Masuk’in Fisika dalam Basket

Inti utama dari olahraga basket adalah bola basket itu sendiri. Semua pemain dari kedua tim yang bertanding berlomba-lomba memperebutkan satu bola yang sama untuk kemudian menjebloskannya ke dalam keranjang basket milik lawan. Bola basket yang baik dan berstandar internasional menjadi syarat utama pertandingan basket dunia. Tetapi sebaik apa pun bola basket tersebut, yang menjadi peranan utama adalah teknik permainan para atlet di lapangan. Teknik permainan para atlet ini merupakan demonstrasi fisika yang sangat atraktif dan penuh intensitas. Perkembangan olahraga  bola basket selama dua puluh tahun terakhir sangat dipengaruhi oleh perkembangan fisika dalam hal pemantulan bola, lemparan-lemparan jitu, dan lompatan pemain yang bagaikan terbang di udara. 

Lemparan lay-up

Magic Johnson sangat terkenal dengan  lemparan lay-up nya. Dalam melakukan lemparan ini Magic mula-mula berlari sambil mendribble bola, setelah melewati beberapa pemain lawan,   dekat dengan keranjang basket, ia melompat dan melepas (tanpa melontarkannya keras-keras) bola ke atas. Bola melayang, membentuk lintasan lengkung yang manis   dan masuk dalam keranjang dengan cantiknya. Banyak orang tercengang mengapa dengan hanya melepasnya, bola dapat bergerak melengkung. Darimana bola mendapat kecepatannya?  Apakah ini suatu “magic” atau sihir?  Tentu saja bukan! Ini bukanlah sulap atau sihir. Ini adalah fisika. Pada abad ke-19 Newton sudah mengatakan (hukum Newton) bahwa suatu benda yang sedang bergerak akan cenderung terus bergerak. Bola yang dibawa lari oleh Magic mempunyai kecepatan sama dengan kecepatan Magic. Ketika dilepas, bola akan meneruskan gerakannya dengan kecepatan semula, sehingga bola dapat meluncur manis ke dalam keranjang.

  Lucky shot 

Dalam melakukan lemparan  bebasnya dari jarak sekitar 4,5 meter, Michael Jordan sering membuat bola berputar dengan   backspin (lihat gambar 1). Kata orang  backspin  dapat menjinakkan bola ketika menumbuk papan penyangga keranjang basket. Saking jinaknya, setelah memantul dari papan ini bola sepertinya kehilangan kecepatannya dan  jatuh masuk dalam bola secara manis. Wah apakah ini kebetulan (lucky shot)?  Kok bisa begitu... aneh sekali mengapa bola bisa jadi jinak. Apakah  Jordan mempunyai alat kontrol  remote yang dapat membuat bola jinak?  Atau apakah Jordan mempunyai kekuatan supranatural?

Tentu saja jawabnya juga tidak. Ini ada hubungannya  dengan fisika gesekan. Ketika bola yang berputar dengan  backspin ini menumbuk papan penyangga keranjang, maka timbulah gaya gesekan antara bola dan papan itu. Gaya gesekan ini arahnya vertikal keatas berlawanan dengan arah  komponen vertikal dari kecepatan bola. Gaya gesekan ini menghambat lajunya bola. Bukan itu saja gaya gesekan  juga mengurangi putaran bola (Gambar 2). Pengurangan kecepatan (baik lajunya maupun kecepatan putarnya) ini  berakibat bola bergerak lambat dan menjadi jinak. Akibatnya bola dapat secara perlahan jatuh dalam keranjang. Hal ini tidak terjadi pada bola yang berputar dengan  forward-spin. Pada bola ini gesekan akan mempercepat gerakan bola sehingga bola terpantul keras, liar dan tidak mau masuk keranjang (Gambar 3).

Raksasa O’Neal

 Dalam permainan basket salah satu atraksi yang menarik adalah bagaimana dengan si raksasa Shaquille O’Neal melabrak musuh-musuhnya dan  melompatmelakukan  slam dunk (Gambar 4).  Menurut teori tumbukan, jika dua benda bertumbukan maka benda yang ringan akan terlempar. Hal ini menjelaskan mengapa lawan-lawan  O’Neal yang bertubuh relatif lebih  kecil tidak mampu menahan laju raksasa yang beratnya 152  kg ini, sehingga sang  raksasa berhasil menyarangkan bola dengan melakukan slam-dunk tanpa ada yang mampu menghalanginya.

