Impian Wreight bersaudara tidak lagi mustahil

Sulit sekali bagi saya untuk mempercayai kenyataan bahwa pesawat raksasa dapat terbang, dengan dukungan udara yang begitu tipis. Bagaimana caranya? Keterpesonaan saya diperbesar lagi oleh kenyataan bahwa ketika dahulu saya “diajari” tentang cara kerja pesawat, rupanya saya dituntun ke arah yang keliru. Kendati sebagian besar buku panduan pelatihan terbang menyebut bahwa gaya angkat sebuah pesawat terjadi berkat Prinsip Bernoulli, sesungguhnya itu bukan alasan utamasebuah pesawat tetap melayang di udara. Itu kebetulan merupakan sebuah penjelasan yang cepat dan muda, tetapi seperti semua jawaban sederhana peluang untuk menyesatkan selalu ada, bahkan sulit untuk tidak disebut keliru.

Pertama, mari kita hadirkan dahulu matematikawan Swiss Daniel Bernoulli (1700-1782) sebagai saksi dan kita cermati penjelasan seputer teorinya, jauh sebelum manusia berhasil terbang. Pada tahun 1738 Bernoulli menemukan bahwa sewaktu kecepatan sebuah fluida (gas atau zat cair) bertambah, tekanannya terhadap permukaan-permukaan sekitarnya berkurang. Sebagai contoh, udara yang bergerak sebagai embusan angin mendatar boleh dikatakan tidak mempunyai waktu atau energi untuk menekan tanah terlalu keras.

Bagaimana pengaruhnya terhadap pesawat terbang ?

Permukaan sebelah atas sayap pesawat terbang konvensional agak cembung ke atas, sedangkan permukaan sebelah bawahnya relatif rata. Sewaktu pesawat itu terbang, udara berhembus melewati kedua permukaan tadi. Dalam perjalanan menuju pinggir belakang sayap (trailing edge), udara di permukaan atas menempuh jarak lebih panjang karena lintasannya melengkung. Pihak pendukung pernyataan “Pesawat Bisa Terbang Berkat Bernoulli” bersikeras bahwa udara di bagian atas dan di bagian bawah pastilah sampai di pinggiran belakang sayap pada waktu yang sama — mereka menyebutnya asumsi waktu transit yang sama (equal transit time assumption) — dan karena udara di bagian atas harus menempuh jarak yang lebih panjang, berarti kecepatannya harus lebih tinggi. Oleh sebab itu, menurut Eyang Bernoulli, udara atas yang lebih cepat memberikan tekanan lebih sedikit pada sayap ketimbang udara bawah yang lebih lambat, maka sayap terdorong ke atas karena gaya netto yang disebut “gaya angkat” atau lift.

Semua penjelasan itu bagus sekali, kecuali tentang satu hal : Udara atas dan udara bawah tidak harus sampai ke pinggiran belakang sayap secara bersamaan; asumsi waktu transit yang sama sesungguhnya sebuah kesalahan, kendati para guru fisika dan instruktur penerbangan berusaha keras membenarkannya.  Sebetulnya bukan hanya saya yang merasa malu karena tidak pernah berhasil memahami pernyataan tersebut sewaktu di bangku sekolah. Pada hakikatnya tidak ada alasan yang kuat bagi udara atas untuk tiba di pinggiran belakang secara bersamaan dengan udara bawah.

Efek Bernoulli memang menyumbang sebagian gaya angkat terhadap sayap pesawat, namun kalau bekerja sendirian prinsip akan mempersyaratkan sayap yang penampangnya seperti punggung lengkung seekor paus atau melaju pada kecepatan yang luar biasa tinggi.

Terima kasih Eyang Bernoulli, anda bisa turun dari bangku saksi.

Sekarang kita hadirkan Eyang Sir Isaac Newton sebagai saksi ahli.

Ketiga hukum Newton tentang gerak merupakan dasar yang kokoh sekali untuk pemahaman kita tentang gerak semua benda. Mekanika Newton (agar dapat dibedakan dengan mekanika kuantum dan relativitas) dapat menerangkan gerak semua benda, selama benda-benda itu tidak terlalu kecil (lebih kecil dari sebuha atom) dan tidak bergerak terlalu cepat (mendekati kecepatan cahaya). Newton merumuskan hukum-hukumnya untuk gerak benda-benda yang solid, tetapi hukum-hukum itu juga dapat diterapkan pada interaksi-interaksi antara sayap pesawat dan udara. Mari kita lihat caranya.

Hukum Ketiga Newton tentang Gerak (sekali lagi) mengatakan bahwa setiap aksi pasti ada reaksi yang sama besar dan berlawanan arah. Maka jika sayap pesawat didorong ke atas atau diangkat, pasti ada sesuatu lain yang mendorongnya kembali ke bawah. Sesuatu yang lain itu adalah udara. Sayap pastilah mengembuskan angin sangat keras ke arah bawah dengan gaya setara dengan gaya angkat yang diperolehnya. Kita akan menyebutnyadownwash.