MENGIMBAU kembali zaman kanak-kanak, semasa melemparkan kertas yang dilipat kemas meluncur laju di udara seakan-akan kapal terbang yang membelah awan, hati terasa teruja dan bebas, seolah-olah turut melayang jauh mengikuti angin.
Perasaan bertambah-tambah galak apabila bersaing dengan kawan-kawan, saling mencabar kapal terbang kertas siapakah yang lebih jauh dan lama ‘terbang’. Macam-macam cara lipatan dan teknik digunakan, ada yang ramping untuk laju menembus angin dan ada yang dapat melayang dengan lama.
Setiap kali melempar, pelbagai gaya dibuat agar dapat membuat pelepasan yang sempurna, tenang dan licin. Sorakan riang bergema setiap kali ada kapal terbang kertas yang cantik olah geraknya di udara malah tidak kurang gelak ketawa melihat gaya geluncuran yang melucukan.
Namun tanpa disedari, eksperimen spontan ini memiliki banyak nilai pembelajaran. Ketika itu, tiada siapa yang menjelaskan sains di sebalik lipatan-lipatan itu, hanya perasaan bermain dengan penuh kegembiraan.
Kapal terbang kertas sebenarnya tidak benar-benar terbang, ia sekadar meluncur kerana ‘terbang’ yang sebenarnya memerlukan daya dorongan berterusan dan arah penerbangan yang dapat dikawal.
Namun ia tetap memenuhi prinsip asas penerbangan yang membolehkannya melayang sementara waktu.
Walaupun ketika kecil kita belum memahami mengapa kertas yang dilipat itu boleh meluncur, namun secara naluri kita tahu setiap reka bentuk memerlukan sayap, sama ada lebar atau sempit, panjang atau pendek ia menjadi eksperimen yang mengujakan.
Sungguhpun tanpa memahami apakah itu daya angkat, graviti atau geseran udara, kita tetap menguji keberkesanan setiap lipatan satu per satu hingga ia benar-benar menghasilkan apa yang diinginkan.
Namun, pemahaman kini memberikan kita kejelasan bahawa setiap fasa ada ‘sesuatu’ yang berlaku. Ketika kita membuat lontaran awal, lengan yang melepaskan kapal terbang kertas itu seolah-olah bertindak sebagai enjin yang memberi tujahan.
Selepas itu, ia memasuki mod geluncuran, aliran udara di bawah sayap menolak ke atas sementara tekanan di bahagian atas menurun, mewujudkan daya angkat yang menampung berat kertas.
Menariknya, oleh kerana ia meluncur di sepanjang laluan menurun, sudut aliran udara yang datang dari bawah muncung mencondongkan daya angkat sedikit ke hadapan.
Komponen paduan daya kecil ini mengarah ke hadapan secara tidak langsung ‘menggantikan’ enjin dan mengekalkan kelajuan sehingga ia mendarat.
Jika diperincikan lagi, keadaan-keadaan ini terhasil disebabkan Kesan Coanda, Keadaan Kutta dan Prinsip Bernoulli. Apakah sebenarnya ketiga-tiga konsep ini?
Kesan Coanda ialah fenomena aliran bendalir yang cenderung mengikuti permukaan melengkung daripada bergerak lurus. Hal ini berlaku kerana kelikatan bendalir menyebabkan lapisan bendalir yang berdekatan dengan permukaan kekal melekat padanya, lalu mencipta perbezaan tekanan yang membuat aliran terus mengikuti bentuk permukaan.
Keadaan Kutta pula menyatakan aliran udara mesti meninggalkan hujung belakang airfoil sayap dengan kelajuan yang sama pada bahagian atas dan bawah, bagi menghasilkan peredaran udara yang diperlukan untuk mencipta daya angkat.
Seterusnya Prinsip Bernoulli menjelaskan fenomena asas dalam aerodinamik iaitu dalam aliran bendalir, peningkatan kelajuan aliran akan mengakibatkan penurunan tekanan dan sebaliknya.
Jadi apabila udara mengalir melalui permukaan sayap yang berbentuk aerodinamik, udara di bahagian atas sayap terpaksa bergerak lebih laju berbanding udara di bahagian bawah akibat bentuk sayap yang melengkung iaitu akibat Kesan Coanda dan Keadaan Kutta.
Perbezaan halaju ini menghasilkan tekanan yang lebih rendah di permukaan atas sayap berbanding permukaan bawah, lalu mencipta daya angkat ke atas yang membolehkan objek tersebut kekal di udara sebagaimana dinyatakan dalam Prinsip Bernoulli.
Apabila memahami konsep-konsep ini dengan baik, maka kapal terbang kertas tidaklah hanya sekadar permainan waktu lapang. Malah ia menjadi suatu cabaran untuk memecah rekod tertentu dalam pertandingan di peringkat antarabangsa.
Menurut analisis terperinci Andrew Dewar dalam e-buku Record-Breaking Paper Airplanes, prestasi sesebuah kapal terbang kertas bergantung terutamanya pada tiga perkara iaitu aspek reka bentuk iaitu sekitar 67 peratus, ketelitian proses melipat dalam 20 peratus dan bakinya sekitar 13 peratus oleh teknik lontaran pelontar itu sendiri.
Dewar juga membahagikan rekaan kapal terbang kertas kepada dua kategori iaitu ketahanan (endurance) dan jarak (distance) peluncuran.