Dribble

Seorang pemain yang sedang melakukan  dribble sebenarnya memanfaatkan Hukum III Newton tentang gaya aksi-reaksi. Saat bola dilepaskan oleh Eric Snow, gaya gravitasi bumi  menariknya jatuh ke lantai. Ketika bola bertumbukan dengan lantai, bola memberikan gaya pada lantai (gaya aksi). Sebagai akibatnya lantai memberikan reaksi melawan gaya aksi ini. Gaya yang diberikan lantai ini disebut gaya reaksi yang besarnya sama dengan gaya aksi. Gaya reaksi inilah yang menyebabkan bola memantul lagi ke atas.  Namun karena sebagian energi bola terserap lantai  maka bola pantul tidak dapat mencapai ketinggian semula. Untuk mengkompensasi energi yang yang terserap oleh lantai ini maka Eric Snow harus memberi ekstra dorongan pada bola ke arah bawah (Gambar 5).  Dorongan ekstra ini akan  diteruskan bola pada lantai. Karena mendapat gaya dorong yang lebih besar maka lantai memberikan gaya reaksi yang lebih besar pula yang menolak bola ke atas lebih keras.  

Hang time

Satu atraksi lain  yang menakjubkan dalam permainan basket adalah ketika Kobe Bryant  melakukan hang time. Pada gambar 6 tampak Kobe sepertinya terbang. Apakah benar-benar Kobe dapat terbang? Bagaimana ia mengalahkan gaya gravitasi yang menariknya untuk turun?

 Sebenarnya apa yang tampak pada gambar 6 adalah suatu illusi saja. Kobe tampak seperti terbang tetapi ia sebenarnya tidak terbang. Pemain seperti Jordan, Kobe, O’Neal  dengan lompatan setinggi 1 meter hanya mampu bertahan diudara selama 0.9 detik saja. Agar mereka tampak terbang maka ketika melompat mereka harus melompat dengan kecepatan setinggi-tingginya sambil berlari kemudian ketika turun mereka menekuk lututnya sehingga mereka akan kelihatan jatuh lebih lama. Kecepatan lari pemain basket  akan menambah lama hang time nya itu.

Hang time dimanfaatkan oleh Kobe dan Jordan untuk mengecoh lawan yang hendak memblok mereka dalam menyarangkan bola ke keranjang. Pada gambar 7 dilukiskan pemain yang melompat melakukan  hang time. Gerakan pemain ini berusaha di blok oleh lawannya.  Kebanyakan pemain akan melepas bola ketika ia naik (A) atau di titik puncaknya (B).  Michael Jordan atau  Kobe mampu melepas bola di A, B atau C. Lama waktu untuk mencapai titik C sekitar 0.6 detik, sedangkan lamanya pemain lawan melakukan hang time (tanpa berlari) menurut Zumenchik adalah  0.5 detik. Jadi jika Kobe melepas tembakan di C maka lawan tidak akan punya waktu untuk membloknya sehingga dengan mudah Kobe menyarangkan bola ke keranjang. (olahraga) 

Bagaimana? Asyik bukan melihat atraksi fisika dalam permainan basket?

Kejar Grand Slam dengan Fisika

Seusai saya memberikan kuliah fisika tenis di Tokyo Denki University Jepang, Prof. Nakamura dekan fakultas informatika TDU  menyalami saya dan mengatakan, anda pasti seorang pakar tenis (expert). Wah saya terkejut sekali... Mau tahu ceritanya gimana fisika bisa membuat seorang yang tidak bisa main tenis sama sekali dipuji sebagai pakar tenis?  Ikuti ceritanya yuk...

