BUMI kita memiliki rahsia yang tersendiri. Setiap perkara yang ada mempunyai fungsi tertentu sekalipun manusia masih belum mengetahui apakah makna di sebalik setiap kejadian yang berlaku.
Hal ini mendorong manusia untuk mencerap dan membuat eksperimen hingga dapat memahami hukum-hukum alam yang tersembunyi.
Ketika manusia memerhatikan burung yang sedang terbang, pada awalnya mereka menjangka dengan memiliki sayap dan mengepakkan dengan kuat sudah cukup untuk membolehkan manusia terbang.
Namun, setelah impian merentasi zaman ini sentiasa menemui kegagalan, manusia akhirnya menyedari bahawa terbang bukan hanya perlu memiliki sayap, tetapi melibatkan pemahaman dalam ilmu sains terhadap unsur-unsur alam seperti udara, graviti, cahaya matahari, kelengkungan bumi, medan magnet dan lain-lain.
Setiap unsur ini saling berkait dan mempengaruhi antara satu dengan yang lain. Udara yang menyelubungi kita, meskipun tidak dapat dilihat, ia bukanlah suatu ruang yang kosong.
Sebaliknya, ia merupakan suatu campuran pelbagai gas yang memiliki jisim dan sifat fizikal yang tertentu.
Dari segi komposisi, udara terdiri daripada nitrogen, oksigen, karbon dioksida serta pelbagai gas nadir termasuk wap air dalam kadar yang berbeza-beza.
Pada asasnya, setiap molekul yang berjisim akan bergerak secara rawak.
Pergerakan molekul ini menghasilkan tekanan, ketumpatan dan suhu. Tekanan terhasil apabila molekul-molekul udara bertembung antara satu sama lain dan dengan permukaan objek.
Ketumpatan pula bergantung kepada jumlah molekul udara dalam satu unit isi padu, manakala suhu mencerminkan tenaga kinetik purata molekul-molekul tersebut.
Pemahaman tentang sifat udara ini memungkinkan prinsip Bernoulli dapat diaplikasikan, iaitu apabila udara mengalir di sepanjang permukaan berbentuk aerofoil yang berbentuk melengkung di bahagian atas dan lebih rata di bahagian bawah, akan menyebabkan udara terpaksa bergerak lebih laju di bahagian atas sayap untuk mengekalkan aliran berterusan.
Kesannya ia menghasilkan tekanan rendah di atas dan tekanan tinggi di bawah. Perbezaan tekanan ini mencipta daya angkat.
Oleh itu, prinsip ini menjadi asas dalam reka bentuk bukan sahaja sayap pesawat tetapi juga komponen lain seperti sirip ekor, sirip menegak dan permukaan kawalan (flap dan aileron).
Setiap komponen ini memanfaatkan prinsip Bernoulli untuk mengawal pergerakan pesawat dalam tiga paksi utama iaitu anggul (pitch), rewang (yaw) dan oleng (roll).
Sebagai contoh, aileron yang terletak pada sayap boleh dinaikkan atau diturunkan untuk mengubah aliran udara bagi menghasilkan daya angkat yang berbeza di kedua-dua sayap dan menyebabkan pesawat oleng.
Penerbangan yang stabil dan terkawal memerlukan keseimbangan sempurna antara empat daya asas yang saling berinteraksi.
Daya angkat (lift) yang dihasilkan oleh sayap perlu mengatasi daya berat (weight) pesawat yang disebabkan oleh tarikan graviti.
Sementara itu, daya tujahan (thrust) yang dihasilkan oleh sistem enjin perlu mengatasi daya seretan (drag) yang merupakan rintangan udara terhadap pergerakan pesawat.
Setiap daya ini memiliki ciri-ciri dan parameter yang khusus. Daya angkat dipengaruhi oleh faktor seperti kelajuan udara, ketumpatan udara, luas permukaan sayap dan pekali daya angkat. Daya berat pula bergantung dengan jisim keseluruhan pesawat termasuk muatan.
Daya tujahan pada pesawat moden dihasilkan melalui dua kaedah utama. Pertama, enjin jet yang berfungsi berdasarkan prinsip tindak balas selaras dengan prinsip Newton ketiga.
Dalam enjin jet, gas yang dibakar akan dilepaskan ke belakang dengan laju tinggi menghasilkan daya tujahan ke hadapan.
Kedua, enjin piston dengan propeller yang menggerakkan udara. Propeller memutar dan menolak udara ke belakang yang seterusnya menghasilkan daya tujahan ke hadapan mengikut prinsip yang sama.
Daya seretan pula terdiri daripada beberapa komponen termasuk seretan bentuk (form drag) yang disebabkan oleh bentuk aerodinamik pesawat, seretan geseran kulit (skin friction drag) akibat geseran udara dengan permukaan pesawat dan seretan teraruh (induced drag) yang berkaitan dengan penghasilan daya angkat.
