DINAMO PADA SEPEDA
2.1
Pengertian
Umum
Kita telah mengenal tentang sepeda,
yaitu transportasi yang biasanya di pakai untuk kegiatan kita sehari-hari
dengan cara yang manual. Kebanyakan sepeda di gunakan pada pagi, siang atau
sore hari, dimana masih ada cahaya. Tetapi sepeda juga mempunyai penerang yang
terletak pada ban roda depan. Penerang tersebut menggunakan dinamo sebagai
penghasil cahaya yang diimplementasikan ke lampu. Dinamo sepeda ini hanya
menyalakan lampu depan dan belakang.
Secara umum lampu yang menyala pada
sepeda bukan karena baterai, namun melalui prinsip perubahan energi kinetik
menjadi energi listrik. Yaitu melalui usaha dan energi manusia memutar roda
yang kemudian secara otomatis dinamo pun akan berputar, akibatnya gesekan yang
terjadi menyebabkan induksi elektromagnetik sehingga lampu bisa menyala. Namun
tidak sesederhana itu, dalam dinamo pun masih ada sistem yang bekerja agar
dinamo bisa berhubungan dengan nyala lampu.
Sedangkan dinamo itu pun sendiri
ternasuk dalam generator AC sederhana kecil yang dapat menghasilkan arus
listrik yang kecil pula. Terangnya lampu
di tentukan oleh cepatnya roda berputar yang mengakibatkan dinamo juga cepat
berputar dan arus listrik juga akan besar pula. Dinamo sepeda intinya adalah sebuah magnet
yang dapat berputar dan sebuah kumparan tetap. Bila roda sepeda di putar dan
pada dinamo akan memutar sehingga roda akan memutar magnet, biasanya dinamo
dapat menghasilkan tegangan 6 sampai 12 Volt. Jadi dengan adanya dinamo pada
sepeda dapat memudahkan kita bila menggunakan sepeda pada malam hari.
2.2 Sejarah Sepeda
Seperti ditulis Ensiklopedia
Columbia, nenek moyang sepeda diperkirakan
berasal dari Perancis. Menurut kabar sejarah, negeri itu sudah sejak awal abad
ke-18 mengenal alat transportasi roda dua yang dinamai velocipede. Bertahun-tahun,
velocipede menjadi satu-satunya istilah yang merujuk hasil rancang bangun
kendaraan dua roda. Yang pasti, konstruksinya belum mengenal besi. Modelnya pun
masih sangat "primitif".
Ada yang bilang tanpa engkol, pedal tongkat kemudi
(setang). Ada juga yang bilang sudah mengenal engkol dan setang, tapi
konstruksinya dari kayu. Adalah seorang Jerman bernama Baron Karls Drais
von Sauerbronn yang pantas dicatat
sebagai salah seorang penyempurna velocipede. Tahun 1818, von Sauerbronn
membuat alat transportasi roda dua untuk menunjang efisiensi kerjanya. Sebagai
kepala pengawas hutan Baden,
ia memang butuh sarana transportasi bermobilitas tinggi. Tapi, model yang
dikembangkan tampaknya masih mendua, antara sepeda dan kereta kuda. Sehingga
masyarakat menjuluki ciptaan sang Baron sebagai dandy horse.
Baru pada 1839, Kirkpatrick MacMillan, pandai besi kelahiran Skotlandia, membuatkan
"mesin" khusus untuk sepeda. Tentu bukan mesin seperti yang dimiliki
sepeda motor, tapi lebih mirip pendorong yang diaktifkan engkol, lewat gerakan
turun-naik kaki mengayuh pedal. MacMillan pun sudah "berani"
menghubungkan engkol tadi dengan tongkat kemudi (setang sederhana). Sedangkan
ensiklopedia Britannica.com mencatat upaya penyempurnaan penemu Perancis, Ernest
Michaux pada 1855, dengan membuat pemberat
engkol, hingga laju sepeda lebih stabil. Makin sempurna setelah orang Perancis
lainnya, Pierre
Lallement (1865) memperkuat roda dengan
menambahkan lingkaran besi di sekelilingnya (sekarang dikenal sebagai pelek
atau velg). Lallement juga yang memperkenalkan sepeda dengan roda depan lebih
besar daripada roda belakang.
Namun kemajuan paling signifikan terjadi saat teknologi
pembuatan baja berlubang ditemukan, menyusul kian bagusnya teknik penyambungan
besi, serta penemuan karet sebagai bahan baku ban. Namun, faktor safety dan kenyamanan tetap belum
terpecahkan. Karena teknologi suspensi (per dan sebagainya) belum ditemukan,
goyangan dan guncangan sering membuat penunggangnya sakit pinggang. Setengah
bercanda, masyarakat menjuluki sepeda Lallement sebagai boneshaker
(penggoyang tulang). Sehingga tidak heran jika di era 1880-an, sepeda tiga roda
yang dianggap lebih aman buat wanita dan laki-laki yang kakinya terlalu pendek
untuk mengayuh sepeda konvensional menjadi begitu populer. Trend sepeda roda
dua kembali mendunia setelah berdirinya pabrik sepeda pertama di Coventry, Inggris pada
1885. Pabrik yang didirikan James
Starley ini makin menemukan momentum
setelah tahun 1888 John
Dunlop menemukan teknologi ban angin. Laju
sepeda pun tak lagi berguncang.