 Tahu yang namanya Serena Williams? Tentu saja, Serena kan juara Grand Slam untuk keempat kalinya berturut-turut. Luar biasa sekali! Untuk mendapatkan Grand Slam Serena harus menjuarai Australia Terbuka (lapangan komposit/semen), Amerika Serikat Terbuka (lapangan komposit), Perancis Terbuka (lapangan tanah liat), dan Wimbledon (lapangan rumput). Apa memang semudah itu menaklukkan lawan-lawan  tangguhnya, di berbagai negara yang memiliki kondisi lapangan tenis yang berbeda-beda? Apa rahasianya? Yuk, kita intip fisikanya… 

Sweet spots

Pernah lihat raket tenis yang dipakai pemain legendaris Fred Perry di tahun 1935-an. Itu lho  raket yang dilelang dengan harga 23.000 pound (sekitar 340 juta rupiah). Raket  ini sangat berbeda dengan raket yang ada sekarang. Raket  sekarang kepalanya sangat besar dibandingkan dengan raket kunonya Fred Perry dan berbentuk lebih lonjong (Gambar 1). Tahu nggak kenapa raket sekarang kepalanya lebih besar?  Jawabannya  bukan sekedar agar bola lebih mudah dipukul, tetapi ada alasan fisikanya lho, yaitu sweet spots.

Sweet spots merupakan daerah-daerah di kepala raket yang enak untuk dipukul dan memberikan keuntungan-keuntungan tertentu bagi para pemain.  Pada raket kuno sweet spots terletak agak ke bawah dekat leher raket, sedangkan pada raket kepala besar,  sweet spots terletak agak ke tengah (gambar 2). Ada 3 jenis sweet spots:  node,  center of percussion (COP) dan  maximum coeficient of restitution (COR).   Kita selidiki yuk ketiga titik ini....

Timpuk bola ke kepala raket dengan keras, apa yang terjadi? Raket akan bergetar bukan? Perhatikan bahwa  tidak semua titik pada raket ikut bergetar. Ada titik yang tidak ikut bergetar yang dinamakan node (gambar 3). Kalau bola yang ditimpukkan tepat mengenai  node, raket tidak akan bergetar sehingga tangan si pemegang raket terasa lebih nyaman. Nah itu sebabnya node digolongkan sebagai  sweet spots.  

Sekarang  pegang raket pada posisi mendatar. Jatuhkan bola di berbagai tempat pada kepala raket dan amati tinggi pantulannya. Aneh, tinggi pantulan bola tidak sama untuk semua titik. Ada titik  dimana bola tidak dipantulkan sama sekali (bola langsung mati). Titik ini disebut dead spots. Letaknya dekat dengan ujung raket Tetapi ada pula titik yang memantulkan bola sangat keras. Menurut fisika titik ini mempunyai koefisien pantul (coeficient of restitution/COR) yang sangat besar. Titik ini sering disebut titik COR. Para pemain kaliber dunia seperti Hingis dan Venus Williams berlatih keras supaya pukulannya selalu mengenai titik  COR agar bola pantulnya bergerak dengan kecepatan tinggi. Keuntungan-keuntungan  pantulan inilah yang menyebabkan titik ini digolongkan sebagai  sweet spots. Letak titik COR dipengaruhi oleh luasnya kepala raket dan kelenturan batang raket.

Masih pada posisi raket mendatar, sekarang hantamkan bola dari atas dengan kecepatan tinggi pada berbagai daerah di kepala raket. Apa yang terjadi? Raket terasa terdorong keras ke bawah (bertranslasi) dan terputar (berotasi).  Namun ini tidak terjadi pada  semua titik. Ada titik dimana jika titik ini dihantam  bola,  raket hanya berotasi murni (terputar saja). Oleh orang fisika titik ini dinamakan  center of percussion (COP).   Jadi jika bola mengenai titik COP, tangan kita tidak perlu menahan dorongan translasi. Tangan terasa lebih nyaman, itu sebabnya  titik COP  juga digolongkan sebagai  sweet spots. Gimana asyik khan... tahu rahasia sweet spots.

 Serve

Permainan tenis selalu dimulai dengan serve. Tapi sayangnya para pemain amatir biasanya justru tidak terlalu mempedulikannya. Lain halnya dengan pemain profesional tingkat dunia. Mereka justru mengasah kemampuan mereka untuk melakukan  serve sesempurna mungkin karena justru pada saat  serve ini mereka punya kesempatan untuk mencuri angka dan mengendalikan permainan. 

