Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Seberapa Cepat Phobos-Grunt Mendarat?

Pada bulan Januari 2012 lalu, masyarakat dunia menantikan saat-saat mendebarkan menunggu jatuhnya sebuah wahana antariksa ke bumi. Wahana antariksa ini bernama Phobos-Grunt buatan Rusia. Awalnya, wahana Phobos-Grunt ini ditugaskan untuk mencapai Phobos, satelit alami Planet Mars, dan mengambil contoh tanah untuk dibawa pulang ke Bumi. Sayangnya, pada awal 2012, wahana ini mengalami kegagalan misi. Penyebabnya belum dikemukakan ke khalayak publik. Kehebohan yang muncul di masyarakat adalah di mana tempat jatuhnya Phobos-Grunt dan seberapa bahaya jatuhnya wahana ini.

Wahana Phobos-Grunt (gambar dari http://russianspaceweb.com).

Wahana Phobos-Grunt (gambar dari http://russianspaceweb.com).

Kali ini kita sedikit mengulas aspek bahaya jatuhnya Phobos-Grunt, terutama memperkirakan kecepatan jatuhnya. Sebagaimana meteorit yang jatuh ke bumi dan penerjun payung, Phobos-grunt mencapai kecepatan terminal (terminal velocity) beberapa saat sebelum mencapai permukaan bumi. Kecepatan terminal adalah kecepatan yang konstan pada saat terjadi keseimbangan gaya gravitasi yang mengarah ke bumi dan gaya gesek (drag force) yang arahnya berlawanan dengan arah jatuh suatu benda.

Sebelum benda bergerak dengan kecepatan terminal, kecepatan benda mengalami perlambatan karena gaya gravitasi lebih besar daripada gaya gesek. Pada saat jatuh, benda mengalami gaya gesek disebabkan adanya interaksi permukaan benda tersebut dengan fluida (dalam hal ini bentuk fluidanya adalah udara). Besarnya gaya gesek berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan benda sehingga gaya gesek ini semakin bertambah besar 4 kali lipat bila kecepatan benda 2 kali lipat semula. Sampailah pada suatu keadaan besarnya gaya gravitasi sama dengan besarnya gaya gesek tersebut. Pada kondisi ini benda bergerak dengan kecepatan konstan. Hal ini sejalan dengan hukum Newton I berupa rumusan gerak suatu benda ketika terjadi keseimbangan gaya.

Gaya gesek dan gaya gravitasi pada penerjun payung.

Gaya gesek dan gaya gravitasi pada penerjun payung.

Besarnya gaya gesek juga dipengaruhi oleh bentuk benda, luas permukaan benda, dan jenis fluida. Mari kita bayangkan melihat penerjun payung saat melayang di angkasa. Penerjun payung membentangkan tangan dan kaki agar gaya gesek semakin besar sehingga mereka punya lebih banyak waktu untuk melakukan atraksi di udara. Sebelum mendarat, mereka juga menggunakan parasut untuk memperbesar gaya gesek. Pada akhirnya, penerjun payung mencapai kecepatan terminal sekitar 200 km/jam.

Besarnya gaya gesek dipengaruhi oleh bentuk, luas permukaan benda, dan jenis fluida sehingga kecepatan terminal pun dipengaruhi oleh faktor-faktor tersebut. Semakin kecil luas permukaan benda dan semakin ramping dan lurus (streamline) bentuk benda serta semakin kecil massa jenis fluida, maka semakin besar kecepatan terminal benda jatuh.

Untuk kasus wahana antariksa Phobos-Grunt, kecepatan terminal diperkirakan mencapai 70 km/jam dengan asumsi kapsul Phobos-LIFE selamat mendarat di permukaan bumi. Tentu perhitungan ini ada rentang kesalahannya karena kerapatan atmosfer dipengaruhi oleh aktivitas matahari. Phobos-Grunt juga akan hancur menjadi beberapa bagian sehingga perhitungan bentuk dan luas permukaan benda menjadi semakin rumit. Untunglah kita tidak perlu khawatir. Serpihan Phobos-Grunt akhirnya mendarat di sebuah daerah di Samudra Pasifik pada 15 Januari 2012.

Bonus: Jangan lewatkan peristiwa tampak berjajarnya planet Jupiter, Venus, dan Merkurius. Posisi ketiga planet tersebut terlihat segaris di langit akan semakin indah dengan adanya bulan yang berada di dekat ketiga planet tersebut. Peristiwa tersebut dapat diamati pada akhir bulan Februari sampai pertengahan bulan Maret.

Ed15-fisika-3

Bahan bacaan:

Penulis:
Yudhiakto Pramudya, dosen fisika di Universitas Ahmad Dahlan, Yogyakarta, meraih doktor dalam bidang fisika temperatur rendah dari Wesleyan University, Amerika Serikat. Kontak: yudhirek(at)gmail(dot)com.