BALON UDARA

Pada tahun 1709 di Lisbon, Bartolomeu de Gusmo berhasil membuat balon yang  dapat bergerak naik di dalam suatu  ruangan setelah udara di dalam balon dipanaskan. Dia  juga membuat  balon  Passarola  yang  berhasil  terbang  dari Benteng  Saint George sejauh  sekitar  satu  kilometer.  Kemudian  tahun  1766,  Joseph  Black  berkeyakinan bahwa balon yang diisi dengan hidrogen akan mampu naik di udara. Balon  udara  panas  adalah  teknologi  penerbangan  pertama  oleh  manusia, ditemukan  oleh Montgolfier  bersaudara  di  Annonay,  Perancis  pada  1783.

Balon udara secara garis besarnya mempunyai tiga bagian utama yaitu envelope, burner, dan basket. Envelope bentuknya berupa kantong berupa balon tempat udara dipanaskan. Burner merupakan alat yang berfungsi untuk memanaskan udara di dalam Envelope.  Basket atau keranjang merupakan tempat penumpang. Basket dibuat dari bahan yang ringan dan lentur. Prinsip kerja pada balon yang diisi dengan udara panas dan balon yang diisi dengan gas ringan  pada  dasarnya  sama,  yaitu  dengan  membuat  udara  dalam  balon  lebih  ringan  atau memiliki massa  jenis  yang  lebih  kecil  dari  udara  luar  sekitar  balon  sehingga  balon  udara dapat naik (terbang). Sesuai dengan prinsip Archimedes “Gaya apung yang bekerja pada benda yang dimasukkan dalam  fluida  sama dengan berat fluida yang dipindahkannya”. Hal ini sejalan dengan udara sebagai fluida dimana benda dapat terapung pada fluida , jika massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis fluida tersebut.

Semua partikel udara di atmosfer ditarik oleh gaya gravitasi ke bawah. Namun tekanan di udara menciptakan gaya ke atas yang bekerja berlawanan dengan gravitasi. Menurut Munson (2003:86)” arah gaya apung yang merupakan gaya dari fluida terhadap benda berlawanan arah terhadap yang ditunjukkan dalam diagram bebas”. Kumpulan udara membangun  keseimbangan  gaya  gravitasi,  dimana  pada  titik  ini  gravitasi  tidak  cukup  kuat untuk menarik ke bawah  sejumlah besar partikel. Tingkat  tekanan  ini adalah  tertinggi pada permukaan bumi dimana udara pada tingkat ini dapat menahan beban di udara diatasnya, jika lebih  berat  berarti  lebih  besar  gaya  gravitasi  ke  bawah.  Tapi gaya apung ini adalah lemah dibandingkan dengan  gaya  gravitasi, hanya  sekuat berat udara  yang dipindahkan oleh  suatu benda.  Jelas, sebagian  besar  benda  padat  apa  pun  akan  menjadi  lebih  berat  daripada  udara  yang dipindahkan,  sehingga  gaya  apung  tidak  bergerak  sama  sekali.  Gaya  apung  hanya  dapat memindahkan hal-hal yang lebih ringan daripada udara di sekitarnya.

Untuk  membuat  benda  mengapung  di udara,  maka  berat  balon  dan  muatannya  harus lebih  ringan  dari  yang  ada  di  udara  sekitarnya, yaitu  dengan mengisi  balon  dengan  udara  yang tidak  terlalu  padat  daripada  udara  sekitarnya, semisal dengan mengisi balon udara dengan gas hidrogen  atau  gas  helium  yang memiliki massa jenis lebih kecil dari udara (Massa jenis helium = 0,1786 Kg/m3, udara=1,29 kg/m3). Karena udara dalam  balon  memiliki  kurang  massa  per  unit volume  daripada  udara  di  atmosfer  yang membuatnya  lebih  ringan  sehingga  gaya  apung akan mengangkat balon ke atas.

Untuk Balon yang diisi dengan udara panas, prinsip yang digunakan pun sama, jika ingin  mengubah  kondisi  udara  di  dalam  balon,  dapat  dikurangi  kepadatannya, sekaligus  menjaga  tekanan  udara  agar  tetap  sama  dengan  pemanasan  udara  secara  terus-menerus. Kekuatan  tekanan  udara  pada  objek  tergantung  pada  seberapa  sering  berbenturan dengan partikel-partikel udara objek, serta gaya masing-masing tabrakan. Kita melihat bahwa secara keseluruhan kita dapat meningkatkan tekanan dalam dua cara: meningkatkan  jumlah  partikel  udara  sehingga  ada  sejumlah  besar  partikel berdampak atas luas permukaan tertentu, meningkatkan  kecepatan  partikel  sehingga  partikel  menghantam  daerah lebih sering dan setiap partikel bertabrakan dengan kekuatan yang lebih besar. 

Pada balon udara yang diisi dengan udara panas, agar balon udara dapat terbang maka di dalam envelope dipanaskan dengan burner dengan temperatur sekitar 100^oC. Udara panas ini  akan  terperangkap  di  dalam  envelope. Karena  udara  panas memiliki massa  jenis  yang lebih kecil daripada udara biasa, maka membuatnya  lebih  ringan  sehingga balon udara pun akan bergerak naik di dorong oleh udara yang bertekanan lebih kuat.

Untuk mendarat, udara didinginkan dengan cara mengecilkan burner. Udara yang mulai mendingin di dalam envelope membuat balon bergerak  turun. Untuk mempercepatnya, pilot akan membuka katup parasut (parachute valve) sehingga udara di dalam envelope lebih cepat dingin. Sedangkan pada  balon  yang berisi  gas  ringan,  terdapat kantung-kantung pasir  yang diikatkan ditepian keranjang. Ketika balon udara ingin terbang tinggi, maka kantung-kantung pasir  tersebut dibuang di udara, namun ketika balon udara  ingin diturunkan maka gas pada balon udara dibuang.

Karena  balon  udara  hanya  bisa  naik  dan  turun  (bergerak  secara  vertikal)  tentu  kita berpikir bagaimana cara balon udara berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain (bergerak secara horizontal). Pilot memanfaatkan  hembusan  angin  untuk  bergerak  secara  horizontal. Karena angin bertiup berbeda arahnya pada  setiap ketinggian  tertentu. Perbedaan arah  tiupan angin inilah  yang  dimanfaatkan  oleh  pilot  untuk mengendalikan  balon  udara  dari  satu  lokasi  ke lokasi yang diinginkan.

sumber:

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Edisi Kelima. Jakarta: erlangga 
https://www.scribd.com/doc/26497674/Fisika-Balon-Udara, diakses 15 Desember 2014. 
http://agussuyasa.blogspot.com/2014/02/sejarah-dan-prinsip-kerja-balon-udara.html, diakses 15 Desember 2014.