Pemanfaatan Konsep Fisika dalam Olahraga

Pesta olahraga terbesar sedunia sedang ramai mencuri perhatian semua orang. Olimpiade yang tahun ini kembali diselenggarakan di kota asalnya, Athena, di Yunani ini mulai diramaikan dengan berbagai pemecahan rekor yang fantastis. Siapa sangka, ternyata rekor dunia bidang olahraga tidak hanya bergantung pada ‘otot’ belaka, tetapi justru lebih banyak dipengaruhi oleh kedahsyatan Fisika!

Cabang olahraga yang tahun ini heboh dibicarakan oleh fisikawan adalah Renang. Kenapa? Karena ada suatu perkembangan terbaru yang dapat membantu pemecahan rekor-rekor dunia renang. Perkembangan terbaru ini terutama menyangkut desain kostum renang yang digunakan oleh perenang-perenang kenamaan dunia di ajang bergengsi ini. Apa istimewanya desain kostum baru ini? Kostum-kostum ini bukan dirancang oleh perancang mode kenamaan dunia, justru kostum ini didesain oleh para ilmuwan yang setiap hari sibuk memutar otaknya menggodok konsep-konsep fisika!

Seperti kita ketahui, Renang merupakan salah satu olahraga favorit dunia. Entah kenapa, manusia begitu terobsesi untuk menaklukan dunia air ini. Mungkin ini disebabkan dunia air merupakan dunia yang sangat sulit untuk ditaklukkan. Semakin ditantang, semakin semangat manusia dalam usahanya menyaingi binatang-binatang air yang sangat jago mengarungi dunia yang asing bagi manusia ini. Ternyata, manusia mulai berhasil! Tentu saja dengan bantuan Fisika!

 

Kalau kita melihat sejarah pemecahan rekor dunia renang, kita bisa melihat betapa hebatnya perenang-perenang masa kini yang bisa melampaui kecepatan tertinggi perenang-perenang zaman dulu. Ini sebenarnya didalangi oleh penggunaan konsep-konsep Fisika dalam olahraga air yang mengasyikkan ini. Bergerak maju dengan cepat di dalam air bukan urusan yang gampang, karena di dalam air, seorang perenang harus mengatasi hambatan air yang jauh lebih besar dibandingkan hambatan udara saat kita berjalan atau berlari. Coba saja berenang sejauh 1 meter di dalam air. Pasti lebih susah dibanding berlari menempuh jarak yang sama. Seorang atlit renang terlatih dapat menggunakan tenaga yang mencapai 1000 Watts tetapi hanya mendapatkan pergerakan maju sejauh 4 mph (7 km per jam). Aduh... sedih ya membayangkan begitu banyak energi yang terbuang saat berenang. Apa sih sebenarnya rahasia si lumba-lumba yang begitu gesit dan lincah mengarungi dunia yang masih belum bisa ditaklukkan manusia ini?

Rahasia pertama terletak pada bentuk badannya yang begitu ramping (streamline). Dengan bentuk badan seperti ini, lumba-lumba, hiu, dan ikan-ikan di laut bisa dengan tenang menerobos lautan yang dirasa begitu berat oleh manusia. Rahasia kedua, kulit binatang-binatang air ini ternyata sangat licin sehingga air bisa melewati permukaan kulit dengan sangat mudah. Karena air mudah mengalir (gesekan dengan permukaan kulit relatif kecil), otomatis binatang-binatang ini bisa berenang dengan mulus, dan mereka tidak pernah kelelahan saat berenang seperti manusia.

Rahasia binatang-binatang air ini berhasil dikuak oleh ilmuwan-ilmuwan pintar, dan dimanfaatkan untuk memperbesar kemampuan manusia untuk bergerak di dalam air. Untuk mendapatkan bentuk yang streamline, perenang berusaha mengatur posisi dan gerakannya supaya cukup ramping dan tidak banyak menyebabkan turbulensi yang bisa memperlambat laju mereka. Sewaktu akan mulai berenang, mereka biasanya berusaha untuk lompat ke kolam renang dengan sudut yang sebesar mungkin dan berusaha supaya tubuhnya menjadi cukup datar saat sudah di dalam air.

Menurut Isaac Newton, si ahli fisika legendaris itu, semua benda yang sedang bergerak dengan kecepatan tertentu akan cenderung untuk tetap bergerak dengan kecepatan yang sama jika tidak dipengaruhi gaya-gaya lain yang mengganggunya. Konsep ini disebut inersia. Jadi, perenang memanfaatkan inersia supaya mendapatkan kecepatan yang cukup saat sudah berada di dalam air. Itu sebabnya mereka tidak pernah mulai berenang dari dalam kolam, mereka selalu mulai dari sisi kolam, lalu lompat ke dalamnya.

