Para pemain ice skating profesional sering melakukan gerakan melingkar yang mengagumkan di lantai es dan tanpa mengalami kesulitan sedikit pun. Hal ini membuat decak kagum para penontonnya. Bagaimana pemain ice skating tersebut melakukannya? Ternyata gerakan ini menggunakan konsep dari Fisika dalam mekanika gerak, yaitu disebut dengan gerakan melingkar.
Menurut Newton, benda yang bergerak lurus akan membelok jika ada gaya ke samping. Darimana kita peroleh gaya ke samping itu? pemain ice skating tahu cara memperoleh gaya ke samping ini. Ketika pemain ice skating hendak membelok ke kanan, kakinya akan menekan lantai es ke kiri. Lantai es akan memberikan reaksi dengan menekan kaki pemain ice skating ke kanan sehingga lintasannya berbelok ke kanan. Semakin keras pemain menekan lantai es, semakin tajam belokannya. Jika tekanan pada lantai es ini berlangsung terus menerus, lintasan pemain akan berbentuk lingkaran. Disini gaya dari lantai es bertindak sebagai gaya sentripetal.
Badan pemain ice skating dimiringkan ke pusat lintasan lingkarannya (gambar 1). Ketika bergerak melingkar pemain ice skating akan merasakan gaya sentrifugal yang arahnya menjauhi pusat lingkaran. Untuk mengatasi gaya ini pemain ice skating harus sedikit memiringkan tubuh bagian atasnya. Jika pemain bergerak dengan kecepatan 4 m/s dalam suatu lingkaran berdiameter 10 meter maka ia harus memiringkan tubuhnya sekitar 180 dari garis vertikal. (Surya, 2008)
Jika partikel yang bergerak dengan lintasan melengkung memiliki vektor posisi yang selalu konstan besarnya, maka lintasan partikel tersebut adalah suatu lingkaran. Dalam gerak melingkar ini, apabila besar kecepatannya tetap, maka disebut gerak melingkar beraturan. Gerak melingkar beraturan merupakan gerak yang dipercepat.
2.2 Analisis Gerak Rotasi (Spin) dalam Ice Skating Berdasarkan Konsep Fisika
Keindahan dan keunikan lain dari pemain ice skating profesional yaitu pada saat melakukan gerakan rotasi seperti gasing yang mengagumkan di arena es. Seperti terlihat pada gambar 5 di bawah ini. Ternyata gerakan ini menggunakan konsep dari Fisika dalam mekanika gerak, yaitu disebut dengan gerakan rotasi.
Gerakan rotasi yang dilakukan oleh pemain ice skating, awalnya lambat dengan tangan penari yang terentang, setelah itu berputar dengan cepat dengan tangan terlipat ke dalam seiiring dengan bertambahnya kecepatan. Pada akhir atraksi, penari merentangkan tangan kembali dan kecepatan berputarnya turun. Karena ada unsur perputaran, maka atraksi itu termasuk dalam gerak rotasi sehingga satuan-satuannya berbeda dengan gerak lurus biasa. Perputaran pada aksi pemain ice skating ini dapat kita analisis mulai dari momen inersia, energi kinetik, sampai pada momentum sudut yang kekal, dengan menggunakan konsep gerak rotasi. (Surya, 2008)
2.2.1 Energi Kinetik Rotasi Berdasarkan Konsep Fisika
Benda yang berotasi pada sebuah sumbu dikatakan memiliki energi kinetik rotasi. Dengan
analogi terhadap EK translasi, diharapkan besaran ini dinyatakan dengan di mana I adalah momen inersia benda dan adalah kecepatan sudutnya. Contoh benda tegar apa saja yang dibentuk oleh banyak partikel kecil, masing-masing dengan massa m. Jika ditentukan r menyatakan jarak partikel dari sumbu rotasi, maka kecepatan liniernya adalah . Energi kinetik total dari benda secara keseluruhan akan sama dengan jumlah energi kinetik semua partikelnya, yaitu: (Giancoli, 2001)
EK = 1/2 m1v12 + 1/2 m2v22 + ... + 1/2 mnvn2
Pemain ice skating pada saat melakukan spin di ujung sepatu seluncurnya (gambar 5b). Ia berotasi dengan laju yang relatif lambat dengan lengan terentang, tetapi ketika ia memelukkan lengannya ke tubuhnya, tiba-tiba ia berputar jauh lebih cepat. Dengan mengingat definisi momen inersia sebagai , jelas bahwa ketika ia menarik tangannya menjadi lebih dekat ke pusat rotasi, r untuk lengan diperkecil sehingga momen inersianya diperkecil. Karena momentum sudut I tetap konstan (abaikan momen yang kecil yang disebabkan gesekan), jika I berkurang, maka kecepatan sudut harus bertambah. Jika pemain ice skating tersebut memperkecil momen inersianya sebesar faktor 2, maka ia akan berotasi dengan kecepatan sudut dua kali lipat. (Giancoli, 2001)
2.3 Analisis Gerak Melompat dalam Ice Skating Berdasarkan Konsep Fisika
Pemain ice skating tahu cara melompat yang sangat indah! Yang dilakukan adalah menekan kaki yang menggunakan sepatu luncur pada lantai secara vertikal. Dengan memberi tekanan pada lantai es, lantai memberikan reaksi mendorong kaki pemain ice skating ke atas. Pemain juga tahu bahwa lompatan akan lebih tinggi jika saat melompat lutut ditekuk. Disini tekukan lutut bertindak seperti pegas yang tertekan, siap untuk melontarkan benda yang diletakkan di atasnya. Semakin besar tekukan lutut, semakin tinggi tubuh terlontar. Namun perlu diingat bahwa lutut yang terlalu bengkok akan mengurangi gaya tekan kaki pada lantai es. Pemain ice skating biasanya tahu berapa besar ia harus menekuk lututnya untuk mencapai ketinggian optimal. Untuk melompat setinggi 30 cm, pemain biasanya menekuk lututnya sejauh 30 cm disertai gaya tekan pada lantai sebesar hampir satu kali berat badannya.
