Selasa, 24 Agustus 2010

Renang dengan fisika, mungkinkah?

Suatu hari dalam diskusi fisika olahraga, seorang mahasiswa bertanya, pak kenapa dada perenang cewek kempes-kempes. Mahasiswa lain nyeletuk, kalau besar seperti punya Baywatch girl, kolam renang akan sesak. Semua yang hadir tertawa terbahak-bahak, ada ada saja. Walau tampak konyol, saya anggap ini pertanyaan bagus. Pertanyaan ini mendorong saya untuk menyelidiki lebih jauhhubungan antara fisika dan berenang.Apakah berenang butuh fisika? Kalau tanya para juara dunia renang, pasti mereka jawab, ya! Gimana nggak butuh, bayangin aja dalam waktu 40 tahun terakhir ini, fisika (dan teknologi) telah membantu memecahkan berbagai rekor dunia renang secara fantastis. Misalnya dalam lomba 100 meter, rekor duniarenang turun sebesar 7,36 detik (dari 55,2 detik tahun 1960 atas nama perenang Australia John Devitt ke 47,84 detik tahun 2000 atas nama perenang Belanda Pieter van den Hoogenband)! Bandingkan dengan lari 400 meter yang hanya turun sebesar 1,72 detik (dari 44,9 tahun 1960 Otis Davis Amrik ke 43,18 detik tahun 1999 Michael Johnson Amrik).
Gimana sih fisika membantu para perenangini? Ikuti tulisan ini yuk...

Gesekan atau Hambatan air
Hal utama yang menghambat para perenang untuk berenang lebih cepat adalah hambatan air. Hambatan air ini sangat menghabiskan energi perenang, menyebabkan orang mengeluarkan tenaga 5 kali lipat lebih besar untuk berenang dibandingkan untuk berlari. Pertarungan tingkat dunia untuk memecahkan rekor berenang, sekarang lebih dititik-beratkan pada pertarungan bagaimana mengatasi 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. Untuk mengatasi hambatan air tampaknya kita harus berlajar dari lumba-lumba. Ikan yang sangat lincah ini mampu mengatasi hambatan hingga efisiensi 80-90%, padahal perenang terbaik dunia hanya bisa mencapai efisiensi 10%. Apa sih rahasia lumba-lumba? Bisa dicontek? Lumba-lumba punya bentuk tubuh yang ramping (streamline) sehingga tidak menghasilkan turbulensi seheboh yang dihasilkan gerakan renang manusia. Gb. 1a adalah gerakan yang laminar (mulus) sedangkan Gb.1b gerakan yang menimbulkan turbulensi (turbulensi ini menghambat gerakan maju).
untuk mengurangi turbulensi seorang akan berenang dengan tubuh sedatar mungkin dengan permukaan (Gb. 2a). Tetapi sayang cara ini mengurangi gerakan maju (karena tangan tidak terlalu bebas bergerak). Gb. 2b memberikan keleluasaan tangan untuk bergerak tetapi menimbulkan turbulensi. Seorang perenang profesional macam Matt Biondi, tahu bagaimana mengkombinasikan posisi tubuh dan gerak tangan sehingga dapat meluncur lebih cepat dan meraih 5 medali emas dalam olimpiade tahun 1988 di Seoul. Selain itu permukaan kulit lumba-lumba sangat licin sehingga gesekan dengan air juga sangat kecil. Pakaian renang Speedo menyontek konsep ini. Pakaian ini bisa mengurangi gesekan semaksimal mungkin (lintasan renangsejauh 100 m dapat dilalui 1 detik lebih cepat jika menggunakan pakaian renang ini). Bahkan untuk lebih lincah lagi bergerak di air, banyak perenang yang mencukur seluruh rambut tubuhnya (Wah, jadi botak dong!). Perenang cewek berusaha agar tubuhnya streamline (ramping) dan menjaga agar payudaranya tidak terlalu besar (payudara yang besar akan memberikan hambatan yang lebih besar...nah sekarang kan tahu jawaban pertanyaan mahasiswa di atas...)Suhu (temperatur) air kolam renang juga harus diperhatikan. Semakin dingin air, semakin kental dan semakin besar gesekannya (pengurangan suhu 5-6oC menyebabkan kekentalan air naik hingga 12%). Itu sebabnya kolam renang internasional menjaga temperatur airnya sekitar 25-27oC untuk mengantisipasi halini. Hmm… hangat…!!!

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 yang baik antara gerakan tangan dan kaki (seperti lumba-lumba menggerakan ekor dan tubuhnya) dapat memberikan gaya dorong yang besar sehingga Mark Spitz dapat melaju merebut 7 medali emas olimpiade di Munich tahun 1972.

