TEKANAN, SUHU, DAN DENSITY UDARA

1.    Perubahan Tekanan Udara

Tekanan udara adalah tekanan yang ditimbulkan oleh beratnya lapisan-lapisan udara. Suatu tekanan didapat dari  gaya per satuan luas yang bekerja pada suatu bidang didalam ruang. Hal ini dapat dipahami bahwa setiap lapisan udara yang dibawah mendapat tekanan udara dari yang diatasnya. Oleh karena itu lapisan yang dibawah keadaan tegang. Ketegangan itu sangat besar sehingga berat udara yang diatasnya bertahan dalam keadaan seimbang. Tinggi barometer ialah panjang kolom air raksa yang seimbang dengan tekanan udara pada waktu itu. Tekanan udara umumnya menurun sebesar 11 mb untuk setiap bertambahnnya ketinggian tempat sebesar 100 meter. Didalam dunia penerbangan ditetapkan kisaran penurunan pressure (tekanan) yaitu setiap naik 1.000 ft mengalami penurunan sebesar 0,5 PSI. Seperti kita ketahui tekanan pada keadaan manusia hidup normal adalah 14,7 PSI. Tekanan udara dipengaruhi oleh suhu, suhu udara didaerah tropis menunjukkan fluktasi musiman yang sangat kecil. Oleh sebab itu dapat dipahami jika tekanan udara dikawasan tropis relatif konstan.

Hubungan tekanan dengan ketinggian tempat, semakin tinggi suatu tempat maka akan semakin rendah tekanannya, karena  laju penurunan tekanan berbanding lurus dengan laju penurunan suhu. Sehingga ketika di dataran  tinggi tekanan udara semakin rendah sehingga suhu udara pun menurun. Itulah salah satu hal yang menyebabkan di pegunungan suhu udara lebih dingin dari suhu di dekat laut. Sebenarnya bahwa daerah di pegunungan menerima radiasi matahari yang lebih banyak tetapi radiasi yang diterima lebih banyak digunakan untuk transfer energi. Faktor yang mempengaruhi besarnya RH suatu lokasi diantaranya suhu, ketinggian tempat, tekanan udara, intensitas cahaya, dll. Hubungan antara ketinggian tempat dengan tekanan dan intensitas cahaya adalah semakin tinggi suatu tempat intensitas cahayanya semakin rendah sehingga tekananya turun dan RHnya semakin tinggi.

a.    Pengaruh tekanan

Gambar 1. Tekanan udara pada ketinggian

v  Terbang dari daerah tekanan tinggi  ke arah daerah tekanan rendah tanpa menyesuaikan altimeter akan menyebabkan pesawat   kehilangan ketinggian sebebarnya.

v  Terbang dari daerah tekanan rendah  ke arah daerah tekanan tinggi dengan tanpa  menyesuaikan  altimeter  pesawat tetap pada ketinggian sebebarnya. 

2.    Perubahan Suhu Udara

Suhu atau temperatur udara merupakan kondisi yang dirasakan di permukaan Bumi diantaranya ada panas, sejuk atau dingin.
Perubahan suhu udara disekitar kita akan mempengaruhi semua sifat-sifat benda atau zat. Panas udara yang kita rasakan adalah akibat dari radiasi bumi yang telah menerima panas dari matahari, sehingga lapisan udara dekat kulit bumi akan lebih panas daripada yang jauh dari kulit bumi.

Menurut penelitian, setiap kenaikan 1000 feet (304,8 meter), suhu udara berkurang 1,98 °C. Untuk memudahkan penghitungan, penurunan suhu ini dibulatkan menjadi 2°C. Dan suhu udara di sea level ditetapkan 15 °C.

Hubungan ketinggian tempat dengan suhu udara, semakin tinggi letak suatu tempat maka suhu udara semakin rendah. Panas yang kita rasakan di bumi tidak semuanya langsung berasal dari matahari. Ketika matahari menyalurkan panasnya, bumi akan menyerap panas tersebut kemudian memantulkannya kembali. Semakin tinggi suatu tempat, maka kerapatan udara di tempat itupun akan semakin berkurang. Sementara udara adalah salah satu penghantar panas. Itulah sebabnya setiap 100 m ke atas, suhunya berkurang sekitar 0,6 C. Hal ini berlaku hingga ketinggian 10.000 meter di atas permukaan laut. Di atas ketinggian ini terdapat stratosfer, di mana suhu di sana tidak akan bertambah dingin lagi

a.    Pengaruh Suhu

Gambar 2. Pengaruh suhu udara pada ketinggian (Sumber:http://www.dutchops.com)

v  Apabila udara lebih panas daripada rata-ratanya  pesawat akan lebih tinggi dari yang ditunjukkan oleh altimeternya.

v  Apabila udara lebih dingin daripada rata-ratanya  pesawat akan lebih rendah daripada yang ditunjukan altimeternya.

v  Apabila actoryre menurun  selama perjalanan pesawat, pesawat akan lebih rendah daripada ketinggian yang ditunjukan altimeternya.

v  Apabila actoryre naik selama perjalanannya, pesawat akan lebih tinggi daripada yang ditunjukkan altimeternya. 