Rahasia pertama binatang air tampaknya sudah mulai berhasil dimanfaatkan para perenang. Kini giliran rahasia keduanya yang diutak-atik para pemikir ulung di dunia. Tubuh binatang air yang sangat licin ternyata menjadi suatu keuntungan sendiri. Tapi bagaimana cara menyontek konsep ini? Masa sih, perenang harus dilumuri minyak yang berlebihan setiap kali akan terjun ke kolam? Lagipula, minyak itu pun nantinya akan luntur sehingga ini bukan pemecahan yang efektif. Ada cara lain! Para perenang biasa mencukur habis semua rambut di sekujur tubuhnya, serta mengenakan topi renang yang permukaannya licin untuk menutupi rambut di kepalanya. Wah, lucu juga ya! Para perenang profesional itu sampai rela untuk menjadi ‘botak’ supaya bisa berenang lebih cepat. Tapi apa pengaruhnya pencukuran ini? Dengan tidak adanya rambut di sekujur tubuh mereka, permukaan kulit mereka pun jadi lebih licin sehingga bisa mengurangi gesekan/hambatan air. Tapi, repot sekali ya kalau mereka harus terus mencukur seluruh tubuh setiap saat. Apa ada cara lain yang lebih praktis?

Inilah yang sedang heboh dibicarakan para ilmuwan pintar di dunia! Mereka berhasil mengembangkan rancangan baju renang yang meniru kulit hiu! Rancangan kostum ‘hiu’ ini berbeda untuk perenang wanita dan pria. Rancangannya pun berbeda untuk setiap jenis gaya renang yang berbeda. Setelah sekian lama memelototi hiu yang tampak begitu mudah mengarungi air, para ilmuwan inipun berhasil menciptakan kulit kedua bagi para perenang profesional. Dengan kostum terbaru ini mereka bisa memperbesar kecepatan renang mereka sampai 4%. Mereka menjadi ‘licin’ seperti hiu sehingga bisa meluncur dengan mulus. Peningkatan sebanyak 4% mungkin tidak terlihat begitu menakjubkan, tetapi untuk para atlet renang yang berkompetisi di Olimpiade, peningkatan ini cukup untuk membantu mereka merebut medali emas. Michael Phelps, perenang kenamaan dari Amerika, mengenakan baju renang dengan teknologi terbaru ini pada Olimpiade Athena tahun ini. Dan terbukti bahwa ia sudah berhasil mendapatkan medali emas! Ia sendiri pun mengakui bahwa saat mengenakan kostum ‘hiu’ ini ia bisa merasakan perbedaan dengan kostum-kostum renang lamanya. Jadi, Fisika ternyata sudah sukses membantu perebutan medali emas di pesta olahraga akbar ini!

Renang bukan satu-satunya cabang olahraga yang dibantu oleh Fisika. Kostum dengan teknologi baru tadi dapat pula digunakan oleh atlet-atlet yang berkompetisi dalam cabang olahraga bersepeda. Tentunya rancangannya sedikit diubah. Kalau kostum renang Michael Phelps dirancang supaya Phelps dapat meluncur dengan cepat di air, kostum atlet bersepeda dirancang supaya pemakainya dapat meluncur dengan cepat menembus udara! Ini lebih mudah karena hambatan udara lebih kecil dari hambatan air.

Kostum para atlet bukan satu-satunya yang dapat diutak-atik dalam upaya perebutan medali emas olimpiade. Dalam cabang bersepeda, misalnya, rancangan sepeda yang digunakan oleh para atlet dapat didesain menggunakan prinsip-prinsip fisika yang berkaitan dengan gerak melingkar (untuk merancang rodanya), gesekan (merancang bahan yang digunakan untuk ban sepeda), dan dinamika fluida untuk memaksimalkan bentuk streamline yang dibutuhkan untuk mengurangi gesekan/hambatan udara.

 

Ada begitu banyak yang bisa diutak-atik oleh fisika dalam perlombaan memecahkan rekor dunia ini! Semua cabang olahraga bisa menikmati kedahsyatan fisika yang membantu kekuatan otot mereka dalam upaya mencapai Citius, Altius, Fortius (Swifter, Higher, Stronger).


source: yohanessurya.com 



tag: fisika olahraga, olahraga fisika, konsep fisika olahraga, renang dalam fisika.

