Balon udara panas

Balon udara panas adalah sebuah teknologi penerbangan pertama oleh manusia, ditemukan oleh Montgolfier bersaudara di Annonay, Prancis pada 1783. Penerbangan pertama dengan manusia diadakan pada 21 November 1783, di Paris oleh Pilâtre de Rozier dan Marquis d'Arlandes. Balon udara panas dapat dikendalikan dan bukan hanya dibawa angin yang dikenal dengan airship atau thermal airship.

Ide awal dibalik balon udara panas yang kita kenal sekarang telah ada sejak lama. Archimedes, seorang ahli matematika Yunani kuno telah menggambarkan prinsip mengapung lebih dari 2000 tahun yang lalu. Pada abad ke-13, peneliti Inggris Roger bacon dan filsuf jerman Albertus Magnus, keduanya pernah menyampaikan teori tentang mesin terbang.

Namun belum ada yang menjadi kenyataan sampai akhirnya pada musim panas 19 Sept 1783, dihadapan Raja Louis XVI, Montgolfier bersaudara, Joseph dan Etienne menjadikan domba, bebek dan ayam sebagai penumpang pada penerbangan perdana di atas Prancis selama delapan menit. Dua bulan kemudian Marquis Francois dan Pilatre menjadi dua manusia pertama yang terbang.

Balon udara panas dapat terangkat berdasarkan prinsip ilmiah dasar, udara yang lebih panas akan menaik di atas udara yang lebih dingin. Sederhananya, udara panas lebih ringan dari udara dingin karena masa udara perunit volumenya lebih sedikit. Satu kubik kaki udara yang dipanaskan dapat mengangkat 7 gram benda, tidak banyak memang, karena itulah balon udara yang dipanaskan berukuran sangat besar. Untuk mengangkat 450 kg beban dibutuhkan 65 000 kubik kaki udara panas.

Semua partikel udara di atmosfer ditarik oleh gaya gravitasi ke bawah. Tapi tekanan di udara menciptakan gaya ke atas yang bekerja berlawanan dengan gravitasi. Kumpulan udara membangun keseimbangan gaya gravitasi, di mana pada titik ini gravitasi tidak cukup kuat untuk menarik ke bawah sejumlah besar partikel. Tingkat tekanan ini adalah tertinggi pada permukaan bumi di mana udara pada tingkat ini dapat menahan beban diudara diatasnya, jika lebih berat berarti lebih besar gaya gravitasi ke bawah. Ketika Anda bergerak ke atas atmosfer lebih tinggi lagi, massa udara semakin kurang, dan sehingga menyeimbangkan tekanan berkurang. Inilah sebabnya mengapa terjadi penurunan tekanan udara semakin naiknya ketinggian. Perbedaan tekanan udara menyebabkan gaya apung ke atas di udara di sekitar kita. Pada dasarnya, tekanan udara di bawah benda lebih besar daripada diatasnya, sehingga mendorong udara keatas lebih besar dibanding ke bawah. Tapi gaya apung ini adalah lemah dibandingkan dengan gaya gravitasi, hanya sekuat berat udara yang dipindahkan oleh suatu benda. Jelas, sebagian besar benda padat apa pun akan menjadi lebih berat daripada udara yang dipindahkan, sehingga gaya apung tidak bergerak sama sekali. Gaya apung hanya dapat memindahkan hal-hal yang lebih ringan daripada udara di sekitar mereka.

Untuk membuat benda mengapung di udara, maka harus lebih ringan daripada volume yang sama udara di sekitarnya, yaitu dengan mengisi balon dengan udara yang tidak terlalu padat daripada udara sekitarnya. Karena udara dalam balon memiliki kurang massa per unit volume daripada udara di atmosfer yang membuatnya lebih ringan sehingga gaya apung akan mengangkat balon ke atas. Tetapi sekali lagi, lebih sedikit partikel per volume udara artinya tekanan udara lebih rendah, sehingga tekanan udara sekitar akan menekan balon udara sampai kepadatan di dalamnya sama dengan kepadatan udara di luar.

