It's Science Time, Halo Sobat100 jumpa lagi bersama tim100. Ya kali ini kita bahas trending topic selama 1 minggu ini, tidak lain adalah soal Tabrakan Tiang Listrik. Seperti yang Sobat100 pelajari di bangku SMA, Tabrakan/Kecelakaan sejatinya adalah peristiwa tumbukan yang mana secara bersamaan terjadi transfer momentum dan energi. Ada 2 jenis tumbukan yaitu tumbukan lenting dan tumbukan tidak lenting. OK Sebelum kita bicara tentang Tabrakan Tiang Listriknya mari kita pahami dulu sisi Sainsnya.

Tumbukan

Seperti yang sudah tim100 sebutkan di atas, Ada 2 jenis tumbukan yaitu tumbukan lenting dan tumbukan tidak lenting. Dalam Mekanika, kedua jenis tumbukan ini haruslah memenuhi Hukum Kekekalan Momentum. Tumbukan lenting terjadi apabila ada peristiwa tumbukan akan tetapi tidak ada energi yang hilang alias Energi Kekal (atau dalam Mekanika dikenal dengan istilah Hukum Kekekalan Energi Mekanik). Sementara untuk jenis tumbukan tidak lenting ada dua jenis lagi yaitu tumbukan lenting sebagian dan tumbukan tidak lenting sama sekali. Contoh tumbukan lenting sebagian adalah menembusnya peluru saat ditembakkan pada suatu ayunan balistik (dalam Mekanika kita kenal istilah koefisien restitusi yaitu perbandingan selisih kecepatan objek tumbukan sesaat setelah tumbukan dan sebelum tumbukan). Nah pada kasus Tabrakan Tiang Listrik ini termasuk dalam jenis tidak lenting sama sekali. Kenapa? Karena ditandai dengan objek yang mula-mula bergerak (dalam hal ini mobil Toyota Fortuner) lalu setelah bertumbukan dengan tiang listrik menjadi berhenti (pada kasus ini nilai koefisien restitusi e = 0 karena selisih kecepatan dua objek yang bertumbukan sama dengan nol alias tidak bergerak lagi).

Mengutip keterangan dari Direktur Lalu Lintas Polda Metro Jaya Kombes Halim Pagarra mengatakan kecepatan mobil Toyota Fortuner itu diketahui dari hasil pemeriksaan tim Traffic Accident Analys (TAA) saat olah TKP.[1] Awalnya mobil memliki kecepatan mula - mula 50 km/jam kemudian membentur trotoar dan terjadi pengurangan kecepatan menjadi 30 km/jam (berarti terjadi tumbukan lenting sebagian). Lalu menghantam pohon dan kecepatan turun lagi menjadi 21 km/jam (kembali tumbukannya lenting sebagian). Terakhir mobil itu menabrak tiang listrik dan berhenti (yang terkahir ini merupakan tumbukan tidak lenting sama sekali). Untuk menganalisanya mari kita bagi menjadi tiga bagian. Bagian 1 membentur trotoar, bagian 2 menghantam pohon dan bagian 3 menabarak tiang listrik.

Bagian 1 membentur trotoar

Setya Novanto Kecelakaan dengan Fortuner, Ini Kata Toyota
Foto: Istimewa/detikcom

Dari informasi yang didapat mobil tersebut adalah Fortuner Grand New VNT (Variable Nozzle Turbocharger) Diesel tahun 2012 yang mana memiliki massa 1 779 kg, kecepatan awal v1 = 50 km/jam = 13,89 m/s dan kecepatan setelah membentur trotoar menjadi v2 = 30 km/jam = 8,33 m/s. Asumsikan mobil membawa 3 penumpang dengan massa rata - rata adalah 70 kg. Pertama yang bisa kita hitung impulsnya

