Belajar Fisika Pada Olahraga

Olahraga itu menyenangkan banget. Fisika itu pusing banget, mungkin tu yang ada di benak sebagian orang. Padahal Olahraga itu ga bisa jauh dari fisika.Mua tau kaya gimananya?

Basket Di Fisika

Lemparan Lay-Up

Banyak orang tercengang mengapa dengan hanya melepasnya, bola dapat bergerak melengkung. Darimana bola mendapat kecepatannya? Apakah ini suatu “magic” atau sihir?
Jelas Bukan, ini fisika. Inget Hukum Newton, bahwa benda yang sedang bererak akan cendrung terus bergerak. Nah dalam hal ini Bola yang dibawa lari oleh Pebasket mempunyai kecepatan sama dengan kecepatan Pebasket. Ketika dilepas, bola akan meneruskan gerakannya dengan kecepatan semula, sehingga bola dapat meluncur
manis ke dalam keranjang

Lucky Shot

Dalam melakukan lemparan bebasnya dari jarak sekitar 4,5 meter, Michael Jordan sering membuat bola berputar dengan backspin (lihat gambar 1). Kata orang backspin dapat menjinakkan bola ketika menumbuk papan penyangga keranjang basket. Saking jinaknya, setelah memantul dari papan ini bola sepertinya kehilangan kecepatannya dan jatuh masuk dalam bola secara manis.
Wah apakah ini kebetulan (lucky shot)? Kok bisa begitu... aneh sekali mengapa bola bisa jadi jinak.? Fisika Bisa Menjelaskannya.

Ketika bola yang berputar dengan backspin ini menumbuk papan penyangga keranjang, maka timbulah gaya gesekan antara bola dan papan itu. Gaya gesekan ini arahnya vertikal keatas berlawanan dengan arah komponen vertikal dari kecepatan bola. Gaya gesekan ini menghambat lajunya bola. Bukan itu saja gaya gesekan juga mengurangi putaran bola (Gambar 2). Pengurangan kecepatan (baik lajunya maupun kecepatan putarnya) ini berakibat bola bergerak lambat dan menjadi jinak. Akibatnya bola dapat secara perlahan jatuh dalam keranjang. Hal ini tidak terjadi pada bola yang berputar dengan forward-spin. Pada bola ini gesekan akan mempercepat gerakan bola sehingga bola terpantul keras, liar dan tidak mau masuk keranjang (Gambar 3)

Rahasia Dunk O'Neal

Tahu tidak rahasia dibalik dunk O'Neal?
Masih ingat teori tumbukkan?. Dengan berat 152 kg si raksasa Shaquille O’Neal tidak kesulitan menghadapi lawannya yang notabene lebih kecil dalam melakukan dunk.

Dribble

Pada dasarnya dribble hanya mengaplikasikan Hukum III Newton tentang aksi reaksi. Saat pebasket melepaskan bola ke tanah, gaya gravitasi menatik benda ke lantai. Ketika bola bertumbukan dengan lantai, bola memberikan gaya pada lantai (gaya aksi). Sebagai akibatnya lantai memberikan reaksi melawan gaya aksi ini.Gaya yang diberikan lantai ini disebut gaya reaksi yang besarnya sama dengan gaya aksi. Gaya reaksi inilah yang menyebabkan bola memantul lagi ke atas. Namun karena sebagian energi bola terserap lantai maka bola pantul tidak dapat mencapai ketinggian semula. Maka pebasket memberikan dorongan kembali pada bola sebagai ganti dari energi yang terserap itu.

Hang Time

Fenomena hang time membuat pebasket seolah-olah terbang. Namun ada fisika dibalik itu semua.
Hang time dimanfaatkan oleh Pebasket untuk mengecoh lawan yang hendak memblok mereka dalam menyarangkan bola ke keranjang. Pada ilustrasi dilukiskan pemain yang melompat melakukan hang time. Gerakan pemain ini berusaha di blok oleh lawannya. Kebanyakan pemain akan melepas bola ketika ia naik (A) atau di titik puncaknya (B). Michael Jordan atau Kobe mampu melepas bola di A, B atau C.Lama waktu untuk mencapai titik C sekitar 0.6 detik, sedangkan lamanya pemain lawan melakukan hang time (tanpa berlari) menurut lawannya adalah 0.5 detik. Jadi jika Pebasket melepas tembakan di C maka lawan tidak akan punya waktu untuk membloknya sehingga dengan mudah Kobe menyarangkan bola ke keranjang.

