Aplikasi Ilmu Fisika Dalam Mempelajari Sepeda Motor

APLIKASI ILMU FISIKA DALAM MEMPELAJARI SEPEDA MOTOR

Mempelajari sepeda motor juga memerlukan perhitungan fisika,

beberapa besaran ukuran dipakai di bidang ini. Perhitungan fisika

diperlukan untuk mengetahui; kapasitas mesin, volume silinder,

perbandingan kompresi, kecepatan piston, torsi, tenaga, korelasi antara

mesin dan kecepatan motor pada tiap posisi gigi dan daya dorong roda

belakang dari sepeda motor, dll.

Kapasitas Mesin

Kapasitas mesin ditunjukkan oleh volume yang terbentuk pada

saat piston bergerak keatas dari TMB ke TMA, disebut juga sebagai

volume langkah. Volume langkah dihitung dalam satuan cc (cm3). Rumus

untuk menghitungnya adalah:

Contoh soal:

Brosur motor Suzuki Smash memuat data diameter silindernya

53,5 mm dengan langkah piston 48,8 mm, tentukan volume langkahnya.

Penyelesaian:

Diketahui : D = 53,5 mm

S = 48,8 mm

􀁓 = 3,14

Ditanya Volume langkah adalah...?

Jawab:

Vlangkah= 0,785x(53,5mm)2x48,8mm

= 109744,9619mm3

= 109,7cm3= 110 cc

Jadi volume langkah dari motor Suzuki Smash tersebut adalah 109, 7 cc

dibulatkan menjadi 110 cc. Contoh soal:

Brosur motor Suzuki Smash memuat data diameter silindernya

53,5 mm dengan langkah piston 48,8 mm, tentukan volume langkahnya.

Penyelesaian:

Diketahui : D = 53,5 mm

S = 48,8 mm

􀁓 = 3,14

Ditanya Volume langkah adalah...?

Jawab:

Vlangkah= 0,785x(53,5mm)2x48,8mm

= 109744,9619mm3

= 109,7cm3= 110 cc

Jadi volume langkah dari motor Suzuki Smash tersebut adalah 109, 7 cc

dibulatkan menjadi 110 cc.

Volume Ruang Bakar

Volume ruang bakar adalah volume dari ruangan yang terbentuk

antara kepala silinder dan kepala piston yang mencapai TMA.

Dilambangkan dengan Vc (Volume compressi)

Volume Silinder

Volume silinder adalah jumlah total dari pertambahan antara

volume langkah dengan volume ruang bakar.

Perbandingan Kompresi

Perbandingan kompresi adalah perbandingan volume silinder

dengan volume kompresinya. Perbandingan kompresi berkaitan dengan

volume langkah.

Bila dinyatakan dalam suatu rumus maka:

dimana:

Besarnya perbandingan kompresi untuk sepeda motor jenis

touring berkisar antara 8 : 1 dan 9 : 1. ini artinya selama lankgah

kompresi muatan yang ada di atas piston dimampatkan 8 kali lipat dari

volume terakhirnya. Makin tinggi perbandingan kompresi, maka makin

tinggi tekanan dan temperatur akhir kompresi.

Efisiensi Bahan Bakar dan Efisiensi Panas

Nilai kalor (panas) bahan bakar perlu kita ketahui, agar neraca

kalor dari motor dapat dibuat. Efisiensi atau tidak kerjanya suatu motor,

ditinjau atas dasar nilai kalor bahan bakarnya. Nilai kalor mempunyai

hubungan dengan berat jenis. Pada umumnya makin tinggi berat jenis

maka makin rendah nilai kalornya. Pembakaran dapat berlangsung

dengan sempurna, tetapi juga dapat tidak sempurna.

Pembakaran yang kurang sempurna dapat berakibat:

1. Kerugian panas dalam motor menjadi besar, sehingga efisiensi

motor menjadi turun, usaha dari motor menjadi turun pula pada

penggunaan bahan bakar yang tetap.

