Turbulensi: salah satu misteri terbesar fisika - Tomás Chor

Lihat pelajaran lengkapnya: https://ed.ted.com/lessons/turbulence-one-of-the-great-unsolved-mysteries-of-physics-tomas-chor

Kamu sedang berada di dalam pesawat dan tiba-tiba mearasakan guncangan. Tampak tidak ada yang terjadi di luar jendela. Akan tetapi, pesawat tetap membuat dirimu dan penumpang lain khawatir selagi pesawat melewati turbulensi udara di atmosfer. Apa sesungguhnya turbulensi itu dan mengapa itu terjadi? Tomás Chor mendalami salah satu misteri fisika yang masih bertahan: fenomena kompleks dari turbulensi.

Materi oleh Tomás Chor, disutradarai oleh Bilijana Labovic.

Kamu sedang berada di pesawat
lalu tiba-tiba merasakan goncangan.

Tampak tidak ada yang terjadi
di luar jendela,

namun pesawat tetap membuat
kamu dan penumpang lainnya khawatir

saat melewati
turbulensi udara di atmosfer.

Walaupun info ini tidak akan
membuatmu lebih tenang,

fenomena ini merupakan
misteri umum dalam fisika.

Setelah mempelajari turbulensi
lebih dari satu abad,

kita baru menemukan beberapa jawaban
tentang bagaimana ia terjadi

dan memengaruhi dunia sekitar kita.

Lagi pula, turbulensi ada di mana-mana,

muncul hampir di semua sistem
yang berkaitan dengan fluida bergerak.

Termasuk juga aliran udara
di dalam saluran pernapasanmu.

Darah yang mengalir melalui arterimu.

Juga kopi di dalam cangkirmu,
ketika kamu mengaduknya.

Awan dikendalikan oleh turbulensi,

sebagaimana ombak menabrak tepi pantai
dan semburan plasma pada matahari.

Memahami dengan tepat bagaimana
fenomena ini terjadi

akan memiliki pengaruh
pada berbagai aspek kehidupan.

Berikut hal-hal yang diketahui.

Cairan dan gas biasanya mempunyai
dua tipe pergerakan:

aliran laminar,
yang bersifat stabil dan lancar;

dan aliran turbulen, yang terdiri dari
pusaran yang tidak terorganisir.

Bayangkan sebuah batang dupa.

Aliran laminar dari asap yang tenang
pada bagian dasar

bersifat tetap dan mudah diprediksi.

Namun, semakin dekat ke atas,

asap semakin cepat,
dan menjadi tidak stabil,

serta terjadi perubahan pola pergerakan
menjadi berantakan.

Seperti itulah terjadinya turbulensi,

dan setiap aliran turbulen
memiliki kesamaan karakteristik tertentu.

Pertama, turbulensi selalu kacau.

Hal ini berbeda arti dengan random.

Ini berarti turbulensi sangat sensitif
terhadap gangguan.

Sedikit dorongan dari satu atau lain sisi

akan menyebabkan hasil
yang sangat berbeda.

Inilah yang membuat hampir tidak mungkin
memprediksikan apa yang akan terjadi,

bahkan dengan banyak informasi
mengenai keadaan terkini suatu sistem.

Karakteristik penting lain dari turbulensi

adalah aliran ini menunjukkan
skala pergerakan yang berbeda.

Aliran turbulen memiliki banyak pusaran
yang berbeda ukuran, yang disebut eddy,

seperti vorteks yang terdiri dari
ukuran dan bentuk berbeda-beda.

Semua eddy yang berbeda ukuran itu
berinteraksi satu sama lain,

terpecah menjadi lebih kecil dan
lebih kecil lagi

hingga semua pergerakan
berubah menjadi panas,

dalam proses yang disebut
"kaskade energi".

Begitulah cara kita mengenali turbulensi.

Namun, mengapa turblensi terjadi?

Pada setiap cairan atau gas bergerak
terdapat dua gaya berlawanan:

inersia dan viskositas.

Inersia adalah kecenderungan fluida
untuk tetap bergerak,

yang menyebabkan ketidakstabilan.

Viskositas bekerja melawan gangguan,

membuat aliran menjadi laminar.

Pada fluida kental seperti madu,

viskositas hampir selalu menang.

Zat berviskositas yang lebih kecil,

seperti air dan udara,
lebih rentan terhadap inersia,

yang menciptakan ketidakstabilan
yang berkembang menjadi turbulensi.

Kita mengukur sifat suatu aliran
di antara spektrum tersebut

menggunakan nilai
yang disebut angka Reynolds,

yang merupakan perbandingan
antara inersia dan viskositas aliran.

Semakin tinggi angka Reynolds,

semakin besar kemungkinan
turbulensi terjadi.

Sebagai contoh,
madu yang dituangkan ke cangkir,

memiliki angka Reynolds sekitar 1.

Air yang diperlakukan sama memiliki
angka Reynolds mendekati 10.000.

Angka Reynolds berguna untuk
memahami skenario sederhana,

namun tidak efektif pada
kebanyakan situasi.

Sebagai contoh, pergerakan atmosfer
dipengaruhi secara signifikan

oleh banyak faktor seperti gravitasi
dan rotasi bumi.

Atau ambil contoh sederhana
seperti hambatan pada bangunan dan mobil.

Berkat eksperimen dan bukti empiris,
kita dapat membuat modelnya.

Namun, fisikawan ingin bisa memprediksinya
melalui hukum fisika dan persamaan

sebagaimana kita dapat memodelkan
orbit planet atau medan elektromagnetis.

Kebanyakan ilmuwan menduga bahwa untuk
mencapainya akan bergantung pada statistik

dan peningkatan daya komputer.

Simulasi aliran turbulen pada
komputer berkecepatan sangat tinggi

dapat membantu kita mengidentifikasi pola
yang dapat disimpulkan menjadi suatu teori

yang mengatur dan menyatukan prediksi
pada situasi berbeda.

Ilmuwan lain berpendapat
bahwa fenomena itu terlalu rumit

sehingga tidak akan mungkin
terdapat satu teori yang lengkap.

Semoga kita dapat mencapai terobosan,

karena pemahaman turbulensi yang tepat
dapat memiliki dampak positif besar

Termasuk ladang turbin angin
yang lebih efisien;

kemampuan untuk persiapan cuaca ekstrem
yang lebih baik;

atau bahkan kekuatan untuk
menjauhkan angin topan.

Dan tentunya, perjalanan yang lebih mulus
untuk jutaan penumpang pesawat.