Makalah Prinsip Fisika Pada Roller Coaster

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Sejarah roller coaster

Roller coaster adalah bentuk permainan yang banyak kita jumpai di taman

hiburan. Hampir disemua taman hiburan besar, sajian ini dapat menjadi daya tarik untuk pengunjung, dari anak-anak, remaja, sampai orang dewasa.

Ada banyak literatur tentang sejarah roller coaster. Salah satunya pernah diulas dalam situs resmi Roller Coaster Museum. Dalam situs tersebut diceritakan roller coaster tertua dinamakan Russia Mountains. Roller coaster pertama ini dibangun pada abad ke-17, tepatnya berada di atas bukit es sekitar Saint Petersburg, Rusia. Kehadirannya yang masih sangat baru ini langsung populer di masyarakat Rusia. Kaum kelas atas di Rusia pun menjadikannya sebagai permainan favorit. Salah satu bangsawan Rusia yang menyenangi roller coaster ini adalah Catherine II. Meski begitu, terjadi perselisihan mengenai asal usul pertama kali roller coaster ada.

Beberapa sejarawan mengatakan, roller coaster pertama dibangun atas perintah James III di Gardens of Oreinbaum, di St Petersburg pada tahun 1784. Namun, sejarawan lain percaya bahwa roller coaster pertama dibangun oleh Prancis. Roller coaster itu diberi nama Les Montagnes Russes a Belleville. Wahana ini dibangun di Paris pada tahun 1812.Pada roller coaster tersebut, sudah terdapat kereta yang berjalan di rel yang disediakan. Gerobak kereta juga meluncur dengan kecepatan cukup tinggi. Meski perdebatan untuk perihal asal usul roller coaster berada di Eropa, nyatanya roller coaster lebih berkembang di AS.

Seorang ilmuwan bernama La Marcus Thompson disebut-sebut sebagai 'Bapak dari Roller Coaster'. Thompson membangun kereta roller coaster yang diberi nama Switchback Railway di Coney Island pada tahun 1884. Dengan demikian, ia langsung mempromosikan dan meningkatkan ketenaran roller coaster di AS.

Berbeda dengan roller coaster pertama yang memiliki trek cenderung lurus, Thompson memberikan terobosan baru. Rel buatan Thompson dibuat melingkar dan lebih menantang di tahun 1872. La Marcus Thompson pun disebut-sebut sebagai orang yang berjasa atas keberadaan dan kreasi aneka roller coaster di taman rekreasi. Sejak itu, aneka roller coaster mulai berkembang. Agar tidak kalah saing dengan yang lain, Thompson lanjut membuat roller coaster yang lebih besar dan kreatif. Dari tahun 1884 sampai 1887, Thompson menambah 3 fitur baru yang berhubungan dengan gravitasi.  

2.2. Prinsip fisika pada roller coaster

Dalam perancangannya, roller coaster dibuat dengan keamanan yang menjamin orang yang menikinya tetap aman meskipun melaju dengan kecepatan yang cepat pada jalur yang naik turun dan berputar, hal ini tidak lepas dari prinsip-prinsip fisika yang digunakan pada roller coaster. Adapun prinsip-prinsip fisika pada roller coaster yaitu

1)      Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang mempengaruhi benda karena posisi (ketinggian) benda tersebut yang mana kecenderungan tersebut menuju tak lain terkait dengan arah dari gaya yang ditimbulkan dari energi potensial tersebut. Jumlah energi potensial yang dimiliki oleh suatu benda tergantung pada massa dan ketinggian. Satuan SI untuk mengukur usaha dan energi adalah Joule (J). Energi potensial dapat dirumuskan sebagai berikut:

Ep = mgh

Jadi, energi potensial (Ep) pada roller coaster bernilai maksimum saat roller coster berada di posisi puncak lintasan dan energi potensial bernilai nol saat roller coaster berada di posisi lembah (posisi terendah) lintasan. Energi potensial diubah menjadi energi kinetik, ketika roller coaster bergerak menurun.

