MAKALAH FISIKA DASAR I
FAKTOR DESAIN KESELAMATAN MOBIL DALAM MEMINIMALISIR DAMPAK KECELAKAAN BAGI PENGENDARA KENDARAAN
Makalah Ini Disusun untuk Memenuhi Tugas Kelompok Mata Kuliah Fisika Dasar I Kelas 07 Semester 2
Disusun oleh : Alfiani Guntari Maha Dewi
1306370871
Devi Permata Sari
1306370884
Fakhri Rafiki
1306447751
Moch Agung Gunandar
1306446401
Vina Damayanti
1306370865
FAKULTAS TEKNIK, UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK 2014
BAB I LATAR BELAKANG
Globalisasi telah memberikan kemudahan bagi semua bidang yang dapat mempermudah kerja manusia, dari mulai memasak makanan, berkomunikasi hingga mobilisasi dari tempat satu menuju tempat lainnya. Mobilisasi merupakan faktor penunjang globalisasi di seluruh belahan dunia. Dengan mudahnya mobilisasi tentunya banyak hal yang akan mendapatkan keuntungan lainnya. Seperti halnya menghemat waktu tempuh dan perbekalan di perjalanan, ketika kita menempuh perjalanan menggunakan pesawat untuk berpergian ke luar negri dibandingkan dengan kapal laut. Merujuk kata mobilisasi, di era modern ini banyak terdapat berbagai macam kendaraan yang dapat memudahkan gerak manusia dari tempat ke tempat. Mobil merupakan salah satu kendaraan yang paling mendominasi di dunia. Menurut media kompas, jumlah mobil yang terdapat di dunia mencapai 1015 Miliyar unit. Melihat jumlah unit mobil yang banyak tersebut, mengartikan bahwa masyarakat lebih dominan untuk menggunakan mobilisasi dalam kesehariannya. Dalam berkendara tentunya tidak terlepas dari resiko terjadinya kecelakaan. Pada tahun 2013 kasus kecelakaaan mencapai angka 3.675 kasus. Kecelakaan tersebut didominasi oleh kendaraan mobil dan motor. Pentingnya keselamatan pada saat berkendara tentunya telah ditekan oleh petugas keamaan yang berwenang. Namun, sering kali kecelakaan yang menimpa kita justru ditimbulkan oleh kelalaian orang lain. Untuk itu penting bagi kita untuk mengetahui perangkat keselamatan dalam kendaraan. Dalam kasus ini, penulis memilih kendaraan mobil sebagai bahan untuk memelajari desain keselamatan kendaraan. Hal tersebut melalui pertimbangan kompleksnya sistem desain keselamatan pada mobil. Perusahaan-perusahan mobil di dunia tidak hanya berlomba-lomba untuk mempercantik tampilan luar mobil buatannya namun faktor kehematan bahan bakar dan desain keselamatan mobil tersebut.
1
BAB II PRINSIP DASAR
2.1 Hukum Inersia (Hukum I Newton)
Hukum I Newton dapat diartikan jika suatu benda mula-mula diam maka benda selamanya diam. Benda bergerak jika benda itu diberi gaya luar, misalnya mobil-mobilan diam jika didorong atau ditarik menjadi bergerak. Sebaliknya jika benda sedang bergerak maka benda selamanya bergerak, kecuali bila ada gaya yang menghentikannya, misalnya mobil-mobilan yang bergerak jika ditahan atau adanya gaya gesekan maka akan berhenti. Hukum I Newton mengungkap tentang sifat benda yang cenderung mempertahankan keadaannya atau dengan kata lain sifat kemalasan benda untuk mengubah kedudukannya. Sifat ini disebut kelembaman atau inersia. Oleh karena itu, Hukum I Newton disebut juga hukum kelembaman. Kelembaman atau inersia benda dipengaruhi oleh massa benda. Makin besar massa benda makin besar inersia benda. Jika massa benda besar, maka benda sukar dipercepat atau sukar diubah geraknya. Sebaliknya, jika massa benda kecil maka benda mudah dipercepat atau mudah diubah geraknya. Oleh karena massa mempengaruhi inersia maka sering disebut massa adalah ukuran kelembaman benda. Artinya, massa benda merupakan ukuran yang menyatakan tanggapan benda terhadap segala usaha yang akan membuatnya mulai bergerak, atau segala perubahan pada keadaan geraknya. Jadi kesimpulannya adalah “Sebuah benda yang kepadanya tidak bekerja suatu gaya total akan bergerak dengan kecepatan konstan (nilainya bisa saja nol) dan percepatan nol”. Ini adalah rumusan dari hukum pertama Newton tentang gerak. Ada sebuah kecenderungan pada benda untuk tetap mempertahankan keadaannya, hal ini disebut sebagai Inersia (inertia).