\(I = m_{\text{total}}\ .\ \Delta v\\ I = (m_{\text{mobil}}+3 m_\text{penumpang })\times(v_2-v_1)\\ I = [(1 779 +3\times 70)\text{ kg}]\times[(8,33-13,89) \text{ m/s}]\\ I = -11\; 058,84 \text{ N s}\)

Adanya impuls atau perubahan momentum ini bisa dilihat dampaknya dari kerusakan roda kanan depan atau mungkin goncangan di dalam kabin mobil. Tanda negatif menunjukkan adanya momentum yang hilang atau berkurangnya kecepatan. Bisa juga terjadi perubahan arah gerak mobil (karena dalam perhitungan diasumsikan gerak mobil tetap). Selanjutnya yang kedua bisa dihitung koefisien restitusi
 
\(e=\frac{v_2}{v_1}\\ e=\frac{8,33\text{ m/s}}{13,89\text{ m/s}}\\ e \approx 0,6\)
 
Dan energi kinetik yang hilang
 
\(\Delta EK=EK_2-EK_1\\ \Delta EK=\frac{1}{2} m_\text{total } (v_2\, ^2-v_1\,^2)\\ \Delta EK=\frac{1}{2}\times [(1779+3\times 70)\text{ kg}]\times [(8,33\text{ m/s})^2-(13,89\text{ m/s})^2]\\ \Delta EK=-122\,863,7\text{ J}\)
 
Energi yang hilang ini biasanya berubah menjadi timbulnya gesekan yang muncul pada trotoar (bisa dilihat pada trotoarnya biasanya ada bekasnya), bunyi tumbukan atau panas yang muncul saat tumbukan.
 

Bagian 2 menghantam pohon

Mobil kemungkinan menabrak pohon dulu
Foto: Istimewa/detikcom

Masih dengan objek yang sama (mobil Toyota Fortuner dengan tiga penumpang) kali ini kecepatan v2 = 30 km/jam = 8,33 m/s dan setelah menghantam pohon menjadi v3 = 21 km/jam = 5,83 m/s . Dengan formula yang sama bisa kita hitung impuls, koefisien restitusi dan energi yang hilang berturu-turut adalah

\(I = m_{\text{total}}\ .\ \Delta v\\ I = (m_{\text{mobil}}+3 m_\text{penumpang })\times(v_3-v_2)\\ I = [(1 779 +3\times 70)\text{ kg}]\times[(5,83-8,33) \text{ m/s}]\\ I = -4\; 972,5 \text{ N s}\)

 

\(e=\frac{v_2}{v_1}\\ e=\frac{5,83\text{ m/s}}{8,33\text{ m/s}}\\ e \approx 0,7\)

 

\(\Delta EK=EK_3-EK_2\\ \Delta EK=\frac{1}{2} m_\text{total } (v_3\, ^2-v_2\,^2)\\ \Delta EK=\frac{1}{2}\times [(1779+3\times 70)\text{ kg}]\times [(5,83\text{ m/s})^2-(8,33\text{ m/s})^2]\\ \Delta EK=-70\,410,6\text{ J}\)

Energi yang hilang ini bisa dilihat dari jejak yang tertinggal pada pohon.

Bagian 3 menabarak tiang listrik

Mobil Fortuner yang ditumpangi Setya Novanto
Foto: Istimewa/detikcom

Objek masih sama (mobil Toyota Fortuner dengan tiga penumpang) kali ini kecepatan v3 = 21 km/jam = 5,83 m/s dan setelah menabrak tiang listrik berhenti maka v4 = 0 sehingga koefisien resitutsi e = 0. Dengan formula yang sama bisa kita hitung impuls, dan energi yang hilang berturu-turut adalah

\(I = m_{\text{total}}\ .\ \Delta v\\ I = (m_{\text{mobil}}+3 m_\text{penumpang })\times(v_4-v_3)\\ I = [(1 779 +3\times 70)\text{ kg}]\times[(0-5,83) \text{ m/s}]\\ I = -11\; 595,87 \text{ N s}\)