Read More

Relativitas Waktu: Berpacu dalam Waktu

Malem sobat fisika, tahukah sobat bahwa dengan memanfaatkan relativitas waktu kita dapat berpacu dengan waktu pergi ke masa lampau dan ke masa.

Waktu yang relatif itu adalah "berjalan", dan kita dapat berpacu dengannya. Waktu akan semakin melambat di saat kita bergerak. Ia akan menjadi semakin lambat seiring dengan bertambahnya kecepatan kita, yang artinya bahwa suatu saat nanti seorang astronot dapat hidup lebih lama di angkasa dan akan kembali ke bumi pada masa yang akan datang. Jika seseorang mampu bergerak secepat cahaya, 186,282 mil per detik, maka waktunya akan menjadi diam tak berjalan. Dan jika ia mampu bergerak lebih cepat dari cahaya maka waktunya akan menjadi melunak dan mundur, dan ia telah berhasil mendahului waktu.

Meskipun kalangan ilmuwan belum menemukan bentuk partikel yang mampu bergerak secepat atau lebih cepat dari cahaya, namun percobaan para ilmuwan telah membuktikan bahwa kecepatan gerak akan menyebabkan waktu objek yang bergerak akan menjadi lunak. Hal ini telah diprediksikan oleh Albert Einstein pada tahun 1905, ketika dia memperkenalkan konsep relativitas waktu yang menjadi bagian dari teori monumentalnya, Theori of Relativity. Lebih menarik lagi, sampai saat ini pencarian partikel yang mempunyai kecepatan melebihi cahaya masih terus berlangsung dan mungkin ia kelak akan menjadi pintu masuk bagi manusia ke zaman lampau sekaligus zaman yg akan datang.

Para ilmuwan juga telah berhasil mendemonstrasikan bahwa pada hakekatnya orang yang bepergian dengan pesawat terbang adalah seperti sebuah kunjungan singkat ke singgasana keremajaan. Contoh, pada thn 1972 para ilmuwan meletakkan empat jam atomik pada sebuah pesawat yang terbang mengeliling bumi. Diluar dugaan, dalam percobaan ini para ilmuwan menemukan gerak jarum jam di pesawat tersebut sedikit lebih lamban dibanding gerak jarum jam di bumi. Hal ini juga berarti, jika kita terbang mengelilingi bumi, alangkah baiknya terbang ke arah timur untuk memperoleh keuntungan bertambahnya kecepatan gerak yang disebabkan oleh rotasi bumi. Percobaan diatas jelas, bahwa jarum jam telah memperlihatkan ketika kamu kembali ke bumi lebih muda dibanding hanya tinggal di rumah, walau hanya beberapa juta detik saja. Meski sangat kecil selisi waktunya, percobaan tersebut telah membuktikan bahwa waktu dapat melunak. Lebih dari itu, jam atomik juga telah menunjukkan bahwa waktu akan semakin melunak dengan bertambahnya kecepatan.

Kalau kita mau berimajinasi, sebuah contoh futuristik yang dapat kita nantikan adalah sebuah pesawat ruang angkasa dengan kecepatan ultra. Bayangkan seorang astronot yang mempunyai saudara kembar tinggal dibumi. Jika ia pergi ke sebuah bintang yang paling dekat dengan bumi dengan kecepatan separuh cahaya, maka ia akan menempuh perjalanan selama 18 thn. Ketika kembali ke bumi, maka secara fisik akan lebih muda 2 thn dibanding saudara kembarnya, kasus ini dikenal dengan sebutan "twin paradox", karena waktu diluar angkasa lebih lambat dibanding waktu di bumi. Jadi, umur astronot tersebut adalah usia normal, disebabkan ia ada di zona waktu yang lebih lambat dibanding waktu bumi. Itu adalah contoh melambatnya waktu. Tentu saja, pengalaman ini masih belum dirasakan oleh pesawat ruang angkasa manapun. Hal ini hanya didasarkan pada sebuah proyeksi matematika murni.

Di samping itu, kecepatan bukanlah satu-satunya faktor yg melambatkan waktu, melainkan gravitasi juga ikut mempengaruhi waktu. Einstein telah mendeterminasikan hal ini dalam teori relatavitasnya bahwa kekuatan objek gravitasi mampu melengkunkan planet pada medan gravitasinya. Ketika gravitasi melengkungkan planet, menurut Einstein, maka gravitasi pasti juga melengkungkan waktu, karena planet dan waktu saling terkait dan berhubungan.

