Prinsip Kerja Water Jetpack

Pernahkah anda melihat film Iron Man? Dalam film tersebut, Tony Stark yang diperankan oleh Robert Downey Jr membuat sebuah battle suit (baju tempur) yang dapat membuatnya terbang dengan daya dorong jet. Battle suit tersebut biasa dinamakan jetpack. Jetpack juga terdapat pada film James Bond 007 Thunderball tahun 1965. James Bond yang diperankan oleh Sean Connery menggunakan Jetpack bertenaga mini jet sebagai alat untuk melarikan diri. Fantasi-fantasi pada film tersebut membuat seorang warga Kanada, Raymond Li, untuk mewujudkan fantasi terbang dengan alat super canggih seperti dalam film James Bond tersebut. Bell rocket belt milik James Bond menggunakan bahan bakar Hidrogen Peroksida yang dibakar pada tekanan tinggi untuk menghasilkan gaya tolak (thrust). Namun masalahnya, gas buang yang dihasilkan oleh jet memiliki suhu yang sangat tinggi. Hal tersebut sangat berbahaya karena dikhawatirkan dapat membakar kaki pilotnya. Untuk hal ini, seorang pilot Swiss bernama Yves Rossy, membuat suatu alat terbang pribadi yang disebut Yves Rossy Jetman. Namun desain yang dibuatnya tidak efektif untuk lepas landas secara vertikal. Selain itu, masa terbang yang rendah, yakni sekitar 25 detik juga menjadi kelemahan desain jetpack tersebut. Oleh karena itu, Ray Li ingin membuat sebuah jetpack yang relatif lebih aman untuk dikendarai, dan mempunyai waktu terbang yang lama sehingga lebih layak untuk dikendarai.

Gambar 1: James Bond memakai Jetpack (http://www.celebritynetworth.com)

Gambar 1: James Bond memakai Jetpack (www.celebritynetworth.com)

Raymond Li menghabiskan waktu 20 tahun untuk menemukan solusi dari kelemahan yang dimiliki jetpack milik James Bond tersebut. Untuk masalah pertama, Li memutuskan membuat sebuah jetpack yang menggunakan air sebagai pendorong. Dia mendesain sebuah jetpack yang menggunakan aliran air dengan debit yang sangat besar melalui sebuah selang air seperti yang digunakan pemadam kebakaran, dan dialirkan melalui dua buah nozel. Sehingga gaya tolak dari air yang disemburkan nozel dapat mengangkat pilot beserta jetpacknya. Namun timbul masalah baru, pompa yang digunakan untuk mengalirkan air tidak dapat berpindah. Sehingga daya jelajah dari jetpack tersebut menjadi sangat terbatas, yakni sebatas panjang selang air yang digunakan. Akhirnya pada tahun 1997, dia melihat bahwa penggunaan jetski bisa menggantikan pompa air karena jetski mampu mengalirkan air yang sangat deras, dan yang terpenting mampu berpindah-pindah sehingga menambah daya jelajah jetpack yang dia buat.

Melalui beberapa eksperimen, akhirnya dia dapat membuat sebuah water jetpack yang stabil. Selang air besar yang terisi air akan menegang tanpa kehilangan fleksibilitasnya. Oleh karena itu, selang air tersebut seakan-akan berfungsi sebagai “tonggak”. Akhirnya pada 2005, dia melakukan uji coba jetpack buatannya dan berhasil. Inilah awal mula perkembangan olahraga water jet levitation (jetlev).

Gambar 2: Percobaan Water Jetpack Ray Li (www.popsci.com)

Gambar 2: Percobaan Water Jetpack Ray Li (www.popsci.com)

Sama seperti cara kerja roket, water jetpack sebenarnya menggunakan hukum ketiga Newton tentang gaya aksi-gaya reaksi dan hukum kekekalan momentum. Hukum Newton ketiga menyatakan jika gaya aksi akan selalu mendapatkan gaya reaksi yang besarya sama namun berlawanan arah. Gaya ke arah bawah akibat aliran air dengan kecepatan tinggi akan mendapat gaya reaksi berupa gaya tolak ke atas yang mampu mengangkat pilot beserta jetpacknya.

Gambar 3: Analisa Gaya pada Water Jetpack (www.scienceblogs.com)

Gambar 3: Analisa Gaya pada Water Jetpack (www.scienceblogs.com)

Water jetpack terdiri dari beberapa bagian. Pertama, yaitu pilot suit. Pilot suit adalah “baju tempur” yang dipakai oleh pilot untuk dapat terbang. Pilot suit sendiri terdiri dari rangka konstruksi, pipa distribusi air, perangkat kendali, dan perangkat untuk keselamatan dan kenyamanan pilot. Pipa distribusi air pada pilot suit biasanya berbentuk seperti huruf Y dan terdiri dari dua bagian, yaitu bagian yang tersambung dengan selang suplai air dan bagian penyembur air atau nozel.

Gambar 4: Bagian Nozel Pada Pilot Suit (www.geologyinmotion.com)

Gambar 4: Bagian Nozel Pada Pilot Suit (www.geologyinmotion.com)

Rangka konstruksi jetpack biasanya terbuat dari pipa besi dan dilengkapi sandaran untuk punggung. Sedangkan perangkat kendali water jetpack biasanya terletak pada handle yang juga berfungsi sebagai pegangan tangan pilot ketika terbang.