\(\Delta EK=EK_4-EK_3\\ \Delta EK=\frac{1}{2} m_\text{total } (v_4\, ^2-v_3\,^2)\\ \Delta EK=\frac{1}{2}\times [(1779+3\times 70)\text{ kg}]\times [(0)^2-(5,83\text{ m/s})^2]\\ \Delta EK=-67\,603,9\text{ J}\)

Energi yang hilang ini bisa dilihat dari kerusakan yang terjadi pada mobil (terutama pada bagian bamper depan)

Pertanyaan berikutnya adalah "Lantas kenapa tiang listrik baik-baik saja ?"

Pertanyaan ini bisa kita jawab dalam Fisika Zat Padat, semua benda memiliki nilai elastisitas (istilah Mekanikanya adalah Modulus Elastik atau Modulus Young). Sebagai contoh Sobat100 bisa melihat Usaha Presiden Habibie semasa mudanya saat masih di Jerman dalam merancang gerbong kereta api pada Film Habibie Ainun tahun 2012 silam. Jika material gerbong kereta api dan tiang listrik adalah sama yaitu besi maka nilai Modulus Elastik (Modulus Young) Ybesi = 2,0 x 1011 Pa. Apa pentingnya nilai ini ? Pertama Sobat 100 perlu hubungkan dengan Hukum Hooke

\(Y=\frac{\sigma}{\varepsilon}\\ Y=\frac{\frac{F}{A}}{\frac{\Delta L}{L}}\\ Y=\frac{k\times \Delta L}{A}\times \frac{ L}{\Delta L}\\ Y=\frac{k\times L}{A}\)

atau kita peroleh nilai konstanta untuk besi adalah

\(k=\frac{Y\times A}{L}\)

Sedikit pengamatan terhadap tiang listrik tersebut, sederhananya kita asumsikan tinggi tiang listrik kira-kira 7 meter lalu diameternya adalah 124 mm = 0,124 m[2] . Asumsikan bila energi yang dibawa mobil ini ditransfer seluruhnya kepada tiang listrik

\(EK=EP_\text{besi}\\ \frac{1}{2}m \ v_3\,^2=\frac{1}{2} k\ \Delta L^2\\ m \ v_3\,^2= (\frac{Y\times A}{L})\ \Delta L^2\\ \Delta L^2=\frac{m_\text{total} \ v_3\,^2\times L}{Y\times \frac{1}{4} \pi D^2}\\ \Delta L^2=\frac{[(1779+3\times 70)\text{ kg}]\times (5,83 \text{ m/s})^2 \times (7\ \text{ m})}{(2,0\times 10^{11} \text{ Pa})\times \frac{1}{4} \pi \times (0,124\ \text{ m})^2}\\ \Delta L^2=1,96\times 10^{-4}\ \text{ m}^2\\ \Delta L=0,014\ \text{ m} = 1,4 \ \text{cm}\)

itu artinya jika semua energi yang dibawa mobil ini diterima oleh tiang listrik maka pada tiang listrik hanya akan terjadi penyok sedalam 1,4 cm saja. Namun nyatanya yang rusak adalah bamper mobil ini menandakan bahwa material tiang listrik ternyata lebih kuat ketimbang bamper mobil.

Airbag

Berikutnya yang menjadi pertanyaan kita bersama adalah mengapa Airbag dalam mobil tidak mengembang jika terjadi tabrakan ?

Kantong udara (yang dikenal sebagai airbag) merupakan sebuah perangkat keselamatan kendaraan bermotor modern. Dalam kecelakaan lalu lintas antara mobil dengan kendaraan lain atau objek tetap, pengemudi dan penumpang dilindungi dengan suatu kantong udara yang mengembang dalam hitungan milli detik (ms).

 

File:Interior of 1975 Buick Electra.jpg
Pada tahun 1974 General Motor membuat Air Cushion Restraint System (ACRS) pada model Buick Electra.

