Bentuk ujung kepala shinkansen meniru bentuk paruh burung

Pernahkah kita memperhatikan burung raja-udang. Burung yang memangsa buruan seperti ikan, belalang, atau katak. Burung ini mempunyai kepala besar dengan bentuk paruh yang khas. Paruh burung ini besar, panjang dan runcing. Burung ini sering mengincar mangsanya yang berupa ikan dari kejauhan. Saat mangsanya telah dipastikan sekelebat burung ini meluncur langsung ke permukaan air dan menyelam dengan ujung paruhnya di depan untuk menusuk ataupun menjepit mangsanya. Sungguh luar biasa burung ini selalu sukses memburu mangsanya walaupun mangsanya itu berada di dalam air. Sedikit saja riak air berdecak seharusnya mangsanya bisa segera kabur.

Shinkansen Generasi 500

Shinkansen. Shinkansen adalah bullet train asal jepang yang kecepatannya lebih dari 300 km/jam. Menaiki shinkansen seolah-olah iki menaiki mobil formula 1. Tahukah kita bahwa kereta shinkansen dirancang dengan teliti dan menggunakan teknologi yang canggih. Salah satunya adalah bentuk ujung kereta shinkansen ini. Memang kalau kita perhatikan bentuk ujung kereta ini berbeda dengan bentuk ujung kereta listrik pada umumnya. Ujung kereta ini berbentuk panjang dan lancip. Ternyata bentuknya dirancang tidak hanya mempertimbangkan aeromodeling, tetapi juga berbagai fenomena lain berkaitan dengan kecepatannya yang super.

Saya pernah naik shinkansen dari Tokyo ke Kokura, Kyushu. Salah satu jalur yang dilewati adalah jalur ShinOsaka-Hakata. Sekitar 51% dari jalur ini yang panjangnya mencapai 553.7 km adalah berupa terowongan atau tunel. Jumlah terowongannya mencapai 142 buah. Jadi, bisa dibayangkan bagaimana bisingnya ketika kita melalui jalur ini karena kereta dengan kecepatan super itu keluar masuk terowongan. Tetapi, benarkah bising?

Kereta dengan kecepatan super saat memasuki terowongan yang sempit maka udara di dalam terowongan akan terkompres menjadi seperti peluru udara. Udara yang terkompres ini akan merambat dengan kecepatan suara sampai ujung pintu keluar terowongan sambil diperkuat karena adanya hambatan udara di dalam terowongan. Pada ujung pintu keluar terowongan ini, suara ledakan dan getaran udara terjadi. Hal ini menjadi masalah besar bagi jalur shinkansen yang melewati daerah yang daerah lapangnya yang sedikit dan banyak terowongannya seperti jalur ShinOsaka-Hakata ini. Banyak sekali penelitian melalui percobaan dan simulasi telah dilakukan untuk mengatasi masalah ini.

Besarnya udara yang terkompres ini akan bertambah besar apabila luar penampang kereta bertambah, luas penampang terowongan berkurang, dan sebanding dengan pangkat 3 kecepatan keretanya. Pada awalnya untuk memperkecil udara yang terkompres ini, para insinyur pembuat shinkansen generasi 500 memasang kontruksi peredam di depan pintu masuk terowongan. Percobaan ini berhasil dengan menggunakan kereta ujicoba WIN350. Tetapi, kontruksi ini dikerjakan pada malam hari sehingga perlu waktu lama dan biaya yang besar untuk pemasangan pada semua tempat. Tambahan pula, dibanding di eropa dimana luas penampang terowongan yang dibangun di medan yang halus sebesar 85 m persegi, luas penampang terowongan di jepang hanya sebesar 65 m persegi. Pintu masuk terowongan yang sempit membuat usaha untuk mengurangi udara yang terkompresi menjadi sulit dan tanpa usaha perluasan, mau tidak mau para insinyur perlu memikirkan usaha selanjutnya untuk mengurangi udara yang terkompresi ini yaitu dengan mengurangi luas penampang kereta.

Kontruksi peredam udara kompresi

Para insinyur lalu melakukan berbagai percobaan dengan membuat model terowongan. Model itu dimodifikasi dengan memasukkan berbagai bentuk pipa sambil mengukur udara terkompresi yang timbul. Mereka juga memanfaatkan simulai yang dilakukan dengan menggunakan superkomputer khusus untuk pesawat ruang angkasa. Hasilnya bentuk ideal untuk meredam udara adalah bentuk yang berupa perubahan luas penampang yang tetap dari ujung ke arah memanjang. Pada prakteknya bentuk yang mungkin adalah bentuk baji atau bentuk parabola yang diputar. Perusahaan JR Jepang Barat akhirnya memilih bentuk parabola yang diputar. Bentuk inilah yang mirip dengan bentuk paruh burung Raja-Udang. Pengurangan luas penampang kereta dan ujung kereta yang dibuat lancip dan miring berhasil mengatasi masalah udara yang terkompresi. Penelitian ini tentunya sangat bermanfaat bagi para penumpang jalur ShinOsaka-Hakata dalam mewujudkan kereta supercepat di dalam medan yang berbukit-bukit sehingga banyak dibuat terowongan.

Saat kereta shinkansen memasuki terowongan kita akan merasa seolah-olah panjang keretanya menyusut. Hal ini bisa dibilang karena saat memasuki terowongan terjadi perubahan hambatan udara yang drastis. Membayangkan ini akan mengingatkan kita pada burung Raja-Udang saat menerkam mangsanya di dalam air dengan paruhnya. Seolah-olah burung Raja-Udang ini tanpa membuat riak sedikit pun pada akhir sehingga sang mangsa tidak merasakan kehadirannya. Hal ini kemungkinan karena bentuk paruh burung Raja-Udang yang panjang, lancip, dan runcing. Bentuk ini ideal untuk mengatasi perubahan hambatan medan dari udara ke air. Sungguh hebat teknologi yang canggih dan hasil simulasi superkomputer ternyata telah tersedia contohnya di alam. Bila kita berpikir lebih lanjut saya kira banyak sekali contoh di alam yang bisa kita aplikasikan untuk teknologi mutakhir saat ini. Sebagai contoh kira-kira bagaimana ya penampang daun tanaman Seroja yang anti air itu apabila dilihat memakai mikroskop elektron.

Burung Raja-Udang atau Kingfisher

Daftar Pustaka

Majalah Nature Tecnology 115 (sumber terjemahan dengan modifikasi)

http://www.jrkyushu.co.jp/

Wikipedia

Artikel ini dimuat di Majalah 1000guru edisi ke-11 dengan sedikit perubahan.

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