Nama-nama seperti Pete Sampras, Boris Becker, dan Goran Ivanicevic dikenal jagoan dalam melakukan serve karena bisa mencapai kecepatan 190-215 km/jam. Greg Rusedski memegang rekor serve dengan 239,8 km/jam sedangkan untuk pemain cewek, Venus Williams yang memegang rekor dengan 205 km/jam. Hebat yah.... Kecepatan sebesar itu semuanya dihasilkan dari ayunan raketnya! Secepat apa sih tangannya mengayunkan raket? Di sinilah fisika mengintip masuk. 

Untuk menghasilkan serve yang hebat, Venus Williams  harus melakukan ayunan menembus udara dengan memperhitungkan faktor posisi raket, proyeksi dan kecepatan tumbukan, serta mengkoordinasikan semuanya dengan pergerakan tubuhnya (wah banyak amat fisikanya...). Agar bola bergerak dengan kecepatan tinggi, serve dikondisikan supaya raket menumbuk bola tepat di daerah dead spot. Letak   dead spot jauh dari tangan. Menurut fisika   titik yang terjauh dari tangan (pusat putaran) mempunyai kecepatan yang tertinggi. Bukan itu saja, ketika bola mengenai daerah  dead spot,  hampir seluruh momentum raket dipindahkan ke bola (nah bisa ngebayangin kan sekarang, betapa dahsyatnya kecepatan bolanya Venus ini).  Eh masih  ada lagi lho keuntungan  serve ini. Disini bola mengenai titik yang paling jauh atau paling tinggi dari raket, sehingga peluang masuknya (melewati net) lebih besar.

Eh tahu nggak  serve  yang dahsyat dapat membuat orang jadi juara Wimbledon lho.  Bob Falkenbur, pernah  jadi  juara Wimbledon hanya dengan modal serve dan volley yang dahsyat saja. Nggak pakai teknik-teknik lain. Pemain lain yang serve-nya ditakuti orang adalah Arthur Ashe, John Doeg dan tentu saja Pete Sampras si pemain yang dijuluki mempunyai serve yang terbaik dan konsisten. 

 Topspin

Bola yang ber-spin (berputar terhadap sumbunya) seringkali membuat lawan kalang kabut. Spin bisa merubah arah bola ketika sedang bergerak di udara atau merubah pantulan bola  ketika dipantulkan tanah (ground). Dalam tenis dikenal 3 jenis spin dasar: topspin, backspin(underspin) dan  sidespin.  

Pada topspin bola berotasi searah dengan arah gerak majunya (Gambar 4), sedangkan backspin berlawanan dengan arah gerak majunya, dan  sidespin tegak lurus arah gerak majunya (gambar 4)

Topspin memberikan banyak keuntungan  bagi sipemain. Bola dengan topspin akan melengkung lebih tajam, mengurangi kemungkinan  out dan membuat bola memantul lebih tinggi. Menurut perhitungan Howard Brody (fisikawan yang juga pemain tenis), bola yang dipukul dengan topspin  32 putaran per detik akan memantul 24 % lebih tinggi dibandingkan dengan bola yang dipukul dengan backspin. 

Pada gambar 5, ketika bola bergerak dengan   topspin, udara dibagian bawah bola (A) akan bergerak lebih cepat dibandingkan dengan udara di bagian atas bola (B). Menurut fisika, udara yang bergerak lebih cepat akan berkurang tekanannya. Perbedaan tekanan antara  daerah A dan B ini menyebabkan bola terdorong ke bawah (dari B ke A).  Dorongan ke bawah inilah yang membuat bola melengkung tajam kebawah. 

Pada bola dengan  backspin, bola akan bergerak lebih melebar sehingga kemungkinan bola keluar lapangannya (out) lebih besar. Menurut perhitungan Brody, bola  lob dengan kecepatan 125 km/jam (dengan  backspin) akan jatuh diluar lapangan, bandingkan dengan bola topspin yang walaupun dipukul dengan kecepatan 160 km/jam tetap masih jatuh di lapangan. Nah perhitungan inilah yang menyebabkan si pemukul keras  Pete Sampras dan Andre Agassi bola  lob-nya berputar  dengan topspin. Brody, bola  lob dengan kecepatan 125 km/jam (dengan  backspin) akan jatuh diluar lapangan, bandingkan dengan bola topspin yang walaupun dipukul dengan kecepatan 160 km/jam tetap masih jatuh di lapangan. Nah perhitungan inilah yang menyebabkan si pemukul keras  Pete Sampras dan Andre Agassi bola  lob-nya berputar  dengan topspin. 