Ada lebih sedikit partikel udara per satuan volume di dalam balon, tetapi karena partikel-partikel tersebut bergerak lebih cepat, dalam dan luar tekanan udara yang sama.

Dengan asumsi bahwa udara di balon dan udara di luar balon ada di bawah kondisi yang persis sama. Maka, jika kita mengubah kondisi udara di dalam balon, kita dapat mengurangi kepadatan, sekaligus menjaga tekanan udara yang sama. Kekuatan tekanan udara pada objek tergantung pada seberapa sering berbenturan dengan partikel-partikel udara objek, serta gaya masing-masing tabrakan. Kita melihat bahwa secara keseluruhan kita dapat meningkatkan tekanan dalam dua cara:

• Meningkatkan jumlah partikel udara sehingga ada sejumlah besar partikel berdampak atas luas permukaan tertentu.
• Meningkatkan kecepatan partikel sehingga partikel menghantam daerah lebih sering dan setiap partikel bertabrakan dengan kekuatan yang lebih besar.

Jadi, untuk menurunkan kerapatan udara dalam balon tanpa kehilangan tekanan udara, Anda hanya perlu meningkatkan kecepatan partikel udara. Anda dapat melakukannya dengan mudah dengan pemanasan udara. Partikel udara menyerap energi panas dan menjadi lebih bereaksi. Hal ini membuat mereka bergerak lebih cepat, yang berarti mereka bertabrakan dengan permukaan lebih sering, dan dengan kekuatan yang lebih besar.

Udara panas memberi tekanan udara yang lebih besar per partikel daripada udara dingin. Jadi naiknya balon udara ke atas adalah karena balon tersebut dipenuhi dengan panas, udara menjadi kurang padat dan dikelilingi oleh udara lebih dingin namun lebih padat.

Sebelum kita mengetahui bagaimana cara kerja balon udara, ada baiknya kita ketahui terlebih dahulu bagian-bagian dari balon udara. Balon udara secara garis besarnya mempunyai tiga bagian utama yaitu envelope, burner, dan basket.

• Envelope merupakan kantong yang terbuat dari bahan nilon berbentuk balon tempat udara dipanaskan. Karena nilon ini tidak tahan api, maka bagian bawah envelope dilapisi dengan bahan anti api (skirt). Envelope ini berisi udara/gas ringan (seperti gas hidrogen) yang berfungsi mengangkat balon udara dari landasannya.

• Burner merupakan alat yang berfungsi untuk memanaskan udara di dalam envelope. Burner di letakan di atas kepala penumpang dekat ke mulut envelope. Burner ini mengatur tekanan dalam kantung udara agar balon dapat terbang dengan ketinggian yang diharapkan.
• Basket atau keranjang merupakan tempat penumpang mengendalikan balon udara atau penumpang yang menikmati penerbangan balon udara. Basket dibuat dari bahan yang ringan dan lentur dan terletak di bawah kantung udara.

Cara kerja balon udara sangat sederhana yaitu dengan cara memanaskan udara di dalam balon agar lebih panas dari udara di luarnya sehingga balon udara mengembang dan dapat naik (terbang). Udara yang lebih panas akan lebih ringan karena masa per unit volumenya lebih sedikit.

Untuk dapat terbang, udara di dalam envelope dipanaskan menggunakan burner dengan temperatur sekitar 100 derajat Celcius. Udara panas ini akan terperangkap di dalam envelope sehingga balon udara pun akan mengembang dan bergerak naik di dorong oleh udara yang bertekanan lebih kuat. Jika ingin mendarat, udara didinginkan dengan cara mengecilkan burner. Udara yang mulai mendingin di dalam envelope membuat balon bergerak turun.

Bagaimana caranya balon udara berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain? Jawabanya adalah dengan cara memanfaatkan hembusan angin untuk bergerak secara horizontal. Arah tiupan angin berbeda pada setiap ketinggian tertentu. Perbedaan arah tiupan angin inilah yang dimanfaatkan oleh pengemudi balon udara untuk mengendalikan balon udara dari satu lokasi ke lokasi yang diinginkan.

Wikimedia Commons memiliki media mengenai Hot air balloon.