Main Sepak Bola dengan Fisika

Gerakan Parabola

Ketika di SMP/SMA, kita belajar bahwa bola yang ditendang dengan sudut elevasi tertentu akan membentuk lintasan parabola (Gb. 1b). Bentuk lintasan ini sangat dipengaruhi oleh gravitasi bumi, kecepatan dan sudut elevasi bola. Tanpa gravitasi bola akan bergerak lurus ke atas (Gb. 1a). Gravitasilah yang menarik bola turun. Semakin besar gravitasi semakin cepat bola jatuh ke tanah (lintasan bola semakin pendek). Di bulan yang gravitasinya lebih kecil, lintasan bola yang ditendang astronot akan jauh lebih panjang dibandingkan dengan lintasan bola di Bumi.Menurut perhitungan fisika, untuk menendang bola sejauh mungkin, pemain sepakbola harus menendang bola sekeras mungkin dan dengan sudut elevasi 45 derajat.

Tendangan Pisang

Tahun 2006 ini para penonton sedang menunggu-nunggu bagaimana David Beckham mengecoh para penjaga gawang dengan tendangan pisangnya yang sangat terkenal itu. Tendangan mereka menyerupai pisang (Gb.2).
Bagaimana mereka melakukannya?
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 (Gb. 3). 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 membelokan bola ke arah A. Membeloknya bola akibat perbedaan tekanan udara ini sering disebut efek magnus untuk menghormati Gustav Magnus.

Menyundul

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. 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).

Tendangan Penalti

Tendangan pinalti dilakukan pada jarak 11 meter dari gawang dan biasanya jarang gagal. Seorang pemain sepakbola 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.

Agar berhasil, penendang pinalti harus memperhatikan arah angin, rotasi dan kecepatan bola. Bola yang berotasi terlalu cepat dapat menimbulkan efek magnus dan turbulens udara yang akan menyimpangkan bola. Menurut penelitian, tendangan yang paling efektif adalah tendangan dengan kekuatan 75 % sampai 80 % 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.

Kejar Grand Slam dengan Fisika

Sweet Spots

Sweet spots merupakan daerah-daerah di kepala raket yang enak untuk dipukul dan memberikan keuntungan-keuntungan tertentu bagi para pemain. Ada 3 jenis sweet spots: node, center of percussion (COP) dan maximum coeficient of restitution (COR). Kita selidiki yuk ketiga titik ini....
Timpuk bola ke kepala raket dengan keras, apa yang terjadi? Raket akan bergetar bukan? Perhatikan bahwa tidak semua titik pada raket ikut bergetar. Ada titik yang tidak ikut bergetar yang dinamakan node . Kalau bola yang ditimpukkan tepat mengenai node, raket tidak akan bergetar sehingga tangan si pemegang raket terasa lebih nyaman. Nah itu sebabnya node digolongkan sebagai sweet spots.
Sekarang pegang raket pada posisi mendatar. Jatuhkan bola di berbagai tempat pada kepala raket dan amati tinggi pantulannya. Aneh, tinggi pantulan bola tidak sama untuk semua titik. Ada titik dimana bola tidak dipantulkan sama sekali (bola langsung mati). Titik ini disebut dead spots. Letaknya dekat dengan ujung raket Tetapi ada pula titik yang memantulkan bola sangat keras. Menurut fisika titik ini mempunyai koefisien pantul (coeficient of restitution/COR) yang sangat besar.Titik ini sering disebut titik COR. Para pemain kaliber dunia seperti Hingis dan Venus Williams berlatih keras supaya pukulannya selalu mengenai titik COR agar bola pantulnya bergerak dengan kecepatan tinggi. Keuntungan-keuntungan pantulan inilah yang menyebabkan titik ini digolongkan sebagai sweet spots. Letak titik COR dipengaruhi oleh luasnya kepala raket dan kelenturan batang raket. 