Struktur Tanah

Wimbledon dikenal sebagai lapangan cepat (lapangan rumput) sedangkan lapangan tanah liat di Perancis Terbuka merupakan lapangan lambat. Lapangan di Amerika Serikat dan Australia Terbuka merupakan komposit sehingga karakteristiknya berada di antara lapangan cepat dan lapangan lambat. Serena Williams, Steffi Graf, Martina Navratilova dan petenis dunia lain yang sudah berhasil mendapatkan Grand Slam berhasil menaklukkan semua lapangan yang berbeda-beda ini. Mau tahu trik bermain di lapangan-lapangan yang berbeda ini, ikuti terus yuk tulisan ini...

Pada lapangan rumput gesekan dengan bola sangat kecil sehingga energi bola yang hilang akibat gesekan sangat kecil. Akibatnya bola tetap memiliki kecepatan yang tinggi setelah memantul dari permukaan rumput. Nah itulah sebabnya lapangan rumput Wimbledon ini sering disebut lapangan cepat.  Dalam lapangan cepat ini trik yang harus digunakan adalah melakukan serve yang cepat dan dahsyat.  Serve cepat ini akan sulit dijangkau lawan sehingga cepat mendapatkan angka. Penonton banyak yang mengeluh karena dengan semakin canggihnya raket yang digunakan dan semakin pintarnya pemain (mungkin karensudah belajar fisika!) permainan tenis  di Wimbledon menjadi terlalu cepat dan membosankan. Satu cara mengatasinya adalah memperbesar diameter bola agar bola bergerak lebih lambat.

Dilapangan tanah liat triknya berbeda  lagi. Disini gesekan lebih besar sehingga bola pantul akan bergerak lebih lambat (kecepatannya bisa berkurang lebih dari 40%). Disamping itu menempelnya butiran-butiran tanah liat pada bola akan membuat bola lebih berat dan  bergerak lebih  lambat lagi. Karena lambatnya bola bergerak, lapangan di Perancis terbuka ini sering disebut lapangan lambat. Disini  serve yang terlalu kuat menjadi tidak efektif. Pemain harus banyak memanfaatkan  spin. Gesekan yang besar dapat membuat bola  topspin  dipantulkan dengan sudut pantul lebih besar dari perkiraan dan bola bergerak lebih cepat. Sedangkan bola  backspin akan dipantulkan dengan sudut yang lebih kecil dari perkiraan dan bergerak lebih lambat.    

Bagaimana, asyik nggak ceritanya? Sebenarnya masih banyak sekali cerita fisika dalam main tenis misalnya pukulan  forehandnya Sampras,  backhandnya Navratilova, volleynya Agassi lalu hebatnya gabungan  topspin dan sidespin yang dikenal dengan American twist serve yang sangat sulit dilakukan itu, belum lagi berbagai rahasia bola tenis dan masih banyak lagi. Yang pasti fisika tenis itu memang asyik...

Santai Bersepeda Fisika

Transportasi menggunakan sepeda merupakan metode transportasi yang 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.

Gaya Gesekan

            Dalam bersepeda, kita akan mengalami beberapa macam gaya gesekan: gaya gesekan antara permukaan kulit dengan udara, gaya gesekan kelahar sepeda dan gaya gesekan antara roda dengan jalan.  Gaya gesekan antara permukaan kulit dengan udara walaupun tidak sebesar  drag force kadang sangat menjengkelkan pula. Ini dapat menjadi faktor penting dalam menentukan kemenangan seorang atlit balap sepeda. Gesekan ini dapat dikurangi dengan menggunakan pakaian bersepeda yang tepat (skinsuit). Bayangkan seorang yang duduk tegak dengan pakaian biasa dapat menaikkan kecepatannya dari 10 km/jam menjadi 20 km/jam dengan menggunakan pakaian yang tepat  dan posisi yang aerodinamik (hebat khan…). 