Beberapa percobaan jam atomik telah memberi pembenaran terhadap kalkulasi Einstein bahwa semakin mendekati inti bumi, yang menjadi pusat gravitasi, maka waktu semakin lamban. Hal ini berarti juga akan mempengaruhi lambatnya penuaan usia seseorang. Di antara percobaan ini adalah dengan memindahkan sebuah jam atomik dari National Bureau of Standards ke Washington, D.C. yang lebih dekat dengan pantai, kemudian jam tersebut dipindah beberapa mil ke tempat yang lebih tinggi, yaitu di Denver. Hasilnya adalah bahwa jam di Denver lebih cepat, dengan beberapa selisi detik, dibanding ketika di Washington. Hal ini semakin jelas bahwa waktu adalah relatif dan sangat bergantungan di mana ia berada.

Perjalanan ke Masa Lampau

Dengan ultra high speed, tidah mustahil orang akan mempunyai akses ke masa lampau, time reversal, karena dengan kecepatan tersebut waktu akan bergerak mundur. Namun demikian, tidak sedikit ilmuwan yang skeptis terhadap adanya time reversal, karena hal tersebut mustahil dilakukan manusia secara sebab maupun akibatnya. Berjalan ke masa lampau, menurut ilmuwan skeptis, berarti akan membenarkan seseorang melakukan sesuatu pada masa lampau yang merubah masa kini. Kalangan skeptis khawatir, jika seseorang yang mempunyai akses ke masa lampau, maka dia melakukan pencegahan terhadap kelahirannya sendiri.

Namun. Kalangan ilmuwan yang open minder tetap mengakui adanya time reversal. Mereka mengatakan bahwa time traveler yang merubah masa lampau berarti membuka pintu sejarah alternatif, dari pada menginterfensi sejarah yang telah kita ketahui. Contoh, jika seseorang mencegah pembunuhan Abraham Lincoln, maka garis sejarah baru akan tercipta. Hal ini jelas terlihat bahwa sejarah alternatif tersebut, dimana tidak ada lagi pembunuhan Lincoln, adalah sama sekali terpisah dan adanya pembunuhan tersebut tetap adanya. Jadi tidak ada perubahan yang akan dibuat oleh time treveler terhadap keberadaan sejarah. Atau kemungkinan lain ialah adanya unbreak-able law (dalam islam disebut ketetapan Allah) pada nature yang mencegah seseorang melakukan perubahan masa lampau.

Perjalanan ke Masa Depan

Jika kita telah menemukan sumber energi yang mempunyai kecepatan melebihi cahaya, kita akan mempunyai akses tidak hanya pada masa lampau melainkan juga pada yang akan datang. Bayangkan, bagaimana umpama seseorang melakukan perjalanan ke Spiral Nebula di Galaksi Andromeda dengan kecepatan ultra tinggi, yang jarak tempuhnya 1.500.000 kecepatan cahaya. Dengan kecepatan ultra, seseorang mampu melakukan perjalanan hanya beberapa waktu saja. Jika semua berlangsung dengan baik, maka ia kembali ke bumi pada masa 3.000.000 thn di masa akan datang. Karena banyak waktu bumi yang telah dilewati oleh kecepatan tersebut.

Jika kelak ditemukan ultra high speed, akankah kita mampu menguasai energi waktu yang membolehkan kita masuk secara singkat ke masa lampau dan masa mendatang? Jika kita kembali ke masa lampau, akankah kita mampu merubah kesalahan kita di masa lampau? Atau kita menggunakan pengalaman kita untuk kembali lebih baik pada putaran waktu yang kedua? Begitu juga, jika kita mempunyai akses ke masa mendatang, akankah kita dpat memberi prediksi atau ramalan jitu, atau melakukan tindakan preventif terhadap kemungkinan yang tidak diinginkan?

Akankah kita mampu melakukan perjalanan singkat ke masa depan yang jauh itu, dimana cucu-cucu kita hidup, sebagaimana seseorang yang mempercepat kaset film, sehingga kita dapat mengetahui semua alur cerita film tersebut, sebelum orang lain mengetahuinya. Tidak seorangpun dapat menentang keras kemungkinan ini, karena hanya waktulah yang akan menjawab.

Wallahu a'lam . . .

sumber: Fisika&Al-Qur'an

Read More

Angry Bird

Malem sobat fisika, apa ada yang suka main game Angry Bird? . . . malem ini saya akan mengulas sedikit tentang game yang satu ini.