Masih pada posisi raket mendatar, sekarang hantamkan bola dari atas dengan kecepatan tinggi pada berbagai daerah di kepala raket. Apa yang terjadi? Raket terasa terdorong keras ke bawah (bertranslasi) dan terputar (berotasi). Namun ini tidak terjadi pada semua titik. Ada titik dimana jika titik ini dihantam bola, raket hanya berotasi murni (terputar saja). Oleh orang fisika titik ini dinamakan center of percussion (COP). Jadi jika bola mengenai titik COP, tangan kita tidak perlu menahan dorongan translasi. Tangan terasa lebih nyaman, itu sebabnya titik COP juga digolongkan sebagai sweet spots.

Serve

Untuk menghasilkan serve yang hebat, ada fisikanya juga loh. Agar bola bergerak dengan kecepatan tinggi, serve dikondisikan supaya raket menumbuk bola tepat di daerah dead spot. Letak dead spot jauh dari tangan. Menurut fisika titik yang terjauh dari tangan (pusat putaran) mempunyai kecepatan yang tertinggi. Bukan itu saja, ketika bola mengenai daerah dead spot, hampir seluruh momentum raket dipindahkan ke bola. Eh masih ada lagi lho keuntungan serve ini. Disini bola mengenai titik yang paling jauh atau paling tinggi dari raket, sehingga peluang masuknya (melewati net) lebih besar.

Topspin

Topspin memberikan banyak keuntungan bagi sipemain. Bola dengan topspin akan melengkung lebih tajam, mengurangi kemungkinan out dan membuat bola memantul lebih tinggi. Menurut perhitungan Howard Brody (fisikawan yang juga pemain tenis), bola yang dipukul dengan topspin 32 putaran per detik akan memantul 24 % lebih tinggi dibandingkan dengan bola yang dipukul dengan backspin. Pada gambar 2, ketika bola bergerak dengan topspin, udara dibagian bawah bola (A) akan bergerak lebih cepat dibandingkan dengan udara di bagian atas bola (B). Menurut fisika, udara yang bergerak lebih cepat akan berkurang tekanannya. Perbedaan tekanan antara daerah A dan B ini menyebabkan bola terdorong ke bawah (dari B ke A). Dorongan ke bawah inilah yang membuat bola melengkung tajam kebawah.

Struktur Tanah

Wimbledon dikenal sebagai lapangan cepat (lapangan rumput) sedangkan lapangan tanah liat di Perancis Terbuka merupakan lapangan lambat. Lapangan di Amerika Serikat dan Australia Terbuka merupakan komposit sehingga karakteristiknya berada di antara lapangan cepat dan lapangan lambat.
Mau tau masing-masing trik buat naklukinnya?
Pada lapangan rumput gesekan dengan bola sangat kecil sehingga energi bola yang hilang akibat gesekan sangat kecil. Akibatnya bola tetap memiliki kecepatan yang tinggi setelah memantul dari permukaan rumput. Nah itulah sebabnya lapangan rumput Wimbledon ini sering disebut lapangan cepat. Dalam lapangan cepat ini trik yang harus digunakan adalah melakukan serve yang cepat dan dahsyat. Serve cepat ini akan sulit dijangkau lawan sehingga cepat mendapatkan angka. Penonton banyak yang mengeluh karena dengan semakin canggihnya raket yang digunakan dan semakin pintarnya pemain (mungkin karena sudah belajar fisika!) permainan tenis di Wimbledon menjadi terlalu cepat dan membosankan. Satu cara mengatasinya adalah memperbesar diameter bola agar
bola bergerak lebih lambat. 

Dilapangan tanah liat triknya berbeda lagi. Disini gesekan lebih besar sehingga bola pantul akan bergerak lebih lambat (kecepatannya bisa berkurang lebih dari 40%). Disamping itu menempelnya butiran-butiran tanah liat pada bola akan membuat bola lebih berat dan bergerak lebih lambat lagi. Karena lambatnya bola bergerak, lapangan di Perancis terbuka ini sering disebut lapangan lambat. Disini serve yang terlalu kuat menjadi tidak efektif. Pemain harus banyak memanfaatkan spin. Gesekan yang besar dapat membuat bola topspin dipantulkan dengan sudut pantul lebih besar dari perkiraan dan bola bergerak lebih cepat. Sedangkan bola backspin akan dipantulkan dengan sudut yang lebih kecil dari perkiraan dan bergerak lebih lambat.

