Bagaimana Balon Udara Bisa Terbang? Ini Fisika Dasar yang Mungkin Belum Diketahui

Liputan6.com, Jakarta - Balon udara bisa terbang karena udara di dalam balon dipanaskan sehingga massa jenisnya lebih rendah daripada udara di luar. Perbedaan ini membuat balon mendapatkan gaya ke atas yang memungkinkan alat tersebut terangkat dari permukaan tanah. Prinsip ini berkaitan dengan prinsip archimedes atau gaya apung dalam fisika, yang menjelaskan mengapa suatu benda bisa naik atau turun di dalam fluida, termasuk udara.

Menurut penjelasan dasarnya, kemampuan balon udara untuk terbang bergantung pada perbedaan massa jenis udara, suhu, dan berat total sistem balon. Proses ini tidak terjadi karena uap air semata, melainkan karena udara yang dipanaskan atau penggunaan gas yang massa jenisnya lebih rendah daripada udara sekitar.

Lantas, bagaimana balon udara bisa membawa penumpang, bergerak mengikuti arah angin, dan mempertahankan ketinggian selama penerbangan? Simak cara memahaminya berikut, dihadirkan Liputan6, Senin (27/10).

Balon udara memiliki selubung, keranjang, tabung bahan bakar, dan penumpang yang menambah beban. Agar bisa terbang, udara di dalam selubung harus dipanaskan menggunakan pembakar. Panas membuat udara memuai sehingga massa jenisnya berkurang dibandingkan udara di luar balon.

Hukum fisika tersebut dijelaskan oleh situs resmi Nasa dalam Scientific Ballon. Udara di luar balon memberikan dorongan ke atas karena balon memindahkan sejumlah udara dari tempatnya. Balon akan naik ketika dorongan tersebut mampu mengatasi berat seluruh komponennya.

Jadi, balon udara tidak terbang karena uap air, melainkan karena udara panas di dalamnya. Semakin besar selisih massa jenis udara di dalam dan di luar selubung, semakin besar gaya angkat yang bisa dihasilkan.

Dalam fisika, kemampuan balon udara untuk naik berkaitan dengan gaya apung. Gaya ini muncul karena udara di sekeliling balon memberikan tekanan dari berbagai arah. Perbedaan tekanan menghasilkan dorongan ke atas yang membantu mengangkat balon.

Ketika pembakar menyala, udara di dalam selubung menerima panas dan memuai. Pada tekanan yang hampir sama, udara yang memuai memiliki massa jenis lebih rendah daripada udara yang lebih dingin. Perbedaan tersebut membuat balon memperoleh gaya angkat.

Namun, pemanasan saja tidak menjamin balon bisa terbang. Gaya angkat harus mampu mengatasi berat selubung, keranjang, bahan bakar, penumpang, dan udara di dalam balon. Jika berat total masih lebih besar daripada gaya angkat, balon tetap berada di tanah.

Kemampuan balon udara membawa beban bergantung pada volume selubung, suhu udara di dalamnya, kondisi udara sekitar, serta berat perlengkapan. Karena itu, tidak ada satu angka yang berlaku untuk semua balon. Setiap penerbangan perlu memperhitungkan kapasitas angkat sesuai spesifikasi alat.

Balon dengan volume lebih besar bisa memindahkan lebih banyak udara sehingga berpotensi menghasilkan gaya apung yang lebih besar. Namun, ukuran tersebut juga harus diimbangi dengan kemampuan pembakar, kapasitas keranjang, dan batas beban yang diizinkan.

Pilot menghitung berat penumpang, perlengkapan, dan bahan bakar sebelum penerbangan. Jumlah penumpang tidak bisa ditentukan hanya berdasarkan ukuran keranjang. Jika beban melampaui batas yang diizinkan, balon bisa kesulitan naik atau mempertahankan ketinggian.

Balon udara panas tidak memiliki kemudi seperti pesawat terbang. Pilot mengatur ketinggian dengan mengendalikan suhu udara di dalam selubung. Untuk naik, pilot menyalakan pembakar agar udara menerima panas dan gaya angkat bertambah.

Untuk turun, pilot mengurangi pemanasan atau membuka ventilasi di bagian atas selubung agar udara panas keluar. Ketika udara di dalam mendingin, massa jenisnya meningkat sehingga kemampuan balon menghasilkan gaya angkat berkurang.

Sementara itu, arah perjalanan bergantung pada angin di berbagai ketinggian. Pilot dapat menaikkan atau menurunkan balon untuk mencari aliran angin yang bergerak ke arah tujuan. Meski demikian, kendali arah tidak sepenuhnya berada di tangan pilot karena pergerakan balon mengikuti kondisi angin.

Balon udara bisa mempertahankan ketinggian ketika gaya apung ke atas seimbang dengan berat total balon. Dalam kondisi tersebut, resultan gaya vertikal mendekati nol sehingga balon tidak mengalami percepatan ke atas atau ke bawah.

Keseimbangan ini dipengaruhi oleh suhu udara di dalam selubung, suhu lingkungan, dan berat yang dibawa. Ketika udara di dalam selubung mendingin, gaya angkat bisa berkurang. Pilot kemudian menyesuaikan pemanasan untuk mempertahankan ketinggian yang diinginkan.

Keseimbangan juga dapat berubah akibat perubahan angin dan kondisi atmosfer. Karena itu, pilot terus mengamati ketinggian, arah angin, serta penggunaan bahan bakar selama penerbangan. Balon bisa tetap berada pada ketinggian tertentu selama gaya ke atas dan beratnya berada dalam keseimbangan.

1. Mengapa balon udara bisa terbang ke atas?

Balon udara naik karena udara di dalamnya dipanaskan sehingga massa jenisnya lebih rendah daripada udara di luar.

2. Apakah balon udara terbang karena uap air?

Tidak. Balon udara panas menggunakan udara yang dipanaskan oleh pembakar, bukan uap air sebagai sumber gaya angkat.

3. Apakah balon udara bisa terbang tanpa api?

Bisa, jika menggunakan gas seperti helium yang memiliki massa jenis lebih rendah daripada udara sekitar. Balon udara panas konvensional menggunakan pembakar untuk menghasilkan gaya angkat.

4. Bagaimana balon udara bisa turun kembali ke tanah?

Pilot mengurangi pemanasan atau membuka ventilasi agar udara panas keluar dan gaya angkat berkurang.

5. Apakah balon udara bisa bergerak melawan arah angin?

Balon udara umumnya mengikuti arah angin. Pilot bisa mengubah ketinggian untuk mencari aliran angin yang bergerak ke arah berbeda.