Gambar 6: Bagian Rangka dan Perangkat Kendali (www.x-jetpacks.com)

Gambar 6: Bagian Rangka dan Perangkat Kendali (www.x-jetpacks.com)

Pilot suit juga dilengkapi perangkat keselamatan dan kenyamanan seperti sabuk keselamatan lima titik. Hal ini penting untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan saat pilot menerbangkan jetpack.

Selain pilot suit, terdapat perangkat yang letaknya di permukaan air yaitu jetski. Jetski digunakan sebagai sumber tenaga untuk mengalirkan air ke nozel pada pilot suit. Kuatnya daya alir dari jetski menjadi pertimbangan utama, selain itu jetski bisa dimobilisasi sehingga memungkinkan pilot untuk terbang di tengah laut atau danau tanpa memerlukan selang yang panjang.

Gambar 7: Jetski yang Sudah Dimodifikasi (www.x-jetpacks.com)

Gambar 7: Jetski yang Sudah Dimodifikasi (www.x-jetpacks.com)

Water jetpack bekerja menggunakan prinsip Newton ketiga yang menyatakan bahwa untuk setiap gaya aksi yang diaplikasikan pada suatu benda, maka benda tersebut akan memberikan gaya reaksi yang sama besar namun berlawanan arah. Ketika air mulai dialirkan, kotak dan lingkaran berpisah dengan arah berlawanan karena saat alir dialirkan, akan ada arus air yang sangat deras ke bawah dan akan memberikan gaya aksi ke bawah. Kemudian akan timbul gaya reaksi ke arah atas dengan besar yang sama, sehingga mampu mengangkat pilot beserta jetpacknya.

Gambar 8: Gaya-Gaya yang Bekerja pada Water Jetpack (physics.stackexchange.com)

Gambar 8: Gaya-Gaya yang Bekerja pada Water Jetpack (physics.stackexchange.com)

Selain itu juga berlaku hukum kekekalan momentum akibat perubahan kecepatan antara air dan pilot beserta jetpacknya (pilot dan jetpack dianggap sebagai sistem satu massa).

Gambar 9: Analisa Momentum Water Jetpack (www.scienceblogs.com)

Gambar 9: Analisa Momentum Water Jetpack (www.scienceblogs.com)

Kotak merah pada gambar di atas adalah ilustrasi pilot dan jetpacknya. Sedangkan lingkaran biru menyatakan air. Pada kondisi awal, kotak dan lingkaran dapat dianggap sebagai satu masa yang memiliki momentum o. Setelah air dialirkan ke bawah, keduanya bergerak berlawanan arah karena ada gaya aksi-reaksi. Sesuai dengan hukum kekekalan momentum, jumlah debit air yang harus disemburkan agar dapat mengangkat pilot beserta jetpacknya dapat dijelaskan pada persamaan berikut:

hlkhj

Kecepatan air saat keluar saat nozel dapat mencapai 20 m/s atau 72 km/jam. Air yang menyembur dari nozel mempunyai kecepatan yang tinggi namun memiliki tekanan yang rendah. Sehingga tidak berbahaya ketika kaki pilot tidak sengaja menyentuh air yang disemburkan oleh nozel. Karena sifat nozel itu sendiri yang dapat menurunkan tekanan namun dapat menaikkan kecepatan aliran air. Gaya angkat yang dapat dihasilkan oleh jetpack dapat mencapai 1700 N saat mencapai ketinggian teratas yaitu sekitar 10 meter.

Diperlukan pompa dengan tenaga 230 kuda untuk dapat menghasilkan gaya angkat sebesar itu. Oleh karena itu, penggunaan jetski merupakan solusi tepat untuk mengatasi masalah power di atas. Berikut demo video dari teknologi Water Jetpack ini:

Dibandingkan jetpack yang memakai tenaga roket api, water jetpack mempunyai banyak keunggulan yaitu:

  1. Konstruksi yang lebih sederhana
  2. Relatif lebih aman karena pilot terhindar dari kemungkinan terbakar kakinya ketika terbang. Selain itu, pilot juga lebih aman saat landing karena landing di air
  3. Biaya pembuatan dan pemeliharaan lebih murah

Selain keuntungan, water jetpack juga mempunyai beberapa kekurangan daripada jenis jetpack yang lain yaitu:

  1. Hanya dapat dilakukan pada tempat yang memiliki air yang banyak dan relatif tenang.
  2. Hanya untuk kepentingan olahraga dan hobi, karena tidak cocok dipakai untuk alat transportasi maupun militer.

Jika artikel ini bermanfaat buat Anda, mohon untuk di Share because “Sharing is Caring”

Referensi:

  1. physics.stackexchange.com
  2. scienceblogs.com
  3. www.geologyinmotion.com
  4. www.celebritynetworth.com
  5. www.popsci.com
  6. www.x-jetpacks.com
  7. science.howstuffworks.com

COMMENTS

Loading Facebook Comments ...