Berenang Dengan Fisika

Gesekan atau Hambatan Air

Apa penyebab hambatan air? Hambatan air disebabkan pola aliran air (termasuk turbulensi, kocakan air akibat gerakan tangan atau kaki), ombak, dan gesekan permukaan tubuh dengan air. Lumba-lumba punya bentuk tubuh yang ramping (streamline) sehingga tidak menghasilkan turbulensi seheboh yang dihasilkan gerakan renang manusia.

Hukum Newton

Mark Spitz perenang legendaris dari Amrik tahu menggunakan hukum Newton.Ketika Mark menggerakan tangan mendorong air ke belakang, menurut hukum Newton III air akan bereaksi mendorong Mark ke depan. Hal yang sama terjadi ketika Mark menendang air, air akan mendorong Mark melaju ke depan. Kombinasi ini memeberikan gaya dorong besar.
Hal lain yang berkaitan dengan hukum newton adalah saat perenang ingin berbalik arah dan menendang dinding sekeras mungkin.

Gaya Apung (Buoyancy)

Gaya yang ditemukan oleh Archimedes ini disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan air (tekanan hidrostatik) antara bagian bawah dan bagian atas tubuh.
Walaupun gaya apung tidak ada hubungan langsung dengan kecepatan
renang, namun gaya apung dapat menghemat energi perenang (dengan gaya apung yang besar , perenang tidak perlu melakukan gerak ekstra untuk mempertahankan diri agar tetap terapung). Karena itu gaya apung sangat bermanfaat untuk mereka yang berenang jarak jauh. Itu sebabnya perenang jarak jauh umumnya agak gendut dan perlombaannya diadakan di laut seperti menyebrangi selat Inggris.

Terjun

Hal lain yang perlu diperhatikan perenang untuk memperbaiki rekor renangnya adalah tehnik start. Seorang Alexandr Popov (pemegang rekor 50 m gaya bebas dengan 21,64 detik) memilih untuk terjun ke kolam dengan sudut sebesar mungkin,pike dive. Gaya ini menyebabkan ombak yang dihasilkan tidak seheboh gaya terjun yang lama . Dengan pike dive ini tidak banyak turbulensi yang terjadi sehingga memperkecil hambatan. Selain itu, jarak yang bisa dicapai lebih jauh karena lompatan yang lebih tinggi dari flat dive (lompatan datar).

Santai Bersepeda Dengan Fisika

Energi berbagai Moda Transportasi

Setidaknya masing-masing trenasportasi berbeda-beda mngeluarkan energinya termasuk bersepeda. Dalam olahraga bersepeda, kita akan mengalami 4 gaya utama : gaya angin, gaya hambat udara, gaya gesekan, dan gaya gravitasi.

Gaya Angin

Dalam bersepeda, angin yang berhembus berlawanan arah dengan arah gerak si pengendara sepeda merupakan penghambat yang sangat menjengkelkan. Energi si pengendara akan terkuras banyak untuk melawan hambatan angin ini. Bayangkan untuk mempertahankan kecepatan 15 km/jam ditengah angin yang bertiup dengan kecepatan 10 km/jam saja kita akan kehilangan sekitar 800 kalori setiap menitnya.Tetapi angin juga bisa menjadi faktor yang mempercepat gerakan sepeda jika arah tiupan angin searah dengan arah maju sepeda.

Gaya Hambat Udara (Drag Force)

Disamping angin yang bertiup kencang, udara sendiri dapat menjadi penghambat bagi si pengendara sepeda. Tubuh manusia yang duduk tegak di atas sepeda merupakan bentuk yang sangat tidak aerodinamik karena mengacaukan aliran udara sehingga memaksakan terbentuknya dua daerah dengan tekanan yang berbeda. Daerah di belakang tubuh pengendara sepeda bertekanan rendah, sementara daerah di depan tubuh bertekanan tinggi.