Fisikers: "lho apa hubungannya game Angry Bird dengan Fisika? Itukan cuma permainan? :P"

Me: X( "Eits jangan salah sobat fisika setiap hal dalam kehidupan kita juga dipenuhi dengan hukum2 Fisika begitu juga dengan game Angry Bird, banyak hukum-hukum fisika yang diterapkan dalam permainan ini, misal: Hukum Hooke, Hukum kekekalan energi, gerak para bola, de el el. langsung sajalah tanpa basa-basi cekidot." :D

Game angry birds merupakan game yang sangat populer saat ini,  anak -anak bahkan orang dewasa banyak yang memainkan dan bahkan tergila-gila dengan game yang satu ini. Dirilis pertama kalinya untuk system operasi iOS –nya apple pada bulan desember 2009, lebih dari 12 juta copy game ini telah dibeli orang melalui app store. Tak puas hanya membuat gembira para pengguna produk apple, sang creator Rovio mobile yang berbasis di Finlandia kemudian mendesain juga versi khusus untuk system operasi smartphone / tablet berbasis layar sentuh lain seperti Android, Symbian, Windows phone 7, dan web OS. Per Desember 2010, Angry Birds versi mobile telah diunduh 42 juta kali dimana 25% nya berbayar.

Apabila kita cermati dengan teliti, banyak ilmu fisika yang diterapkan pada game angry birds ini, dan bahkan di New York, Amerika, beberapa guru menggunakan game angry birds sebagai media pembelajaran ilmu fisika di sekolah. Yang lebih menarik lagi di Amerika, game angry birds digunakan sebagai bahan ujian mata pelajaran fisika di sekolah. Berikut ini saya akan menjelaskan beberapa persamaan - persamaan maupun teori fisika yang terdapat dalam game angry birds.

Hukum Hooke

Hukum Hooke adalah hukum atau ketentuan mengenai gaya dalam bidang ilmu fisika yang terjadi karena sifat elastisitas dari sebuah pir atau pegas. Besarnya gaya Hooke ini secara proporsional akan berbanding lurus dengan jarak pergerakan pegas dari posisi normalnya, atau lewat rumus matematis dapat digambarkan sebagai berikut:



di mana 

F   adalah gaya (dalam unit newton)

k   adalah konstante pegas (dalam newton per meter)  

Δx adalah pertambahan panjang pega

Pada game angry birds, hukum hooke berlaku pada karet ketapel yang digunakan untuk membidik sasaran. Ketika hendak menembak burung "angry birds" dengan ketapel misalnya, karet ketapel terlebih dahulu diregangkan (diberi gaya tarik). Akibat sifat elastisitasnya, panjang karet ketapelakan kembali seperti semula setelah gaya tarik dihilangkan.

Gerak Parabola 

Pada game angry birds ini, kita diminta menembakkan burung dengan ketapel menuju sasaran yang berupa babi. gerak burung menuju sasaran tembak merupakan gerak parabola. Gerak Parabola merupakan perpaduan antara gerak lurus beraturan (GLB)pada arah mendatar/horizontal dengan gerak lurus berubah beraturan (GLBB)pada arah vertikal. Untuk lebih jelasnya dapat diperhatikan gambar berikut.

Kecepatan pada arah sumbu X selalu tetap, sehingga Vx = Vox = Vo cos  α ( α adalah sudut elevasi parabola). Sedangkan pada sumbu y, yang terjadi adalah gerak GLBB karena adanya percepatan gravitasi bumi yang arahnya ke bawah, sehingga kecepatan pada arah y dinyatakan sebagai Vy = Voy - gt atau Vy = Vo sin  α - gt

Usaha dan Energi

a. Usaha

Pada permainan angry birds, burung diberikan gaya dengan menggunakan ketapel agar meluncur atau berpindah tempat menuju sasaran. Hal demikian merupakan suatu bentuk usaha yang dilakukan oleh ketapel terhadap burung angry birds

Keterangan:

• W = usaha (newton meter atau Joule)

• F = gaya (newton)

• S = jarak (meter)

b. Energi

Karet ketapel yang kita regangkan memiliki energi potensial. Karet ketapel dapat melontarkan burung "angry birds" karena adanya energi potensial pada karet yang diregangkan. Sedangkan setiap benda yang bergerak memiliki energi. Ketapel yang ditarik lalu dilepaskan sehingga burung "angry birds" yang berada di dalam ketapel meluncur dengan kecepatan tertentu. Burung "angry birds" yang bergerak tersebut memiliki energi kinetik.

