Sirkuit Mandalika Tersambar Petir? Mari Simak dari Pandangan Fisika

Oleh: Dr. Ir. Vina Serevina, M.M., Ardi Kumara, 

Pendidikan Fisika UNJ Angkatan 2019

Dalam gelaran bergengsi Race Moto GP Indonesia 2022 di Mandalika, Nusa Tenggara Timur. Gelaran ini terjadi beberapa peristiwa viral seperti pawang hujan, kondisi trek, dan juga fenomena tersambar petirnya trek mandalika.  

Fenomena sambaran petir yang menakutkan ini terekam kamera dan ramai diperbincangkan di media sosial. Petir yang menyambar sirkuit mandalika ini terjadi ketika balapan hendak di mulai. 

Banyak netizen yang menyebut momen ini sebagai duel Thor dengan pawang hujan di Sirkuit Mandalika. Hal tersebut bukan tanpa alasan karena Moto GP 2022 ini juga ramai dibincangkan tentang pawang hujan.

Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) menanggapi fenomena petir disertai api di sirkuit Mandalika. Fenomena petir di tanah lapang dikatakan mempunyai potensi lebih tinggi karena di tempat terbuka seperti tanah lapang, sawah, dan sejenisnya dibandingkan tempat tertutup. 

Kondisi tersebut didukung dengan intensitas hujan yang tinggi di lokasi kejadian. Tentunya hal ini sempat menghambat jalannya balapan. Namun balapan dapat dilanjutkan ketika kondisi sudah memungkinkan.

Gambar 2. Sambaran Petir (Sumber www.Pexels.com)

Petir merupakan fenomena alam yang sangat indah pada musim hujan. Biasanya fenomena ini ditandai dengan kilatan cahaya sesaat kemudian disusul dengan suara gemuruh yang menggelegar. 

Selain indah, petir juga dapat menjadi ancaman bagi makhluk hidup yang ada di bumi. Hal ini dikarenakan temperatur sambaran yang cukup tinggi serta kekuatan benturan yang menyebar ke segala arah dapat menimbulkan kerusakan.

Gambar 3. Sebaran muatan ketika terjadi petir (Sumber: www.scienceabc.com)

Dalam fisika, satu kilatan petir merupakan cahaya terang yang terbentuk ketika terjadi pelepasan listrik statis di atmosfer saat hujan. Dimana cahaya yang dihasilkan berasal dari tenaga listrik alam yang terjadi antara awan-awan atau awan-tanah. 

Apabila ditinjau lebih luas lagi, petir dapat dianalogikan dengan kapasitor raksasa, lempeng pertama awan (dapat positif atau negatif) dan lempeng kedua merupakan bumi (diasumsikan bermuatan netral). 

Kapasitor merupakan komponen pasif pada rangkaian listrik yang menyimpan energi sesaat (energy storage). Sedangkan petir terjadi karena adanya perbedaan muatan potensial antara awan dan bumi atau dengan awan lainnya. 

Pada awan terdapat muatan dikarenakan partikel-partikel penyusun awan yang bergerak terus menerus secara teratur sehingga muatan negatif akan berkumpul pada salah satu sisi dari awan (sisi atas atau bawah) dan muatan positif akan berkumpul di sisi lainnya. 

Beda potensial antara awan dan bumi yang kita asumsikan bagaikan kapasitor cukup besar. Sehingga terjadi pembuangan muatan dengan media yang dilalui elektron-elektron adalah udara maka akan terjadi kilatan. Sedangkan suara gemuruh terjadi saat elektron-elektron dapat menembus ambang batas isolasi udara maka akan terjadi ledakan suara.

Oleh karena itu, terjadilah fenomena petir tidak terkecuali yang terjadi di sirkuit mandalika yang viral beberapa waktu yang lalu. Selain pembahasan di atas terdapat dua teori yang mendasari terjadinya petir yaitu proses ionisasi dan gesekan antar awan. Keduanya dapat dijelaskan secara fisika melalui bahasan listrik statis yang membahas muatan listrik, kuat medan listrik, dan potensial listrik. 