 

Untuk mengembangkan kantong dengan sangat cepat, pada saat terjadi kecelakaan pemicu akan mengaktifkan reaksi kimia propelant dengan sangat cepat dan menghasilkan gas N2 dalam waktu yang sangat singkat untuk mengembangkan kantong setelah benturan terjadi. Reaksi yang terjadi adalah

(1) 2 NaN3 2 Na + 3 N2 (g)

(2) 10 Na + 2 KNO3 K2O + 5 Na2O + N2 (g)

(3) K2O + Na2O + 2 SiO2 K2SiO3 + Na2SiO3 (gelas silikat)

Yang mana berdasarkan paten ukuran molekul ini sangat penting. Di mana NaN3 dan KNO3 harus berkisar 10 dan 20 µm, sementara SiO2 harus antara 5 dan 10 µm.[3]

Setelah beberapa saat kemudian kantong akan mengempis dengan sendirinya sehingga kantong tidak akan menghalangi pernapasan korban kecelakaan. Di Amerika sendiri airbag akan mengembang apabila mobil dengan kelajuan 23 km/jam (14 mil/jam) menabrak dinding.[4] Hal ini bisa menjawab mengapa dalam kasus kecelakaan yang ramai dibicarakan warga Indonesia minggu lalu ini airbagnya tidak mengembang.

Terakhir tim100 menghimbau tertiblah berlalu lintas, gunakan sabuk pengaman dan fokus dalam berkendara (jangan bercanda, memainkan telepon seluler dan melakukan kegiatan lain atau dipengaruhi oleh suatu keadaan yang mengakibatkan gangguan konsentrasi dalam mengemudi) karena diatur dalam Undang-Undang Nomor 22 Tahun 2009 tentang Lalu Lintas dan Angkutan Jalan[5]

Menuju Indonesia Tertib, Bersatu, Keselamatan Nomor Satu

Salam100

Daftar Pustaka

[1] Mei. 2017. Kecepatan Mobil Setya Novanto Sebelum Kecelakaan Capai 50 Km/Jam.https://news.detik.com/berita/d-3736181/kecepatan-mobil-setya-novanto-sebelum-kecelakaan-capai-50-kmjam

[2] https://cvaristonkupang.com/2013/03/20/ukuran-tiang-listrik/

[3] Coodly P. Ramaswamy & Francis Souriraja. 1992. Gas generating composition for air bags. US Patent 5089069 A

[4] When Do Air Bags Deploy? https://web.archive.org/web/20100528074720/http://www.nhtsa.gov/people/injury/airbags/airbags03/page3.html

[5] https://www.polri.go.id/m_tentang_tilang.php

 

CATATAN PENULIS

Pada awalnya kantong udara hanya digunakan pada tempat pengemudi yang ditempatkan di kemudi, belakangan ini jumlah kantong udara juga digunakan untuk penumpang yang duduk di kursi depan, dan ada kendaraan yang juga menempatkan pada kursi belakang, termasuk yang ditempatkan di pintu untuk mengantisipasi tabrakan dari samping.

Kantung udara pertama kali ditemukan tahun 1951 oleh Walter Linderer dari Jerman dan John Hedrik dari Amerika dan mendapatkan paten Jerman# 896312, di mana cara kerjanya berdasarkan sistem udara terkompresi, akan tetapi tidak cukup cepat untuk menyelamatkan penumpang kendaraan. Kemudian Allen Breed pada tahun 1968 menemukan sistem airbag menggunakan sistem sensor dan keselamatan, dan mematenkan penemuannya dengan hak paten US # 5.071.161, yang merupakan teknologi penginderaan kecelakaan yang menjadi cikal bakal kelahiran airbag. Pada tahun 1971, Perusahaan mobil Ford mulai bereksperimen dengan airbag dan menggunakannya sejak tahun 1973, diikuti perusahaan mobil lainnya. Kemudian pada tahun 1998 airbag menjadi keharusan di Amerika.