Keterangan:

• E_k: Energi kinetik (J)

• m : massa benda (kg)

• v : kecepatan benda (m/s)

 

Keterangan:

• E_p: Energi potensial (J)

• m: massa benda (kg)

• g: percepatan gravitasi (m/s²)

• h: tinggi benda dari permukaan tanah (meter)

Hukum Kekekalan Energi

Pada game angry birds juga terdapat penerapan hukum kekekalan energi. Energi tidak dapat dimusnahkan namun dapat di transformasikan dalam bentuk yang lain. Hal ini dapat kita jumpai ketika menarik ketapel dan menghempaskan burung "angry birds" menuju sasaran. Dalam hal ini terjadi perubahan bentuk energi potensial menjadi energi kinetik.

Perubahan energi biasanya melibatkan perpindahan energi dari satu benda ke benda lainnya. Energi potensial yang tersimpan pada ketapel yang diregangkan, dapat berubah menjadi energi kinetik burung "angry birds" apabila ketapel kita lepas. Dari hal diatas juga dapat diambil kesimpulan bahwa pada perpindahan energi selalu disertai dengan adanya usaha, dimana karet ketapel melakukan usaha pada burung "angry birds."

Impuls, Momentum Dan Tumbukan

 

a. Momentum

Momentum adalah merupakan hasil kali antara massa benda dengan kecepatan benda itu sendiri. Besarnya Impul dapat dihitung dengan rumus :

P = m v

Keterangan :
p = momentum benda …………………………….. (kg.m/s)
m = massa benda ……………………………………… (kg)
v = kecepatan benda ………………………………. (m/s)

b. Impul

Impul adalah merupakan hasil kali antara gaya dengan lama waktu gaya itu bekerja, atau gaya sesaat.
Besarnya Impul dapat dihitung dengan rumus :

I = F t

Keterangan :
I = impul ………………………………………………….. (Ns)
F= Besarnya gaya ……………………………………. (N)
t = Lamanya waktu …………………………………… (s)

c. Tumbukan

Ada tiga jenis tumbukan yang kita kenal yaitu tumbukan Lenting sempurna, tumbukan lenting sebagian dan tumbukan tidak lenting sama sekali.
Pada saat benda bertumbukan maka akan berlaku Hukum :
Kekekalan Energi Kinetik :

Hukum Kekekalan momentum :

Dalam tumbukan selalu ada koefisien tumbukan, yang dirumuskan sbb :

Keterangan :
e = koefisien restitusi (tumbukan)
Catatan : Untuk tumbukan lenting sempurna (e = 1)
Untuk tumbukan lenting sebagian (0 < e < 1)
Untuk tumbukan tidak lenting sama sekali (e = 0) 

Hmmmm, Ternyata Fisika itu seru juga ya saat kita bermain Game Angry Bird tanpa disadari kita menggunakan kemampuan analisis fisika kita . . . .

Read More

Sepak Bola

Posting pertama ni sobat fisika :), sesuai dengan judul saya akan memberikan gambaran penerapan fisika dalam permainan sepak bola.

Banyak orang yang mengira untuk apa sih belajar fisika terlalu rumit, itulah memang kehebatan fisika kalau kita perhatikan banyak sekali penerapan-penerapan aplikasi fisika dalam kehidupan kita tapi kita malah tidak menyadarinya contohnya aja sepak bola. Apa yang dilakukan pemain-pemain sepak bola sangat erat kaitannya dengan fisika. Sebut saja ketika melakukan tendangan bola ke gawang, ia dapat mengatur kecepatan dan sudut elevasi bola secara baik. Terlalu besar sudut elevasi dan kecepatannya, bola akan melewati mistar. Sebaliknya jika sudut elevasi dan kecepatan terlalu kecil, bola tidak akan sampai ke gawang.

Perlu kita ketahui ni sobat fisika, sebenarnya pemain sepak bola bisa diapresiasikan sebagai ahli fisika di lapangan hijau. Karena, setiap pemain bola sebisa mungkin harus mampu mengukur dengan tepat berapa besar gaya yang harus diberikan dan ke mana arah bola harus ditendang. Ujung-ujungnya kecepatan bola menjadi sangat kencang dan akurat. Dan sepak bola sebenarnya adalah permainan fisika. Kita akan menikmati mengapa lintasan bola berbentuk parabola, bagaimana tendangan pisang, dan mengapa seorang penjaga gawang sangat susah menahan tendangan penalti. 