3.    Density Udara

Kerapatan atau density adalah property fisik dari materi yang mengungkapkan hubungan massa terhadap volume. Kerapatan massa atau kerapatan material didefinisikan sebagai massa per satuan volume.

Lift dan drag pada pesawat sangat dipengaruhi oleh kerapatan udara. Sedangkan kerapatan udarapun dipengaruhi oleh adanya tekanan udara dan suhu udara dan kelembaban udara. Pada ketinggian 18.000 ft, kerapatan udara hanyalah setengah dari kerapatan udara dipermukaan laut. Jadi, untuk menjaga lift diketinggian yang lebih tinggi pesawat terbang harus terbang dengan kecepatan sebenarnya (true airspeed) yang lebih tinggi pada nilai angle of attack berapapun.

Lebih jauh lagi, udara yang lebih hangat akan kurang kerapatannya dibandingkan dengan udara dingin, dan udara lembab akan kurang kerapatannya dibandingkan dengan udara kering. Maka pada waktu udara panas dan lembab (humid) sebuah pesawat harus terbang dengan true airspeed yang lebih besar dengan angle of attack tertentu yang diberikan dibandingkan dengan terbang pada waktu udara dingin dan kering.

Jika actor kerapatan berkurang dan total lift harus sama dengan total weight pada penerbangan tersebut, maka salah satu factor harus ditambahkan. Faktor yang biasanya ditambahkan adalah kecepatan atau angle of attack. Karena kedua hal ini dapat dikontrol oleh penerbang.

a.    Kerapatan Udara Rendah

Gambar 4. Kerapatan udara rendah

v  Mesin menghisap lebih sedikit udara untuk mendukung  pembakaran  yang menyebabkan  tenaga akan berkurang.

v  Mesin  propellers memperoleh lebih sedikit udara yang berpindah dibandingkan dengan   kondisi normalnya, daya dorong pesawat  akan berkurang.

v  Pada mesin  jet  massa gas yang  keluar lebih sedikit, akan mengurangi daya dorong pesawat.

v  Karena molekul  di udara lebih sedikit, udara yang  mendesak  sayap pesawat akan berkurang, akan  menyebabkan  kurannya daya angkat pesawat.

v  Pengurangan daya dorong dan angkat berarti memerlukan runway yang lebih panjang untuk takeoff  dan diperlukan daerah bebas hambatan di akhir runway karena pengurangan laju mendakinya.

b.    Kerapatan Udara Tinggi

Gambar 5. Kerapatan udara tinggi

v       Lebih besarnya daya dorong  daripada normalnya disebabkan  lebih banyaknya jumlah  molekul di udara yang menyebabkan  mesin propellers dan jet  dapat berinteraksi.

v       Lebih besarnya gaya angkat udara sebagai akibat lebih besarnya udara yang mendorong sayap- sayapnya

v       Kecepatan  dan laju naik akan lebih cepat  karena daya dorong dan daya angkat pesawat bertambah besar.

LAPISAN ATMOSFIR

Atmosfer terdiri dari kata atmos yang berarti uap dan sphaira yang berarti bola. Atmosfer adalah adalah lapisan udara yang terdiri atas beberapa gas yang dipertahankan oleh grafitasi bumi dan digunakan untuk melindungi bumi dari serangan luar. Atmosfer termasuk bagian bumi. Karena pengaruh gaya berat, maka atmosfer berputar atau berotasi bersama-sama bumi setiap hari, serta beredar mengelilingi matahari setiap tahun(berevolusi). Tebal atmosfer mancapai kurang lebih 1.000 km. Semakin tinggi lapisan udara, tekanannya semakin rendah. Untuk mengetahui komposisi gas yang terkandung dalam atmosfer secara terperinci dapat dilihat pada tabel berikut ini:

Tabel 1. Komposisi gas yang terkandung dalam atmosfir.

