Simulasi Pergerakan Peluru AK-47 di Bawah Pengaruh Gaya Gravitasi dan Coriolis

AK-47 (Gambar 1) merupakan salah satu senapan yang seringkali digunakan, baik sebagai senjata peperangan ataupun berburu. Penggunaan yang sering tersebut terjadi karena senapan jenis ini memiliki bentuk yang simpel, ringan, dan memiliki jangkauan yang jauh. AK-47 dapat melesatkan peluru dengan kelajuan 715 m/s dengan jarak jangkauan efektif 350 m.

Gambar 1. Salah satu replika dari senapan AK-47

Ketika peluru AK-47 ditembakkan dengan sudut tertentu yang tidak sama dengan nol terhadap permukaan tanah, lintasan peluru akan berbentuk parabola, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Hal tersebut terjadi karena ketika peluru keluar dari moncong senapan, peluru memiliki kecepatan awal sejajar sumbu-x (sejajar permukaan tanah) dan sumbu-y. Pergerakan tersebut dapat terjadi jika percepatan peluru sepanjang sumbu-x dan sumbu-z (yang tegak lurus kedua sumbu tersebut) diabaikan, sedangkan pada sumbu-y hanya terdapat percepatan gravitasi yang menarik peluru kembali ke permukaan tanah.

Gambar 2. Lintasan Gerak Parabola

Meskipun demikian, pemahaman mengenai gerak parabola tidak cukup untuk membuat peluru AK-47 benar-benar menancap pada target/buruan penembakan. Hal ini terjadi karena penembakan peluru dilakukan di permukaan bumi yang memiliki kecepatan tangensial tertentu akibat adanya gerakan rotasi bumi. Kecepatan tangensial tersebut memberikan efek berupa gaya Coriolis pada peluru. Gaya Coriolis menyebabkan peluru tidak benar-benar bergerak parabola pada bidang z tertentu, tetapi akan berdefleksi sedikit sepanjang sumbu-z. Persamaan gerak peluru yang mengalami gaya gravitasi dan Coriolis dapat dipelajari pada tautan Medium https://medium.com/@ermas.hidayati/pendahuluan-gaya-coriolis-0143588472d8.

Pada kegiatan Research Based Learning (RBL) ini, trajektori peluru AK-47 di bawah pengaruh gaya Coriolis pada ruang 3-D akan disimulasikan untuk 3 lintang yang berbeda (kutub utara, 45 derajat, dan khatulistiwa) dengan kecepatan awal yang sama. Simulasi ini dilakukan dengan menggunakan source code Python seperti yang tertera pada tautan Medium https://medium.com/@malik.el.anshary/analisis-efek-coriolis-part-2-13ae10b7b9b6. Selain itu, simulasi profil ketinggian peluru terhadap waktu juga akan dilakukan. Simulasi ini menggunakan asumsi pertimbangan gaya yang berpengaruh pada peluru dibatasi pada gaya gravitasi dan Coriolis.

Parameter-parameter yang digunakan dalam simulasi ini meliputi

• Percepatan gravitasi berarah sumbu-y negatif dengan besar 9.83 m/s² pada khatulistiwa dan 9.88 m/s² di kutub.
• Kelajuan awal peluru adalah 715 m/s ke arah sumbu-x dan sumbu-z positif dengan membentuk sudut elevasi 45 derajat terhadap sumbu-x.
• Variasi lintang yang digunakan adalah pada kutub utara, 45 derajat (lintang utara), dan khatulistiwa.
• Jejari bumi 6371 km dan periode rotasi bumi 24 jam.
• Posisi awal peluru diatur pada titik asal (0,0,0) dan posisi akhir peluru diatur pada z = 0. Hal ini terlihat tidak masuk akal karena seperti menembak tanah dari posisi tiarap, tetapi jika kejadiannya dibayangkan seperti menembak binatang buruan setinggi 125 cm setentang dada, maka konsistensi z menjadi masuk akal karena z dapat dianggap sebagai posisi relatif.

Hasil koding trajektori peluru AK-47 (benda) memberikan hasil seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Trajektori peluru pada ruang 3-dimensi. Sumbu-z merepresentasikan ketinggian peluru dan dinyatakan dalam satuan meter.

Hasil simulasi trajektori peluru pada ruang 3-D memberikan posisi jatuhnya peluru yang diukur sepanjang sumbu-x tidak jauh berbeda untuk ketiga variasi lintang. Meskipun demikian, hal menarik ditemukan ketika meninjau defleksi posisi peluru pada sumbu-y. Gambar 3 menunjukkan bahwa peluru AK-47 yang ditembakkan di kutub utara memiliki defleksi sekitar 5,3 m diukur sepanjang sumbu-y; sekitar 3,8 m jika ditembak pada lintang 45 derajat, dan jika peluru AK-47 ditembakkan di khatulistiwa maka defleksi hampir tidak teramati (bahkan hanya berada pada orde puluhan nanometer atau seperti rambut dibelah seratus!). Hal tersebut memberikan informasi bahwa semakin jauh peluru ditembakkan dari khatulistiwa, peluru akan terdefleksi semakin jauh dari sumbu-x atau sumbu horizontal penembakan.

Menariknya, jika ditinjau posisi sumbu-z terhadap waktu melayangnya peluru di udara, kurva trajektori terhadap waktu yang ditempuh akan identik untuk setiap variasi lintang. Gambar 4 menunjukkan kurva profil ketinggian masing-masing peluru terhadap waktu. Keidentikan profil ketinggian terhadap waktu ini dapat terjadi karena gaya yang diterima peluru sejajar sumbu-z memiliki besar yang sama dan tidak terpengaruh lintang. Meskipun demikian, bentuk kurva ketinggian terhadap waktu tersebut tidak ada yang parabola. Hal ini menandakan kontribusi gaya Coriolis terhadap percepatan peluru pada sumbu-z.

Gambar 4. Profil Kurva Ketinggian Peluru sebagai Fungsi Waktu

Simulasi ini memberikan kesimpulan terkait hal menarik mengenai defleksi penembakan peluru AK-47 yang bervariasi terhadap lintang tempat penembakan. Semakin jauh posisi penembakan dari khatulistiwa, defleksi posisi peluru akan semakin jauh, terlepas dari profil ketinggian sebagai fungsi waktu yang tidak dipengaruhi lintang. Simulasi ini dapat semakin di-refine hasilnya dengan menambahkan komponen gaya lain seperti gaya gesek udara dan gaya azimutal. Penambahan ini menarik untuk dilakukan agar dapat mengakomodasi peninjauan trajektori peluru dengan kecepatan yang lebih tinggi ataupun ketinggian awal penembakan yang lebih tinggi.