Teori Fisika Pada Roller Coaster

Roller coaster adalah permainan yang menggunakan konsep fisika. Berikut akan dijelaskan beberapa teori fisika pada roller coaster :
Adapun konsep fisika yang digunakan antara lain;

1. Energi Potensial (Ep)

Energi potensial, EP, yakni energi yang “dikandung” roller coaster dikarenakan oleh posisinya.

• Bernilai maksimum di posisi puncak lintasan ( Ep =  mgh ).
• Bernilai nol di posisi “lembah” (posisi terendah) lintasan ( Ep = 0 ).
• Energi potensial diubah menjadi energi kinetik ketika roller coaster bergerak menurun

2. Energi Kinetik (Ek)

Energi Kinetik, Ek, yakni energi yang dihasilkan oleh roller coaster karena geraknya (dalam hal ini kecepatan).

• Bernilai nol di posisi puncak lintasan ( Ek = 0 ).
• Bernilai maksimum jika berada di posisi “lembah” (posisi terendah) dari lintasan

( Ek   = 1/2mv2 )

• Energi kinetik di ubah menjadi energi potensial ketika roller coaster bergerak naik

3. Energi Mekanik

Puncak titik A sengaja dirancang lebih tinggi dari pada loop B, hal tersebut memungkinkan energi potensial di A lebih besar sehingga mampu berjalan melalui lintasan di B dengan baik.
Lintasan roller coaster sengaja di rancang seperti tetesan air mata yang terbalik. Karena jika lintasannya di rancang seperti tetesan air mata yang sesungguhnya atau lingkaran penuh maka saat kendaraan berada pada posisi terendah, maka bobot beban akan terasa enam kali lebih berat dari pada berat normalnya. Dan hal itu dapat menyebabkan pusing yang begitu dahsyat dan mengakibatkan pingsan. Tetapi jika lintasan di rancang seperti air mata terbalik, maka beban kendaraan saat berada di titik terendah akan terasa 3,7 lebih berat dari pada berat normalnya. Dan itu tidak akan menimbulkan pusing yang begitu dahsyat.Ketika roller coaster berada di titik terendah yaitu B maka;
EMb        =          EMc
Ekb + Epb           =          Ekc + Epc
1/2mv2b  + mghb             =          1/2mv2b  + mghb
Energi Mekanik bernilai tetap sepanjang lintasan karena kita menganggap bahwa tidak ada gaya gesekan, maka Roller coaster akan terus bergerak lagi ke titik C dan seterusnya.

4. Dinamika Roller Coster

Gerak roller coaster mengalami percepatan. Yakni perubahan kecepatan terhadap waktu. Kecepatan bertambah terhadap waktu ketika bergerak menurun. Roller coaster mengalami perlambatan (percepatan negatif). Yakni kecepatan berkurang terhadap waktu ketika bergerak naik. Perubahan kecepatan ini juga terjadi saat roller coaster berubah arah

5. Gaya Gravitasi

Pada roller coaster, pasti kita mengalami gaya gravitasi, yakni gaya (interaksi) yang disebabkan oleh tarikan massa bumi terhadap massa tubuh kita (karena massa bumi jauh lebih besar dibandingkan dengan massa tubuh). Gaya gravitasi tersebut diartikan => F ≤ 10.000 N . tetapi dari hasil penelitian setiap roller coaster tergantung dengan berat, dan putarannya.

6. Kekekalan Energi

Dalam proses perubahan energi Ek menjadi Ep dan Ep menjadi Ek ini, sebagian energi diubah menjadi energi panas (kalor) karena adanya gesekan (friksi). Misal, roda roller coaster dengan rel lintasan. Energi total sistem tidak bertambah atau berkurang. Energi “hanya” berubah bentuk (misal: Ek, Ep, kalor).

7. Gaya Sentripetal

Gaya sentripetal adalah gaya yang “berusaha” menarik objek mengarah ke titik pusat (sumbu). Ketika roller coaster bergerak melalui lintasan memutar, gaya sentripental “mempertahankan” roller coaster agar tetap bergerak memutar.