            Gaya gesekan kelahar sepeda dapat dikurangi dengan menggunakan oli. Sedangkan gaya gesekan antara roda dengan jalan (rolling resistance) dapat dikurangi dengan memompa ban cukup keras. Ban yang kempes akan sangat menguras energi kita. 

            Gaya Gravitasi

            Gaya gravitasi memegang peranan penting saat pengendara sepeda melewati bukit. Gaya ini menarik kita ke bawah. Kita harus memberikan ekstra energi untuk melawan gravitasi ini ketika kita  hendak menanjak bukit. Semakin tajam tanjakan bukit semakin besar energi yang dibutuhkan untuk menaiki tanjakan ini. Namun ketika kita menuruni bukit, gravitasi menjadi faktor yang berguna. Gravitasi mendorong sepeda turun lebih cepat.

Gaya gravitasi juga dapat membuat sepeda tidak seimbang. Cobalah  duduk diatas sepeda yang diam, apa yang kamu-kamu  alami? Kamu  akan merasa tidak stabil dan hendak jatuh  bukan? Mengapa? Gravitasilah penyebabnya. Tetapi mengapa sepeda yang bergerak tidak jatuh? 

 Misalkan  sepeda sedang bergerak lurus dan agak miring ke kanan. Gravitasi akan membuat sepeda jatuh ke sebelah kanan.  Agar sepeda tidak jatuh, kita harus belokan sepeda ke kanan sedikit. Usaha ini menghasilkan gaya sentrifugal yang akan mendorong sepeda ke kiri. Gaya  sentrifugal inilah yang mengkompensasi gaya gravitasi sehingga kita tidak jadi jatuh ke kanan. Sebaliknya  jika kita hendak jatuh ke kiri, kita harus belokkan sepeda ke kiri agar gaya sentrifugalnya ke kanan. Itu sebabnya kalau diamati, lintasan sepeda berkelok-kelok.  

 Gaya sentrifugal ini besarnya tergantung pada kecepatan sepeda. Semakin cepat sepeda semakin besar gaya sentrifugalnya. Sehingga pada waktu  sepeda bergerak cepat, kita tidak perlu membelokkan sepeda terlalu tajam.  Itu sebabnya lintasan sepeda yang bergerak cepat terlihat agak lurus (tidak terlalu berkelok-kelok). 

 Nah itulah gaya-gaya utama yang bekerja  pada saat kita bersepeda.  Walaupun gaya-gaya ini mempunyai pengaruh yang besar, namun seorang pengendara sepeda harus juga memperhatikan kondisi tubuhnya. 

 Tubuh manusia merupakan mesin penggerak dalam proses bersepeda sehingga bahan bakar utama untuk olahraga ini adalah makanan. Faktor genetik dan kadar latihan juga menentukan kinerja maksimal yang dapat dicapai oleh seorang pengendara sepeda. Makanan (sayuran dan buah-buahan) yang mengandung banyak karbohidrat sangat direkomendasikan untuk para atlet sebelum memulai pertandingan. Konsumsi cairan yang  cukup juga merupakan hal yang harus diperhatikan selama bersepeda karena kondisi tubuh yang sudah kehilangan 2% saja cairan tubuh dapat memberikan pengaruh yang besar. Kondisi dehidrasi yang parah dapat menyebabkan kelelahan, stroke, bahkan kematian. Atlet-atlet bersepeda sangat dianjurkan untuk terus menggantikan cairan tubuh yang hilang lewat keringat melalui minuman. Dengan  demikian, konsep-konsep fisika telah sangat membantu para pengendara sepeda untuk melakukan aktivitas bersepeda secara lebih efisien dan aman. (olahraga).

Rahasia Dibalik Keajaiban Karate

 

Karateka pemegang sabuk hitam sering mendemonstrasikan kekuatan dan keahlian mereka dengan cara membelah  dua tumpukan batu bata keras tanpa terluka sedikit pun. Seorang ahli karate dari Jepang bahkan pernah mengalahkan seekor banteng dewasa tanpa menggunakan senjata. Para karateka terlatih tampil bagaikan manusia-manusia super dengan kekuatan ajaib! Apakah mereka melibatkan daya magis? Ataukah atraksi mereka hanya tipuan belaka? 