2)      Energi kinetik

Energi kinetik adalah energi gerak yang diperoleh sebagai gerakan dari obyek, partikel, atau seperangkat partikel. Sebuah obyek yang memiliki gerak, apakah itu gerak vertikal atau horizontal, maka sebuah obyek tersebut berarti memiliki energi kinetik. Faktor yang mempengaruhi energi kinetik adalah semakin berat sebuah obyek tersebut dan semakin cepat pula obyek tersebut bergerak maka energi kinetik yang yang dimiliki obyek tersebut semakin besar. Energi kinetik dapat dirumuskan sebagai berikut :

Ek = ½mv ²

                Jadi, Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena gerakannya. Semua benda yang bergerak memiliki energi kinetik. Jumlah energi kinetik tergantung pada massa dan kecepatan benda. Roller coaster memiliki banyak energi kinetik jika bergerak cepat dan memiliki massa yang cukup berat. Secara umum, energi kinetik maksimum pada roller coaster adalah ketika roller coaster mencapai ketinggian minimum.

3)      Dinamika (percepatan dan perlambatan)

Gerak Roller Coaster mengalami percepatan yakni perubahan kecepatan terhadap waktu yakni kecepatan bertambah ketika roller coaster bergerak menurun. Roller coaster mengalami perlambatan yakni kecepatan berkurang ketika roller coaster bergerak menaik. Perubahan kecepatan juga terjadi saat roller coaster berubah arah

4)      Gaya gravitasi

Pada roller coaster, kita tentu mengalami gaya gravitasi, yakni gaya yang disebabkan oleh tarikan massa bumi terhadap massa tubuh (karena massa bumi jauh lebih besar dibandingkan dengan massa tubuh kita. Besar gaya gravitasi yang terjadi pada setiap roller coaster berbeda, tergantung dengan berat, dan putarannya.

5)      Kekekalan energi

Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk energi lain.Pada roller coaster terjadi perubahan energ potensial menjadi energi kinetik dan sebaliknya.

·         Di titik A, roller coaster memiliki EPmaks dan EK nol, karena roller coaster belum bergerak.

·         Di titik B. roller coaster memiliki laju maks maka ia terus bergerak ke titik C.

·         Di titik C benda tidak berhenti tapi sedang bergerak dengan laju tertentu, sehingga pada titik ini roller coaster berada pada ketinggian maks dari lintasan lingkaran. Roller coaster terus bergerak kembali ke titik C. Pada titik C, semua EK Roller coaster kembali bernilai maks sedangkan EP-nya nol. 

6)      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

7)      Gaya sentrifungal

Bentuk alur lintasan roller coaster yang menikung, membuat kita yang menaiki roller coaster mengalami gaya sentrifungal. Gaya sentrifugal dapat menyebabkan berat kita bertambah (G>1 )atau berkurang (G<1). Gaya sentrifugal yang kita rasakan bukan hanya pada loop saja, tetapi juga pada setiap tikungan yang dibuat sepanjang lintasan. Ketika roller coaster berbelok kekanan, kita akan terlempar ke kiri. Sebaliknya ketika roller coaster berbelok ke kiri, kita akan terlempar ke kanan. Kita akan terpental lebih keras jika berpegang erat‐erat pada batang pengaman, karena itu agar lebih nyaman kita bisa membiarkan tangan kita bebas. Ketika roller coaster melaju turun, gaya berat akan searah dengan gaya sentrifugsi, yang menyebabkan gaya keseluruhan bertambah, sehingga kita seperti merasa tertekan ke bawah (G>1). Sebaliknya ketika roller coaster melaju naik, gaya berat akan berlawanan arah dengan gaya sentrifugal, sehingga gaya keseluruhan akan menjadi kecil. Ini menyebabkan ada gaya yang seolah-olah menarik kita keatas (G<1).

8)      Momentum

Momentum berkaitan dengan kuantitas gerak yang dimiliki sebuah objek. Setiap massa yang bergerak memiliki momentum. Bahkan, momentum tergantung pada massa dan kecepatan atau dengan kata lain jumlah barang yang bergerak dan seberapa cepat barang bergerak.

