Free Energy : Apakah Mungkin Perpetual Motion Machine Tercipta?

Salah satu prinsip yang paling fundamental di kehidupan sehari-hari adalah prinsip konservasi energi pada Hukum Termodinamika I yang menjelaskan bahwa dalam suatu interaksi, energi dapat berubah dari suatu bentuk ke bentuk yang lain dengan total energi yang terlibat dalam interaksi tersebut konstan, sehingga dapat dikatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan [1]. Salah satu contoh dari prinsip ini adalah ketika kita menjatuhkan sebuah batu dari ketinggian tertentu. Sesaat sebelum dijatuhkan, batu memiliki energi potensial yang kemudian akan berkurang seiring dengan mendekatnya batu ke permukaan tanah ketika proses terjadi. Namun, total energi di setiap titik lintasan dari ketinggain awal hingga permukaan tanah adalah konstan. Total energi yang sama ini kita ketahui sebagai energi mekanik yang besarnya adalah penjumlahan antara energi kinetik dan energi potensial. Hal inilah yang dikatakan sebagai jumlah energi yang terlibat dalam interaksi adalah konstan pada Hukum Termodinamika I.


Free energy merupakan suatu konsep yang menyatakan bahwa energi dapat diciptakan tanpa
proses perubahan bentuk energi terlebih dahulu dan dapat menghasilkan total energi yang sama bahkan lebih besar dari energi masukannya tanpa adanya input energi tambahan [2][3]. Salah satu kasus terkenal mengenai free energy adalah pencarian akan adanya perpetual motion machine atau mesin gerak abadi. Secara sederhana, perpetual motion machine (PMM) merupakan sebuah konsep akan sebuah sistem yang akan terus bergerak tanpa henti sekaligus dapat menghasilkan energi secara konstan. Salah satu gagasan pertama yang ditemukan terkait dengan PMM ini adalah Bhaskara’s wheel yang dikemukakan oleh seorang matematikawan India, Bhaskara II. Gagasan yang ia kemukakan merupakan sebuah roda yang memiliki beberapa rongga dan terisi oleh merkuri sehingga roda tersebut akan terus berputar dengan kesetimbangan dinamis [4]. Desain dari gagasan tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Bhaskara’s wheel [5].

Bhaskara II berasumsi bahwa ketika wadah yang terisi merkuri pada bagian atas dipengaruhi oleh gravitasi dan memiliki kecenderungan untuk turun, maka wadah pada bagian bawah akan mengalami perpindahan merkuri sehingga memiliki gaya yang cukup dan ditambah dorongan dari bagian atas, pada akhirnya roda akan berputar secara konstan. Selain itu, roda dapat berputar juga disebabkan oleh merkuri yang pada sisi berbeda memiliki jarak aksis yang berbeda pula, ada yang lebih dekat dan ada yang lebih jauh. Sekilas, kita dapat melihat bahwa sebenarnya konsep sistem yang dibuat ini sama seperti turbin air yang memanfaatkan energi potensial dari air yang jatuh untuk memutar turbin. Namun, apakah alat ini benar-benar bisa bekerja selamanya dan menghasilkan energi yang cukup untuk kebutuhan manusia jika dibuat dalam skala yang cukup besar?

Untuk menjawab pertanyaan ini, kita harus mempertimbangkan konsep dan prinsip kerja serta interaksi pada sistem. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, tujuan utama dari perpetual motion machine ini untuk menghasilkan energi secara terus menerus tanpa henti alias kekal tanpa sumber energi eksternal yang menyertai. Ada beberapa bentuk dari perpetual motion machine yang pernah dikonstruksi, beberapa diantaranya adalah menggunakan roda berputar seperti Bhaskara’s wheel maupun menggunakan gelas seperti Boyle’s perpetual machine scheme yang menggambarkan bahwa air di dalam gelas dapat terus mengalir tanpa henti dengan mendesain suatu gelas sedemikian rupa. Dengan didasari banyaknya desain dan skema dari perpetual motion machine ini, apa saja yang menjadi syarat agar ‘mesin abadi’ ini tercipta?