Penemuan lainnya, seperti rem, perbandingan gigi yang bisa
diganti-ganti, rantai, setang yang bisa digerakkan, dan masih banyak lagi makin
menambah daya tarik sepeda. Sejak itu, berjuta-juta orang mulai menjadikan
sepeda sebagai alat transportasi, dengan Amerika dan Eropa sebagai pionirnya. Meski lambat laun, perannya mulai
disingkirkan mobil dan sepeda motor, sepeda
tetap punya pemerhati. Bahkan penggemarnya dikenal sangat fanatik.
2.3
Prinsip Kerja Umum Dinamo Pada Sepeda
Generator atau pembangkit listrik
yang sederhana dapat ditemukan pada sepeda. Pada sepeda, biasanya dinamo
digunakan untuk menyalakan lampu. Caranya ialah bagian atas dinamo (bagian yang
dapat berputar) dihubungkan ke roda sepeda. Pada proses itulah terjadi
perubalian energi gerak menjadi energi listrik. Generator (dinamo) merupakan
alat yang prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik. Alat ini
pertama kali ditemukan oleh MichaelFaraday.
Berkebalikan dengan motor listrik,
generator adalah mesin yang mengubah energi kinetik menjadi energi listrik.
Energi kinetik pada generator dapat juga diperoleh dari angin atau air
terjun.Di mulai dari saha manusia sebgai pemutar rotor (bagian dari dinamo yang
berputar) agar berputar.
Bagian utama generator AC terdiri atas magnet permanen (tetap),
kumparan (solenoida). cincin geser, dan sikat. Pada generator. perubahan garis
gaya magnet diperoleh dengan cara memutar kumparan di dalam medan magnet
permanen. Karena dihubungkan dengan cincin geser, perputaran kumparan
menimbulkan GGL induksi AC. OIeh karena itu, arus induksi yang ditimbulkan
berupa arus AC. Adanya arus AC ini ditunjukkan oleh menyalanya lampu pijar yang
disusun seri dengan kedua sikat.
Sebagaimana percobaan Faraday, GGL induksi yang ditimbulkan oleh
generator AC dapat diperbesar dengan cara:
- memperbanyak
lilitan kumparan,
- menggunakan
magnet permanen yang lebih kuat.
- mempercepat
perputaran kumparan, dan menyisipkan inti besi lunak ke dalam kumparan.
Dinamo Dinamo dibedakan menjadi dua
yaitu, dinamo arus searah (DC) dan dinamo arus bolak-balik (AC). Prinsip kerja
dinamo sama dengan generator yaitu memutar kumparan di dalam medan magnet atau
memutar magnet di dalam kumparan. Bagian dinamo yang berputar disebut rotor.
Bagian dinamo yang tidak bergerak disebut stator. Perbedaan antara dinamo DC
dengan dinamo AC terletak pada cincin yang digunakan. Pada dinamo arus searah
menggunakan satu cincin yang dibelah menjadi dua yang disebut cincin belah
(komutator).
Cincin ini memungkinkan arus listrik yang dihasilkan
pada rangkaian luar Dinamo berupa arus searah walaupun di dalam dinamo sendiri
menghasilkan arus bolak-balik. Adapun, pada dinamo arus bolak-balik menggunakan
cincin ganda (dua cincin). Alat pembangkit listrik arus bolak balik yang paling
sederhana adalah dinamo sepeda. Tenaga yang digunakan untuk memutar rotor
adalah roda sepeda.
Jika roda berputar, kumparan atau
magnet ikut berputar. Akibatnya, timbul GGL induksi pada ujung-ujung kumparan
dan arus listrik mengalir. Makin cepat gerakan roda sepeda, makin cepat magnet
atau kumparan berputar. Makin besar pula GGL induksi dan arus listrik
yang dihasilkan. Jika dihubungkan dengan lampu, nyala lampu makin terang. GGL
induksi pada dinamo dapat diperbesar dengan cara putaran roda dipercepat,
menggunakan magnet yang kuat (besar), jumlah lilitan diperbanyak, dan
menggunakan inti besi lunak di dalam kumparan.
3
Komponen – komponen :
1.
Sepeda
3.1 Kerangka sepeda
Desain roda dan kerangka sepeda yang tepat juga dapat
mengurangi tahanan udara. Kerangka sepeda yang berbentuk bulat digantikan oleh
rancangan bentuk yang oval, sementara bentuk roda yang bergerigi digantikan
oleh bentuk cakram (disc) yang dapat memperkecil turbulensi (gejolak
udara) dan drag force saat berputar.
2.
Generator AC ( Dinamo )
Generator AC yang akan sering
kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah dinamo sepeda. Bagian utama
dinamo sepeda adalah sebuah magnet tetap dan kumparan yang disisipi besi lunak.
