Fisika Dalam Renang

 

 

 

 

 

 

11 Votes

Disusun oleh :

Anggara Aditya Kurniawan

A. Renang Dilihat dari sudut pandang Biomekanika

1. Viskositas dan densitas air kolam renang

Viskositas adalah gaya gesekan antara lapisan-lapisan yang bersisian pada fluida pada waktu lapisan-lapisan tersebut bergerak satu melewati yang lainnya, atau disebut juga gesekan internal fluida. Viskositas adalah alasan diperlukannya usaha untuk ”mengayuhkan” tangan saat berenang di air yang tenang, tetapi juga sekaligus merupakan alasan mengapa kayuhan ini bekerja dan perenang dapat bergerak maju. Secara umum, viskositas tidak terlalu berpengaruh pada performa perenang, karena biasanya kolam renang untuk kompetisi sudah memiliki air kolam dengan viskositas standar. Viskositas air pada suhu 20⁰ C adalah 1,005 sentipoise, dan nilai viskositas ini bertambah dengan bertambahnya suhu. Karena itu menjaga suhu kolam renang yang konstan adalah salah satu faktor yang penting untuk mempertahankan nilai viskositas yang standar.
Tidak seperti viskositas, densitas air kolam renang memberi sumbangan langsung pada nilai gaya gesek yang dialami perenang. Semakin besar densitas air kolam, semakin besar gaya gesek yang harus dilawan oleh perenang sewaktu bergerak maju.
2. Gaya apung (gaya ke atas)
Perenang mengalami gaya apung/gaya ke atas pada saat berenang. Hal ini sesuai dengan prinsip Archimedes yang berbunyi: sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan.
Akan tetapi, menurut prinsip Archimedes, berat air yang sama volumenya dengan berat benda yang di bawah permukaan air sama dengan gaya apung pada benda ketika tenggelam. Karena itu berat air dengan volume yang identik, sama dengan hilangnya berat benda bila ia ditimbang ketika tenggelam di air.
Adanya sifat air yang mengikuti prinsip Archimedes ini merupakan keuntungan bagi perenang. Walaupun renang dinyatakan sebagai salah satu olah raga yang banyak menggunakan energy, namun dengan berlakunya prinsip Archimedes, setidaknya perenang dapat mengalami efek ”kehilangan sedikit bobot” badan pada saat berenang. Perenang akan merasakan berat badannya seakan-akan lebih ringan ketika mengapung di permukaan air.
3. Gaya gesek
3.1. Gaya gesek fluida (fluid-frictional drag/drag force)
Ketika ada kecepatan relatif antara air dan tubuh perenang, tubuh perenang akan mengalami gaya gesek fluida (fluid-frictional drag atau sering juga disebut drag force) yang melawan gerak relatif perenang dengan arah sesuai arah alir air relatif terhadap tubuh perenang. Gaya gesek yang dialami perenang adalah gaya gesek zat alir (dalam hal ini air) yang memenuhi persamaan  D= (1/2) C (rho) A v^2 (1) dengan rho adalah densitas air (perbandingan massa air dengan volumenya), A merupakan luas penampang tubuh perenang yang tegak lurus terhadap air, dan C adalah koefisien gesekan.
Untuk meminimalkan besarnya gaya gesek D pada perenang, perenang harus berusaha membuat luas penampang tubuh perenang yang tegak lurus terhadap air (A pada persamaan (1)) sekecil mungkin. Karena itu, pada saat posisi meluncur, telapak tangan perenang yang satu berada di telapak tangan yang lainnya, siku melekat rapat di sisi telinga dan jari kaki dibuat serata mungkin dengan tumit.
Gaya gesek fluida dirasakan oleh perenang sebagai hasil dari interaksi tubuh perenang dengan molekul-molekul air. Gaya gesek ini menyebabkan turunnya kelajuan gerakan renang.
Namun perlu diingat, berdasarkan hukum gerak Newton ketiga (ketika suatu benda memberikan gaya pada benda kedua, benda kedua tersebut memberikan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah terhadap benda pertama, gaya gesek inilah yang juga mendorong perenang untuk terus bergerak maju. Jika tidak ada gaya gesek sama sekali, maka tidak akan ada gaya dorong yang menyebabkan perenang terus bergerak.
3.2. Gaya gesek gelombang (wave drag)
Selain gaya gesek yang dialami perenang karena interaksinya dengan air, perenang yang berenang di permukaan air juga mengalami gaya gesek gelombang seperti yang dialami oleh kapal. Gaya gesek (wave drag) ini timbul dari gerakan/gelombang air yang disebabkan oleh diri perenang sendiri yang mengakibatkan adanya turbulensi pada air. Jarak puncak-ke-puncak dari gelombang yang muncul ini tergantung dari kelajuan perenang, yang memenuhi persamaan
lamda = (2 phi v^2)/g (2) dengan lamda sebagai panjang gelombang, g adalah percepatan gravitasi bumi dan v adalah kelajuan perenang.
Gelombang-gelombang air ini menyumbang masalah yang cukup besar dalam renang profesional karena amplitudo gelombang bertambah dengan bertambahnya kecepatan perenang. Sesuai dengan persamaan (4), semakin besar kecepatan awal perenang, maka semakin besar panjang gelombang (lamda). Namun semakin besar gelombang air yang ditimbulkan, semakin besar hambatan yang dialami perenang untuk menambah kelajuan renangnya.
Untuk mengatasi hal ini, pada kompetisi renang dibuat pembatas antar perenang.
Pembatas antar perenang tidak hanya berfungsi untuk memisahkan ruang gerak perenang yang satu dengan yang lainnya, namun tali pembatas tersebut juga dirancang untuk menghentikan atau setidaknya mengurangi gaya gesek gelombang yang ditimbulkan oleh perenang. Selain itu, sudah banyak penelitian yang dilakukan untuk mengurangi efek gaya gesek gelombang ini.  Dari penelitian-penelitian tersebut, dinyatakan bahwa efek wave drag dapat dikurangi dengan teknik berenang yang lebih baik. Hal ini dapat diterima, karena dengan teknik berenang yang sesuai, perenang dapat mengurangi percikan air yang terjadi dan dengan demikian gaya gesek gelombang dapat berkurang.