Berdasarkan fenomena tersebut, tidak dapat dipungkiri bahwa fisika ada dimana-mana dan kapan saja termasuk fenomena petir yang dibahas sebelumnya. 

Dengan fisika kita dapat memahami mengapa petir dapat berbahaya dan hal tersebut menggerakkan seorang Benjamin Franklin pada tahun 1750 membuat sebuah penemuan yang sangat bermanfaat sampai saat ini yaitu penangkal petir sehingga dapat melindungi rumah maupun bangunan dari sambaran petir. 

Penangkal petir ini bekerja dengan mengalirkan muatan listrik ke dalam tanah melalui jalur tertentu.  Sehingga petir yang menyambar di bangunan-bangunan tinggi tidak memberikan dampak kerusakan bangunan beserta penghuninya karena listrik bertegangan tinggi  tersebut telah dipindahkan.

Dengan memahami konsep listrik statis tentunya kita dapat menyikapi suatu fenomena yang berkaitan dengan hal tersebut dengan lebih bijak. Karena dengan ilmu fisika didapatkan penyelesaian dari permasalahan yang berkaitan dengan hal tersebut. 

Sebagaimana yang sudah diceritakan sebelumnya, bahwa listrik statis akhirnya menjawab mengapa fenomena alam seperti petir beserta kilatan dan gemuruhnya dapat terjadi. 

Selain dapat menjelaskan fenomena tersebut, fisika juga dapat menjawab permasalahan yang diakibatkan oleh petir sehingga didapatkan solusi berupa pencegahan sambaran listrik dengan adanya penangkal petir. 

Tentu masih banyak lagi hal-hal maupun manfaat yang dapat di eksplorasi baik dari fisika maupun listrik statis demi manfaat bagi umat manusia dan lingkungan.

Listrik statis tentunya bukan hanya membahas tentang petir tetapi banyak hal lainnya yang dapat dijelaskan melalui bahasan ini. Supaya lebih dapat memahami tentang listrik statis mari kita bahas dengan seksama apa itu yang dimaksud dengan listrik statis. 

Fenomena listrik statis digambarkan melalui peristiwa sederhana tarik menariknya isolator potongan kertas ke sebuah penggaris yang sudah digesek ke rambut. 

Hal ini disebabkan terjadinya peristiwa pemisahan pusat muatan positif dan negatif atom isolator yang disebut polarisasi muatan. Atomnya tetap netral tetapi jarak antara muatan positif benda dan muatan negatif atom isolator yang dekat menyebabkan terjadi gaya tarik menarik. 

Gambar 4. Struktur atom (Sumber: Materikimia.com)

Berdasarkan hal tersebut didapatkan sifat-sifat dari muatan listrik yaitu:

• Muatan listrik digolongkan menjadi dua jenis: Muatan Positif & Muatan Negatif (Benjamin Franklin).
• Muatan listrik akan saling tolak apabila sejenis dan yang tidak sejenis akan tarik menarik.

Robert Milikan menemukan bahwa suatu benda memiliki muatan, banyaknya muatan selalu dari kelipatan dari muatan elementer (). Muatan listrik terkuantisasi sehingga menunjukkan bahwa berkas-berkas elektron selalu diskrit dan hanya boleh memiliki muatan

Satuan muatan litrik dalam SI diukur dalam Coulomb, dimana satu coulomb adalah sejumlah muatan yang mengalir melalui penampang kawat dalam satu sekon. . Cara membuat benda akhirnya memiliki muatan listrik terdapat tigas cara di dalam listrik statis, yaitu: penggosokan, konduksi, dan induksi.