8. Gaya Sentrifugal

Bentuk alur lintasan roller coaster yang menikung, menjadikan gaya sentrifugal bekerja pada pengendara. Tergantung di tikungan mana ia berada, gaya sentrifugal dapat menyebabkan berat pengendara bertambah (G>1)atau berkurang (G<1).
Gaya sentrifugal yang dirasakan penumpang bukan hanya pada loop saja, tetapi juga pada setiap tikungan yang dibuat sepanjang lintasan. Ketika penumpang berbelok kekanan, penumpang akan terlempar ke kiri. Sebaliknya ketika berbelok ke kiri penumpang akan berbelok ke kanan. Orang akan terpental lebih keras jika berpegang erat‐erat pada batang pengaman, karena itu agar lebih nyaman banyak penumpang membiarkan tangan mereka bebas
Ketika roller coaster melaju turun (lihat kurva yang rendah), gaya berat akan searah dengan gaya sentrifugal, yang menyebabkan gaya keseluruhan bertambah (gaya yang searah akan dijumlahkan), sehingga anda seperti merasa tertekan ke bawah (G>1).
Sebaliknya ketika roller coaster melaju naik (lihat kurva yang tinggi), gaya berat akan berlawanan arah dengan gaya sentrifugal, sehingga gaya keseluruhan akan menjadi kecil (gaya yang searah akan dikurangi). Ini menyebabkan ada gaya yang seolah-olah menarik anda keatas (G<1).
Sumber :
Wiley,john dan sons,ic., 1987. Physics, 3^nd edition. Jakarta: penerbit Erlangga
http://id.wikipedia.org/wiki/Roller_coaster
http://travel.detik.com/read/2014/04/10/073810/2550699/1382/2/begini-cerita-awal-mula-roller-coaster
https://www.facebook.com/DuniaFisikaAzizah/posts/319691761511806
http://sweetmaulida.blogspot.com/2014/12/aplikasi-fisika-pada-permainan-roller.html

Anomali Air

Definisi anomali air adalah sifat kekecualian air. Pada umumnya, suatu zat akan memuai jika dipanaskan dan akan menyusut jika didinginkan, tetapi air mempunyai sifat khas. Jika air dipanaskan antara suhu nol derajat celcius, sampai empat derajat celcius, volumnya akan menyusut. Hal ini karena molekul H2O dalam bentuk padat (es) penuh dengan rongga, sedangkan dalam bentuk cair (air) lebih rapat. Dengan demikian, pada saat dipanaskan, molekul H2O (es) akan merapat lebih dahulu, akibatnya volumnya menyusut. Oleh karena itu, es juga terapung di air.

Kita lebih beruntung dengan adanya anomali air. Air yang mendingin atau membeku, mulai pada suhu 0-4 derajat celcius akan mengembang (volume membesar). Sifat termal air ini dikenal sebagai anomali air. Meskipun namanya anomali (menyimpang), namun karena sifat inilah maka kehidupan mahluk hidup lebih sempurna. Berikut ini beberapa catatan “keuntungan adanya anomali air”, Air yang membeku dalam
bebatuan, karena volumenya membesar maka mampu memecahkan bebatuan, dengan begitu mineral dalam batuan bisa keluar dan memberikan manfaat bagi kehidupan (tumbuhan dan lain-lain). Jadi kemampuan air untuk masuk pada celah-celah bebatuan. Pada suhu 4 derajat, ukuran air (volume) paling kecil, kemudian akan membesar sampai ke titik beku.

Kemampuan air ini, memungkinkan proses penghancuran batuan terjadi secara alamiah dan terbentuklah tanah untuk kehidupan. Air yang membeku, menjadi gunungan es akan mengapung di permukaan laut. Tentu akan kehidupan akan lebih sulit terjadi di laut, jika volume air ketika membeku sama saja berat massanya dengan cair.

Air pada kondisi dingin mendekati titik beku, membesar karena setiap 6 molekul air membentuk heksagonal dan dapat menangkap molekul udara lebih banyak. Karena itu pula, air dalam kondisi ini membuat :”dingin lebih nikmat”, kandungan oksigen dalam air lebih banyak dari pada temperatur kamar. Sifat “anomali air” juga mempengaruhi cuaca, keseimbangan iklim sehingga cuaca di muka bumi tidak terlalu panas, tidak terlalu dingin.
Tentu pula kita harus memperhatikan sifat lainnya dari air seperti tegangan air (yang memungkinkan tanaman “minum” air). Pengetahuan tentang ini dibahas lebih mendalam pada kondisi anomali air hangat/panas (warm water anomaly).