2
2.2 Impuls dan Momentum
Momentum adalah besaran vektor yang arahnya sama dengan arah kecepatan. Momentum biasanya dilambangkan oleh simbol p, dan secara matematis ditulis sebagai berikut: p=m.v Gaya diperlukan untuk mengubah momentum benda , baik untuk menambah momentum, menguranginya (seperti membawa benda bergerak untuk berhenti ), atau untuk mengubah arahnya. Hukum ke dua Newton berbunyi : “laju perubahan momentum sebuah benda sebanding dengan gaya total yang dikenakan padanya.” Hal ini dapat dituliskan dalam sebuah persamaan:
dengan: = resultan gaya yang bekerja pada benda ( Newton ) = perubahan momentum ( kg.m/s ) = perubahan waktu ( sekon ) Kita dapat dengan mudah menurunkan betuk hukum kedua yang sudah dikenal,
3
2.3 Hukum Kekekalan Momentum
Gambar 1. Tumbukan
Dua
buah
bola
masing-masing
massa m1 dan m2, dimana m1 = m2. m1 bergerak
mempunyai
kearah m2 yang diam (v2 = 0).
Setelah tumbukan kecepatan benda berubah menjadi v1 dan v2 . Bila F 12 adalah ’
’
gaya dari m1 yang dipakai untuk menumbuk m2 dan F 21 gaya dari m2 yang dipakai untuk menumbuk m1, maka menurut Hukum III Newton :
Jumlah momentum dari benda 1 dan benda 2 sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama/tetap. Hukum ini disebut sebagai Hukum Kekekalan Momentum. Kekekalan momentum merupakan sebuah sarana yang sangat bermanfaat untuk membahas proses tumbukan. Contoh tumbukan dalam kehidupan seharihari : sebuah raket tenis atau sebuah gada bisbol menabrak sebuah bola, mobil trem menabrak trem lain, sebuah palu mengenai paku, dsb.
4
Gambar 2. Impuls Raket dengan Bola
Pada saat raket mengenai bola, gaya yang diberikan raket pada bola teradi dalam waktu yang sangat singkat. Impuls adalah besaran vektor yang arahnya sama dengan arah gaya. Secara matematis ditulis:
Dengan : I
:
Impuls gaya yang bekerja dalam waktu singkat (Ns)
F
:
Gaya (N)
Δt
:
Selang waktu saat benda dikenai gaya (sekon)
Gaya impulsif adalah suatu gaya kontak terhadap benda yang bekerja hanya dalam waktu yang singkat. Jadi, gaya impulsif mengawali suatu percepatan dan menyebabkan suatu benda bergerak cepat dan makin cepat. Makin lama gaya impulsif bekerja, makin cepat benda bergerak. Impuls adalah hasil kali antara besaran vektor gaya F dengan besaran skalar selang waktu ∆t, sehingga impuls termasuk besaran vektor. Arah impuls I searah dengan gaya impulsif F. Peristiwa tumbukan antara dua buah benda dapat dibedakan menjadi beberapa jenis.
Perbedaan tumbukan-tumbukan tersebut
dapat diketahui
berdasarkan nilai koefisien elastisitas (koefisien restitusi) dari dua buah benda yang bertumbukan. Koefisien elastisitas dari dua benda yang bertumbukan sama dengan perbandingan negatif antara beda kecepatan sesudah tumbukan dengan beda kecepatan sebelum tumbukan. Secara matematis, koefisien elastisitas dapat dinyatakan sebagai berikut:
5
dengan : e = koefisien elastisitas ( 0 < e <> )
2.4 Elastisitas
Suatu benda dikatakan memiliki sifat elastisitas jika benda itu diberi gaya kemudian gaya itu dihilangkan, benda akan kembali ke bentuk semula. Jika suatu benda tidak dapat kembali lagi ke bentuk semula setelah gaya yang bekerja padanya dihilangkan, benda itu dikatakan plastis.
Contoh benda elastis: karet, pegas, baja, kayu.