Sebelum membahas kuat medan listrik kita perlu mengetahui  apa yang kenal dengan gaya listrik. Demi mendalami terkait gaya listrik ini, seorang fisikawan, Charles Coulomb melakukan percobaan pada neraca puntir sehingga berhasil merumuskan Hukum Coulomb.

dokpri

dokpri

Selanjutnya Medan listrik(E),  medan listrik adalah ruang di sekitar muatan listrik sumber dengan muatan listrik lainnya ruang ini akan mengalami gaya listrik. Benda bermuatan yang menghasilkan medan listrik adalah muatan sumber sedangkan muatan lain yang berada dalam pengaruh medan listrik muatan sumber disebut muatan uji. Kuat medan listrik adalah Besaran Vektor  dengan satuan SI(N/C).

dokpri

Kuat medan listrik pada muatan uji adalah:

dokpri

Vektor kuat medan listrik, pada suatu titik adalah:

1. Vektor E menjauhi muatan sumber positif dan mendekati muatan negatif.
2. Vektor E memiliki garis kerja sepanjang garis hubung antara muatan sumber dengan titik yang akan dilukis vektor kuat medannya.

Selain memiliki besar medan listrik juga memiliki garis-garis yang kemudian disebut degan garis-garis medan listrik. Gauss berusaha menurunkan hukumnya berdasarkan konsep garis-garis medan listrik sehingga dikenalah istilah fluks listrik.  Fluks listrik dikenal dengan  sebagai jumlah garis-garis medan listrik yang menembus tegak lurus suatu bidang dapat dinyatakan sebagai berikut.

dokpri

Dalam upaya menurunkannya Gauss merumuskan sebuah hukum yang kemudian dikenal dengan Hukum Gauss  dalam bentuk persamaan sebagai berikut:

dokpri

Hukum gauss dapat digunakan untuk menentukan kuat medan listrik dari suatu sistem muatan atau muatan yang terdistribusi dengan seragam  dan distribusi muatan seragam ini memiliki simetri.

Kuat medan listrik pada konduktor Satu Keping

dokpri

Kuat medan listrik pada konduktor dua keping

dokpri

Kuat medan listrik pada konduktor bola berongga

dokpri

Energi potensial listrik merupakan energi potensial yang dihasilkan dari gaya-gaya coulomb konservatif dan diasosiasikan  dengan konfigurasi sejumlah muatan. Energi potensial listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:

dokpri

Sedangkan potensial listrik yang sudah dibahas sebelumnya adalah perubahan energi potensial per satuan muatan ketika sebuah muatan diuji dipindahkan diantara 2 titik.

dokpri

Berdasarkan bahasa listrik statis di atas maka akhirnya kita memahami proses apa saja yang terjadi saat terjadi petir. Dan dengan demikian pengetahuan kita akan sesuatu menjadi lebih luas dan bijak ketika menyikapi fenomena-fenomena yang terjadi terkhusus dalam tinjauan fisika. 

Tentunya masih banyak lagi yang dapat kita gali secara mendalam terkait manfaat maupun penjelasan suatu fenomena di sekitar kita yang dapat dijelaskan secara fisika. 

Khusus untuk fenomena petir ini sebaiknya kita menghindari wilayah-wilayah yang sekiranya rawan tersambar petir seperti tempat tinggi dan tanah luas karena peluang untuk tersambar di area tersebut lebih besar tentunya sangat berbahaya.

Referensi:

Giancoli, D. C. (2016). Physics Principles with Applications Seventh Edition (Global Edition). Harlow: Pearson Education Limited.

Serway, R. A., & Jewett Jr., J. W. (2017). Physics For Scientist and Engineers With Modern Physics. Boston: Cengage.

Shalihah, N. F. (2022, Maret 21). Video Viral soal Petir dan Api Sambar Sirkuit Mandalika, Ini Penjelasan BMKG. Diambil kembali dari Kompas: https://www.kompas.com/tren/komentar/2022/03/21/141500265/video-viral-soal-petir-dan-api-sambar-sirkuit-mandalika-ini-penjelasan-bmkg