Jika magnet tetap diputar, perputaran tersebut menimbulkan GGL induksi pada
kumparan. Jika sebuah lampu pijar (lampu sepeda) dipasang pada kabel yang
menghubungkan kedua ujung kumparan. lampu tersebut akan dilalui arus induksi
AC. Generator AC terdiri dari :
-
Kumparan
-
Magnet
-
Cincin geser
2.5 Teori – teori
fisika
1.
Gaya
Dalam bersepeda, kita akan mengalami 4 gaya
utama : gaya angin, gaya hambat udara, gaya gesekan, dan gaya gravitasi.
·
Gaya Angin
Dalam bersepeda, angin yang berhembus
berlawanan arah dengan arah gerak si pengendara sepeda merupakan penghambat
yang sangat menjengkelkan. Energi si pengendara akan terkuras banyak untuk
melawan hambatan angin ini. Bayangkan untuk mempertahankan kecepatan 15 km/jam
ditengah angin yang bertiup dengan kecepatan 10 km/jam saja kita akan kehilangan
sekitar 800 kalori setiap menitnya. Tetapi angin juga bisa menjadi faktor yang
mempercepat gerakan sepeda jika arah tiupan angin searah dengan arah maju
sepeda.
·
Gaya hambat udara (drag force)
Disamping angin yang bertiup kencang, udara
sendiri dapat menjadi penghambat bagi si pengendara sepeda. Tubuh manusia yang
duduk tegak di atas sepeda merupakan bentuk yang sangat tidak aerodinamik
karena mengacaukan aliran udara sehingga memaksakan terbentuknya dua daerah
dengan tekanan yang berbeda. Daerah di belakang tubuh pengendara sepeda
bertekanan rendah, sementara daerah di depan tubuh bertekanan tinggi. Besarnya drag
force ini sebenarnya dapat diminimalisasi dengan mengaplikasikan bentuk
yang paling aerodinamik, yaitu bentuk yang streamline (ramping) yang
dapat menembus udara dengan lebih mulus. Ini dilakukan dengan membungkukkan
badan.
Cara lain untuk memperkecil drag force adalah
dengan melakukan teknik drafting, yaitu bersepeda beriringan sambil
memanfaatkan pusaran-pusaran udara (arus eddy) yang tercipta tepat di
belakang pengendara terdepan untuk menarik pengendara berikutnya sehingga
energi yang dibutuhkan menjadi lebih kecil Semakin kecil jarak antara
pengendara terdepan dengan pengendara berikutnya semakin efisien penggunaan
energi oleh kedua pengendara.
·
Gaya Gesek
Beberapa macam gaya gesekan yang terjadi saat
bersepeda:
-
Gaya gesekan antara permukaan kulit dengan udara
-
Gaya gesekan kelahar sepeda.
Gaya gesekan kelahar sepeda dapat dikurangi dengan menggunakan oli.
-
Gaya gesekan antara roda dengan jalan.
gaya
gesekan antara roda dengan jalan (rolling resistance)
dapat
dikurangi dengan memompa ban cukup keras.
-
Gaya gesek dinamo dengan roda sepeda
Gaya
Normal (N) >> N = w = m g
gaya
gesek statis (fs)
gesek kinetis,
fges = fk >> fges = μk N
·
gaya sentrifugal
Gaya
sentrifugal ini besarnya tergantung pada kecepatan sepeda. Semakin cepat sepeda
semakin besar gaya sentrifugalnya. Sehingga pada waktu sepeda bergerak cepat,
kita tidak perlu membelokkan sepeda terlalu tajam.
BAB III
Kesimpulan :
Secara umum lampu yang menyala pada sepeda bukan karena
baterai, namun melalui prinsip perubahan energi kinetik menjadi energi listrik.
Yaitu melalui usaha dan energi manusia memutar roda yang kemudian secara
otomatis dinamo pun akan berputar, akibatnya gesekan yang terjadi menyebabkan
induksi elektromagnetik sehingga lampu bisa menyala. Komponen –
komponen yang diperlukan adalah Generator AC ( Dinamo ) yang terdiri dari Kumparan, Magnet, Cincin geser, dan Lampu. LaluTeori – teori fisika yang mendukung adalah Induksi Elektromagnetik, Usaha dan energi, Gaya (Gaya Angin, Gaya hambat udara
(drag force), Gaya Gesek, gaya sentrifugal).
Jika roda berputar, kumparan atau magnet ikut berputar.
Akibatnya, timbul GGL induksi pada ujung-ujung kumparan dan arus listrik
mengalir. Makin cepat gerakan roda sepeda, makin cepat magnet atau kumparan
berputar. Makin besar pula GGL induksi dan arus listrik yang dihasilkan.
Jika dihubungkan dengan lampu, nyala lampu makin terang. GGL induksi pada
dinamo dapat diperbesar dengan cara putaran roda dipercepat, menggunakan magnet
yang kuat (besar), jumlah lilitan diperbanyak, dan menggunakan inti besi lunak
di dalam kumparan.