Seni bela diri yang dikenal dengan nama Karate-Do ini berasal dari pulau Okinawa, Jepang. Seni ini dikembangkan oleh Funakoshi Yoshitaka. Menurut Michael Feld, seorang karateka sabuk coklat yang juga memiliki gelar Ph.D di bidang fisika MIT (Massachusetts Institute of Technology), demonstrasi karate tersebut sama sekali tidak menggunakan tipuan semacam tipuan kamera dan komputer yang biasa dilakukan dalam pembuatan film. Seluruh gerakan karate yang tampak ajaib sesungguhnya hanya merupakan aplikasi prinsip-prinsip fisika. Gerakan karateka merupakan paduan gerakan yang paling efisien sehingga hampir tidak dapat dimaksimalkan lebih jauh lagi. Nama Karate-Do berasal dari bahasa Jepang Kara, yang berarti kosong, Te (tangan), dan Do (metode/cara). Pengertian Karate-Do adalah metode bela  diri menggunakan tangan kosong dengan menggunakan tubuh dan alam sekitar sebagai senjata.

Rahasia utama dalam gerakan bela diri ini adalah kecepatan gerakan serta ketepatan fokus serangan  (sasaran). Semua teknik dalam Karate ditujukan untuk menghasilkan kecepatan dan kekuatan secara efisien. Sebelum memulai gerakan, karateka terbiasa untuk mengambil napas yang dalam, yang kemudian dikeluarkan lagi sambil berteriak keras "HAI-YAAA"  saat melepaskan serangan. Secara fisika, teriakan itu sebenarnya merupakan cara untuk melepaskan gaya yang sangat besar yang dihasilkan oleh otot-otot diafragma (otot yang mengatur gerakan paru-paru) yang berkontraksi sangat cepat. Dengan berteriak, gerakan yang dilakukan menjadi lebih efisien, terutama dalam melakukan pukulan.

Pukulan-pukulan yang  dihasilkan oleh seorang pemula mencapai kecepatan 6 meter per detik, sedangkan  seorang karateka sabuk hitam dapat mengeluarkan pukulan dengan kecepatan 14 meter per detik (lebih cepat dari kecepatan pelari tercepat). Kecepatan gerakan dan pukulan sangat penting dalam Karate.

 Dalam karate,  Joe Louis yang dikenal sebagai “Greatest Karate Fighter of All Time”,   tahu bahwa besaran fisika yang sangat berperan adalah momentum. Momentum suatu benda yang  sedang bergerak sama dengan massa benda itu dikalikan dengan kecepatannya. Benda yang bermassa lebih besar mempunyai momentum yang lebih besar dibandingkan dengan benda yang bermassa lebih kecil. Sebuah truk yang bergerak dengan kecepatan 70 kilometer per jam mempunyai momentum lebih besar dari sebuah mobil taxi yang bergerak dengan kecepatan yang sama. Juga benda yang bergerak dengan kecepatan lebih tinggi mempunyai momentum lebih besar, misalnya truk yang bergerak dengan kecepatan 70 km/jam akan mempunyai momentum lebih besar dari truk yang sama yang bergerak dengan kecepatan 35 km/jam. 

Pada gambar 1 seorang karateka  sedang memukul sasaran yang terbuat dari kayu. Ketika tangannya menghantam  kayu sasaran, ada momentum yang ditransfer dari tangan kepada sasaran.  Besarnya gaya yang dialami oleh kayu akibat pukulan ini sangat tergantung pada berapa besar momentum yang ditransfer dan berapa lama waktu transfernya itu.  Semakin besar momentum yang ditransfer semakin besar gaya yang dialami kayu. Dan semakin cepat waktu transfernya semakin besar pula gaya itu.  Karateka pada gambar 1 mula-mula berdiri dengan kepalan tangan menghadap ke atas. Kemudian ia memberi momentum pada tangan dengan menggerakkannya ke depan. Agar momentum tangannya lebih besar, badan karateka  ikut mendorong (dorongan badan akan  lebih efektif jika selama proses ini kepalan tangan berputar seratus delapan puluh derajat, sehingga sekarang kepalan tangan menghadap ke bawah).  Selanjutnya  momentum yang besar ini ditransfer dalam waktu sekecil mungkin. Agar waktu transfernya sekecil mungkin, setelah mengenai sasaran, sang karateka segera menarik kembali tangannya dengan cepat.