1. Pengaruh konstruksi pakaian renang terhadap gaya gesek yang dialami perenang

Seperti para perenang dan peneliti sains dalam olah raga renang berusaha keras meminimalkan wave drag, demikian juga orang-orang yang terlibat langsung dalam dunia olah raga renang ini berusaha untuk mengurangi efek gaya gesek fluida (frictional drag). Tidak jarang kita lihat para atlit renang profesional pria memotong habis rambutnya dengan harapan bisa mengurangi efek frictional drag ini.
Pihak produsen pakaian renang juga berusaha membuat pakaian renang yang tipis dan licin untuk mengurangi gesekan. Speedo sebagai produsen pakaian renang terkemuka mengklaim kalau pihaknya sudah memroduksi pakaian renang fastskin(R) yang dirancang khusus sehingga dapat mengurangi efek gesekan sebesar 5-10% dan menambah kecepatan renang sebesar 4%. Produk pakaian renang yang menutupi sebagian besar tubuh perenang (bodysuit) fastskin(R) ini diproduksi untuk perenang wanita maupun pria.
Bodysuit yang menjadi tren baru di kalangan para perenang profesional ini dibuat dengan meniru konstruksi kulit dari ikan hiu. Ikan hiu yang terkenal dengan kecepatannya di laut memiliki struktur kulit yang unik. Kulit hiu terdiri dari kumpulan sirip mungil yang berfungsi seperti ”baling-baling mini” yang dapat menahan air tetap dekat dengan kulit, sehingga gelombang-gelombang yang diproduksi tidak menyebar ke arah luar badan hiu. Berkurangnya gelombang-gelombang di sekitar hiu dapat mengurangi wave drag yang dialami hiu, dan hasilnya hiu dapat berenang cepat.
Untuk mengurangi efek frictional drag, bodysuit dibuat dari bahan elastis yang tipis. Risleting yang diperlukan dalam proses pemakaian bodysuit juga diletakkan tersembunyi di dalam bodysuit tersebut, sehingga tidak menambah efek frictional drag yang bisa muncul jika penampang tubuh perenang (A pada persamaan (3)) bertambah besar karena kehadiran risleting.
Adanya perbedaan gaya gesek (Fd) pada saat menggunakan fastskin(R) dan pada saat menggunakan pakaian renang konvensional. Dengan menggunakan fastskin(R) bodysuit, kecepatan perenang juga meningkat. Ada banyak kontroversi dalam penggunaan bodysuit. Sebuah penelitian menyatakan penggunaan bodysuit tidak memberi efek yang signifikan terhadap penambahan laju renang, dengan kata lain kenyataan yang dialami para perenang tersebut tidak sesuai dengan kualifikasi produk yang disebutkan oleh pihak produsen bodysuit. Ada juga pendapat yang menyatakan bahwa penggunaan bodysuit menyalahi aturan FINA (Fédération Internationale de Natation, organisasi olah raga air internasional), karena mengurangi kealamian performa para perenang.
Terlepas dari kontroversi-kontroversi di atas, bodysuit sudah dirancang dengan menggunakan gabungan prinsip model dari alam (kulit ikan hiu) dan prinsip-prinsip fisika dalam usaha menghindari gaya gesek yang akan dialami perenang.
KESIMPULAN
Olah raga renang tidak dapat lepas dari prinsip-prinsip fisika. Jika seorang perenang ingin memiliki performa renang yang optimal, ia harus dapat mengaplikasikan prinsip-prinsip fisika dalam teknik renangnya. Viskositas dan densitas air, gaya gesek air yang datang dari arah ”depan” perenang (frictional drag) dan gaya gesek gelombang air hasil turbulensi dari kelajuan perenang itu sendiri (wave drag) mempengaruhi laju renang seorang perenang. Telah dilakukan berbagai usaha untuk meminimalkan gaya gesek dalam renang. Penggunaan pembatas antar perenang dan lahirnya fastskin(R) bodysuit adalah bukti pemanfaatan sains (khususnya fisika) untuk meningkatkan performa para perenang.
Di masa datang, diharapkan prinsip-prinsip fisika dapat digunakan lebih luas dalam mengembangkan teknik renang yang lebih baik, agar para perenang dapat berenang dengan kelajuan maksimal yang dapat dilakukannya.