DASAR

Tatkala panjang gelombang besar(dalam sistem fibrasi molekul sistem air) maka yang berpengaruh dalam ‘hal ini’ λ ,akan mengakibatkan energi yang dihasilkan pada saat terjadi perpendekan panjang gelombang akan semakin besar.
Namun pada titik tertentu karena sistem panjang phonon (l) makin besar tatkala λ mengecil dan kecepatan ‘zat’ atau dalam arti frekuensi membesar,maka justru akan memperkecil energi yang dipancarkan.Bahkan mencapai nol.

Maka dengan faktor

λ(Ω/c^2 +l) v^2

peristiwa anomali air dapat dijelaskan,sebagai berikut:

tatkala suhu menurun maka perubahan volum menurun namun pada titik tertentu tatkala kecepatan dan sistem phonon mengecil maka akibatnya volume justru bertambah, hal ini terjadi pada ‘reverse point’ 4 derajat celcius.

Air dan minyak tidak bisa bersatu nggak yah?

Kenapa ya? padahal air adalah pelarut universal artinya semua zat larut dalam larutan ini namun seperti kata pepatah tidak mungkin memiliki teman jika tidak mempunyai musuh, dia musuh yang tak kenal ampun dan maaf, sudah ditakdirkan mereka tidak pernah bersatu bahkan dipaksaapun mereka tetap tidak bersatu.

Setiap zat akan larut dalam air karena mereka memiliki kesamaan namun pada air dan minyak tidak begitu, sebelum itu akan saya jelaskan apa komposisi dari keduanya. Air terdiri dari molekul-molekul kecil beratom tiga yaitu 2 hidrogen dan 1 oksigen, sedangkan minyak terdiri dari molekul-molekul besar yaitu karbon dan hidrogen tanpa oksigen sama sekali.

Dalam air terjadi gaya tarik menarik antar molekul namun gaya ini bukan tarik menarik biasa, molekulnya seperti magnet-magnet kecil yang memiliki muatan listrik, di ujung yang satu bermuatan listrik positif sedangkan di ujung yang satunya lagi bermuatan listrik negatif. Singkatnya molekul air bersifat polar sedangkan minyak bukan polar. Asumsikan dalam sebuah wadah yang berisikan magnet magnet dan kayu, magnet hanya akan menempel pada magnet dan tidak pada kayu.

Jika air bertemu dengan zat yang memiliki atom-atom yang bermuatan listrik air tertarik untuk mendekatinya, cara air melarutkan zat terlarunya yaitu dengan membasahinya kemudian membungkus atau mengelilinginya kemudian baru melarutkannya. Banyak zat yang dapat larut dalam air karena pada ujungnya memiliki kutub listrik/bermuatan, namun minyak tidak demikian tidak ada satu bagian pun dari minyak yang memiliki muatan listrik, karena itu tidak ada molekul minyak yang ingin mendekati molekul air. Sederhananya hanya zat yang meiliki bahan yang mirip dengan pelarutnya yang dapat terlarut.

Selain itu ada satu gaya tarik menarik yang penting pada molekul air, yaitu ikatan hydrogen. sederhananya tarik menarik ini terjadi apabila molekul-molekul itu memiki sabuah atom oksigen dan sebuah atom hydrogen pada salah satu ujung masing-masing, pada air beliau memilikinya sehingga terjadi dua gaya tarik menarik menarik yang disebkan oleh muatan listrik dan ikatan hydrogen. Seperti pada gula dan air, yang menyebabkan larutnya gula bukanlah karena muatan listriknya tapi karena gula memiliki gugus hidroksi yang dapat membentuk ikatan hydrogen dengan air.

Kita analisis lebih lanjut, jika sebuah zat dapat larut dalam air maka zat itu tidak dapat larut dalam minyak dan begitupun sebaliknya dan tidak mungkin larut dalam keduanya. Contoh : gula dan garam larut dalam air namun tidak pada minyak sedangkan bensin dan lilin dapat larut dalam minyak dan tidak pada air.

Kesimpulannya karena minyak tidak bermuatan listrik dan tidak memiliki gugus hidroksi yang menyebabkan terjadinya gaya tarik menarik antara keduanya, jadi apa yang membuat air dan minyak untuk bersatu? Sepertinya mereka kekal bermusuhan.