NAMA : WHISNU TRIE SENO AJIE

NOMOR PESERTA : 132146

UNIVERSITAS : UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

JENIS PROBLEM : FISIKA

2010

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Sebenarnya banyak konsep fisika yang bisa kita pelajari dari fenomena

sehari-hari. Contohnya adalah ketika kita berolahraga. Kita sering melakukan

olahraga tetapi hanya sedikit orang yang memahami bahwa terdapat konsep fisika

dalam olahraga. Olahraga yang banyak disukai oleh mayoritas masyarakat hampir

di seluruh dunia adalah sepak bola. Dalam olahraga sepak bola sering menyajikan

hal-hal yang menarik perhatian penontonnya karena tersaji teknik-teknik sepak

bola yang dapat memukau yang menyaksikan pertandingan. Tapi, para pemain

mungkin tak menyadari bahwa konsep fisika ada dalam teknik-teknik pada

pertandingan sepak bola yang menyajikan 22 pemain saling beradu kelihaian

mengolah si kulit bundar. Teknik-teknik seperti tendangan bebas,penalti,dan

tendangan sudut sering membuat penonton berdecak kagum. Pada tendangan

bebas khususnya, banyak sekali pemain sepak bola melakukan tendangan dari

jarak jauh dan ternyata menghasilkan gol untuk tim nya. Banyak gol terjadi

dikarenakan arah bola yang mengecoh sang penjaga gawang. Si penjaga gawang

biasanya tidak mampu membaca arah lintasan gerak bola yang membelok tiba-

tiba. Tendangan bebas yang arahnya membelok secara tiba-tiba biasa di sebut

dengan tendangan pisang.

I.2 Permasalahan

Apa sebenarnya yang menyebabkan arah lintasan gerak bola berubah

secara tiba-tiba pada tendangan pisang? Konsep fisika seperti apakah yang

mampu menjelaskan hal tersebut?

I.3 Hipotesis

Ketika bola di tendang, bola akan bergerak dengan lintasan parabola.

Ketika tendangan pisang berarti ada gaya lain yang mempengaruhi arah lintasan

gerak bola yang membelok secara tiba-tiba selain gaya gravitasi (memberikan

gaya ke arah bawah).

I.4 Tujuan

Tujuan penulisan makalah ini dimaksudkan untuk mengetahui apa

sebenarnya yang mempengaruhi arah lintasan gerak bola yang sulit di tebak oleh

penjaga gawang karena membelok secara tiba-tiba.

I.5 Metodologi Penulisan

Metodologi penulisan ini melakukan analisis deskriptif yang dilakukan

dengan meninjau pustaka sebagai referensi.

BAB II

METODOLOGI

Landasan Teori

Sepak bola merupakan suatu olahraga mengolah atau membawa bola

dengan kaki di bawah suatu aturan yang telah ditetapkan. Keberhasilan sebuah tim

dalam permainan ini diukur dengan kemampuan tim membawa bola dengan kaki

dan menendangnya ke dalam gawang lawan. Di sini keterampilan pemain dalam

mengolah bola untuk menghindari sergapan lawan, mengoper dan menerima bola

dengan kaki secara akurat dan menendang bola dengan keras dan terarah sangat

diperlukan. Seorang pemain sepakbola menjadi terkenal karena keterampilan-

keterampilan tersebut dikuasainya dengan lebih baik dibandingkan dengan rata-

rata pemain lain.

Salah satu bentuk tendangan yang sangat mengagumkan banyak penonton

adalah tendangan pisang, yaitu tendangan jarak jauh yang keras dan melengkung.

Jarang yang mengetahui cara menendang seperti itu, dan mungkin hanya beberapa

pemain sepak bola terkenal yang mampu menciptakan tendangan spektakuler

tersebut.

Jika para pemain mengetahui konsep fisika mengenai gerak bola ketika di

tendang, maka akan banyak pemain yang mampu menghasilkan gol lewat

tendangan bebas karena mereka memiliki perhitungan sebelum menendang bola.

Di bawah ini akan dipaparkan bagaimana gerak bola sepak ketika berada di udara

setelah di tendang oleh pemain sepak bola.

Gerakan Parabola

Ketika bola ditendang dengan suatu sudut elevasi tertentu, bola akan

bergerak melengkung seperti sebuah parabola.

Gerakan ini disebabkan karena adanya gravitasi bumi. Tanpa gravitasi

bumi gerakan bola akan lurus ke atas. Gravitasi bumi menarik bola ke bawah

sehingga kecepatan vertikalnya makin berkurang dan berkurang. Ketika mencapai

titik tertinggi kecepatan vertikalnya nol. Selanjutnya gravitasi akan membuat bola

bergerak ke bawah dipercepat.

