Menentukan Berat Optimal Mobil

Berat optimal mobil ditentukan dengan performa optimal dari mobil tersebut. Ukuran performa dari sebuah mobil dapat ditinjau dari berbagai hal, namun performa yang kontras dan paling mudah dirasakan adalah akselerasi pada saat mobil pertama kali dijalankan dari keadaan diam, kecepatan atau kekuatan mesin dari mobil, kemudahan kendali (handling), dan kemampuan sistem pengereman mobil.

Akselerasi

Akselerasi atau percepatan (a) diukur dengan cara mengamati lamanya waktu yang dibutuhkan mobil untuk mencapai kecepatan normal tertentu.  Mengacu pada hukum Newton II, hubungan antara percepatan (a), gaya tolak pada benda (F), dan massa benda (m) dapat dituliskan pada persamaan (1) berikut.
(1)    F = m.a

Dari persamaan (1) tersebut terlihat bahwa semakin berat sebuah mobil maka akan semakin besar gaya yang dibutuhkan untuk mengakselerasi mobil tersebut dari keadaan diam menjadi bergerak. Apabila diasumsikan bahwa mobil membutuhkan percepatan (a) yang tetap, maka hubungan massa (m) dengan gaya tolak yang dibutuhkan (F) dapat dilihat pada grafik 1 berikut.

Gambar 1

Kekuatan mesin

Kekuatan mesin dapat diukur dengan lamanya waktu yang dibutuhkan mobil untuk mencapai kecepatan tertentu. Untuk mengukur kekuatan mesin dapat digunakan persamaan gerak lurus berubah beraturan sebagai berikut.

(2)    Vt = Vo + (a.t)

Dimana:

  • Vo = kecepatan awal
  • Vt = kecepatan akhir
  • a = percepatan
  • t = waktu

Dari persamaan (2) dapat diperoleh.
a.t = Vt – Vo
(3)    a = (Vt – Vo) / t
Apabila persamaan (3) dimasukkan ke dalam persamaan (1), maka diperoleh persamaan (4) sebagai berikut.
(4)    F = m.( (Vt – Vo) / t)

Misalkan selisih kecepatan akhir dengan kecepatan awal adalah delta V (dV), maka persamaan (4) dapat dituliskan sebagai persamaan (5) berikut.
(5)    F = m.dV/t

Dari persamaan (5) dapat diambil kesimpulan bahwa semakin besar massa mobil, maka akan semakin besar gaya tarik yang dibutuhkan untuk mencapai kecepatan tertentu pada waktu tertentu pula.

Kendali (handling)

Mengukur performa handling dari sebuah mobil yang bergerak menyusuri tikungan, dapat dilakukan menggunakan pendekatan gaya sentripetal dan sentrifugal sesuai dengan persamaan (6) berikut.
(6)    Fs = m.(V^2)/r
(Keterangan: V^2 dibaca V pangkat 2 atau V kuadrat)

Dimana:

  • Fs = gaya sentripetal
  • m = massa benda
  • V = kecepatan
  • r = jari-jari lintasan

Pada dasarnya gaya sentrifugal adalah gaya berlawanan yang muncul sebagai reaksi dari gaya sentripetal. Mengacu pada hukum Newton III dimana gaya aksi sama besar dengan reaksi, maka gaya sentrifugal (Ff) dapat dituliskan sebagai persamaan (7) berikut.
(7)    Fs = – Ff
Dilihat dari persamaan (6) dan (7) di atas, maka dapat diambil kesimpulan bahwa semakin berat sebuah mobil maka dibutuhkan kecepatan yang lebih rendah untuk menyusuri jalan di tikungan.
Perlambatan dan Pengereman

Pengukuran performa sistem perlambatan atau pengereman mobil, dapat dilakukan dengan menerapkan persamaan (5). Berbeda dengan peningkatan laju kendaraan, untuk pengereman kendaraan selisih kecepatan awal dengan kecepatan akhir akan bernilai negatif, sehingga gaya yang dibutuhkan pun berlawanan dengan arah gaya dorong mobil.
Persamaan perlambatan (Fl) dapat dituliskan sesuai dengan persamaan (8) berikut.
(8)    Fl = -F = -(m.dV/t)
Dari persamaan (8) dapat diambil kesimpulan bahwa semakin besar massa mobil, maka akan semakin besar gaya bertolak belakang yang dibutuhkan untuk mencapai memperlambat kecepatan hingga batas tertentu pada waktu tertentu pula.

 

Simulasi

Dari simulasi mobil dengan berat 1080 dengan jumah penumpang 1 hingga 6 orang dan beberapa asumsi dimana berat 1 orang penumpang adalah 60 kg dan ukuran percepatan mobil yang dianggap nyaman oleh pengguna sebagai berikut:

Tabel 1
Laju (km/jam)    Waktu (detik)
0-20                            2
20-40                          2
40-60                          3
60-80                          3
80-100                        5
100-120                      5
120-140                      5

Maka total gaya tarik yang dibutuhkan seperti yang terlihat pada grafik berikut.

Gambar 2

Dari hasil ini diperoleh bahwa semakin berat sebuah mobil, maka akan semakin besar gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan mobil tersebut.

Saran
Pada dasarnya masih banyak faktor yang dapat menentukan performa sebuah mobil seperti faktor perpindahan gigi persneling mobil, jenis bahan bakan dan konsumsi bahan bakar, pemilihan ban, konsumsi listrik, komponen serta bahan dari komponen penyusun mobil, biaya pembuatan, model badan mobil, dan lain-lain. Untuk itu diperlukan pembahasan lebih lanjut untuk menemukan berat yang paling optimal untuk membangun sebuah mobil dengan maksud agar performa yang dikeluarkan pun menjadi optimal.

One response

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s