Gambar 3. Karet
Gambar 5. Kayu
Gambar 4. Pegas
Gambar 6. Baja
2.5 Pegas
HUKUM HOOKE Hubungan antara gaya F yang meregangkan pegas dengan pertambahan panjang pegas x pada daerah elastisitas pertama kali dikemukakan oleh Robert
6
Hooke (1635 – 1703), yang kemudian dikenal dengan Hukum Hooke. Pada daerah elastis linier, besarnya gaya F sebanding dengan pertambahan panjang x. Secara matematis dinyatakan: F=k.x dengan: F = gaya yang dikerjakan pada pegas (N) x = pertambahan panjang (m) k = konstanta pegas (N/m) Pada saat ditarik, pegas mengadakan gaya yang besarnya sama dengan gaya tarikan tetapi arahnya berlawanan (Faksi = -Freaksi). Jika gaya ini disebut gaya pegas FP maka gaya ini pun sebanding dengan pertambahan panjang pegas. Fp = -F Fp = -k.x dengan: Fp = gaya pegas (N) Pada daerah elastisitas benda, besarnya pertambahan panjang sebanding dengan gaya yang bekerja pada benda. Sifat pegas seperti ini banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya pada neraca pegas dan pada kendaraan bermotor (pegas sebagai peredam kejut).
7
BAB III KASUS STUDY
Kecelakaan kendaraan bermotor saat ini seringkali terjadi. Baik itu antar pengendara bermotor, maupun kecelakaan antara pengendara bermotor dengan benda mati. Contohnya saja kecelakaan yang terjadi terhadap actor paul Walker dan temannya yang bernama Rodas. Sebuah laporan dari pihak kepolisian mengungkapkan apa yang menjadi penyebab kecelakaan maut yang menimpa actor paul walker. Kecelakaan tersebut terjadi bukan karena permasalahan mekanik, melainkan karena kecepatan tinggi kendaraan. Tim investigasi melakukan pemeriksaan lengkap pada Porsche Carrera GT tahun 2005 bermassa 640 kg yang dikendarai Paul Walker saat kecelakaan. Termasuk sejarahnya, safety recall, serta catatan perbaikan dari mobil tersebut. Polisi Los Angeles bagian kecelakaan lalu lintas menyatakan bahwa mobil sport Porsche Carrera GT warna merah dikendarai rekan Paul Walker yakni Roger Rodas (38), melaju dengan kecepatan 144 km per jam, kemudian kehilangan kendali dan menabrak pohon di Santa Clarita, California, sebelah barat Laut Los Angeles. Hal inilah yang dipercaya menjadi penyebab kecelakaan yang menewaskan bintang „Fast and Furious‟ tersebut. Namun tim investigasi menyatakan bahwa Roger Rodas sempat menginjak rem selama 3s. Paul Walker dan Roger Rodas meninggal dalam kecelakaan yang terjadi pada tanggal 30 November dan mobil yang mereka tumpangi tersebut ringsek.
8
BAB IV ANALISA KASUS
Tingginya kasus kecelakaan kendaraan yang terjadi pada awal tahun di Indonesia, menunjukkan bahwa saat ini tingkat kerawanan dan peluang terjadinya suatu kecelakaan sangatlah besar. Bukan hanya disebabkan oleh kelalaian pribadi, namun terkadang kelalaian orang lain juga dapat menimbulkan dampak yang buruk terhadap kita dan menimbulkan bahaya terhadap diri kita. Oleh karena itu, saat ini dikembangkanlah suatu teknologi berupa desain keselamtan mobil yang diciptakan untuk meminimalisir dampak terhadap pengemudi dan penumpang kendaraan. Pada saat tabrakan terjadi pengendara akan mengalami gaya impulsif (Gaya kontak yang bekerja dalam waktu yang singkat). Telah kita ketahui bahwa semakin lama selang waktu kontak yang dialami pengemudi ketika tabrakan terjadi, maka semakin kecil gaya impulsif yang dialami pengemudi atau
I =F .∆t (F=Gaya
Impulsif , ∆t =selang waktu dan I=Impuls) . Prinsip inilah yang digunakan untuk mendesain faktor keselamatan mobil .