Secara matematis,gerak parabola bisa di uraikan pada sumbu -x dan

sumbu -y. Pada sumbu –x benda di anggap mengalami gerak lurus beraturan.

x=ϑ 0. t cos θ

Sedangkan pada sumbu –y, benda di anggap mengalami gerak lurus

berubah beraturan. Persamaannya sebagai berikut.

y=ϑ0 .t sinθ - 12

g t2

Bentuk parabola, tergantung pada kecepatan dan sudut elevasi yang

diberikan. Untuk menendang bola sejauh mungkin, pemain sepakbola harus

menendang bola dengan sudut elevasi 45°. Namun perlu diperhatikan bahwa jarak

tendangan terjauh bukan berarti tendangan yang paling kuat. Selain itu, di sini

penulis mengabaikan faktor gesekan udara.

Garis Arus (Stream Line)

Selain Garis Alir, ada juga namanya Garis Arus. Perhatikan gambar di

bawah. Garis yang berwarna biru merupakan Garis Arus.

Pada aliran tunak, kecepatan setiap partikel fluida di suatu titik, katakanlah

titik A (lihat gambar) selalu sama. Ketika melewati titik B, kecepatan partikel

fluida mungkin berubah. Walaupun demikian, ketika tiba di titik B, partikel fluida

yang menyusul dari belakang mengalir dengan kecepatan yang sama seperti

partikel fluida yang mendahuluinya. Demikian juga ketika tiba di titik C dan

seterusnya. Garis Arus itu merupakan kurva yang menghubungkan titik A,B dan

C.

Hukum Bernoulli

Pada abad ke-18 Daniel Bernoulli menemukan bahwa tekanan pada daerah

dengan kecepatan fluida yang rendah akan lebih besar jika dibandingkan dengan

tekanan pada daerah yang memiliki kecepatan fluida yang lebih tinggi. Secara

matematik persamaan bernoulli adalah sebagai berikut.

p+ 12

ρg ϑ2+ρgh=konstan

Sebagian besar tendangan bebas mengikuti hukum Bernoulli. Bola akan

membelok seperti pisang karena salah satu sisi bola mendapatkan tekanan lebih

rendah dibanding sisi lainnya. Tendangan pisang tersebut menyebabkan lintasan

gerak bola tidak sepenuhnya parabola.

Efek Magnus

Pada saat bola ditendang dan melayang di udara dengan spin/putaran bola,

maka selama melawan aliran udara, menurut prinsip Bernoulli pada kedua sisi

bola terjaditekanan yang berbeda. Perbedaan tekanan ini menghasilkan gaya yang

dikenal sebagai efek Magnus, atau kadang dikenal juga sebagai gaya angkat/lift.

Besar gaya dari efek Magnus yaitu :

FL=CL ρ D3 fϑ

dengan

CL = koefisien lift  

ρ = kerapatan udara (kg/m3 ¿

D = diameter bola (m)

f = frekuensi spin bola (putaran/s)

ϑ = kecepatan bola (m/s)

Efek gaya gesekan

Gaya gesekan selalu bekerja melawan arah gerak bola, yang akan

memperlambat dan menurunkan bola. Rumus untuk menghitung gaya gesek pada

bola selama melayang di udara adalah sebagai berikut.

Fd = 12

Cdρ Aϑ 2

dengan Cd adalah koefisien gesek, ρ adalah kerapatan udara, A adalah luas

penampang permukaan bola (jika diameter D = 0,22 m maka A = ¼ π D2), dan ϑ

adalah kecepatan bola.

Besar koefisien gesek relatif tidak konstan. Untuk udara yang sejuk justru

kecepatan bola sangat mempengaruhi koefisien gesek yang pada akhirnya

mempengaruhi besar gaya gesek. Variasi besar gaya gesek dengan perubahan

kecepatan bola dapat ditunjukkan padagrafik berikut ini.

Jadi bila pemain menendang bola cukup keras dengan kecepatan 25 m/s –

30 m/s tidak hanya bola melaju dengan cepat tetapi bola juga akan

mempertahankan kecepatan yang dimilikinya lebih lama dibanding bola lambat.

