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