Intinya seorang pemain profesional kala dilengkapi dengan ilmu fisika akan dapat memperbaiki skill dan kemampuannya serta mampu menerapkan ilmu fisikanya, misal ni seorang kiper menendang bolanya keatas dengan lintasan para bola, tanpa gravitasi, bola akan bergerak lurus ke atas. Gravitasilah yang menarik bola turun. Semakin besar gravitasi semakin cepat bola jatuh ke tanah. Bandingkan dengan di Bulan. Dengan tingkat gravitasi yang lebih kecil, lintasan bola yang ditendang-misalnya-oleh seorang astronout akan menjadi lebih jauh, dibandingkan kala ia menendang sebuah bola di Bumi. Buat sedikit bocoran ya, kita ingin kan punya tendangan yang keras dan jauh? Untuk melakukan hal itu, seorang pemain sepak bola harus menendang bola sekeras mungkin dengan sudut elevasi 45 derajat.

1. Tendangan Pisang 

Kita tentu masih ingat gol-gol manis David Beckham melalui tendangan bebasnya, yang dilakukan sekitar 30 meter di depan gawang. Beckham menendang bola dengan kecepatan sekitar 120 km per jam, bola melambung sekitar 1 meter melewati kepala para pagar betis itu dan secara tiba-tiba bola membelok serta masuk ke gawang lawan .

Bagaimana David Beckham melakukan ini?

Seorang pengamat sepak bola Keith Hanna mengatakan bahwa Beckham melakukan ini karena otaknya yang genius dapat memproses perhitungan fisika yang kompleks secara cepat sekali. Peneliti lain dari Universitas Sheffield, Inggris, mengatakan hal yang sama, “…Beckham was applying some very sophisticated physics.”
 

Lintasan bola yang menyerupai bentuk pisang ini sudah lama menjadi perhatian para peneliti. Gustav Magnus tahun 1852 pernah meneliti kasus sebuah bola yang bergerak sambil berotasi. Gerakan bola ini menimbulkan aliran udara. Akibat rotasi bola, aliran udara yang searah dengan arah rotasi bola (A) bergerak relatif lebih cepat dibandingkan aliran udara pada sisi bola yang lain ( B ). Menurut Bernoulli, semakin cepat udara mengalir, semakin kecil tekanannya. Akibatnya, tekanan di B lebih besar dibandingkan tekanan di A. Perbedaan tekanan ini menimbulkan gaya yang membelokkan bola ke arah A. Membeloknya bola akibat perbedaan tekanan udara ini sering disebut efek magnus untuk menghormati Gustav Magnus. 

Pada tendangan bebas bola yang bergerak dengan kecepatan 110 km per jam dan berotasi dengan 10 putaran tiap detiknya dapat menyimpang/membelok lebih dari 4 meter, cukup membuat penjaga gawang kebingungan. Yang juga membuat tendangan Beckham lebih spektakuler adalah efek lengkungan tajam di dekat akhir lintasan bola. Lengkungan tajam yang tiba-tiba inilah yang membuat kiper-kiper terperangah karena bola berbelok begitu cepat dengan tiba-tiba. Apa yang menyebabkan ini?

Peneliti Inggris, Peter Bearman, mengatakan bahwa efek magnus akan mengecil jika kecepatan gerak bola terlalu besar atau rotasinya lebih lambat. Jadi untuk mendapat efek magnus yang besar, seorang harus membuat bola berputar sangat cepat, tetapi kecepatannya tidak boleh terlalu cepat. Ketika Beckham menendang bola secara keras dengan sisi sepatunya sehingga bola dapat berotasi cepat sekali, bola melambung dan mulai membelok akibat adanya efek magnus. Gesekan bola dengan udara akan memperlambat gerakan bola (kecepatan bola berkurang). Jika rotasi bola tidak banyak berubah, pengurangan kecepatan dapat menyebabkan efek magnus bertambah besar, akibatnya bola melengkung lebih tajam, masuk gawang, membuat penonton terpesona dan berdecak kagum. 

