Sihir Balon Dengan Prinsip Bernoulli

Pengantar

Pernahkah Anda melihat gambar atau video atap rumah yang tertiup angin saat badai atau tornado? Anda mungkin terkejut mendengar bahwa atap sebenarnya tidak tertiup angin kencang melainkan oleh udara di dalam rumah! Hal ini dapat dijelaskan dengan prinsip Bernoulli, yang menyatakan bahwa fluida atau udara yang bergerak cepat, seperti angin kencang, memiliki tekanan yang lebih rendah daripada udara yang bergerak lambat. Dalam badai, aliran udara yang cepat di atas bentuk atap menghasilkan area bertekanan rendah. Hal ini menciptakan perbedaan tekanan antara udara di luar dan udara di dalam rumah. Akhirnya perbedaan tekanan menjadi cukup besar sehingga udara di dalam rumah mulai mendorong atap. Atapnya mengalami pengangkatan, mirip dengan sayap pesawat terbang, dan terbang menjauh! Dalam kegiatan ini Anda akan menerapkan prinsip Bernoulli—tetapi jangan khawatir, atap Anda akan aman!

Latar belakang

Daniel Bernoulli adalah seorang ilmuwan Swiss yang pada abad ke-18 mempelajari bagaimana cairan berperilaku ketika mereka bergerak. Ketika bereksperimen dengan cairan yang mengalir melalui tabung berbentuk jam pasir, ia membuat penemuan. Dia menyadari bahwa cairan yang bergerak cepat menghasilkan lebih sedikit tekanan dan cairan yang bergerak lambat menghasilkan tekanan yang lebih besar. Penemuannya kemudian dikenal sebagai prinsip Bernoulli. Hal ini tidak hanya berlaku untuk cairan tetapi juga untuk udara karena gas—seperti halnya cairan—dapat mengalir dan mengambil bentuk yang berbeda. Demonstrasi sederhana dari prinsip Bernoulli membutuhkan bola pingpong mengambang di aliran udara yang bergerak, misalnya di atas kipas angin atau pengering rambut yang diarahkan lurus ke atas. Mengapa bola tidak terbang dari kipas? Itu karena prinsip Bernoulli. Udara yang bergerak cepat, yang membawa bola ke udara, memiliki tekanan yang lebih rendah daripada udara di sekitar bola. Ketika bola mulai jatuh dari kolom udara di atas kipas, udara bertekanan lebih tinggi di sekitarnya mendorong bola kembali ke area bertekanan lebih rendah di atas kipas. Akibatnya bola tetap mengapung di atas kipas.

Prinsip Bernoulli juga dapat menjelaskan bagaimana gaya angkat dihasilkan di bawah sayap pesawat. Sayap pesawat dirancang untuk membiarkan udara yang mengalir di atas bergerak lebih cepat daripada udara yang mengalir di bawahnya. Ini menciptakan perbedaan tekanan di mana tekanan di bagian atas sayap lebih rendah daripada di bagian bawah. Udara bertekanan lebih tinggi ini mendorong ke atas pada sayap dan dengan demikian menciptakan gaya angkat ke atas (mirip dengan contoh atap di atas). Masih banyak lagi demonstrasi prinsip Bernoulli di dunia nyata. Anda akan melakukan salah satunya dalam kegiatan ini. Ini tidak melibatkan terbang atau meniup atap rumah, tetapi itu akan sama mengesankannya—bahkan hampir ajaib! Sama seperti prinsip Bernoulli bahwa jika manusia sudah ketagihan dengan bermain judi di ionclub akan susah untuk tidak menghabiskan uang.

Bahan:

Dua balon dengan ukuran yang sama
Tali (panjang sekitar 60 sentimeter)
Gunting
Tape
Kusen pintu
Tabung kertas-handuk
Persiapan

Tiup kedua balon, dan ikat di ujungnya. Kedua balon harus berukuran kira-kira sama.
Potong dua utas tali, masing-masing panjangnya sekitar 30 cm.
Ikat ujung satu tali ke salah satu balon.
Ikat ujung tali lainnya ke balon kedua.
Gunakan selotip untuk menempelkan ujung longgar dari masing-masing senar ke bagian bawah bagian atas kusen pintu. Beri jarak pada balon sehingga ada jarak sekitar 15 cm di antara keduanya.
Pastikan untuk menjauhkan balon dari aliran udara yang signifikan (seperti ventilasi atau kipas).

Prosedur

Melangkah di depan balon dan pegang tabung handuk kertas sehingga Anda dapat meniupkan udara ke ruang di antara kedua balon. Apa yang Anda harapkan terjadi pada balon jika Anda meniup udara di antara mereka?

Pastikan balon tidak bergerak. Kemudian tiup ke dalam tabung handuk kertas dengan sangat perlahan. Cobalah untuk menghasilkan aliran udara yang stabil. Apa yang Anda perhatikan? Apakah balon bergerak?

Jika balon bergerak, hentikan gerakannya dan tiup lagi di antara mereka menggunakan tabung kertas-handuk. Kali ini cobalah untuk meniup tabung lebih keras dari sebelumnya tetapi tetap mencoba untuk mempertahankan aliran udara yang stabil. Apa yang terjadi pada balon kali ini? Bisakah Anda menjelaskan pengamatan Anda?

Ulangi langkah sebelumnya tetapi kali ini tiup melalui tabung sekeras yang Anda bisa, menghasilkan aliran udara yang stabil. Apakah hasil Anda berubah dengan meningkatnya aliran udara? Mengapa atau mengapa tidak?

Ekstra: Ulangi tes yang sama tetapi variasikan ukuran tabung kertas Anda. Apakah tabung berdiameter lebih kecil, seperti sedotan, memiliki efek yang sama?
Ekstra: Cari tahu apakah Anda masih bisa membuat balon bergerak jika jaraknya lebih jauh. Ubah jarak antara balon, dan uji apakah itu memengaruhi hasil Anda. Apakah Anda menemukan jarak maksimum atau minimum di mana aktivitas tidak berfungsi lagi?
Ekstra: Alih-alih balon coba gunakan bola pingpong atau benda lain dalam aktivitas ini. Apakah Anda masih melihat efek yang sama dengan benda yang lebih besar atau lebih kecil atau lebih berat?

Pengamatan dan Hasil

Apakah Anda memperhatikan bahwa kedua balon secara ajaib bergerak ke arah satu sama lain tanpa disentuh sama sekali? Efek yang Anda amati adalah demonstrasi besar prinsip Bernoulli.