2. Sisa pembakaran dapat menyebabkan pegas-pegas piston

melekat pada alurnya, sehingga ia tidak berfungsi lagi sebagai

pegas torak.

3. Sisa pembakaran dapat pula melekat pada lubang pembuangan

antara katup dan dudukannya, terutama pada katup buang, sehingga

katup tidak dapat menutup dengan rapat.

4. Sisa pembakaran yang telah menjadi keras yang melekat antara

piston dan dinding silinder, menghalangi pelumasan, sehingga

piston dan silinder mudah aus.

Efisiensi bahan bakar dan efisiensi panas sangat menentukan

bagi efisiensi motor itu sendiri. Masing-masing motor mempunyai efisiensi

yang berbeda.

Kecepatan Piston

Sewaktu mesin berputar, kecepatan Piston di TMA dan TMB

adalah nol dan pada bagian tengah lebih cepat, oleh karenanya

kecepatan piston diambil rata - rata.

Dengan rumus sbb :

V = Kecepatan Piston rata-rata

L = Langkah (m).

N = Putaran mesin (rpm).

Dari TMB, piston akan bergerak kembali keatas karena putaran

poros engkol, dengan demikian pada 2x gerakan piston, akan

menghasilkan 1 putaran poros engkol, jika poros engkol membuat N

putaran, maka piston bergerak 2LN. Karena dinyatakan dalam detik maka

dibagi 60.

Torsi

Gaya tekan putar pada bagian yang berputar disebut Torsi,

sepeda motor digerakan oleh torsi dari crankshaft

Makin banyak jumlah gigi pada roda gigi, makin besar torsi yang

terjadi. Sehingga kecepatan direduksi menjadi separuhnya.

Panjang dari pemutaran (r) adalah disamakan dengan jarak dari crakkshaft ke crank pin, ini berarti separuh dari langkah piston. Gaya (F) yang dikerjakan pada pemutar disamakan dengan tekanan kompresi yang dihasilkan oleh gas hasil pembakaran yang akan mendorong piston kebawah, oleh karena itu torsi (T) berubah sesuai dengan besarnya gaya (F) selama r tetap.  Besarnya gaya F, berubah sesuai dengan perubahan kecepatan mesin ini berarti dipengaruhi oleh efisiensi pembakaran, demikian juga T juga ikut berubah. Pada kecepatan specifik torsi menjadi maximum. Ini disebut torsi maximum. Tapi kenaikan kecepatan mesin selanjutnya tidak akan menaikan torsi.

Keadaan Didalam Mesin

Torsi Maksimum

Besarnya Torsi maksimum setiap sepeda motor berbeda-beda.

Ketika sepeda motor bekerja dengan torsi maximum, gaya gerak roda

belakang juga maximum. Semakin besar torsinya, semakin besar tenaga

sepeda motor tersebut. Besarnya torsi biasanya dicantumkan dalam data

spesifikasi teknik, buku pedoman servis atau dalam brosur pemasaran

suatu produk motor.

Tenaga (Horse Power)

Kerja rata-rata diukur berdasarkan tenaga akhir (Torsi dari crank

saft menggerakan sepda motor, tapi ini hanya gaya untuk menggerakan

sepeda motor dan kecepatan yang menggerakan sepeda motor tidak

diperhitungkan. Tenaga adalah kecepatan yang menimbulkan kerja).

􀁸 Satuan tenaga

PS (Prerd strarke in Jerman) 1 PS - 75 Kg m/sec adalah tenaga

untuk menggerakan obyek seberat 75 Kg sejauh 1 m dalam 1

secon (makin besar tenaga makin besar jurnlah kerja persatuan

waktu).

