Mengungkap Fisika di Balik Gerakan Becak: Dari Gaya hingga Gerak Melingkar

بِسْــــــــــــــــمِ اﷲِالرَّحْمَنِ اارَّحِيم

https://jogjaindotrans.com/becak-moda-transportasi-tradisional/

Becak adalah salah satu jenis transportasi tradisional yang digunakan di berbagai negara, terutama di Indonesia. Meskipun tampak sederhana, perjalanan dengan becak melibatkan berbagai konsep fisika yang menarik, baik yang berkaitan dengan gerak lurus maupun gerak melingkar. Dalam artikel ini, kita akan membahas beberapa konsep fisika yang berlaku pada becak, mulai dari gaya, gerak, hingga gerak melingkar yang terjadi pada roda-roda becak.

1. Gaya dan Penerapan Gaya

Pada dasarnya, untuk menggerakkan becak, pengemudi harus menerapkan gaya. Gaya ini bisa berasal dari kekuatan fisik pengemudi yang mengayuh pedal. Gaya yang diberikan oleh pengemudi ini menghasilkan gerakan pada roda belakang becak.

• Gaya Dorong: Pengemudi memberikan gaya dorong pada pedal yang kemudian diteruskan ke roda belakang, menyebabkan becak bergerak.
• Gaya Gesek: Ketika roda bergerak di atas permukaan jalan, ada gaya gesek antara ban roda dengan jalan yang berfungsi untuk memperlambat atau menghentikan gerakan becak. Gesekan ini sangat penting untuk menjaga agar roda tetap berada di jalur yang benar.
• Gaya Normal dan Gaya Gravitasi: Gaya normal adalah gaya yang diberikan oleh permukaan jalan untuk menahan berat becak. Sementara itu, gaya gravitasi bekerja ke bawah, menarik benda ke pusat bumi. Kedua gaya ini saling seimbang saat becak berada di permukaan datar.

2. Hukum Newton

Konsep dasar mekanika yang diterapkan pada becak adalah hukum Newton yang meliputi hukum pertama, kedua, dan ketiga.

• Hukum Pertama Newton (Inersia): Sebuah becak yang sedang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan kecuali jika ada gaya eksternal yang bekerja, seperti gesekan atau hambatan. Begitu juga, becak yang diam akan tetap diam jika tidak ada gaya luar yang mempengaruhi.
• Hukum Kedua Newton (F = ma): Untuk mempercepat becak, pengemudi harus memberikan gaya yang cukup besar untuk mengatasi hambatan seperti gesekan dan massa becak itu sendiri. Semakin besar massa becak, semakin besar gaya yang dibutuhkan untuk mempercepatnya.
• Hukum Ketiga Newton (Aksi dan Reaksi): Saat pengemudi memberi gaya pada pedal, ada gaya reaksi yang bekerja pada tubuh pengemudi, yang sering kali terasa sebagai dorongan ke depan.

3. Gerak Melingkar pada Roda Becak

Roda becak bergerak dalam lintasan melingkar ketika berputar, dan konsep gerak melingkar ini sangat penting untuk memahami bagaimana roda-roda becak bekerja. Beberapa konsep yang berlaku dalam gerak melingkar pada roda becak adalah:

• Kecepatan Sudut dan Kecepatan Linier: Kecepatan sudut ($\omega$) adalah ukuran seberapa cepat roda berputar, diukur dalam radian per detik (rad/s). Kecepatan linier ($v$) dari becak (yang mengarah sepanjang jalan) berhubungan langsung dengan kecepatan sudut melalui hubungan:
  $$v = \omega \cdot r$$
  Keterangan:
  r adalah jari-jari roda. Semakin cepat roda berputar (kecepatan sudut yang lebih tinggi), semakin cepat pula becak bergerak di jalan.