Untuk memperoleh efek hantaman yang lebih besar lagi, tekanan yang diberikan oleh tangan sang karateka harus lebih besar. Ini diperoleh dengan membuat permukaan sentuh antara tangan dan sasaran sekecil mungkin. Dalam hal ini bagian yang cocok untuk menghantam adalah  tulang-tulang metakarpal (tulang antara jari dan pergelangan tangan,  gambar 2).  

Seorang karateka mampu menghantam sasaran dengan energi  sekitar 150 joule. Jika karateka ini memukul dengan telapak tangannya (luasnya sekitar 150 cm kuadrat), maka  energi yang dirasakan oleh titik sasaran hanya sebesar 1 joule per sentimeter  kuadrat (yaitu 150 joule/150 cm2). Tetapi jika karateka itu menggunakan bagian sisi tangannya yang  luasnya lebih kecil (misalnya dengan luas 15 cm kuadrat) maka energi yang dirasakan oleh titik sasaran bisa mencapai 10 joule per sentimeter kuadrat, tentu saja ini akan memberikan efek yang jauh lebih besar. Itulah sebabnya ketepatan sasaran (pukulan yang terkonsentrasi pada luas permukaan sekecil mungkin) sangat penting dalam Karate. Gambar 3 menunjukkan bagian-bagian tangan dan kaki yang sering dipakai untuk menyerang sasaran karena dapat secara  efektif mentransfer momentum pada sasaran dan mempunyai permukaan sekecil mungkin.

Untuk memecah balok kayu, beton, batu bata ataupun balok es, pukulan seorang karateka harus mampu memberikan tekanan yang lebih besar dari batas elastis (kelenturan) yang dapat ditoleransi oleh benda-benda tersebut. Batas elastis Gb4. Memecah betontiap benda berbeda-beda. Beton  mempunyai batas elastis (maximum crushing)  400 kg per sentimeter kuadrat. Artinya jika beton itu  dihantam  dengan gaya setara dengan berat 400 kg, pada daerah seluas 1 sentimeter  kuadrat maka beton itu akan pecah. Batas elastis tulang manusia mencapai 40 kali batas elastis batang beton sehingga lebih susah untuk dipatahkan (saat terjadi  tumbukan yang patah adalah batang beton dan bukan tulang  kaki atau tangan manusia yang memukulnya). Selain itu, tangan dan  kaki manusia dilengkapi pula dengan berbagai ligamen, tendon, otot, dan kulit yang dapat membantu mendispersikan gaya yang diterima ke seluruh tubuh (gaya menjadi tidak lagi terkonsentrasi) sehingga pada akhirnya dapat menyerap gaya sebesar 2000 kali gaya maksimum yang dapat diterima beton. Tangan dan kaki karateka semakin kuat seiring dengan bertambahnya frekuensi latihan karena  terjadi adaptasi dengan terbentuknya jaringan kalus (callus) yang dapat menyerap dan mendifusikan gaya yang diterima saat terjadi tumbukan (tangan dan kaki  tidak terasa sakit sama sekali walaupun bertumbukan dengan balok padat yang keras). Tangan dan kaki yang tidak terlatih sangat mudah terluka karena permukaan kulit masih terlalu halus. Dengan latihan yang serius Mikael Bigersson (Swedia) masuk Guinnes Book dengan memecahkan 21 balok beton berukuran 60 cm x 20 cm x 7 cm dengan menggunakan tangannya dalam waktu 1 menit pada tahun  2001 yang lalu (ck..ck... hebat amat....) Jadi, semua keajaiban Karate ternyata dapat dipelajari menggunakan prinsip-prinsip fisika. Gerakan-gerakannya pun dapat ditingkatkan variasinya menggunakan berbagai strategi yang meminjam konsep dan hukum fisika. Tidak ada tipuan maupun sihir yang terlibat. Rahasianya hanya terletak pada perpaduan konsentrasi dan kesiapan mental dan fisik serta pengetahuan fisika yang baik.[olah raga 2]