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
D = 53,5 mm
S = 48,8 mm
π = 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:
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
D = 53,5 mm
S = 48,8 mm
π = 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:
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.
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:
- Kerugian panas dalam motor menjadi besar, sehingga efisiensi motor menjadi turun, usaha dari motor menjadi turun juga pada penggunaan bahan bakar yang tetap.
- Sisa pembakaran dapat menyebabkan pegas-pegas piston melekat pada alurnya, sehingga ia tidak berfungsi lagi sebagaipegas torak.
- Sisa pembakaran dapat melekat pada lubang pembuangan antara katup dan dudukannya, terutama pada katup buang, sehingga katup tidak dapat menutup dengan rapat.
- Sisa pembakaran yang telah menjadi keras yang melekat antara piston dan dinding silinder, menghalangi pelumasan, sehingga akan membuat komponen mesin aus ataupun macet.
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 daricrakkshaft 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 sesuaidengan 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.
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 cranksaft 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).
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 = 2π.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.
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/pengoperasiannya
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.
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.