Bagi kategori ketahanan, beliau mengangkat model ‘Zero Fighter’ ciptaan pakar Jepun, Takuo Toda sebagai contoh klasik. Model ini menampilkan sayap yang sangat lebar dengan nisbah aspek tinggi supaya daya angkat maksimum dapat dihasilkan dan sudut geluncur kekal tirus, sekali gus memanjangkan tempoh terapung di udara.
Nisbah aspek ialah perbandingan antara panjang hujung ke hujung sayap dengan lebar purata sayap iaitu semakin panjang dan sempit sayap, semakin tinggi nilai nisbah aspek.
Bahagian depan (hidung) pula dilipat berlapis melalui teknik ‘belly-button fold’ bagi menambah jisim di hadapan supaya dapat menggerakkan pusat graviti ke hadapan agar kapal terbang kertas stabil walaupun kelajuan kian menurun.
Sebaliknya, bagi reka bentuk untuk jarak jauh, kapal terbang kertas ‘Suzanne’ yang dicipta oleh John Collins dan Joe Ayoob menekankan profil sayap yang amat nipis bagi menurunkan seretan parasit.
Pusat graviti diletakkan hanya beberapa milimeter di hadapan garis daya angkat bagi memastikan kapal terbang kertas stabil ketika melepasi kelajuan puncak sejurus dilepaskan.
Hujung sayap dilengkapkan lipatan pengimbang kecil yang boleh dilaras agar ia dapat disesuaikan dengan keadaan dewan dan gaya lontaran.
Kestabilan kedua-dua jenis kapal terbang kertas ini bergantung pada dua ciri pelaras utama iaitu bentuk sayap condong membentuk huruf ‘V’ tirus yang berfungsi sebagai mekanisme pelurus kendiri.
Apabila keadaan ia condong, sayap yang berada di kedudukan yang lebih rendah akan menghasilkan daya angkat tambahan lalu mengangkat semula kedudukan kapal terbang kertas untuk menjadikannya lebih stabil semasa penerbangan.
Pelaras kedua pula ialah elevon iaitu lengkungan kecil yang dibengkokkan ke atas pada hujung belakang sayap yang dapat menentu dan mengawal sudut serangan ketika kelajuan mula berkurang, sekali gus mengelakkan ia menjunam mendadak atau mengalami pegun.
Selain itu, sudut lontaran juga memainkan peranan kritikal dalam menentukan jarak penerbangan. Pelontar rekod dunia biasanya menggunakan sudut yang hampir tegak (hampir 90 darjah) untuk mencapai ketinggian maksimum.
Setelah mencapai puncak lintasan, kapal terbang kertas akan beralih kepada fasa geluncuran panjang secara perlahan-lahan, memanfaatkan kestabilan aerodinamik untuk meluncur sejauh mungkin.
Teknik ini menggabungkan momentum menegak dengan kecekapan luncuran mendatar bagi memaksimumkan jarak keseluruhan.
Dalam pertandingan melontar kapal terbang kertas, lokasi yang ideal perlu diadakan di dalam dewan tertutup untuk menghapuskan gangguan faktor luaran seperti hembusan angin atau arus terma.
Namun, walaupun dalam persekitaran terkawal, faktor seperti kelembapan dan ketumpatan udara tetap mempengaruhi prestasi penerbangan.
Kelembapan tinggi boleh menambah sedikit jisim pada kertas akibat penyerapan lembapan, sekali gus meningkatkan seretan aerodinamik.
Andy Chipling, pakar dalam bidang ini, pernah menyatakan bahawa kelembapan boleh dianggap sebagai ‘faktor nasib’ yang menyumbang sekitar satu peratus kepada penentuan rekod.
Sementara itu, udara yang lebih panas dan kurang padat mengurangkan daya angkat akan menyebabkan kapal terbang kertas jatuh lebih cepat berbanding dalam persekitaran dingin yang lebih stabil.
Sekiranya pertandingan terpaksa diadakan di luar, waktu pagi yang tenang merupakan pilihan terbaik. Keadaan ideal ini ialah termasuk udara sejuk dan padat, ketiadaan angin silang serta kemungkinan ada arus terma lemah di atas permukaan panas yang boleh membantu mengekalkan kapal terbang kertas di udara lebih lama.
Rekod semasa masa kapal terbang kertas ‘terapung’ paling lama dipegang oleh Takuo Toda iaitu 29.2 saat (2010) yang menggunakan ‘Zero Fighter’, manakala jarak terjauh pula direkodkan sejauh 69.14 meter yang dilontar oleh Joe Ayoob menggunakan ‘Suzanne’ rekaan Collins (2012).
Rekod ini diiktiraf Guinness di bawah syarat ketat iaitu hanya satu helai kertas A4 dengan berat kurang 100 gsm (gram satu meter persegi), maksimum pita 25 × 30 milimeter (mm) dan sepuluh cubaan dalam dewan tertutup.
Siapa sangka, di sebalik lipatan dan lemparan kapal terbang kertas yang diselangi gelak tawa itu, tersirat prinsip sains yang menjadikan ‘penerbangannya’ begitu bebas dan mengasyikkan, menjadikan nostalgia yang dirindui ketika zaman kanak-kanak dahulu.
- Penulis memiliki Sarjana Muda Kejuruteraan (Mekanikal-Aeronautik) dari Universiti Teknologi Malaysia (UTM) dan pernah berkhidmat di Hornbill Skyways Sdn Bhd.