􀁸 Perhitungan tenaga crankshaft

Untuk menghitung berapa kali pena engkol berputar bergerak oleh

gaya specifik persatuan waktu (detik)

Kerja (Q)= Gaya (F) x jarak (r)

Torsi (T)= Gaya (F) x jarak (r)

Gaya (F)= Torsi (T) : jarak (r)

Jarak (r) yang ditempuh oleh perputaran crank pin permenit

=2􀁓 .rN

􀁸 Hubungan antara putaran mesin dan horsepower (Tenaga)

Tenaga mesin berubah-ubah tergantung dari torsi dan kecepatan

putar mesin. Mesin dengan putaran tinggi, biasanya tenaga yang

dihasilkan juga besar tapi jika putaran terlalu tinggi tenaga yang

dihasilkan akan menurun.

Jika pada putaran tertentu tenaga maksimum di hasilkan, maka

hal itu disebut "Maksimum power".

Performance Curves (Diagram Kemampuan mesin)

Diagram Kemampuan mesin terdiri dari Engine performa diagram

dan ring performa. Engine performa diagram, merupakan indikasi tenaga

mesin, torsi, dan pemakaian bahan bakar yang dilihat dari putaran mesin.

Dengan kata lain pada “Run ring performance curva diagram"

diperlihatkan hubungan antara posisi Gear putaran mesin, Tenaga roda

belakang dan hambatan pada saat berjalan dari saat sepeda motor

berjalan. Dengan membaca performance curva, dapat dilihat kemampuan

dan kelebihan suatu sepeda motor.

Karakter Dari Mesin

Tenaga mesin dan kurva torsinya menggambarkan karakteristik mesin. Ketika putaran mesin berada dalam range yang powernya maksimum dan kurva torsinya lebar, dan terjadi pada putaran mesin yang rendah, mesin ini bertipe mesin-mesin putaran rendah. dan sangat bertenaga pada putaran menengah, singkatnya mesin ini cocok untuk kendaraan jalan raya. Dan jika puncak kurva torsinya lebih sempit dan terjadi saat putaran yang lebih tinggi, mesin ini bertipe mesin putaran tinggi dan sangat cocok untuk mesin motor sport/balap. Secara umum, jika mesin dengan kurva torsi yang lebih tinggi dan yang lebih rendahnya terjadi pada putaran normal/midle mudah dalam penggunaannya. Sebaliknya, jika ada perbedaan yang cukup besar torsinya dalam putaran mesinnya atau jika torsi max-nya terjadi pada putaran tinggi, akan lebih sulit dalam penggunaannya/pengoperas iannya

Contoh :

Dalam kurva torsi diatas, saat YB 50 dan RZ 50 dibandingkan, YB 50 menunjukkanperforma yang lebih baik saat putaran dibawah 6500 rpm dan kurva itu bagus untuk penggunaan umum.

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik

Konsumsi bahan bakar spesifik dan konsumsi bahan-bakar yang

menunjukan berapa banyak kilometer yang dapat ditempuh oleh motor

dengan 1 liter bensin. Dalam konsumsi bahan-bakar spesifik yang

ditunjukkan adalah berapa gram dari bahan-bakar yang digunakan HP

/jam secara umum efisiensi mesin tertinggi (konsumsi bahan-bakar

spesifik terendah) terjadi dimana kurva power dan kurva torsinya samasama

paling tinggi.

Diagram Performa Mesin Saat Berjalan

Garis vertikal menunjukan

tenaga putaran pada roda

belakang, hambatan, beban

putaran, putaran mesin (rpm) dan

garis horisontal kecepatan motor

(km/jam) bersuian juga dengan

posisi gigi transmisinya.

Dari diagram disebelah ini,

dapat dilihat hubungan antara

putaran mesin dan kecepatan

motor untuk tiap-tiap posisi gigi

transmisi, antara putaran mesin

dengan daya putaran roda

belakang. Daya putaran roda

belakang adalah daya yang

dibutuhkan untuk menaiki

tanjakan/daya tanjakan maksimum

dan kecepatan maksimum pada

tiap-tiap posisi gigi.