Mengapa Balon Helium Bisa Terbang?

Melihat balon helium melayang bebas ke angkasa adalah pemandangan yang selalu menarik, seolah melawan hukum gravitasi. Fenomena ini sering membuat kita bertanya, apa sebenarnya yang membuat balon itu bisa terbang, sementara benda lain yang lebih ringan sekalipun tetap jatuh ke tanah? Jawabannya tidak ada di sihir, melainkan di balik ilmu fisika sederhana yang bekerja di sekitar kita setiap hari, yaitu konsep daya apung.

Peran Kunci dari Hukum Archimedes

Fenomena terbangnya balon helium bisa dijelaskan dengan baik melalui prinsip Archimedes. Prinsip ini menyatakan bahwa sebuah benda yang terendam sebagian atau seluruhnya dalam fluida (cair atau gas) akan mengalami gaya angkat ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.

Dalam kasus balon helium, fluida yang dimaksud adalah udara di atmosfer. Balon itu sendiri, termasuk gas di dalamnya, adalah "benda" yang terendam dalam lautan udara. Balon helium bisa terbang karena berat balon beserta gas helium di dalamnya lebih ringan daripada berat volume udara yang dipindahkannya. Perbedaan berat inilah yang menciptakan gaya apung ke atas, yang mendorong balon melayang dan terbang.

Agar lebih mudah dipahami, bayangkan sebuah kapal di lautan. Kapal itu bisa mengapung karena berat kapal lebih ringan daripada berat air yang dipindahkannya. Balon helium bekerja dengan prinsip yang sama, hanya saja mediumnya adalah udara, bukan air.

Mengapa Helium Dipilih, Bukan Udara Biasa?

Lalu, mengapa gas helium yang dipilih, bukan udara biasa? Jawabannya terletak pada massa jenis kedua gas tersebut. Massa jenis adalah berat suatu benda per satuan volume.

Helium adalah unsur kedua paling ringan setelah hidrogen. Massa jenis helium hanya sekitar 0,1785 gram per liter.

Udara yang kita hirup sehari-hari adalah campuran gas, didominasi nitrogen dan oksigen, dengan massa jenis sekitar 1,225 gram per liter pada suhu dan tekanan standar.

Perbedaan ini sangat signifikan. Massa jenis helium jauh lebih kecil, sekitar 7 kali lebih ringan daripada udara. Ketika sebuah balon diisi dengan helium, berat totalnya (balon karet + gas helium) akan menjadi sangat kecil. Berat ini akan jauh lebih ringan daripada berat udara di sekitar balon yang memiliki volume sama. Akibatnya, gaya apung yang diciptakan oleh perbedaan massa jenis ini mendorong balon ke atas.

Gas lain seperti hidrogen juga bisa membuat balon terbang karena massa jenisnya bahkan lebih ringan dari helium. Namun, hidrogen sangat mudah terbakar dan bisa meledak jika bereaksi dengan oksigen. Insiden meledaknya balon udara Hindenburg di masa lalu menjadi pelajaran mahal. Oleh karena itu, helium, yang merupakan gas inert (tidak reaktif) dan aman, menjadi pilihan utama untuk mengisi balon dan keperluan sejenis lainnya.

Faktor-faktor Lain yang Memengaruhi Ketinggian Balon

Balon helium tidak akan terbang selamanya. Ada beberapa faktor yang memengaruhi seberapa tinggi ia bisa terbang:

Bahan Balon: Bahan balon, seperti lateks atau foil, menentukan seberapa baik gas helium bisa ditampung. Balon foil cenderung lebih kedap udara daripada balon lateks, sehingga helium tidak mudah bocor.

Suhu dan Tekanan: Semakin tinggi balon terbang, semakin dingin suhu udara dan semakin rendah tekanan atmosfer. Ketika tekanan di luar balon berkurang, gas helium di dalamnya akan mengembang, membuat balon membesar. Jika balon terbuat dari lateks dan terus mengembang tanpa batas, ia bisa pecah. Namun, di ketinggian tertentu, gaya apung akan berkurang karena massa jenis udara juga semakin menipis. Akhirnya, balon akan berhenti naik atau meletus.

Berat Ikatan: Tali atau beban kecil yang diikatkan pada balon akan menambah berat total. Jika berat ini melebihi gaya apung, balon tidak akan terbang. Balon akan berhenti naik ketika gaya apung dan berat totalnya mencapai keseimbangan.