BAB III

ANALISIS

Pada umumnya gerak sebuah benda tegar, misalnya bola sepak, dapat

diuraikan atas gerak pusat massa benda terhadap suatu acuan yang diam, misalnya

permukaan tanah dan gerak benda terhadap suatu garis atau sumbu yang melewati

pusat massa benda. Jika gaya berat (gaya gravitasi) adalah satu-satunya gaya yang

bekerja pada bola maka pusat bola bergerak dalam lintasan parabolik pada sebuah

bidang vertikal. Gerakan ini merupakan gerakan melengkung tetapi dalam arah

vertikal ke bawah, tidak menyamping. Untuk selang waktu yang sangat pendek

dan kecepatan yang besar lengkungan parabolik tersebut mendekati bentuk garis

lurus. Gerakan kedua berupa gerak spin, yaitu gerak melingkar terhadap suatu

sumbu putar. Kombinasi kedua gerak ini yang memungkinkan bola membelok ke

arah samping kiri atau kanan. Jadi tendangan pisang merupakan tendangan yang

membuat bola memiliki kedua macam gerak di atas.

Lintasan dari suatu bidang (bola) ketika berputar adalah sebuah spiral.

Pola tendangan pisang dapat di lihat sebagai sebuah “lintasan berbentuk

tempurung siput”, karena lengkungannya semakin tajam seiring dengan

bertambahnya jarak tempuh bola. Karena jarak yang cukup jauh antara bola dan

gawang maka lintasan spiral ini semakin terlihat jelas. Jadi lengkungan tajam

yang dihasilkan tendangan pisang nyatanya memang mengkuti hukum fisika. Di

lapangan sepak bola kita dapat melihat sesuatu yang mendekati lintasan spiral

ideal tersebut, namun gravitasi akan mempengaruhinya. Akan tetapi jika kita

menendang bola sekeras mungkin, seperti yang dilakukan David Beckham atau

Carlos (pemain sepak bola profesional) maka kita dapat mengurangi efek gravitasi

ini. Semakin jauh jaraknya, lintasan melengkung semakin tajam dan jelas terlihat.

Tendangan pisang dapat dijelaskan secara ilmiah dengan ilmu dinamika

fluida. Sebuah bola yang menembus udara akan memicu aliran udara di

permukaannya berlawanan dengan arah gerak bola. Jika bola bergerak di udara

dengan kecepatan kurang dari 20 kilometer per jam, aliran udara di permukaanya

akan terpisah di titik karakteristik yang terpisah cukup lebar.

Bola yang bergerak kurang dari 20 kilometer perjam menghasilkan

turbulensi. Jika bergerak lebih cepat, turbulensi semakin kecil sehingga terbentuk

lapisan aliran udara. Saat dipelintir, aliran udara bergeser berlawanan dengan arah

putaran bola.

Permukaan bulat bukan bentuk aerodinamis yang efisien. Ketika aliran

udara di permukaan bola yang bergerak terpisah, udara di belakangnya bergolak

karena terjadi turbulensi. Turbulensi selalu menghasilkan gaya hambat sehingga

bola menjadi objek yang sulit diarahkan.

Namun, pada kecepatan sekitar 20 kilometer per jam, keajaiban bisa

terjadi. Turbulensi semakin jauh sehingga menghasilkan lapisan udara batas. Hal

tersebut menyebabkan aliran udara tipis terbentuk sangat dekat dengan permukaan

bola.

Efek turbulensi berkurang dan gaya hambatnya hilang. Tendangan atau

lemparan bola dengan kecepatan di atas itu dapat dilakukan dengan leluasa dan

diarahkan lebih tepat ke sasaran.

Ketika bola berputar, lapisan pembatas masih masih terbentuk namun titik

berpisahnya aliran udara mengalami pergeseran. Tempat terpisahnya aliran udara

lebih dekat ke sisi yang berlawanan dengan arah putaran bola. Pergeseran ini

menyebabkan perbedaan tekanan dan membelokkan dorongan yang mengatur

gerakan dan arah bola.

Teknik tendangan bebas yang menghasilkan bola berbelok di udara dan

menyimpang dari lintasan yang sebenarnya adalah fenomena cerminan dari efek

magnus. Fisikawan Jerman yang bernama Gustav Magnus mengatakan bahwa

efek magnus adalah pergeseran suatu benda karena ketidakseimbangan tekanan

udara. Lebih spesifiknya, bahwa bola yang ditendang oleh David Beckham atau

pun Carlos (menghasilkan tendangan pisang) akan berputar berlawanan dengan

arah jarum jam di udara dan akan mengalami gaya magnus ke arah berlawanan.

Hal itu terjadi karena tekanan udara di salah satu sisi bola lebih rendah dibanding

sisi yang lain, atau aliran udara di salah satu sisi bola lebih cepat dengan sisi yang

dilawan oleh perputaran bola.

