Santai Bersepeda dengan Fisika (1)

Transportasi menggunakan sepeda merupakan metode transportasi yang paling efisien dalam hal penggunaan kalori, bahkan lebih efisien dari berjalan kaki. (Gambar 1). Di Belanda yang tanahnya datar, sepeda merupakan transportasi yang baik dan menyehatkan. Di China yang penduduknya lebih dari 1 miliar orang, sepeda merupakan alat transportasi yang dapat menghemat penggunaan bahan bakar. Bayangkan apa yang terjadi dengan persediaan bahan bakar kita kalau setengah penduduk China menggunakan mobil? Dibanyak tempat sepeda memang bukan transportasi utama, tetapi kendaraan yang dibuat pertamakali oleh Kirkpatrick Macmillan tahun 1839 ini, sering digunakan untuk berolah raga. Olahraga bersepeda dapat dilakukan secara lebih efisien dengan menggunakan berbagai konsep fisika.

Dalam olahraga bersepeda, kita akan mengalami 4 gaya utama : gaya angin, gaya hambat udara, gaya gesekan, dan gaya gravitasi. Fred Rompelberg dari Belanda berhasil mengefisienkan usaha dari gaya-gaya ini sehingga ia berhasil memecahkan rekor dunia untuk kecepatan tertinggi dengan 268,83 km/jam pada tanggal 3 Oktober 1995. Mau tahu tentang gaya-gaya ini? Ikuti tulisan ini yuuk…

Gaya Angin

Dalam bersepeda, angin yang berhembus berlawanan arah dengan arah gerak si pengendara sepeda merupakan penghambat yang sangat menjengkelkan. Energi si pengendara akan terkuras banyak untuk melawan hambatan angin ini. Bayangkan untuk mempertahankan kecepatan 15 km/jam ditengah angin yang bertiup dengan kecepatan 10 km/jam saja kita akan kehilangan sekitar 800 kalori setiap menitnya. Tetapi angin juga bisa menjadi faktor yang mempercepat gerakan sepeda jika arah tiupan angin searah dengan arah maju sepeda.

Gaya hambat udara (drag force)

Disamping angin yang bertiup kencang, udara sendiri dapat menjadi penghambat bagi si pengendara sepeda. Tubuh manusia yang duduk tegak di atas sepeda merupakan bentuk yang sangat tidak aerodinamik karena mengacaukan aliran udara sehingga memaksakan terbentuknya dua daerah dengan tekanan yang berbeda. Daerah di belakang tubuh pengendara sepeda bertekanan rendah, sementara daerah di depan tubuh bertekanan tinggi. Perbedaan tekanan ini mengakibatkan tubuh pengendara terdorong ke arah belakang. Semakin cepat sepeda bergerak, semakin besar gaya dorong ini. Ini mencegah si pengendara untuk mengayuh sepeda secepat-cepatnya. Besarnya drag force ini sebenarnya dapat diminimalisasi dengan mengaplikasikan bentuk yang paling aerodinamik, yaitu bentuk yang streamline (ramping) yang dapat menembus udara dengan lebih mulus. Ini dilakukan dengan membungkukkan badan. Dalam suatu lomba bersepeda, para atlit bukan saja beradu kekuatan untuk menjadi yang tercepat, tetapi justru beradu teknik untuk memaksimalkan efisiensi aerodinamik yang dapat dicapai.

Selain penempatan posisi tubuh yang baik, desain roda dan kerangka sepeda yang tepat juga dapat mengurangi tahanan udara. Kerangka sepeda yang berbentuk bulat digantikan oleh rancangan bentuk yang oval, sementara bentuk roda yang bergerigi digantikan oleh bentuk cakram (disc) yang dapat memperkecil turbulensi (gejolak udara) dan drag force saat berputar.

Cara lain untuk memperkecil drag force adalah dengan melakukan teknik drafting, yaitu bersepeda beriringan sambil memanfaatkan pusaran-pusaran udara (arus eddy) yang tercipta tepat di belakang pengendara terdepan untuk menarik pengendara berikutnya sehingga energi yang dibutuhkan menjadi lebih kecil (mirip dengan gerakan migrasi angsa yang membentuk huruf V pada artikel minggu lalu). Semakin kecil jarak antara pengendara terdepan dengan pengendara berikutnya semakin efisien penggunaan energi oleh kedua pengendara. Pengendara terdepan dibantu oleh penggunaan arus eddy oleh pengendara berikutnya walaupun total energi yang dikeluarkan tetap lebih besar dari energi yang dikeluarkan pengendara yang berada tepat di belakangnya. Formasi bersepeda yang membentuk grup semacam ini dikenal sebagai formasi peloton dan echelon (formasi menyamping ke kiri maupun kanan). Para pengendara yang membentuk formasi semacam ini dapat menghemat energi sampai 40%. Pengendara sepeda profesional bahkan melakukan drafting pada jarak beberapa cm saja untuk menghemat energi.

[bersambung ke "Santai Bersepeda dengan Fisika (2)"]