No.	Unsur kimia	Lambang	Volume (%)
1	Netrogen / zat lemas	N2	78.08
2	Oksigen / zat pembakar	O2	20.95
3	Argon	Ar	0.93
4	Asam arang	CO2	0.03
5	Neon	Ne	0.0018
6	Helium	He	0.00015
7	Kripton	Kr	0.00011
8	Xenon	Xe	0.00005
9	Nitrous oksida	N2O	0.00005
10	Hidrogen	H2	0.00005

1.     Lapisan-lapisan atmosfer

Atmosfer terdiri atas beberapa lapisan:

1. Troposfer

Troposfer merupakan lapisan yang paling dekat dengan permukaan bumi. Ciri-ciri lapisan troposfer adalah sebegai berikut:

1. Pada lapisan ini terjadi peristiwa-peristiwa cuaca, seperti: awan, hujan, petir, angin.
2. Semakin tinggi tempatnya, semakin berkurang suhunya.
3. Kurang lebih 80% dari seluruh massa gas terdapat pada lapisan ini.
4. Puncak lapisan troposfer terdapat lapisan peralihan yang disebut tropopause.

2. Stratosfer

Lapisan diatas troposfer adalah strastosfer dengan ketinggian di daerah ekuator mulai dari 16 km-55 km. Ciri-ciri lapisan stratosfer adalah sebagai berikut:

1. Pada ketinggian diatas 30 km, terbentuk lapisan ozon (O₃) adalah lapisan-lapisan yang melindungi troposfer dan permikaan bumi dari radiasi sinar ultraviolet matahari yang berlebihan (penyaringan sinar radiasi ultraviolet matahari).
2. Pada lapisan ini terjadi invers suhu, artinya suhu udara bertambah tinggi seiring dengan naiknya ketinggian. Suhu rata-rata mencapai max. sekitar 57⁰C.
3. Terdapat lapisan antara yang di sebut stratopause.
4. Pesawat-pesawat yang menggunakan mesin jet, terbang pada lapisan ini.

3. Mesosfer

Lapisan ketiga dari selubung atmosfer adalah lapisan mesosfer dengan ketinggian mulai dari 55 km-80 km dari permukaan bumi. Ciri-ciri lapisan mesosfer adalah sebagai beikut:

1. Suhu semakin berkurang pada ketinggian 55 km.
2. Merupakan tempat terbakarnya meteor-meteor hingga terurai dan jatuh ke permukaan bumi.
3. Terdapat lapisan antara yang disebut mesopause, di mana pada lapisan ini terjadi refleksi (pemantulan) gelombang radio dengan ketinggian 50-90 km di atas permukaan bumiyang disebut dengan lapisan D, dipancarkan dari bumi untuk kemudian diterima oleh tempat-tempat lainnya.

4. Thermosfer (Ionosfer)

Lapisan keempat selubung atmosfer disebut lapisan thermosfer (ionosfer) dengan ketinggian mulai dari 80 km-800 km dari permukaan bumi. Ciri-ciri lapisan ini adalah sebagai berikut:

1. Pada lapisan ini terjadi invers suhu sangat tajam akibat penyerapan radiasi sinar X dan ultraviolet yang dipancarkan matahari.
2. Pada ketinggian 90-120 km di atas permukaan bumi, terjadi ionisasi di lapisan E yang disebabkan oleh sinar X dari matahari, terdiri dari nitrogen dan eksgen.
3. Pada lapisan F pada ketinggian 150-300 km lebih terjadi ionisasi karena sinar ultraviolet dari cahaya matahari banyak mengandung ionitrigen.
4. Lapisan ionosfer sangat berguna untuk telekomunikasi karena lapisan ini dapat memantulkan gelombang-gelombang radio yang berfrekuensi lebih tinggi, misalnya gelombang yang dipancarkan oleh stasiun pemancar televisi ke bumi dan diterima keseluruh dunia.

5. Eksosfer atau Dissipasisfer

Lapisan ini berada pada ketinggian 800-1000 km dari permukaan bumi. Pada lapisan ini terjadi gerakan-gerakan atom secara tidak beraturan. Lapisan ini merupakan lapisan paling panas dan molekul udara dapat meninggalkan atmosfer sampai ketinggian 3.150 km dari muka bumi. Lapisan ini sering disebut lapisan antar planet dan geostasioner. Ciri-cirinya sebagai berikut:

1. Merupakan lapisan paling panas dan molekul udara dapat meninggalkan atmosfer sampai ketinggian 3.150 km dari permukaan bumi
2. Merupakan tempat terjadinya gerakan atom-atom secara tidak beraturan
3. Disebut pula dengan ruang antar planet dan geostasioner.
4. Lapisan ini sangat berbahaya, karena merupakan tempat terjadi kehancuran meteor dari angkasa luar

                                Gambar Lapisan atmosfir

        Grafik altitude dan temperatur masing-masing lapisan udara