran dari satelit-satelit ini bervariasi dari yang sangat kecil berukuran seperti bola voli hingga yang sangat besar seukuran lapangan americal football. Silahkan cek info lengkapnya disini: http://www.businessinsider.com/size-of-most-famous-satellites-2015-10
Peluncuran Satelit dan Perawatannya
Pasti banyak yang mengira kalau satu roket luar angkasa pasti membawa hanya satu satelit. Nah pernyataan ini benar untuk kasus Sputnik1 dan beberapa satelit di masa awal-awal eksplorasi luar angkasa. Tetapi saat ini dalam satu roket bisa membawa hingga 20 satelit.
Untuk satelit kecil, dalam peluncurannya hanya perlu pendorong pada roket. Seperti Sputnik 1 misalkan. Satelit ini berukuran kecil dan bentuknya hanya menyerupai bola besi. Untuk peluncurannya hanya perlu pelontar pada roket untuk melemparkannya dengan kecepatan 8km/s seperti yang telah kita hitung. Jadi pada satelit sendiri tidak ada bahan bakar karbon di dalam satelit ini. Satelit mengandalkan tenaga matahari (solar cell) untuk menghasilkan energi listrik. Energi listrik ini cukup untuk operasi seluruh rangkaian elektronik dalam satelit.
Sputnik 1
Umumnya hampir tidak ada perawatan pada satelit-satelit kecil (yang juga murah). Ketika bergeser dari garis edarnya maka ada dua pilihan, menjauh dari bumi atau jatuh ke bumi. Jika menjauh ya sudah hilang di luar angkasa yang luas, jika jatuh ke bumi maka akan hancur ketika menabrak atmosfer bumi.
Untuk satelit yang berukuran lebih besar, satelit ini memiliki bahan bakar dan pendorong, sehingga kecepatan dan lintasan dari satelit ini dapat dikontrol dari bumi.
Teleskop Luar Angkasa Hubble
Biasanya satelit jenis ini memerlukan perawatan, perbaikan dan pengisian ulang bahan bakar. Saat ini untuk keperluan perawatan dan refuelling ini dilakukan oleh robot. Tetapi dulu memang dilakukan oleh manusia.
Astronot Mengisi Bahan Bakar Satelit
Salah satu yang ditampilkan dalam video dan menurutku sangat menarik ialah bagaimana mungkin astronot bisa keluar satelit dengan baju lengkap untuk memperbaiki atau mengisi ulang bahan bakar satelit.
Di video dilebih-lebihkan seolah ini tidak mungkin dilakukan karena jika satelit melaju dengan kecepatan 28.000 km/jam, maka astronot tidak akan bisa keluar dan melayang-layang, harusnya astronot tertinggal seperti ketika orang berada di luar pintu pesawat terbang.
Petama-tama setiap Astronot yang akan melakukan spacewalk (keluar dari spacecraft) akan diikatkan safety agar tidak terlepas dan melayang-layang di angkasa. Beberapa bahkan membawa semacam tas yang merupakan roket pendorong.Karena kecepatan satelit ialah 28.000 km/jam maka kecepatan dari astronot ketika keluar ialah sama 28.000.
Di luar angkasa ini kondisinya tidak ada gesekan sama sekali apalagi angin. Maka tidak akan ada tekanan dari fluida yang dialami oleh astronot tersebut. Kalau pengisian bahan bakar di pesawat militer yang dilakukan di atmosfer (ada angin dan tekanan udara) saja bisa dilakukan, maka di luar angkasa tanpa tekanan udara, teknik yang sama akan bisa dilakukan.
Semuanya jadi simple dan masuk akal kan?
Ok.. Thats’s all.. Penjelasan ini berdasarkan pemahamanku dan pengetahuanku dalam ilmu fisika yang dangkal. Pada praktik-nya ini semua menggunakan perhitungan yang lebih kompleks dan rumit. Kita harus mempertimbangkan efek gravitasi bulan serta arahnya dan harus mempertimbangkan teori relativitas Einstein. Tetapi secara garis besarnya, dasar dan logika perhitungan satelit berasal dari ide Newton yang telah aku sampaikan itu.
Silahkan membaca..
Jika belajar sains itu logis dan menyenangkan, silahkan share tulisan ini. Biar teman kalian juga memiliki wawasan sains yang luas.
