075: Fisika SMA: Osilasi Teredam (ada Animasi)
Pernah melihat shockbreaker motor? Bentuknya seperti pegas yang sangat kuat (Gambar 75.1). Mobil pun sekarang dilengkapi dengan shockbreaker, khususnya mobil ukuran kecil (Gambar 75.2). Kalau mobil jaman dulu tidak menggunakan shockbreaker tetapi sejumlah lempengan baja tempat melekatkan as mobil. Mobil besar seperti bus dan truk hingga saat ini masing menggunakan lempengan baja tersebut.
Sakitnya jatuh dan desain shockbreaker.
Misalkan kamu jatuh dari ketinggian 1 meter dan lutut mengenai tanah. Jika diasumsikan bahwa lama lulut menyentuh tanah 0,1 detik maka gaya yang dialami lutut 2.214 N. Sakit yang dirasakan lutut sama dengan sakit yang dirasakan saat menahan batu bermassa 221 kg (lebih dari 2 karung goni beras).
Untuk memperkecil gaya yang dirasakan saat jatuh, maka waktu berhenti saat jatuh harus diperbesar. Salah satu caranya adalah jatuh pada pegas. Jika jatuh pada pegas maka pegas akan memendek secara perlahan-lahan baru berhenti. Waktu berhenti kira-kira seperempat periode osilasi pegas. Jika perode osilasi pegas 1 detik maka gaya yang dirasakan ketika jatuh dari ketinggian 1 meter hanya 886 N atau setara dengan menahan beban 88,6 kg. Kalau periode pegas 3 detik maka beban yang ditahan sekitar 30 kg. Sifat pegas seperti inilah yang dimanfaatkan dalam pembuatan shockbreaker.
Salah satu bagian utama shockbreaker adalah pegas. Guna pegas adalah untuk menghasilkan osilasi. Tujuan pemasangan shockbreaker adalah agar kendaraan jatuh atau naik secara perlahan-lahan ketika melintasi jalan yang tidak rata. Tanpa shockbreaker, goncangan kendaraan akan sangat kasar dan tiba-tiba jika roda melintasi jalan berlubang atau melewati penghalang seperti batu. Pegas pada shockbreaker menghindari goncangan kasar dan tiba-tiba tersebut dan goncangan yang terjadi menjadi mulus. Jika ada jalan rusak maka kendaraan melakukan gerakan osilasi sehingga terasa lebih nyaman bagi penumpang. Konstanta pegas shockbreaker dirancang sedemikian rupa sehingga frekuensi osilasi kendaraan berada pada frekuensi kenyamanan manusia.
Tetapi menjadi tidak nyaman jika osilasi berlangsung terus menerus meskipun kendaraan sudah memasuki jalan mulus. Jika shockbreaker hanya terdiri dari pegas maka osilasi kendaraan kendaraan akan terjadi sangat lama. Bisa jadi osilasi kendaraan berlangsung terus hingga jarak ratusan meter. Tentu tidak nyaman bukan? Oleh karena itu, shockbreaker dilengkapi bagian lain yaitu peredam. Gambar 75.3 adalah ilsutrasi bagian dalam peredam pada shockbreker.
Guna peredam adalah membuang energi osilasi sehingga osilasi segera hilang setelah beberapa saat. Peredam dapat berupa benda yang bergerak maju mundur dalam wadah berisi bubuk atau zat cair kental. Ketika terjadi osilasi maka benda dalam bubuk atau cairan tersebut ikut berosilasi. Gesekan dengan bubuk atau caran menyebabkan hilangnya energi osilasi menjadi panas. Akibatnya, amplitudo iosilasi makin lama makin kecil dan akhirnya hilang. Gambar 75.4 adalah simpangan osilasi tanpa dan dengan adanya peredam.
Kalian dapat mepraktekkan osilasi teredam dengan menggunakan bandul matematis atau pegas yang memiliki beban. Amati simpangan bandul ketika beban beroislasi bebas di udara dan ketika beban berosilasi di dalam wadah berisi air. Amati simpangan pegas ketika beban berosilasi bebas di udara dan ketika beban berosilasi dalamw adah berisi air.
Mungkin sebagian kali pernah naik kereta api. Amati rel kereta api. Rel tersebut diletakkan di atas batu kerikil bukan? (Gambar 75.5) Apa guna batu kerikil tersebut? Batu kerikil adalah peredam getaran rel. Ketika kereta lewat maka rel bergetar. Getaran rel harus segera dihentikan agar tidak terjadi pembengkokan permanen atau tidak memperlonggar baut pengikat rel. Caranya adalah energi geratan rel harus segera dibuang. Bahan yang cukup efektif dan murah untuk menyerap energi getaran rel adalah kerikil. Getaran rel menyebabkan kerikil yang bersentuhan dengan rel ikut bergetar. Getaran tersebut menyebabkan tumbukan antar kerikil sehingga timbul panas. Ini berarti energi getaran rel berubah menjadi panas. Akibatnya amplitudo getaran rel makin kecil dan akhirnya rel berhenti bergetar.
Saya telah mebuat program excel untuk animasi osilasi teredam. File excel dapat didownload pada link berikut
File animasi excel osilasi teredam
Sumber gambar fitur: youtube
