Apakah berenang butuh fisika? Kalau tanya para juara dunia renang,
pasti mereka jawab, ya! Gimana nggak butuh, bayangin aja dalam waktu 40
tahun terakhir ini, fisika (dan teknologi) telah membantu memecahkan
berbagai rekor dunia renang secara fantastis. Misalnya dalam lomba 100
meter, rekor dunia renang turun sebesar 7,36 detik (dari 55,2 detik
tahun 1960 atas nama perenang Australia John Devitt ke 47,84 detik tahun
2000 atas nama perenang Belanda Pieter van den Hoogenband)! Bandingkan
dengan lari 400 meter yang hanya turun sebesar 1,72 detik (dari 44,9
tahun 1960 Otis Davis Amrik ke 43,18 detik tahun 1999 Michael Johnson
Amrik). Gimana sih fisika membantu para perenang ini? Ikuti tulisan ini
yuk...
Gesekan atau Hambatan air
Hal utama yang menghambat para perenang untuk berenang lebih cepat
adalah hambatan air. Hambatan air ini sangat menghabiskan energi
perenang, menyebabkan orang mengeluarkan tenaga 5 kali lipat lebih
besar untuk berenang dibandingkan untuk berlari. Pertarungan tingkat
dunia untuk memecahkan rekor berenang, sekarang lebih dititik-beratkan
pada pertarungan bagaimana mengatasi hambatan air.
Apa penyebab hambatan air? Hambatan air disebabkan pola aliran air
(termasuk turbulensi, kocakan air akibat gerakan tangan atau kaki),
ombak, dan gesekan permukaan tubuh dengan air. Untuk mengatasi hambatan
air tampaknya kita harus berlajar dari lumba-lumba. Ikan yang sangat
lincah ini mampu mengatasi hambatan hingga efisiensi 80-90%, padahal
perenang terbaik dunia hanya bisa mencapai efisiensi 10%. Apa sih
rahasia lumba-lumba? Bisa dicontek?
Lumba-lumba punya bentuk tubuh yang ramping (
streamline)
sehingga tidak menghasilkan turbulensi seheboh yang dihasilkan gerakan
renang manusia. Gb. 1a adalah gerakan yang laminar (mulus) sedangkan
Gb.1b gerakan yang menimbulkan turbulensi (turbulensi ini menghambat
gerakan maju).
Untuk mengurangi turbulensi seorang akan berenang dengan tubuh sedatar
mungkin dengan permukaan (Gb. 2a). Tetapi sayang cara ini mengurangi
gerakan maju (karena tangan tidak terlalu bebas bergerak). Gb. 2b
memberikan keleluasaan tangan untuk bergerak tetapi menimbulkan
turbulensi. Seorang perenang profesional macam Matt Biondi, tahu
bagaimana mengkombinasikan posisi tubuh dan gerak tangan sehingga dapat
meluncur lebih cepat dan meraih 5 medali emas dalam olimpiade tahun
1988 di Seoul.
Selain itu permukaan kulit lumba-lumba sangat licin sehingga gesekan dengan air juga sangat kecil. Pakaian renang
Speedo menyontek konsep ini. Pakaian ini bisa mengurangi gesekan semaksimal
mungkin (lintasan renang sejauh 100 m dapat dilalui 1 detik lebih cepat
jika menggunakan pakaian renang ini). Bahkan untuk lebih lincah lagi
bergerak di air, banyak perenang yang mencukur seluruh rambut tubuhnya
(Wah, jadi botak dong!).
Suhu (temperatur) air kolam renang juga harus diperhatikan. Semakin
dingin air, semakin kental dan semakin besar gesekannya (pengurangan
suhu 5-6oC menyebabkan kekentalan air naik hingga 12%). Itu sebabnya
kolam renang internasional menjaga temperatur airnya sekitar 25-27oC
untuk mengantisipasi hal ini. Hmm… hangat…!!!
Hukum Newton
Mark Spitz perenang legendaris dari Amrik tahu menggunakan hukum
Newton. Ketika Mark menggerakan tangan mendorong air ke belakang,
menurut hukum Newton III air akan bereaksi mendorong Mark ke depan. Hal
yang sama terjadi ketika Mark menendang air, air akan mendorong Mark
melaju ke depan. Kombinasi yang baik antara gerakan tangan dan kaki
(seperti lumba-lumba menggerakan ekor dan tubuhnya) dapat memberikan
gaya dorong yang besar sehingga Mark Spitz dapat melaju merebut 7 medali
emas olimpiade di Munich tahun 1972.