Hal lain yang berkenaan dengan Hukum Newton dilakukan oleh perenanghebat Australia Ian Thorpe yang dijuluki “the Australian superfish”. Saat hendak berbalik arah, perenang muda yang masih berumur 20 tahun ini, akan menendang dinding kolam sekeras mungkin. Ian yang meraih 6 medali emas dalam kejuaraan negara persemakmuran di Manchester 2002, tahu bahwa kalau ia menendang keras maka menurut hukum Newton III, dinding akan memberikan reaksi dan mendorong ia keras ke depan. Semakin keras ia menendang, semakin keras pula dorongan dari dinding itu. Ian diharapkan mampu memecahkan berbagai rekor renang dalam olimpiade 2004 nanti di Athena.Kenapa dinding tidak ikut bergerak ketika Ian menendang? Karena massa(berat) dinding kolam jauh lebih besar dari massa Ian.

Gaya Apung (Buoyancy)
seorang Janet Evans dari Amrik (pemegang rekor wanita 1500 metergaya bebas, 15 menit 52 detik) berada dalam air, ia menyadari bahwa ia mendapatgaya ke atas (gaya apung). Gaya yang ditemukan oleh Archimedes ini disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan air (tekanan hidrostatik) antara bagian bawah dan bagian atas tubuh. Seorang Janet pasti tahu bahwa besarnya gaya apung ini tergantung pada berapa banyak bagian tubuhnya yang berada dalam air. Semakin besar volume tubuh yang berada dalam air semakin besar gaya apungnya. Seorang gendut umumnya lebih mudah terapung karena gaya apungnya lebih besar (volume tubuhnya lebih besar karena kelebihan lemak).
Gaya apung juga tergantung pada massa jenis (kepekatan) air. Semakin pekat air semakin besar gaya apungnya. Air di laut mati sangat pekat (massa jenisnya 1,166 kali lebih besar dari massa jenis air tawar), sehingga orang yang berenang di laut mati tidak akan tenggelam. 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 (Gambar 4b). Gaya ini menyebabkan ombak yang dihasilkan tidak seheboh gaya terjun yang lama (datar, Gb.6a). 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). Nah asyik kan melihat gimana para perenang memanfaatkan fisika untuk memecahkan rekor? Pemanfaatan fisika pada olahraga renang tidak stop sampai sini. Saat ini para pelatih renang meminta para fisikawan untuk meneliti sebenarnya mana yang lebih berperan besar dalam menambah kecepatan renang, hukum Newton ataukah hukum Bernoulli. Penelitian juga diarahkan untuk meneliti berbagai konsep fisika dalam gerakan tubuh ikan dan mensimulasikannya sehingga diperoleh tehnik berenang lebih efisien. Kedepannya kita akan semakin sering menyaksikan bagaimana fisika memperbaiki rekor-rekor renang yang ada, tentunya tanpa bantuan steroid!
sumber : Prof. Yohanes Surya
_____________________

Swimming with physics, is it possible?

One day in the discussion of physics of sports, a student asked why the chest pack flat-flat girl swimmers. Another student nyeletuk, if a large one like Baywatch girl, will be crowded pool. Everyone present laughed uproariously, there are all kinds. Although looks ridiculous, I consider this a good question. This question prompted me to investigate further berenang.Apakah jauhhubungan between physics and physics needed to swim? If asked, the reigning world champion pool, they must answer, yes! How not need, imagine aja within the last 40 years, physics (and technology) has helped solve many swimming world records are fantastic. For example in the 100-meter race, a record duniarenang fell by 7.36 seconds (from 55.2 seconds in 1960 on behalf of the Australian swimmer John Devitt to 47.84 seconds in 2000 on behalf of the Dutch swimmer Pieter van den Hoogenband)! Compare with the 400-meter run which only decreased by 1.72 seconds (from 44.9 years in 1960 American Otis Davis in 1999 to 43.18 seconds Michael Johnson American).
How does physics help perenangini? Follow this article yuk ...