Jika ada komentar silahkan sampaikan dengan sopan, saya akan tampilkan semua komentar baik itu pro atau kontra.
Pasti banyak yang mengira kalau satu roket luar angkasa pasti membawa hanya satu satelit. Nah pernyataan ini benar untuk kasus Sputnik1 dan beberapa satelit di masa awal-awal eksplorasi luar angkasa. Tetapi saat ini dalam satu roket bisa membawa hingga 20 satelit.
Untuk satelit kecil, dalam peluncurannya hanya perlu pendorong pada roket. Seperti Sputnik 1 misalkan. Satelit ini berukuran kecil dan bentuknya hanya menyerupai bola besi. Untuk peluncurannya hanya perlu pelontar pada roket untuk melemparkannya dengan kecepatan 8km/s seperti yang telah kita hitung. Jadi pada satelit sendiri tidak ada bahan bakar karbon di dalam satelit ini. Satelit mengandalkan tenaga matahari (solar cell) untuk menghasilkan energi listrik. Energi listrik ini cukup untuk operasi seluruh rangkaian elektronik dalam satelit.
Sputnik 1
Umumnya hampir tidak ada perawatan pada satelit-satelit kecil (yang juga murah). Ketika bergeser dari garis edarnya maka ada dua pilihan, menjauh dari bumi atau jatuh ke bumi. Jika menjauh ya sudah hilang di luar angkasa yang luas, jika jatuh ke bumi maka akan hancur ketika menabrak atmosfer bumi.
Untuk satelit yang berukuran lebih besar, satelit ini memiliki bahan bakar dan pendorong, sehingga kecepatan dan lintasan dari satelit ini dapat dikontrol dari bumi.
Teleskop Luar Angkasa Hubble
Biasanya satelit jenis ini memerlukan perawatan, perbaikan dan pengisian ulang bahan bakar. Saat ini untuk keperluan perawatan dan refuelling ini dilakukan oleh robot. Tetapi dulu memang dilakukan oleh manusia.
Astronot Mengisi Bahan Bakar Satelit
Salah satu yang ditampilkan dalam video dan menurutku sangat menarik ialah bagaimana mungkin astronot bisa keluar satelit dengan baju lengkap untuk memperbaiki atau mengisi ulang bahan bakar satelit.
Di video dilebih-lebihkan seolah ini tidak mungkin dilakukan karena jika satelit melaju dengan kecepatan 28.000 km/jam, maka astronot tidak akan bisa keluar dan melayang-layang, harusnya astronot tertinggal seperti ketika orang berada di luar pintu pesawat terbang.
Petama-tama setiap Astronot yang akan melakukan spacewalk (keluar dari spacecraft) akan diikatkan safety agar tidak terlepas dan melayang-layang di angkasa. Beberapa bahkan membawa semacam tas yang merupakan roket pendorong.Karena kecepatan satelit ialah 28.000 km/jam maka kecepatan dari astronot ketika keluar ialah sama 28.000.
Di luar angkasa ini kondisinya tidak ada gesekan sama sekali apalagi angin. Maka tidak akan ada tekanan dari fluida yang dialami oleh astronot tersebut. Kalau pengisian bahan bakar di pesawat militer yang dilakukan di atmosfer (ada angin dan tekanan udara) saja bisa dilakukan, maka di luar angkasa tanpa tekanan udara, teknik yang sama akan bisa dilakukan.
Semuanya jadi simple dan masuk akal kan?
Ok.. Thats’s all.. Penjelasan ini berdasarkan pemahamanku dan pengetahuanku dalam ilmu fisika yang dangkal. Pada praktik-nya ini semua menggunakan perhitungan yang lebih kompleks dan rumit. Kita harus mempertimbangkan efek gravitasi bulan serta arahnya dan harus mempertimbangkan teori relativitas Einstein. Tetapi secara garis besarnya, dasar dan logika perhitungan satelit berasal dari ide Newton yang telah aku sampaikan itu.
Silahkan membaca..
Jika belajar sains itu logis dan menyenangkan, silahkan share tulisan ini. Biar teman kalian juga memiliki wawasan sains yang luas.
Jika ada komentar silahkan sampaikan dengan sopan, saya akan tampilkan semua komentar baik itu pro atau kontra.
Buka juga :
Post a Comment for "Final Part Not Rocket Science #7"