P = mv

Jadi, roller coaster yang bergerak dengan kecepatan tinggi memiliki momentum yang tinggi juga.

 2.3. Cara kerja roller coaster

Roller coaster bisa melaju sangat cepat, namun meskipun dapat melaju dengan cepat ternyata roller coaster tidak mempunyai mesin. Roller coaster dapat meluncur dengan cepatnya adalah berkat energi potensial. Roller coaster dinaikkan terlebih dahulu ke puncak bukit pertama pada lintasan dengan

menggunakan semacam ban berjalan. Lintasan naik ini dibuat tidak terlalu curam

karena makin curam lintasan, makin besar daya motor penggerak ban berjalannya.

Puncak bukit pertama dibuat lebih tinggi dari puncak bukit selanjutnya ataupun dari tinggi loop (lintasan berbentuk tetes air). Hal itu bertujuan agar roller coaster memiliki energi potensial yang cukup besar sehingga mampu melintasi seluruh lintasan dengan baik. Dari puncak yang paling tinggi itulah roller coaster meluncur, saat meluncur turun, kecepatan roller coaster semakin lama semakin tinggi, dan akan kembali naik dengan cepat menuju atas, pada saat naik sampai ke tempat yang paling tinggi, kecepatan akan berkurang dan memiliki energi potensial, kemudian bergerak kembali meluncur ke bawah.

Ketika meluncur dari bukit pertama, orang yang menaiki roller coaster dilepas dan jatuh bebas dipercepat. Agar efek jatuh bebas ini dapat lebih dirasakan, lintasan luncuran dibuat berbentuk seperti sebuah parabola (lintasan benda di bawah medan gravitasi). Pada saat bergerak ke bawah, energi potensial akan berubah menjadi energi kinetik. Semakin ke bawah maka kecepatan geraknya akan semakin bertambah namun energi potensialnya semakin kecil sedangkan energi kinetiknya semakin besar. Memasuki loop, orang yang menaiki roller coaster dihadapkan pada loop yang seperti tetes cair. Loop tidak dibuat seperti lingkaran penuh karena pada titik terendah loop yang berbentuk lingkaran penumpang akan mengalami bobot 6 kali bobot semula. Bobot sebesar ini membahayakan orang yang menaiki roller coaster karena darah tidak mampu mengalir ke otak, mata berkunang-kunang, dan pingsan.

Ketika roller coaster yang memiliki energi kinetik yang besar, kembali naik ke tempat yang tinggi dan kecepatannya akan menurun sedikit demi sedikit, hal ini karena energi kinetik berkurang sedangkan energi potensialnya akan kembali bertambah.

Perubahan energi potensial menjadi energi kinetik dan perubahan energi kinetik menjadi energi potensial yang terjadi secara terus menerus inilah yang membuat roller coaster yang tidak memiliki mesin dapat bergerak dengan cepat. Pada saat meluncur dengan cepat, orang yang menaiki roller coaster akan merasakan seolah-olah seluruh tubuh kita ikut terbang atau perut jadi mual bahkan jantung jadi ikut berdesir, itu adalah efek inersia yaitu efek yang membuat jantung dan alat-alat tubuh kita sedikit terangkat dari tempatnya semula (inersia) karena gerakan yang sangat kencang itu. Di puncak loop, orang yang menaiki roller coaster tidak akan jatuh karena gaya sentrifugal yang dirasakan mampu mengimbangi gaya berat akibat tarikan gravitasi bumi. Gaya sentrifugal juga dirasakan orang yang menaiki roller coaster saat melintasi belokan belokan tajam yang dibuat sepanjang lintasan. Saat roller coaster berbelok ke kanan, orang yang menaiki roller coaster akan terlempar ke kiri sebaliknya, ketika roller coaster berbelok ke kiri, orang yang menaiki roller coaster akan terlempar ke kanan. Orang yang menaiki roller coaster akan terlempar lebih keras jika berpegang erat-erat pada batang pengaman. Oleh karena itu, sebaiknya tangan dibiarkan bebas sambil berteriak-teriak agar lebih nyaman.

Share this post