Penyebab Arah Bola Melengkung

Saya sadar sekali (dengan pengalaman yang lumayan banyak dalam permainan menggunakan bola) tentang efek Magnus yang menyebabkan bola harus berpusing searah jarum jam (dilihat dari atas) supaya geraknya melengkung ke arah kanan. Begitu pula, sebuah bola yang dipukul dengan backspin akan melayang lebih lama dan seperti mengapung. Efek ini dapat terlihat pada bola sepak dari kulit, bola tenis lapangan, dan bola tenis meja. Bagaimanapun, ketika melakukan spin pada bola mainan yang terbuat dari plastik, yang terjadi adalah sebaliknya: spin searah jarum jam menghasilkan gerak melengkung ke kiri, dan backspin menyebabkan bola menukik tajam. Bola-bola ini cuma versi besar bola tenis meja, dan samasama mempunyai permukaan licin, mengapa reaksi mereka terhadap spin berlawanan?

Fenomena ini pernah dibahas cukup rinci dalam sebuah artikel berjudul " The seamy side of swing bowling" yang hadir di halaman 21 New Scientist edisi 21 Agustus 1993, dan paling baik jika dikaitkan dengan fenomena yang disebut " boundary-layer separation." Ketika sebuah bola melayang di udara permukaannya tertutup oleh sebuah lapisan udara tipis yang ikut tertarik bersamanya. Di luar ini ada udara yang tidak terganggu. Antara udara yang terbawa oleh bola dan udara yang tidak terganggu terdapat sebuah lapisan tipis yang disebut lapisan batas ( boundary layer). Di bagian depan bola, lapisan ini bergerak lambat. Akan tetapi dalam perjalanannya mengelilingi bola, ia makin cepat dan tekanan yang ditimbulkannya lebih sedikit (seperti dinyatakan dalam hukum Bemoulli, bahwa makin kencang aliran sebuah fluida, makin kecil tekanan yang dikerahkannya). Biasanya, lapisan batas terpisah dari permukaan bola. Jika bola mulus dan tidak berpusing, jaraknya dari permukaan bola sama. Akan tetapi jika bola berpusing, lapisan batas terpisah dari bola secara tidak simetrik, maka lapisan batas menutupi suatu bagian yang lebih luas di satu sisi daripada di bagian lain. Akibatnya bagian permukaan bola yang mengalami tekanan rendah lebih lebih luas di satu sisi daripada di sisi yang berlawanan, maka bola cenderung terdorong ke salah satu sisi. Dalam pelengkungan ( swing) konvensional (yang dihasilkan oleh efek Magnus-Robins), spin yang dialami oleh bola membawa selapis sangat tipis udara bersamanya. Ini menyebabkan lapisan batas terdorong ke belakang pada sisi bola tempat spin bergerak searah dengan aliran udara sekitar, dan terdorong ke depan pada sisi bola yang bergerak berlawanan arah dengan aliran udara. Hasilnya adalah tekanan lebih rendah pada sisi tempat lapisan batas mengalami pemuluran, yang menyebabkan bola melengkung ke arah tersebut. Itu sebabnya spin searah jarum jam menyebabkan bola melengkung dari kiri ke kanan. (Sebuah cara lain untuk menjelaskan kejadian ini adalah mengatakan bahwa pergeseran titik pisah lapisan batas mendorong garis-garis aliran udara di sekeliling bola ke satu sisi, sehingga bola melengkung ke arah lain.)

Semua tadi mengandaikan bahwa aliran dalam lapisan batas bersifat laminer, dengan tiap aliran berlapis secara rapi di atas yang lain. Dalam praktik, ada bagian aliran udara yang mengalami turbulensi, bergerak secara kacau di sepanjang lapisan, dan inilah yang dapat menimbulkan pelengkungan ke arah berlawanan (reverse swing).