Friction or resistance of water
The main thing that prevents swimmers to swim faster is a water barrier. Barriers is very energy draining water swimmer, causing people exertion five times higher compared to sprint swimming. The battle to break the record levels of world swimming, now more focused-focused on the fight how to overcome water obstacles.
What causes the water barrier? Barriers due to water flow pattern of water (including turbulence, kocakan water by hand or foot movement), waves, and the friction surface of the body with water.
To overcome the water barrier we seem to have sailed from the dolphins. A very lively fish is able to overcome the obstacles to efficiency of 80-90%, whereas the world's best swimmers can only achieve 10% efficiency. What is the secret of the dolphins? Can dicontek? Dolphins have a slender body shape (streamlined) so it does not generate turbulence generated seheboh human swimming movements. Fig. 1a is a movement that laminar (smooth) while Gb.1b movements that cause turbulence (turbulence inhibits forward movement).
to reduce the turbulence of a will swim with the body as flat as possible to the surface (Fig. 2a). But unfortunately in this way reduces the forward movement (because hands are not too free to move). Fig. 2b allows the hand to move but the cause of turbulence. A professional swimmer Matt Biondi kind, knows how to combine position and gestures of the body so it can glide faster and won five gold medals in 1988 Olympics in Seoul. Besides the dolphin skin surface is very slippery so that the friction with water is also very small. Speedo swimwear cheating concept. This clothing can reduce friction as much as possible (track renangsejauh 100 m can be passed a second faster if you use this bathing suit). Even for the more energetic again moving in the water, many swimmers who shave all body hair (Well, so bald dong!). Swimmer girl trying to make a streamlined body (slim) and keep the breasts are not too big (big breasts will provide greater resistance ... well now you know the answer student questions above ...) Temperature (temperature) is also a pool of water must be considered. Colder water, more viscous and the greater the friction (reduction of 5-6oC temperatures cause increased viscosity of water up to 12%). That's why the international pool keeping the water temperature around 25-27oC to anticipate halini. Hmm ... warm ...!
Newton's Law
The legendary swimmer Mark Spitz from American know using Newton's laws. Wh
en moving the hands of Mark pushing the water backwards, according to Newton's third law of water will react to encourage Mark to the front. The same thing happened when Mark kicked the water, the water will push Mark pulled ahead. A good combination between the movement of the hands and feet (like a dolphin moving tail and body) can provide greater thrust so that Mark Spitz won seven can advance the Olympic gold medal in Munich in 1972.

Another thing related to Newton's Law perenanghebat conducted by Australian Ian Thorpe who was nicknamed "the Australian superfish." When going back to at the young swimmers as young as 20 years, will kick the pool wall as hard as possible.
Ian who won six gold medals in the Commonwealth Championships in Manchester in 2002, knew that if he kicked hard then according to Newton's third law, the wall will give a reaction and he pushed hard into the future. The harder he kicked, the harder it is also encouragement from the wall. Ian is expected to solve a variety of Olympic-record swim in 2004 will not participate in Athena.Kenapa wall moves when Ian kicked? Because the mass (weight) pool wall is much greater than the mass of Ian.

Floating Style (Buoyancy)
a Janet Evans of American (women's record holder for free metergaya 1500, 15 minutes 52 seconds) are in the water, he realized that he mendapatgaya upward (buoyant force). The force discovered by Archimedes may be caused by differences in water pressure (hydrostatic pressure) between the lower and upper body. A Janet would know that the magnitude of buoyant force depends on how many body parts that are in the water. The greater the volume of water bodies located in the greater apungnya style. A floating fat is generally easier because the force apungnya larger (larger volumes due to excess body fat).
Buoyant force also depends on the density (thickness) of water. The more concentrated the greater water apungnya style. Dead sea water in highly concentrated (density greater than 1.166 times the density of fresh water), so that people who swim in the sea will not die of drowning. Despite the buoyant force does not exist a direct relationship with swimming speed, but the buoyant force can save energy swimmers (with great buoyancy, swimmers do not need the extra exercise to maintain to stay afloat). Therefore, the buoyant force is very useful for those who swim long distances. That's why long-distance swimmers are generally a bit fat and perlombaannya held in the sea like crossing the English Channel.

Plunge
Another thing to note swimmers to improve a record pool is the technique start.Seorang Alexandr Popov (50 record holder with 21.64 m freestyle
seconds) chose to dive into the pool at an angle as possible,
pike dive (Fig. 4b). This force causes waves generated seheboh not a long jump style (flat, Gb.6a). With dive pike is not happening so much turbulence that minimize barriers. In addition, the distance that can be further achieved by a leap higher than the flat dive (jump flat). There's fun to see how the swimmers take advantage of physics to break the record? Utilization of physics in sports does not stop until the pool here. Currently swimming coaches asked the physicist to investigate the actual whichever is the greater role in increasing the speed of swimming, Newton's law or Bernoulli's law. Research is also directed to examine the various concepts of physics in simulating the movement of fish body and thus obtain more efficient swimming technique. In the future we will increasingly see how physics to improve record-existing pool record, of course without the help of steroids!
source: Prof. Yohanes Surya

Tidak ada komentar:

Posting Komentar