Membahas tentang perahu adalah salah satu hal yang menarik perhatian saya, mengingat bahwa saya dibesarkan di Tanjungbalai yang dekat laut dan sering melihat berbagai jenis kapal.
Istilah-istilah yang digunakan dalam pelayaran sangat banyak, dan saya agak lega karena dalam topik Gaya, Usaha, dan Friksi dari Fisika untuk Hiburan kali ini hanya membahas tentang berlayar jarak dekat (sailing close-hauled). Konsep fisika yang diaplikasikan dalam artikel ini berkaitan dengan resolusi gaya yang bekerja pada layar perahu layar maupun perahu pesiar.
Sebelum kita mulai, saya tunjukkan dulu bagian-bagian dari sebuah perahu layar sebagai berikut:
Jika haluan mengarah ke angin, layar utama berada di tengah perahu dan jib luff. Untuk berlayar langsung ke angin tidak mungkin. Jib adalah layar pada bagian depan perahu. Jib membantu mendorong perahu untuk bergerak maju ke depan. Luff adalah ketika Anda mengendalikan perahu sesuai arah angin sehingga layar mulai mengembang dan kehilangan kemudi.
Bagaimana perahu layar bisa berlayar "menuju angin," atau seperti yang dikatakan para pelaut, "jarak dekat" (close-hauled)?
Benar, seorang pelaut akan memberitahu Anda bahwa Anda tidak bisa berlayar langsung melawan angin, tetapi hampir melawannya, pada sudut yang lancip ke arah angin bertiup. Namun, sudut ini sangat kecil, kira-kira seperempat sudut siku-siku, dan memang sulit untuk memahami perbedaan antara berlayar langsung melawan angin atau pada sudut lancip dari 22 terhadap angin.
Angin akan selalu mendorong layar pada sudut siku-siku terhadap bidangnya.
Sebenarnya ada perbedaan dan mari kita lihat bagaimana sebuah perahu layar bisa mendapatkan kekuatan angin untuk membantunya berlayar jarak dekat.
Namun, pertama-tama, mari kita lihat bagaimana angin bekerja pada layar, secara umum, atau, dengan kata lain, ke arah mana angin mendorong layar ketika bertiup melawannya.
Anda mungkin berpikir angin selalu mendorong layar ke arah mana ia bertiup. Ini tidak demikian. Ke mana pun arah angin bertiup, ia akan selalu mendorong layar ke arah yang tegak lurus dengan bidang layar. Bayangkan angin bertiup ke arah yang ditunjukkan oleh tanda panah pada gambar di atas, di mana garis AB adalah layarnya.
Karena angin menekan secara merata ke seluruh permukaan layar, kita bisa mengganti tekanan angin dengan gaya R yang bekerja pada bagian tengah layar. Resolusi gaya ini menghasilkan gaya Q yang tegak lurus dengan layar, dan gaya P yang diarahkan sepanjang layar (lihat gambar kanan di atas).
Gaya P tidak mendorong layar sama sekali, karena gesekan antara angin dan kanvas layar bisa diabaikan. Yang tersisa hanyalah gaya Q yang mendorong layar pada sudut siku-siku.
Begitu kita menyadari hal itu, kita akan dengan mudah memahami mengapa sebuah perahu layar bergerak hampir melawan angin dengan sudut yang lancip terhadapnya.
Misalkan KK pada gambar di atas adalah garis lunas (keel line) perahu. Angin bertiup dengan sudut lancip ke garis ini ke arah yang ditunjukkan oleh tanda panah. AB adalah layar itu sendiri, yang diatur sedemikian rupa sehingga bidangnya membagi dua sudut antara arah lunas dan arah angin.
Gambar di atas menunjukkan bagaimana gaya diresolusi. Tekanan yang diberikan angin pada layar ditunjukkan oleh gaya Q, yang, seperti yang kita ketahui, harus tegak lurus terhadap layar.
Resolusi gaya ini menghasilkan gaya R yang tegak lurus dengan lunas, dan gaya S, yang diarahkan ke depan sepanjang garis lunas perahu.
Karena gerakan perahu ke arah R menghadapi sebuah resistansi kuat yang diberikan oleh air (lunas perahu layar masuk sangat dalam), gaya R hampir sepenuhnya diimbangi oleh resistansi air.
Sekarang hanya tinggal gaya S yang, seperti yang Anda lihat, diarahkan ke depan dan akibatnya mendorong perahu ke depan pada sebuah sudut, ke dalam gigi angin (orang bisa membuktikan bahwa gaya S paling besar ketika bidang layar membagi dua sudut antara arah lunas dan arah angin).
Biasanya manuver ini dilakukan dengan cara zig-zag seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, yang dalam istilah pelaut disebut "tacking."
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, 6 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