Pada gerakan kombinasi, yaitu pemain ice skating melakukan gerak vertikal dan gerak mendatar secara serempak. Ketika tubuh lepas kontak dari lantai es, lintasan pusat berat berbentuk suatu parabola (Gambat 6). Untuk menambah tinggi lompatan pemain ice skating harus memberikan tambahan energi dengan meluncur lebih cepat di lantai es. Hal yang sama dilakukan oleh para pelompat tinggi. Untuk melompat setinggi mungkin, si pelompat harus berlari secepat mungkin. Gerakan kombinasi ini sulit dilakukan tanpa latihan yang serius. Pemain ice skating harus benar-benar tahu kapan waktu melompat dan berapa kecepatan yang harus ia berikan agar gerakannya ini sesuai dengan irama musik yang dimainkan.
Penonton melihat pemain ice skating seolah-olah terbang mendatar pada ketinggian tertentu. Karena berada cukup lama di udara (disekitar puncak), maka pemain ice skating akan tampak seperti terbang. Pemain ice skating akan memperkuat ilusi terbang ini dengan mengangkat dan merentangkan kedua kakinya selebar mungkin serta menggerakkan beberapa anggota tubuhnya agak ke atas. Selesai melakukan gerakan melompat ini pemain ice skating mendarat pada lantai es dengan lentur dan lutut ditekuk. Tanpa mendarat dengan lentur dan lutut ditekuk yang cukup besar, pemain ice skating akan cedera. (Surya, 2008)
Analisisnya yaitu, pada saat pemain ice skating melompat ke atas gaya gravitasi memberikan gaya ke arah bawah sehingga kecepatan vertikalnya semakin berkurang. Ketika mencapai ketinggian maksimum, kecepatan vertikalnya nol. Selanjutnya pemain ice skating mengalami percepatan sesuai dengan hukum II Newton, ΣF = ma. Bentuk lintasan parabola tergantung sudut elevasi dan kecepatan yang diberikan. Secara matematik, gerak parabola dapat diuraikan pada sumbu-x dan sumbu-y. Pada sumbu-x, benda dianggap mengalami gerak lurus beraturan. Sehingga percepatan yang dialami adalah konstan. (Wikipedia, 2000)
2.4 Analisis Gerak Saling Berinteraksi dalam Ice Skating Berdasarkan Konsep Fisika
Pemain ice skating seringkali melakukan permainannya dengan beratraksi berdua. Dapat dilihat pada gambar 9 di bawah ini. Inilah bentuk paling sederhana dari prinsip kekekalan momentum (principle of conservation of momentum). Prinsip ini merupakan konsekuensi langsung dari hukum ketiga Newton. Hal yang menyebabkan prinsip ini sangat berguna adalah karena prinsip ini tidak bergantung pada detail alamiah dari gaya-gaya dalam yang bekerja antara bagian-bagian dari sistem. Ini berarti dapat diterapkan kekekalan momentum. Digunakan hukum kedua Newton untuk menurunkan prinsip ini.
Konsep dari momentum sangatlah penting dalam situasi di mana kita mendapati dua atau lebih benda yang berinteraksi. dua benda saling berinteraksi satu sama lain tetapi tidak berinteraksi dengan benda-benda lainnya. Setiap partikel memberikan gaya pada yang lain. Berdasarkan hukum ketiga Newton, kedua gaya selalu sama besarnya dan berlawanan arah. Oleh karena itu, impuls yang terjadi pada kedua partikel akan sama besar dan berlawanan arah. (Young, 2002)
Gerak melingkar beraturan oleh pemain ice skating dapat diakibat oleh sembarang kombinasi gaya, sedemikian rupa sehingga gaya totalnya selalu terarah menuju titik yang sama di pusat lingkaran dan besar percepatan ini tetap, sehingga besar Fnet dari gaya radial ke dalam totalnya juga harus tetap.
Perputaran pada aksi pemain ice skating saat bergerak secara rotasi (spin) dapat kita analisis mulai dari momen inersia, energi kinetik, sampai pada momentum sudut yang kekal, dengan menggunakan konsep gerak rotasi. Energi kinetik rotasi dapat dituliskan sebagai dan momentum sudut (L) untuk sebuah benda yang berotasi sekitar sumbu yang tetap, yaitu , hasil kali I tetap konstan.
Pada saat pemain ice skating melompat, terjadi lintasan parabola pada lompatannya. Analisisnya, lompatan ke atas gaya gravitasi memberikan gaya ke arah bawah sehingga kecepatan vertikalnya semakin berkurang. Ketika mencapai ketinggian maksimum, kecepatan vertikalnya nol. Selanjutnya pemain ice skating mengalami percepatan sesuai dengan hukum II Newton, ΣF = ma.
Momentum sudut total sistem yang berinteraksi adalah konstan. Oleh sebab itu, dalam aksi dua orang pemain ice skating termasuk ke dalam sistem dua partikel, jumlah vektor torsi pada sistem dua partikel sama dengan nol, maka momentum sudut total dari sistem dua partikel tersebut adalah konstan.
Sumber : http://fisikasman1ubud.blogspot.com/
0 komentar:
Posting Komentar