Efek magnus maksimum jika sumbu putar bola tegak lurus dengan arah

aliran udara. Efek ini mengecil ketika arah sumbu putar ini makin mendekati arah

aliran udara dan menjadi nol ketika arah sumbu putar ini sejajar dengan arah

aliran udara. Pada tendangan bebas, bola yang bergerak dengan kecepatan 110

km/jam dan berotasi dengan 10 putaran tiap detiknya, dapat menyimpang lebih

dari 4 meter, cukup membuat penjaga gawang kebingungan. Jika kita perhatikan

lebih jauh lagi, yang membuat tendangan seperti yang dilakukan Beckham lebih

spektakuler adalah efek lengkungan tajam di dekat akhir lintasan bola.

Lengkungan tajam yang tiba-tiba inilah yang membuat kiper-kiper terperangah

karena bola berbelok begitu cepat dengan tiba-tiba. Apa yang menyebabkan ini?

Peneliti dari Inggris, Peter Bearman mengatakan bahwa efek magnus akan

mengecil jika kecepatan gerak bola terlalu besar atau rotasinya lebih lambat. Jadi

untuk mendapat efek magnus yang besar, seorang harus membuat bola berputar

sangat cepat tetapi kecepatannya tidak boleh terlalu cepat. Ketika Beckham

menendang bola secara keras dengan sisi sepatunya sehingga bola dapat berotasi

cepat sekali, bola melambung dan mulai membelok akibat adanya efek magnus.

Gesekan bola dengan udara akan memperlambat gerakan bola (kecepatan bola

berkurang). Jika rotasi bola tidak banyak berubah, maka pengurangan kecepatan

dapat menyebabkan efek magnus bertambah besar, akibatnya bola melengkung

lebih tajam, masuk gawang, membuat penonton terpesona dan berdecak kagum.

Namun untuk dapat menghasilkan tendangan yang maksimal, bukan saja

diperlukan teori efek magnus, tapi juga membutuhkan intuitif yang tajam, daya

tumpu yang kuat, serta perpaduan antara efek magnus dengan angkatan bola yang

pas.

Misalkan suatu tendangan bebas yang berjarak 25 m dari gawang, dan bola

ditendang dengan kecepatan 25 m/s, dalam hal ini menyebabkan spin bola pada

frekuensi 10 putaran/s. Dengan mengandaikan kerapatan udara 1,2 kg/m3 dan

diameter bola menurut ketentuan FIFA 0,22 m, dengan mengasumsi koefisien lift

sebesar 1,23 maka gaya angkat (lift) atau gaya magnus dapat dihitung sebagai

berikut.

FL  = CLρ D3fϑ

= 1,23 x 1,2 x 0,223 x 10 x 25

= 3,93 N

BAB IV

KESIMPULAN

Dari hasil analisis dapat disimpulkan bahwa lintasan gerak bola ketika di

tendang pada dasarnya adalah parabola. Ketika lintasannya parabola, berarti yang

mempengaruhi pola lintasan tersebut adalah hanya gaya gravitasi yang

menyebabkan bola tidak terus menerus bergerak ke atas tetapi akan kembali ke

bawah setelah mencapai titik tertinggi. Kemudian aliran udara tentunya bisa

mempengaruhi gerak bola. Sedangkan saat gerak bola dengan spin yang

menghasilkan lintasan gerak bola bukan parabola melainkan seperti lintasan

pisang (biasa di sebut dengan tendangan pisang) yang biasa tersaji di lapangan

hijau ketika sang pemain sepak bola melakukan tendangan bebas atau tendangan

sudut. Tendangan tersebut tidak hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi dan aliran

udara. Pengaruh lain pada tendangan pisang yang lintasannya bukan parabola

dikarenakan adanya efek magnus yang menyebabkan bola bergeser akibat

ketidakseimbangan tekanan udara. Bola yang di tendang akan berputar

berlawanan arah jarum jam di udara akan mengalami gaya magnus ke arah

berlawanan. Hal itu terjadi karena tekanan udara di salah satu sisi bola lebih

rendah dibanding sisi yang lain, atau aliran udara di salah satu sisi bola lebih cepat

dengan sisi yang dilawan oleh perputaran bola.

Kesimpulan tersebut menjawab permasalahan mengenai lintasan gerak

bola pada tendangan bebas yang berubah secara tiba-tiba. Hipotesis pun terbukti

bahwa ada pengaruh lain selain gaya gravitasi yang menyebabkan arah lintasan

gerak bola menjadi membelok kearah kanan atau kiri (tendangan pisang).

REFERENSI

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit

Erlangga

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta :

Penebit Erlangga

http://adhistroon.wordpress.com

http://gurumuda.com

http://id.istanto.net/2006/06/14/dinamika-fluida/

http://ilmuwanmuda.wordpress.com/

http://physicsandsport.blogspot.com/

http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1025888470

http://yantsa.blogspot.com/