• Percepatan Sentripetal: Roda becak mengalami percepatan sentripetal saat berputar, yang mengarah ke pusat roda. Percepatan ini diperlukan untuk menjaga agar titik-titik pada roda tetap mengikuti lintasan melingkar dan tidak terlepas. Percepatan sentripetal (ac) dapat dihitung dengan rumus:
  $$a_c = \frac{v^2}{r} = \omega^2 r$$
  keterangan:
  v adalah kecepatan linier dan r adalah jari-jari roda. Percepatan sentripetal ini memastikan bahwa roda bergerak dalam lintasan melingkar yang stabil.

• Gaya Sentripetal: Agar roda becak dapat bergerak dalam lintasan melingkar, diperlukan gaya yang mengarah ke pusat roda. Gaya ini disebut gaya sentripetal dan dihasilkan oleh gaya gesekan antara permukaan roda dan jalan. Gaya sentripetal (Fc​) dihitung dengan rumus:
  $$F_c = \frac{m v^2}{r} = m \omega^2 r$$
  m adalah massa becak, v adalah kecepatan linier, dan r adalah jari-jari roda.

4. Momen Inersia dan Gerak Putar

Selain gerak translasi (gerak lurus), roda becak juga mengalami gerak rotasi atau putaran. Untuk merubah laju rotasi roda, diperlukan momen gaya (torque) yang bekerja pada roda. Momen gaya ini tergantung pada distribusi massa roda, yang diukur dengan momen inersia.

Momen inersia ($I$) dari roda becak yang berbentuk silinder tipis dapat dihitung dengan rumus:

$$I = \frac{1}{2} m r^2$$

keterangan: 

m adalah massa roda dan r adalah jari-jari roda. Semakin besar momen inersia, semakin besar pula usaha yang diperlukan untuk mempercepat atau memperlambat rotasi roda.

5. Kecepatan Linier dan Percepatan

Saat pengemudi becak mengayuh pedal, ia memberikan gaya yang mengubah energi kimia tubuh menjadi energi mekanik yang menggerakkan roda. Kecepatan linier roda berhubungan langsung dengan kecepatan sudut roda:

$$v = \omega \cdot r$$

Semakin cepat pengemudi mengayuh, semakin cepat roda berputar dan semakin besar kecepatan linier becak. Sebaliknya, jika pengemudi melambatkan ayuhan atau berhenti mengayuh, percepatan menjadi negatif (perlambatan), dan becak akan berhenti.

6. Efek Hambatan pada Gerak

Pada roda becak, hambatan seperti gesekan dan pengereman memainkan peran penting dalam gerak roda:

• Gesekan: Gesekan antara roda dan permukaan jalan menyebabkan penurunan efisiensi gerakan becak. Semakin halus permukaan jalan, semakin sedikit gaya gesek yang terjadi, dan becak dapat bergerak lebih mudah.
• Pengereman: Pengereman pada roda becak bekerja untuk mengurangi kecepatan rotasi roda. Saat pengemudi menekan rem, gaya pengereman mengurangi energi kinetik rotasi roda, menyebabkan becak melambat dan akhirnya berhenti.

7. Stabilitas dan Pusat Massa

Selain gerak rotasi, kestabilan becak sangat penting untuk mencegah terbalik saat bergerak, terutama saat berbelok atau menanjak. Pusat massa dari becak adalah titik yang menunjukkan distribusi massa seluruh becak. Pusat massa ini harus dijaga agar tetap stabil, terutama saat beban (pengemudi dan penumpang) bergerak di dalam becak.

Distribusi beban yang tidak merata dapat membuat becak lebih mudah terbalik, sementara distribusi beban yang seimbang membantu menjaga kestabilan becak.

Meskipun becak merupakan kendaraan yang sederhana, berbagai konsep fisika, mulai dari gaya, gerak lurus, gerak melingkar, hingga momentum, semua bekerja bersama-sama untuk memungkinkan becak bergerak dengan efisien. Roda becak berputar dalam gerak melingkar yang melibatkan kecepatan sudut, percepatan sentripetal, gaya sentripetal, dan momen inersia. Pemahaman tentang konsep-konsep ini sangat penting dalam merancang, mengemudikan, dan memahami dinamika becak, baik dari sisi mekanika maupun kenyamanan pengendara.