Bola Ajaib (Bewitched Ball)
Seorang pengusaha taman hiburan umum Amerika menyediakan sebuah komidi putar yang sangat menarik dan instruktif. Orang-orang yang masuk ke dalam ruangan berbentuk bola berputar ini mengalami sensasi yang hanya akan ditemukan di Negeri Mengangguk, atau di dunia dongeng.
Pertama-tama, ingat kembali apa yang terjadi pada Anda ketika berdiri di tepi platform bulat yang berputar dengan cepat. Rotasi mencoba mengirim Anda melompat keluar, dan semakin jauh Anda dari tengah pusaran, semakin banyak "dorongan" yang Anda dapatkan. Sekarang tutup mata Anda.
Anda tampaknya sulit menyeimbangkan tubuh pada bidang miring, tidak horizontal. Mengapa? Mari kita lihat gaya apa yang bekerja pada tubuh kita (lihat gambar atas di atas). Rotasi mencoba menjatuhkan kita, sedangkan gravitasi menarik kita ke bawah. Resolusi kedua gaya ini menurut aturan jajaran genjang, menghasilkan resultan gaya yang miring ke bawah. Jika rotasi semakin cepat, semakin besar resultan gaya dan semakin tumpul sudutnya.
Bayangkan sekarang bahwa ujung platform dimiringkan ke atas dan Anda berdiri di atasnya (lihat gambar bawah di atas). Saat platform tidak bergerak, Anda tidak akan bisa berdiri di sana, Anda pasti akan meluncur ke bawah atau bahkan jatuh. Tapi akan sangat berbeda ketika platform sedang berputar.
Kemudian, asalkan platform berputar cukup cepat, bidang miring ini akan terlihat horizontal bagi Anda karena gaya resultan dari dorongan sentrifugal dan tarikan gravitasi juga akan dimiringkan, tapi sekarang pada sudut siku-siku ke tepi miring. (Ini, juga menjelaskan mengapa di jalur kereta api yang melengkung, rel luar sedikit lebih tinggi daripada rel dalam, atau mengapa trek balap curam ke dalam dan mengapa pembalap bisa berkendara di sepanjang dinding melingkar yang sangat miring.)
Jika Anda melengkungkan tepi pusaran sedemikian rupa sehingga pada kecepatan tertentu, setiap titik permukaannya tegak lurus dengan resultan gaya, orang yang berdiri di atasnya akan mengira dia berdiri di lantai yang datar, di mana pun dia berada.
Para matematikawan telah menemukan permukaan melengkung sebagai benda geometris yang disebut paraboloid. Paraboloid bisa dibuat dengan memutar-mutar gelas setengah penuh air dengan cepat di sekitar sumbu vertikal. Air pada bagian tepi akan naik sedangkan pada bagian tengah tenggelam, sehingga permukaannya menjadi berbentuk paraboloid.
Jika Anda memutar gelas cukup cepat, ruang kecil di samping akan tetap berada di tempatnya.
Jika kita menggunakan lilin cair sebagai pengganti air dan memutar gelas sampai lilin mengeras, kita akan mendapatkan paraboloid yang tepat.
Ketika diputar dengan kecepatan tertentu, permukaan benda padat seperti itu akan membentuk bidang horizontal dan di atasnya sebuah bola kecil tidak akan menggelinding tetapi tetap berada di tempatnya (lihat gambar di atas), di mana pun bola itu ditempatkan.
Sekarang Anda akan dengan mudah memahami bagaimana bola ajaib dirancang. Bagian bawahnya (lihat gambar di atas) terdiri dari platform besar yang berputar dan berbentuk paraboloid.
Meskipun berputar dengan sangat mulus melalui mekanisme tersembunyi, orang-orang di dalam bola akan melihat kepala mereka berputar jika perabotan dari ruang bola tidak berputar bersama mereka.
Untuk membuat Anda mengira bahwa platform tidak bergerak, platform itu ditempatkan di dalam sebuah bola buram besar yang berputar-putar secepat platform itu sendiri.
Sekarang apa yang akan Anda lihat dan rasakan di dalamnya? Saat berputar, lantai di bawah kaki Anda akan tampak rata di mana pun Anda berdiri, baik pada di mana lantai benar-benar horizontal, atau di tepinya, di mana kemiringannya 45.
Mata Anda dengan jelas menunjukkan kecekungan lantai tetapi otot-otot Anda membuat Anda merasa seolah-olah Anda sedang berdiri di lantai yang rata. Apa yang dicatat oleh dua indra itu adalah yang paling kontradiktif.
Ketika Anda berjalan dari ujung ke ujung platform, bagi Anda akan tampak seolah-olah seluruh bola telah berayun karena berat badan Anda, sama mudahnya seperti gelembung sabun meskipun ukurannya sangat besar.
Kiri: Posisi sebenarnya dari dua orang dalam bola ajaib. Kanan: Posisi yang masing-masing orang pikir dia lihat.
Anda berpikir bahwa Anda berdiri di lantai yang datar sepanjang waktu, tetapi orang-orang lain dalam bola tershir ini tampaknya akan merangkak naik turun dinding seperti lalat (lihat gambar di atas).
Air yang tumpah ke lantai akan menyebar secara merata di atas permukaan cekung dan Anda mengira apa yang Anda lihat adalah dinding air yang dimiringkan. Semua gagasan Anda tentang gravitasi akan hilang.
Seorang penerbang yang berbelok akan mengalami hal yang sama. Terbang dengan kecepatan 200 km/jam sepanjang rute melengkung dengan radius 500 m, penerbang itu akan melihat tanah "kurang jelas", dan miring pada sudut 16.
Kiri: Laboratorium berputar, posisi sebenarnya. Kanan: Laboratorium berputar, posisi yang tampak.
Di kota Goettingen Jerman, laboratorium berputar serupa dibangun untuk tujuan ilmiah (lihat gambar di atas). Ini adalah ruang silinder dengan lebar 3 m, yang melakukan 50 putaran per detik. Karena lantainya datar, maka pengamat yang berdiri di dekat dindingnya mengira bahwa ruang berputar telah bersandar ke belakang dan bahwa dia sendiri setengah berbaring pada dinding miring.
Kepustakaan:
1. Perelman, Y., Physics for Entertainment, Book 2, Shkarovsky, A. (Transl.), Foreign Language Publishing House, Moscow, 1936.
2. Diary Johan Japardi
3. Berbagai sumber daring.
Jonggol, 5 Agustus 2021
Johan Japardi
Baca konten-konten menarik Kompasiana langsung dari smartphone kamu. Follow channel WhatsApp Kompasiana sekarang di sini: https://whatsapp.com/channel/0029VaYjYaL4Spk7WflFYJ2H