Gambar 7. Mobil didesain untuk dapat menggumpal secara perlahan
Gambar 8. Airbag
Pertama, bagian depan dan belakang mobil didesain agar dapat menggumpal
secara perlahan ketika tabrakan terjadi. Ini menyebabkan selang waktu kontak lebih lama sehingga sangat mengurangi gaya impulsif yang akan diterima pengemudi. Kedua, apa yang terjadi pada pengemudi ketika tabrakan memberhentikan
mobilnya dengan cepat? Oleh karena inersia (kemalasan benda untuk merubah
9
keadaannya), maka pengemudi akan bergerak ke depan dengan kelajuan yang sama dengan kelajuan mobil sesaat sebelum tabrakan terjadi. Setir kemudi
dapat
memberikan sebuah impuls pada pengemudi dalam selang waktu yang singkat. Ini menghasilkan gaya impulsif yang sangat besar dan tentu saja berbahaya bagi keselamatan pengemudi.(pengemudi menabrak setir,red). Untuk itu diperlukan impuls untuk mengurangi momentum pengemudi menjadi
nol
(momentum
didefinisikan
sebagai
ukuran
kesukaran
untuk
memberhentikan suatu benda) atau memberhentikan pengemudi. Solusinya sebuah kantong udara yang terletak antara setir kemudi dan pengemudi akan mengembang ketika tabrakan terjadi. Kantong udara di buat lunak sehingga impuls yang diberikan kantong udara akan berlangsung lebih lama, dan ini mengurangi gaya impulsif yang dikerjakan kantong udara pada pengemudi. Ketiga, jika sebelum tabrakan kecepatan mobil sangat tinggi, ada
kemungkinan pengemudi menabrak setir pengemudi walaupun kantong udara telah berfungsi mengurangi gaya impulsif. Ini tentu saja tetap berbahaya bagi keselamatan pengemudi. Sebuah sabuk keselamatan didesain untuk dapat memberikan impuls yang dapat memberhentikan pengemudi dalam selang waktu tertentu (waktu kontak) setelah pengemudi dan sabuk keselamatan mmenempuh jarak tertentu yang aman, yakni kira-kira kurang dari 50 cm . Anda tentu bertanya mengapa sabuk keselamatan dibuat elastis? Mengapa sabuk keselamatan tidak didesain dari bahan yang kaku (tidak elastis) agar pengemudi tidak bergerak saat tabrakan terjadi, dan dengan demikian pengemudi tidak menabrak setir kemudi?
Jika sabuk terbuat dari bahan
kaku, pada saat tabrakan , sabuk akan mengerjakan impuls pada tubuh pengemudi dalam waktu yang sangat singkat (mendekati nol). Ini akan sangat menyakitkan pengemudi , bahkan akan membahayakan jiwanya. Keempat, masih ada lagi satu usaha untuk mengurangi kemungkinan dada
pengemudi menabrak setir ketika terjadi tabrakan fatal, yaitu menggunakan pegas pada setir kemudi.
4.1 Bagian Depan Mobil yang Menggumpal
10
Gambar 9. Bagian depan mobil yang menggumpal
Hal ini berhubungan dengan selang waktu kontak. Ketika suatu tabrakan terjadi, maka bagian mobil akan menggumpal sehingga waktu kontak dengan pengendara akan semakin lama. Hal ini menyebabkan gaya impulsif yang diterima pengendara menjadi lebih kecil. Seperti pada rumus : I = F Δt Yang menyatakan bahwa besar gaya impulsive berbanding terbalik dengan selang waktu kontak. I = ΔP I = (mv2 - mv1) I = m(v2 – v1) I = 640 (0 – 40) I = 25600 N s
Maka gaya impulsive yang didapat oleh pengemudi seharusnya kurang lebih sebesar 25600 N. Namun hal itu diredam dengan proses penggumpalan bagian depan mobil yang rata – rata terjadi selama 3s. Maka gaya impulsive yang berdampak pada pengemudi berkisar 8500 N. Hal itu meminimalisir dampak bagi pengendara. Namun, masih terdapat beberapa
faktor pendukung untuk
meminimalisir dampak bagi pengendara.
4.2 Kantong Udara
11
Gambar 10. Kantong Udara
Kantung udara di mobil menggunakan padatan yang menghasilkan gas. Kebanyakan kantong udara menggunakan natrium azida. Dalam kecelakaan mobil, sensor tabrakan akan mengaktifkan rangkaian yang akan menyebabkan natrium azida terbakar dan terurai (terdekomposisi) menghasilkan natrium dan gas nitrogen, yang dengan cepat dapat menggembungkan kantong udaranya. Campuran yang paling umum adalah campuran yang terdiri atas natrium azida (Na3), kalium nitrat (KNO3), dan silikon dioksida (SiO2) sebagai reaktan sekunder. Dengan rangsangan listrik NaN3 akan terurai sesuai reaksi: 2 NaN3 (s) ==> 2 Na (s) + 3N2 (g) Logam natrium (Na), produk samping produksi gas nitrogen yang menggembungkan kantong udara itu, adalah logam yang sangat reaktif. Seperti barangkali pernah ditunjukkan oleh guru di sekolah, sebutir kecil natrium yang dijatuhkan ke air akan menghasilkan api yang cukup hebat. Untuk itulah kalium nitrat ditambahkan, kalium nitrat dan natrium akan bereaksi menghasilkan lagi gas nitrogen: 10 Na (s) + 2 KNO3 (s) ==> K2O (s) + 5 Na2O (s) + N2 (g). Kalium oksida (K 2O) dan natrium oksida (Na 2O) akan bereaksi dengan senyawa ketiga dalam komposisi kantong udara, yakni silikon dioksida (SiO 2), untuk membentuk alkali silikat, zat yang tidak reaktif dan tidak berbahaya bila dibuang. Kantong udara dibuat juga untuk mengurangi gaya impulsive bagi pengendara yang apabila tidak ada kantong udara maka pengendara akan terbentur dengan setir kemudi.
