Pesawat Jet Terbang Sangat Tinggi
Pesawat jet komersial terbang hingga ketinggian jelajar 40.000 kaki. Karena 1 meter = 3,28 kaki maka ketinggian tersebu sama dengan 12,2 km. Pesawat baling-baling umumnya terbang pada ketinggian di bawah 15.000 kaki. Ketinggian 15.000 kaki pun umumnya diambil jika lama perjalanan lebih dari 1 jam. Contohnya, penerbangan Bali-Lombok yang ditempuh dalam waktu sekitar setengah jam hanya mengambil ketinggian sekitar 7.000 kaki atau 2,1 km. Gambar 1 adalah contoh suasana pesawat baling-baling dan pesawat jet saat menjelajah pada ketinggian lintasan maksimum. Dari jendela pesawat baling-baling tampak awan hanya berada di posisi sedikit di bawah pesawat. Sedangkan dari jendela pesawat jet tampak awan berada jauh di bawah lintasan pesawat.
Gambar 2 adalah track menggunakan flightradar24 beberapa pesawat yang diambil tanggal 6 Januari 2019 jam 16.54. Kita menandai dua pesawat, yaitu GA9309 Garuda Indonesia ATR72-600 dalam penerbangan Yogyakarta ke Surabaya dan GA875 Garuda Indonesia Boeing 777-300ER dalam penerbangan Haneda, Jepang ke Soekarno Hatta. Pesawat ART72-600 sedang menjelajah pada ketinggian 13.877 kaki (4,23 km) dengan kecepatan 209 kts (387 km/jam) dan pesawat Boeing 777-300ER sedang menjelajah pada ketinggian 36.000 kaki (10,975 km) dengan kecepatan 488 kts (904 km/jam).
Perbedaan lain peawat jet dan pesawat baling-bali adalah pada kecepatan jelajah. Pesawat jet seperti Boeing 777 dapat terbang hingga kecepatan 945 km/jam. Pesawat Garuda Indonesia pada Ganbar 2(b) sedang terbang dengan kecepatan 904 km/jam. Pesawat baling-baling seperti ATR72 dapat terbang hingga kecepatan 510 km/jam dan Bombardier Dash 8 Q400 dapat terbang hingga kecepatan 667 km/jam. Mengapa pesawat jet harus terbang pada ketinggian lebih besar daripada pesawat baling-baling? Bisakah pesawat jet terbang pada ketinggian lebih rendah?
Faktor utama penentuan ketinggian jelajar adalah gaya gesekan udara. Setiap benda yang bergerak dalam zat alir (atau fluida) selalu mengalami gaya gesekan yang arahnya berlawanan dengan arah gerak benda. Udara termasuk fluida dengan kerapatan sangat rendah. Air dan minyak adalah contoh fluida yang memiliki kerapatan tinggi. Ketika pesawat menembus udara maka pesawat mendapat gaya gesekan oleh udara ke arah belakang. Gambar 3 adalah simulasi aliran udara di sekeliling badan pesawat yang sedang terbang. Gaya gesekan tersebut tentu menghambat gerak pesawat. Agar pesawat tetap bergerak dengan kecepatan tinggi maka diperlukan tambahan gaya dorong untuk mengimbangi gesekan udara. Ini bermakna pesawat harus mengeluarkan bahan bakar lebih untuk melawan gaya gesekan udara. Dengan demikian, gesekan udara berimplikasi pada pemboroisan penggunaan bahan bakar.
Besar gaya gesekan udara tergandung pada massa jenis udara, kecepatan benda, dan luar penampang benda yang menembus udara. Untuk benda yang bergerak dengan kecepatan yang sangat tinggi, besar gaya gesekan oleh udara memenuhi persamaan
dengan
v adalah kecepatan relatif benda terhadap udara
rho adalah massa jenis udara
A adalah luas penampang benda yang benembus udara
CD dinamakan koefisien gesekan yang bergentung pada bentuk benda. Koefieisn ini tidak memiliki dimensi.
Tabel 1 adalah koefisien gesekan sejumlah jenis pesawat.
Tampak dari persamaan (1) bahwa gaya gesekan udara naik secara kuadratik dengan kecepatan relatif pesawat terhadap udara. Rasio kecepatan pesawat jet dan pesawat baling-baling sekitar (945/600) = 1,575 kali. Jika pesawat jet dan pesawat baling-baling tebang dengan ketinggian yang sama dan midalkan luas penamapnag pesawat sama maka pesawat jet mengalami gaya gesekan (1,575)2 = 2,5 kali lebih besar. Tentu ini pemborosan luar biasa bukan? Lalu bagaimana cara mengurangi gaya gesekan tersebut?
Caranya adalah pesawat jet harus terbang pada daerah yang mengandung udara dengan kerapatan lebih rendah. Dan beruntunglan bahwa makin ke atas dari permukaan bumi, massa jenis udara makin kecil. Gambar 4 adalah kurva massa jenis udara sebagai fungsi ketinggian. Pada ketinggian 5.000 m, massa jenis udar sekitar 0,736 kg/m3 sedangkan pada ketinggian 12.000 m massa jenis udara sekitar 0,311 kg/m3. Untuk menentukan mass jenis udara pada berbagai ketinggian kita dapat menggunakan software 1976 Standard Atmosphere Calculator (https://www.digitaldutch.com/atmoscalc/)
Perbandingan massa jenis pada ketinggian 5000 meter dan 12000 meter sekitar (0,736/0,311) = 2,4. Nilai ini kira-kira sama dengan rasion kuadrat kecepatan pesawat jet dan pesawat baling-baling. Agar lebih jelas, mari kita tentukan nilai rho x v2 untuk pewasat jet yang berjelajag pada ketinggian 12 km dan pesawat baling-baling yang berjelajah pada ketinggian 5 km. Kita gunakan data kecepatan standar masing-masing (cruising speed). Untuk pesawat jet sekitar 875 km/jam dan untuk pesawat baling-baling sekitar 550 km/jam.
- Untuk pesawat jet: rho x v2 = (0,311 kg/m3)(875 km/jam)2 = 238.109 (kg/m3)(km2/jam2)
- Untuk pesawat baling-baling: rho x v2 = (0,736 kg/m3)(550 km/jam)2 = 222.640 (kg/m3)(km2/jam2)
Tampak bahwa perkalian besaran di atas sama. Dengan demikian untuk luas penampang yang mirip dan koefisien gesekan yang mirip, maka gaya gesekan yang dialami pesawat jet pada ketinggai 12 km dan pesawat baling-baling pada ketinggian sekitar 5 km hampir sama. Inilah alasan mengapa makin cepat gerak pesawat maka ketinggian jelajah harus makin besar.
Sumber gambar fitur: businessinsider.com