2. Menyundul

 
Menyundul merupakan bagian penting dalam sepakbola. Banyak gol tercipta melalui sundulan kepala. Menyundul bola membutuhkan koordinasi yang baik dari kepala, badan, serta pengetahuan tentang kecepatan bola dan arah sundulan.
Ada 2 posisi menyundul bola: 1) ditempat dengan melompat vertikal 2) berlari sambil melompat menyambut bola. Pada posisi 2, bola akan bergerak lebih cepat karena mendapat tambahan momentum dari gerakan kita. Besarnya momentum yang diterima bola sangat tergantung pada ke elastisan bola dan kekuatan otot tulang belakang ketika kita menyundul bola. Untuk membuat sundulan sekuat mungkin, kepala harus ditarik kebelakang sebanyak mungkin (badan melengkung), paha ditarik kebelakang dan lutut bengkok (Gb. 4). Pada posisi ini terjadi keseimbangan aksi-reaksi, pemain tidak terpelanting atau terputar dan kepala siap memberikan sundulan kuat ke bola. Saat bola menyentuh kepala, tubuh harus setegar mungkin agar lebih banyak energi dapat diberikan ke bola (gerakan otot dan urat yang tidak perlu akan menyerap energi kita dan dapat mengurangi energi yang diberikan pada bola). 

Waktu sentuh kepala dengan bola (23 milidetik) yang relatif lebih lama dibandingkan waktu sentuh kaki ketika ia menendang bola (8 milidetik), memungkinkan kita untuk mengarahkan bola secara akurat ke arah yang kita inginkan.
 

Orang botak sering mendapat keuntungan dalam menyundul bola (rambut gondrong akan menyerap sebagian energi bola sehingga bola yang terpantul akan berkurang kecepatannya). Tetapi bukan berarti orang gondrong tidak bisa menyundul keras.

3. Tendangan penalti

 
Tendangan penalti adalah tendangan yang sangat ditakuti oleh para penjaga gawang. Tendangan ini dilakukan pada jarak 11 meter dari gawang dan biasanya jarang gagal. Seorang pemain sepak bola profesional dapat menendang bola dengan kecepatan sekitar 30 meter per detik (108 km/jam). Dengan kecepatan ini, bola akan mencapai ujung kanan atas gawang dalam waktu 0,45 detik dan untuk ujung kanan bawah 0,38 detik.

Menurut perhitungan Sam Williamson, fisikawan di Center for Neural Science New York, waktu 0,38 detik tidak cukup untuk menangkap bola. Ketika bola ditendang, penjaga gawang akan bereaksi rata-rata setelah 0,3 detik. Begitu bereaksi, otak akan memberi perintah pada otot untuk bergerak, ini butuh waktu tambahan lebih dari 0,1 detik. Itu sebabnya sukar bagi penjaga gawang untuk menangkap bola yang bergerak cepat itu. Untuk melatih reaksi yang cepat dan tepat dibutuhkan latihan yang panjang dan pengalaman yang cukup. Itu sebabnya para kiper atau penjaga gawang dalam Piala Dunia ini rata-rata lebih tua dibandingkan pemain lainnya.

Agar berhasil, penendang penalti harus memerhatikan arah angin, rotasi, dan kecepatan bola. Bola yang berotasi terlalu cepat dapat menimbulkan efek magnus dan turbulensi udara yang akan menyimpangkan bola. Menurut penelitian, tendangan yang paling efektif adalah tendangan dengan kekuatan 75 persen sampai 80 persen dari kekuatan maksimum (kecepatan bola sekitar 80 km/jam). Pada kecepatan ini penjaga gawang sulit menangkap bola dan kemungkinan terjadinya gol lebih besar dibandingkan dengan tendangan dengan kekuatan penuh.

Bicara sepak bola dengan fisika sangat mengasyikkan dan tak ada habisnya. Gerakan parabola, tendangan pisang, menyundul, dan tendangan penalti yang kita bahas di atas hanya sebagian dari asyiknya fisika dalam sepak bola.

Di arena Piala Dunia 2010 yang lalu kita bisa menikmati lebih banyak lagi bagaimana asyiknya fisika diterapkan dalam sepak bola. Coba saja perhatikan bagaimana kiper Jerman memanfaatkan hukum pemantulan untuk menepis tendangan-tendangan maut dari para pemain lawan. Atau juga bagaimana Klose menggunakan konsep momentum, tumbukan, dan momentum sudut yang tepat untuk menggerakkan kepalanya dan menyundul bola ke gawang musuh. Lihat juga Christiano Ronaldo dengan menggunakan keseimbangan yang sempurna melakukan tendangan voli yang indah dan memasukkan bola ke gawang lawan. 

Jadi sobat fisika, untuk menjadi seorang pemain sepak bola yang hebat itu diperlukan pemahaman  fisika yang kuat, intinya itu harus belajar fisika . . . .;)

Salam Fisika! 

Read More