12
4.3 Sabuk Keselamatan
Sabuk pengaman berhubungan dengan sifat elastistas. Gaya impulsive yang dikerjakan sabuk keselamatan pada pengemudi dapat memberhentikan pengemudi dalam selang waktu kontak tertentu setelah sabuk merenggang sejauh jarak aman. Jarak aman adalah jarak antara pengemudi dan setir, yakni kurang dari 50cm.
4.4 Pegas pada Setir Kemudi
Pegas pada setir kemudi berfungsi juga untuk meminimalisir dampak kecelakan pada mengendara. Hal itu dikarenakan dengan adanya pegas pada setir kemudi maka selang waktu kontak antara pengendara dengan kemudi menjadi lebih lama, sehingga gaya impulsive yang didapatkan pengendara menjadi lebih kecil. Semua desain keselamatan mobil di atas terdapat didalam mobil yang dikendarai oleh Paul Walker dan Roger Rodas, namun kebakaran menyebabkan mereka tak terselamatakan, dan benturan yang kencang akibat kecepatan diatas normal juga menjadi pemicu utama meninggalnya Paul Walker dan Roger Rodas pada saat kejadian itu.
13
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari uraian dan penjelasan diatas, dapat ditarik kesimpulan bahwa saat ini, teknologi semakin berkembang dengan sangat pesat begitu juga dengan teknologi pengaman pada mobil sehingga dapat meminimalisir kecelakaan yang terjadi
dan
diharapkan
dapat
menyelamatkan
para
pengemudi.
Dalam
penggunaannya, diharapkan para pengemudi dapat mengoptimalkan fungsi perangkat kesalamatan pada mobil agar dapat meminimalisir terjadinya kecelakaan. Perangkat pengaman yang terdapat pada mobil diantaranya adalah berupa kantung udara, sabuk pengaman, dan lain-lain. Melengkapi peralatan standar mobil setidaknya bisa mengurangi risiko tinggi. Di mobil,sabuk pengaman dan kantong udara adalah pengaman-pengaman yang wajib ada.
5.2 Kritik
Besarnya angka kecelakaan yang terjadi saat ini disebabkan oleh berbagai faktor, misalnya faktor pada pengemudi ataupun pada perangkat mobil itu sendiri. Kecelakaan dapat diminimalisir dengan mengoptimalkan fungsi kerjanya. Kewajiban kita sebagai pengemudi, hendaknya adalah selalu memeriksa dan memerhatikan perangkat-perangkat dalam mobil.
5.3 Saran
Kecelakaan yang terus meningkat dapat diminimalisir jumlahnya melalui berbagai cara. Cara yang paling tepat untuk menghindari kecelakaan adalah dengan selalu memeriksa dan memerhatikan perangkat yang terdapat pada mobil, serta dapat mengoptimalkan fungsi perangkat mobil tersebut. Perangkat perangkat yang didesain sebagai faktor keselamatan pada mobil diantaranya adalah airbag , sabuk keselamatan, dan lain-lain. Sebagai pengemudi atau pengguna mobil, diharapkan dapat mengoptimalkan perangkat keamanan tersebut.
14
DAFTAR PUSTAKA
Buku Kanginan, Marthen. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XI Semester 1. Jakarta : Penerbit Erlangga.
Situs _______.(
). Ditinjau dari: http://www.antonin.education.co.uk pada
tanggal 9 Mei 2014 pukul 20.09 WIB. Asaz.
2012.
Momentum
dan
Impuls.
Ditinjau
dari:
http://fisikasmasmk.blogspot.com/2012/01/momentum-impuls.html pada tanggal 9 Mei 2014 pukul 20.15 WIB. Hervenda, F. Haris. 2014. Penyebab Kecelakaan Paul Welker terungkap. Ditinjau dari:
http://www.tribunnews.com/otomotif/2014/01/04/penyebab-
kecelakaan-paul-walker-terungkap pada tanggal 12 Mei 2014 pukul 11:24 WIB. Priadi,
Ardhana.
2009.
Elastisitas.
Ditinjau
dari:
http://ardhanapriadi.blog.com/2009/12/06/bab-elastisitas/ pada tanggal 9 Mei 2014 pukul 20.22 WIB.
15
