Mengapa Balon Bisa Terbang?

Oleh: Alexander A. Iskandar (Fisikawan)

Pernahkah kalian berendam dalam air? Tubuh kalian terasa menjadi lebih ringan ‘€˜kan? Hal ini terjadi karena saat berada dalam zat yang dapat mengalir (fluida, misalnya air dan udara) suatu benda akan mendapatkan gaya angkat ke atas (gaya apung).

Adalah seorang ilmuwan Yunani, Archimedes dari Syracuse (287 SM – 212 SM), yang menemukan prinsip ini, sehingga sekarang prinsip atau hukum alam ini dikenal dengan nama Prinsip atau Hukum Archimedes. Hukum ini menyatakan bahwa setiap benda yang dimasukkan ke dalam zat mengalir akan mendapatkan gaya angkat ke atas sebesar berat zat mengalir yang dipindahkan karena masuknya benda yang tersebut. (Lakukanlah percobaan berikut: Isilah gelas dengan air sampai penuh sehingga permukaan air sampai pada bibir gelas. Setelah itu masukkanlah sebuah benda, misalnya kelereng atau batu kerikil, maka sedikit air akan tumpah ke luar dari gelas, besarnya berat air yang tumpah inilah yang sama dengan gaya apung yang dialami benda yang dimasukkan tadi). Tahukah kalian cerita menarik tentang penemuan prinsip ini oleh Archimedes?

Seperti semua benda/materi di alam, udara memiliki berat (yang sebanding dengan massanya). Untuk membuktikan hal ini, lakukanlah percobaan sederhana berikut: Tiuplah dua buah balon sehingga keduanya kurang lebih sama besar, lalu ikatlah kedua balon ini pada ujung-ujung sebatang lidi, kemudian gantung lah batang lidi pada titik setimbangnya. Hal ini menunjukkan bahwa kedua balon sama beratnya terhadap titik setimbang tersebut. Setelah itu tusuklah salah satu balon tersebut, maka kamu akan melihat bahwa batang lidi dengan balon yang tidak ditusuk (berisi udara) akan turun, menandakan (balon yang berisi udara) lebih berat.

Pada ketinggian permukaan laut dengan suhu 15 ºC, rapat massa udara adalah 1,225 kg/m³, jadi misalnya udara dalam sebuah balon berbentuk bola dengan jari-jari 10 cm akan memiliki berat sebesar 0,05 N (massa udara dalam balon 5,13 g). Karena berat udara dalam balon sama dengan udara bebas di luar yang harus dipindahkan karena keberadaan balon tersebut, serta mengingat karet balon juga memiliki berat, maka balon yang berisi udara ini akan jatuh ke bumi (tidak dapat terbang atau lebih tepatnya mengapung). Agar balon dapat mengapung di udara, maka kalian harus memasukkan gas yang lebih ringan daripada udara ke dalam balon tersebut, misalnya gas Helium yang rapat massanya 0.179 kg/m³, sehingga berat gas Helium dalam balon berukuran sama seperti di atas adalah 0,0073 N (massa gas Helium dalam balon 0,75 g).

Udara panas juga memiliki rapat massa yang lebih kecil daripada udara pada suhu biasa, misalnya pada suhu 50 ºC rapat massa udara adalah 1,1 kg/m³. Itulah sebabnya kalian dapat membuat lampion yang dapat terbang (mengapung di udara). Bahkan, jika balon yang dipergunakan cukup besar, maka kalian dapat terbang dengan balon udara panas tersebut. Untuk mengangkat massa sebesar 75 kg, yaitu massa keranjang penumpang dan seorang anak, kalian memerlukan balon dengan jari-jari kurang lebih 2,5 m.

Sumber gambar: http://balonindo.blogspot.com