Eksperimen menunjukkan bahwa lapisan-lapisan turbulen bisa lekat lebih lama dengan permukaan bola daripada lapisan-lapisan laminer. Maka jika lapisan batas turbulen di satu sisi dan laminer pada yang lain, tekanan pada sisi turbulen akan lebih rendah dan bola akan melengkung ke sisi itu. Dalam situasi tertentu, turbulensi dapat berkembang lebih dahulu pada sisi bola yang bergerak melawan aliran udara, sehingga lapisan batas di sini terlambat berpisah. Hasilnya adalah pelengkungan ke arah sebaliknya ( reverse swing). Entah turbulensi akan berkembang atau tidak bergantung pada jenis bola, kecepatan, ukuran dan spin, maka reverse swing menjadi lebih umum pada olahraga tertentu dibanding pada yang lain (lihat jawaban-jawaban mendatang). Olahraga seperti cricket, yang menggunakan bola dengan beberapa baris jahitan di bagian tengah, memberi para pemain peluang lebih besar untuk menghasilkan baik swing maupun reverse swing melalui turbulensi. Pemain yang terampil dapat memukul bola sedemikian sehingga bola mengalami spin dengan jahitan selalu membentuk sudut tertentu ke arah udara yang menyongsongnya. Jahitan tersebut memengaruhi aliran udara, menyebabkan lapisan batas mengalami turbulensi hanya pada bagian berisi jahitan. Akibatnya lapisan batas di sini terpisah lebih lambat sehingga swing yang dihasilkan luar biasa.

Dengan pukulan yang sangat kencang swing dapat dibuat ke arah berlawanan. Pada kecepatan sangat tinggi yang dihasilkan oleh bowler kelas dunia (lebih dari 130 km per jam), udara bergerak begitu cepat sehingga lapisan batas menjadi turbulen bahkan sebelum sampai ke bagian bola yang berisi jahitan. Dalam hal ini jahitan justru mendorong lapisan batas sehingga keterpisahannya dari bola di bagian jahitan terjadi lebih cepat. Dalam hal ini bola secara tak terduga melayang dengan swing ke arah berlawanan daripada biasa. Inilah yang terkenal dengan sebutan ten-bob swerver. Efek ini pun dapat dihasilkan oleh pemain cricket biasa, menggunakan bola yang dikerok, karena permukaan kasar memungkinkan lapisan batas turbulen berkembang lebih mudah. Taktik ini tentu saja bertentangan dengan peraturan.

-Editor

Pelengkungan ke arah berlawanan yang dialami oleh bola sepak plastik terjadi akibat separasi lapisan batas. Pada sisi bola tempat kecepatan relatif udara dan bola lebih besar, aliran dalam lapisan batas menjadi turbulen. Pada sisi lain aliran tetap laminer. Lapisan batas laminer memisahkan diri dari permukaan bola begitu aliran udara tidak lagi mendorongnya ke permukaan. Sebaliknya, lapisan batas turbulen tetap kontak dengan permukaan di sekeliling bola. Akibatnya olakan di belakang bola mengalami perubahan arah menjadi berlawanan dengan arah rotasi bola. Ini pun menghasilkan sebuah gaya ke arah sisi bola yang bergerak berlawanan arah dengan aliran udara (dari kanan ke kiri untuk sebuah bola yang berpusing searah jarum jam). Eksperimen menunjukkan bahwa faktor utama yang mengatur arah pelengkungan bola adalah nisbah laju rotasi permukaannya terhadap laju translasi bola. Pelengkungan ke arah sebaliknya terjadi ketika nisbah ini kecil (kurang dari 0,4), sedangkan efek Magnus terjadi pada nisbah-nisbah lebih tinggi, yang barangkali sekaligus menerangkan mengapa bola tenis yang mengalami spin kencang melengkung berlawanan arah dibanding pelengkungan bola plastik.

Oliver Harlen

University of Leeds West Yorkshire, Inggris

Pelengkungan lintasan bola yang mengalami spin biasanya terjadi karena efek Magnus tetapi, lebih dari seabad sebelum Heinrich Magnus, Benyamin Robins telah menyelidiki perilaku bola-bola meriam yang meluncur sambil berpusing dan pada tahun 1742 ia menerbitkan sebuah penjelasan tentang mengapa, bahkan pada hari tanpa angin, mereka melengkung dari lintasan yang diharapkan.

Brian Wilkins

Wellington, Selandia Baru

Banyak penjelasan yang diterbitkan sekarang merujuk ke efek Magnus-Robins. Barangkali ada baiknya kita ingat bahwa Isaac Newton pada tahun 1672 pernah mengulas bagaimana lintasan sebuah bola dipengaruhi oleh spin.

-Editor