Hal lain yang berkenaan dengan Hukum Newton dilakukan oleh perenang
hebat Australia Ian Thorpe yang dijuluki “the Australian superfish”.
Saat hendak berbalik arah, perenang muda yang masih berumur 20 tahun
ini, akan menendang dinding kolam sekeras mungkin. Ian yang meraih 6
medali emas dalam kejuaraan negara persemakmuran di Manchester 2002,
tahu bahwa kalau ia menendang keras maka menurut hukum Newton III,
dinding akan memberikan reaksi dan mendorong ia keras ke depan. Semakin
keras ia menendang, semakin keras pula dorongan dari dinding itu. Ian
diharapkan mampu memecahkan berbagai rekor renang dalam olimpiade 2004
nanti di Athena.
Kenapa dinding tidak ikut bergerak ketika Ian menendang? Karena massa (berat) dinding kolam jauh lebih besar dari massa Ian.
Gaya Apung (Buoyancy)
Saat seorang Janet Evans dari Amrik (pemegang rekor wanita 1500 meter
gaya bebas, 15 menit 52 detik) berada dalam air, ia menyadari bahwa ia
mendapat gaya ke atas (gaya apung). Gaya yang ditemukan oleh Archimedes
ini disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan air (tekanan hidrostatik)
antara bagian bawah dan bagian atas tubuh. Seorang Janet pasti tahu
bahwa besarnya gaya apung ini tergantung pada berapa banyak bagian
tubuhnya yang berada dalam air. Semakin besar volume tubuh yang berada
dalam air semakin besar gaya apungnya. Seorang gendut umumnya lebih
mudah terapung karena gaya apungnya lebih besar (volume tubuhnya lebih
besar karena kelebihan lemak).
Gaya apung juga tergantung pada massa jenis (kepekatan) air. Semakin
pekat air semakin besar gaya apungnya. Air di laut mati sangat pekat
(massa jenisnya 1,166 kali lebih besar dari massa jenis air tawar),
sehingga orang yang berenang di laut mati tidak akan tenggelam.
Walaupun gaya apung tidak ada hubungan langsung dengan kecepatan
renang, namun gaya apung dapat menghemat energi perenang (dengan gaya
apung yang besar , perenang tidak perlu melakukan gerak ekstra untuk
mempertahankan diri agar tetap terapung). Karena itu gaya apung sangat
bermanfaat untuk mereka yang berenang jarak jauh. Itu sebabnya perenang
jarak jauh umumnya agak gendut dan perlombaannya diadakan di laut
seperti menyebrangi selat Inggris.
Terjun
Hal lain yang perlu diperhatikan perenang untuk memperbaiki rekor renangnya adalah tehnik start.
Seorang Alexandr Popov (pemegang rekor 50 m gaya bebas dengan 21,64
detik) memilih untuk terjun ke kolam dengan sudut sebesar mungkin,
pike dive (Gambar 4b). Gaya ini menyebabkan ombak yang dihasilkan tidak seheboh gaya terjun yang lama (datar, Gb.6a). Dengan
pike dive
ini tidak banyak turbulensi yang terjadi sehingga memperkecil hambatan.
Selain itu, jarak yang bisa dicapai lebih jauh karena lompatan yang
lebih tinggi dari
flat dive (lompatan datar).
Nah asyik kan melihat gimana para perenang memanfaatkan fisika untuk
memecahkan rekor? Pemanfaatan fisika pada olahraga renang tidak stop
sampai sini. Saat ini para pelatih renang meminta para fisikawan untuk
meneliti sebenarnya mana yang lebih berperan besar dalam menambah
kecepatan renang, hukum Newton ataukah hukum Bernoulli. Penelitian juga
diarahkan untuk meneliti berbagai konsep fisika dalam gerakan tubuh ikan
dan mensimulasikannya sehingga diperoleh tehnik berenang lebih efisien.
Kedepannya kita akan semakin sering menyaksikan bagaimana fisika
memperbaiki rekor-rekor renang yang ada, tentunya tanpa bantuan
steroid!