Perbedaan tekanan ini mengakibatkan tubuh pengendara terdorong ke arah belakang. Semakin cepat sepeda bergerak, semakin besar gaya dorong ini. Ini mencegah si pengendara untuk mengayuh sepeda secepat cepatnya. Besarnya drag force ini sebenarnya dapat diminimalisasi dengan mengaplikasikan bentuk yang paling aerodinamik, yaitu bentuk yang streamline (ramping) yang dapat menembus udara dengan lebih mulus. Ini dilakukan dengan membungkukkan bada. Selain penempatan posisi tubuh yang baik, desain roda dan kerangka sepeda yang tepat juga dapat mengurangi tahanan udara. Kerangka sepeda yang berbentuk bulat digantikan oleh rancangan bentuk yang oval, sementara bentuk roda yang bergerigi digantikan oleh bentuk cakram (disc) yang dapat memperkecil turbulensi (gejolak udara) dan drag force saat berputar.

Cara lain untuk memperkecil drag force adalah dengan melakukan teknik drafting, yaitu bersepeda beriringan sambil memanfaatkan pusaran-pusaran udara (arus eddy) yang tercipta tepat di belakang pengendara terdepan untuk menarik pengendara berikutnya sehingga energi yang dibutuhkan menjadi lebih kecil.

Gaya Gesek

Dalam bersepeda, kita akan mengalami beberapa macam gaya gesekan: gaya gesekan antara permukaan kulit dengan udara, gaya gesekan kelahar sepeda dan gaya gesekan antara roda dengan jalan. Gaya gesekan antara permukaan kulit dengan udara walaupun tidak sebesar drag force kadang sangat menjengkelkan pula. Ini dapat menjadi faktor penting dalam menentukan kemenangan seorang atlit balap sepeda. Gesekan ini dapat dikurangi dengan menggunakan pakaian bersepeda yang tepat (skinsuit). Bayangkan seorang yang duduk tegak dengan pakaian biasa dapat menaikkan kecepatannya dari 10 km/jam menjadi 20 km/jam dengan menggunakan pakaian yang tepat dan posisi yang aerodinamik.

Gaya gesekan kelahar sepeda dapat dikurangi dengan menggunakan oli.
Sedangkan gaya gesekan antara roda dengan jalan (rolling resistance) dapat dikurangi dengan memompa ban cukup keras. Ban yang kempes akan sangat menguras energi kita.

Gaya Gravitasi

Gaya gravitasi memegang peranan penting saat pengendara sepeda melewati bukit. Gaya ini menarik kita ke bawah. Kita harus memberikan ekstra energi untuk melawan gravitasi ini ketika kita hendak menanjak bukit. Semakin tajam tanjakan bukit semakin besar energi yang dibutuhkan untuk menaiki tanjakan ini. Namun ketika kita menuruni bukit, gravitasi menjadi faktor yang berguna. Gravitasi mendorong sepeda turun lebih cepat.

Gaya gravitasi juga dapat membuat sepeda tidak seimbang. Cobalah duduk diatas sepeda yang diam, apa yang kamu-kamu alami? Kamu akan merasa tidak stabil dan hendak jatuh bukan? Mengapa? Gravitasilah penyebabnya. Tetapi mengapa sepeda yang bergerak tidak jatuh? 

Misalkan sepeda sedang bergerak lurus dan agak miring ke kanan. Gravitasi akan membuat sepeda jatuh ke sebelah kanan. Agar sepeda tidak jatuh, kita harus belokan sepeda ke kanan sedikit. Usaha ini menghasilkan gaya sentrifugal yang akan mendorong sepeda ke kiri. Gaya sentrifugal inilah yang mengkompensasi gaya gravitasi sehingga kita tidak jadi jatuh ke kanan. Sebaliknya jika kita hendak jatuh ke kiri, kita harus belokkan sepeda ke kiri agar gaya sentrifugalnya ke kanan. Itu sebabnya kalau diamati, lintasan sepeda berkelok-kelok. 

Gaya sentrifugal ini besarnya tergantung pada kecepatan sepeda. Semakin cepat sepeda semakin besar gaya sentrifugalnya. Sehingga pada waktu sepeda bergerak cepat, kita tidak perlu membelokkan sepeda terlalu tajam. Itu sebabnya lintasan sepeda yang bergerak cepat terlihat agak lurus (tidak terlalu berkelok-kelok).

source