Namun, keberkesanan prinsip Bernoulli dalam menghasilkan daya angkat ini juga dipengaruhi oleh beberapa faktor lain antaranya ketumpatan udara yang dipengaruhi oleh altitud dan cahaya matahari.
Di kawasan altitud rendah, molekul udara yang lebih rapat menjadikan udara lebih padat dan menghasilkan aliran molekul yang lebih banyak di permukaan sayap.
Keadaan ini menghasilkan daya angkat yang lebih optimum untuk pesawat.
Semakin meningkat altitud, molekul udara semakin berjarak antara satu sama lain menjadikan udara lebih nipis. Pesawat memerlukan kelajuan tambahan untuk memperoleh daya angkat yang mencukupi dalam keadaan ini.
Selain itu, kandungan oksigen yang berkurangan pada altitud tinggi turut mengurangkan kecekapan enjin jet yang bergantung pada proses pembakaran.
Cahaya matahari turut mempengaruhi ketumpatan udara melalui pemanasan permukaan bumi. Udara yang menyerap haba akan mengembang dengan molekul bergerak lebih pantas dan tersebar lebih jauh mengurangkan ketumpatannya.
Fenomena ini menyebabkan pesawat memerlukan jarak landasan yang lebih panjang untuk berlepas dalam cuaca panas akibat daya angkat yang berkurangan.
Faktor kelembapan juga tidak boleh diabaikan. Udara lembab mengandungi lebih banyak wap air yang lebih ringan berbanding oksigen dan nitrogen seterusnya mengurangkan ketumpatan udara secara keseluruhan.
Kombinasi suhu tinggi dan kelembapan tinggi akan memberi kesan negatif terhadap prestasi pesawat terutamanya semasa fasa berlepas dan mendarat.
Unsur alam yang lain mempengaruhi penerbangan ialah graviti. Graviti adalah daya tarikan yang menarik semua objek ke arah pusat bumi yang memastikan pesawat kekal berada dalam atmosfera dan tidak terkeluar ke angkasa.
Walaupun kita memerhatikan pesawat terbang dalam laluan lurus dari satu titik ke titik lain, ia sebenarnya mengikuti kelengkungan permukaan bumi.
Disebabkan daya graviti menarik pesawat ke arah pusat bumi secara berterusan, laluan penerbangan yang kelihatan lurus pada peta rata sebenarnya berbentuk melengkung apabila diukur pada permukaan sfera bumi.
Kelengkungan ini bukan sahaja mempengaruhi laluan penerbangan tetapi juga jarak perjalanan. Laluan terpendek antara dua titik di permukaan bumi ialah laluan melengkung yang dikenali sebagai “great circle route”.
Sebagai contoh, penerbangan dari Kuala Lumpur ke London tidak mengambil laluan lurus pada peta rata tetapi melalui laluan melengkung di atas Rusia dan Eropah Utara.
Hal ini bukan sahaja menjimatkan masa dan bahan api tetapi juga memanfaatkan arus udara jet yang mengurangkan penggunaan tenaga.
Arus udara jet adalah aliran udara berkelajuan tinggi yang wujud di altitud tinggi, terutamanya di sempadan antara lapisan troposfera dan stratosfera.
Fenomena ini berlaku disebabkan oleh perbezaan suhu antara kawasan tropika yang lebih panas dan kawasan kutub yang lebih sejuk.
Tambahan pula, pusingan bumi (kesan Coriolis) menyebabkan arus udara jet ini bergerak dari barat ke timur, membentuk laluan aliran yang tetap dan berkelajuan tinggi.
Arus udara jet memberi kesan besar kepada penerbangan, pesawat yang terbang dengan arah arus udara jet akan sampai lebih cepat, manakala pesawat yang melawan arus udara jet akan mengambil masa lebih lama.
Medan magnet bumi memungkinkan penerbangan dengan menyediakan asas kepada sistem navigasi magnetik.
Bumi berfungsi sebagai magnet gergasi dengan kutub utara dan selatan magnetiknya dan medan magnet ini mempengaruhi jarum kompas untuk menunjukkan arah utara.
Dalam penerbangan, sistem kompas magnetik digunakan sebagai alat navigasi asas, terutamanya apabila sistem navigasi moden seperti GPS tidak tersedia.
Selain itu, medan magnet bumi membantu memastikan kestabilan arah pesawat, manakala sistem navigasi moden menggunakan medan magnet sebagai rujukan tambahan untuk memastikan ketepatan laluan penerbangan.
Dengan memahami unsur-unsur alam melalui ilmu sains seiring dengan teknologi penerbangan yang berkembang pesat, manusia mampu mencapai kejayaan yang dahulunya dianggap mustahil. Daripada sekadar memerhati burung yang terbang, manusia kini mampu merentasi benua.
- Penulis memiliki Sarjana Muda Kejuruteraan (Mekanikal-Aeronautik) dari Universiti Teknologi Malaysia (UTM) dan pernah berkhidmat di Hornbill Skyways Sdn Bhd.