Mobil bisa berbelok ke
kanan-kiri karena roda depannya dapat diarahkan ke kanan-kiri. Pesawat bisa
terangkat karena terjadi perbedaan tekanan udara pada sayapnya (Baca: Mengapa Pesawat Bisa Terbang?). Bagaimana
dengan kapal selam? Mengapa kapal selam dapat mengapung dan tenggelam?
Bagaimana cara mengontrol hal ini?
Kita tahu bahwa
mengapung dan tenggelamnya suatu benda bergantung pada perbedaan massa jenis
antara benda tersebut dan air. Jika massa jenis bendanya lebih besar, maka
benda itu bakal tenggelam. Sebaliknya, jika massa jenis airnya lebih besar,
maka benda itu bakal terapung.
Terapung dan tenggelam: Bergantung pada perbandingan massa jenis benda dan air |
Kapal selam pun tak terlepas dari hukum fisika ini. Maka dari itu, tak ada cara lain: Kapal selam harus bisa mengubah-ubah massa jenisnya sendiri agar dapat mengapung dan tenggelam. Ketika ia ingin mengapung, massa jenisnya harus lebih kecil daripada massa jenis air laut. Sebaliknya, ketika ia ingin tenggelam, massa jenisnya harus lebih besar daripada massa jenis air laut. Lantas, bagaimana cara memanipulasi massa jenis kapal selam?
Untuk menjawab
pertanyaan tersebut, kita harus paham konsep massa jenis. Dalam banyak artikel
Detektif Fisika (antara lain MengapaMeniup Minuman Panas Percuma Saja? dan Mengapa Es Selalu Terapung di Air?), telah saya jelaskan bahwa massa jenis
merupakan perbandingan antara massa sebuah benda dan volumenya. Secara
matematis dapat dinyatakan bahwa massa jenis = massa dibagi volume.
Pengaruh massa pada
massa jenis adalah berbanding lurus, sedangkan pengaruh volume terhadap massa
jenis adalah berbanding terbalik. Artinya, dengan volume yang sama, massa jenis
akan membesar jika massanya bertambah. Akan tetapi dengan massa yang sama,
massa jenis akan mengecil jika volumenya bertambah. Agar paham bagaimana konsep
ini diaplikasikan pada kapal selam, berikut ini adalah diagram sebuah kapal
selam, tampak depan terpotong (cross
section view).
Seperti tampak pada
gambar di atas, kapal selam memiliki sebuah ruangan yang disebut ballast tank (tangki pemberat). Sebagai
pelengkap, kapal selam juga memiliki sebuah ruangan untuk memuat udara yang
dimampatkan (air compressed tank).
Kedua alat inilah yag menjadi pengontrol timbul tenggelamnya kapal selam,
seperti yang ditunjukkan melalui ilustrasi berikut.
Kapal selam telah
didesain sedemikian rupa sehingga jika tangki pemberatnya tidak terisi oleh air
(hanya terisi oleh udara), maka kapal selam tersebut akan mengapung. Pada
kondisi ini, massa jenis total kapal selam lebih kecil daripada massa jenis air
laut.
Ketika kapal selam
ingin ditenggelamkan, maka air laut dibiarkan masuk ke dalam tangki pemberat.
Caranya adalah dengan memompa udara masuk kembali ke dalam air compressed tank sehingga air laut secara otomatis masuk melalui
katup (valve). Pada kondisi ini,
massa jenis total kapal selam lebih berat daripada massa jenis air laut.
Untuk membuat kapal
selam melayang di dalam air (tidak terapung dan tidak pula tenggelam), maka ballast tank diisi dengan sejumlah air
dengan perimbangan tertentu. Pada kondisi ini, massa jenis total kapal selam sama
dengan massa jenis air laut.
Sebenarnya terdapat 2
buah ballast tank di dalam kapal selam,
satu di ujung depan dan satu lagi di ujung belakang. Komposisi ini memungkinkan
kapal selam untuk melakukan manuver menanjak atau menukik. Ketika ingin
menanjak, bagian depan kapal selam dijadikan bermassa jenis lebih kecil
daripada bagian belakang. Sebaliknya, ketika ingin menukik, bagian depan kapal
selam dijadikan bermassa jenis lebih besar daripada bagian belakang.
Untuk dapat lebih memahami
cara kerja kapal selam, eksperimen sederhana berikut ini dapat Anda coba.
Begitulah fisika. Aplikasinya
bermanfaat bagi teknologi. Berkat fisika, sebuah kapal selam dapat didesain agar
bergerak sesuai dengan keinginan pengemudinya ^_*
*******
Ditulis
Oleh Doni Aris Yudono
Sumber
Gambar:
http://dynamicco.com/wp-content/uploads/Submarine-Navy.jpg
http://medtropolis.com/kh_images/ial/images/2616/2616_image.jpg
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhYqJDrfjRnkKCuBOUIwLpWIVNuvPSBWquWNf-bmETfxaEcpgWaIpgSOdszyY4nuMlhT7ENiuRAyOggP1rmRp8WkunGZ0NW5lGtH2DlJFGTgcppqGvjA-btW7bfRJ4W-gsm5BbQl03Aelk/s1600/masa+jenis.bmp
http://ffden-2.phys.uaf.edu/212_fall2009.web/Taylor_Duggar/Pictures/ballast%20tanks.gif
http://natureandbiomimetics.imanisiteler.com/4_clip_image010.jpg
https://anjungsainssmkss.files.wordpress.com/2011/09/i13-24-submarine.jpg
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiAmmvRsMay2K-a1syf72m3AXj_KPzpM71i05EeN3pvXhOwdxb5uw6BAW7dSJD285r_KbF-7op71IxhjQXX8pD_bJvlluxdWsCmYmFWpqOVVkj261quxF8IS3-kSJZjFZ5KT4bgKvi6_4s/s1600/make_submarine_3.png