Dikutip dari situs Futurism [6], ada tiga syarat agar perpetual motion machine dapat tercipta. Pertama adalah mesin tersebut tidak dapat memiliki bagian yang dapat bergesekan dengan benda lain. Hal ini dikarenakan jika benda bergesekan, maka akan timbul gaya gesek yang akan menghambat gerak dari mesin yang akan dirancang. Namun, apakah kita dapat memperhalus permukaan mesin atau memberikan pelumas agar gesekan bisa diabaikan? Memberikan pelumas atau memperhalus pemukaan benda yang akan digunakan pada mesin tidak akan membantu menghilangkan gaya gesek pada mesin. Gaya gesek akan selalu terjadi pada dua benda yang saling berinteraksi dan energi dari gesekan tersebut berubah menjadi energi panas, bahkan jika gaya gesek yang tercipta sangat kecil.

Syarat kedua adalah mesin harus dioperasikan pada keadaan vakum atau tidak ada udara. Hal ini dikarenakan interaksi antara mesin dan udara juga menimbulkan gaya gesek. Besarnya gaya gesek yang ditimbulkan udara pada benda sebanding dengan densitas udara dikali luas penampang benda dikali setengah dari kuadrat velocity benda atau jika ditulis secara matematis menjadi:

𝐷 =(𝑏 𝑟 𝑣²𝐴)/2

dengan D adalah besarnya gaya gesek yang ditimbulkan (drag), b adalah koefisien gaya gesek udara, A adalah luas penampang benda,dan v² adalah kuadrat velocity benda [7].

Syarat ketiga adalah mesin tidak boleh menghasilkan suara. Suara atau bunyi merupakan salah satu bentuk energi, sehingga jika mesin menghasilkan suara, maka ada energi yang hilang dari mesin tersebut dan terkonversi menjadi energi bunyi.

Selanjutnya adalah meninjau cara kerja mesin. Pada Bhaskara’s wheel, cairan merkuri di dalam tabung pada roda akan terus berpindah posisi seiring dengan perputaran roda. Namun, ketika hal ini terjadi, pusat massa dari roda akan berpindah ke bawah menjauhi axis seperti pada Gambar 2.

Gambar 2. Proyeksi perpindahan pusat massa dari roda.

Dengan adanya perpindahan pusat massa ini, roda yang seharusnya berputar berlawanan arah jarum jam akan kehilangan kemampuannya untuk mengikuti arah rotasi awal dan akan berbalik berputar searah jarum jam hingga pada akhirnya berhenti [8]. Kehilangan energi yang seharusnya tetap menjaga roda berputar berlawanan arah jarum jam ini diakibatkan oleh gaya gesek antara roda dan udara serta tidak adanya gaya atau energi eksternal yang dapat menunjang sistem untuk berputar lebih lama dengan kecepatan konstan. Hal yang sama juga dapat terjadi pada mesin PMM lainnya. Untuk mengatasi hal ini, banyak ilmuwan mencari alternatif dari PPM ini, salah satunya dengan menggunakan neodymium magnet. Namun kenyataannya, magnet juga tidak dapat menjadikan mesin ini untuk bergerak selamanya dikarenakan magnet akan kehilangan kemagnetannya setelah beberapa waktu.
Perpetual motion machine pada dasarnya merupakan konsep yang sangat menarik. Dengan adanya mesin yang dapat bergerak terus menerus tanpa berhenti akan sangat mempermudah manusia untuk mendapatkan sumber energi yang tahan hingga jangka waktu yang sangat panjang. Namun kenyataannya, hukum termodinamika menyatakan bahwa hal ini sangat tidak mungkin untuk dicapai. Namun, bukan berarti bahwa kita tidak dapat membuat suatu mesin yang dapat bertahan sangat lama walaupun akan berhenti pada akhirnya dan harus diisi kembali tenaga dari mesin tersebut dan dirawat agar terus berjalan dan menghasilkan energi yang dapat dimanfaatkan oleh manusia.

Referensi

[1] Y. A. Çengel and M. A. Boles, Thermodynamics: An Engineering Approach, 5th ed, McGraw-Hill, 2006.
[2] F. Fajrul, (n.d), “Hukum Termodinamika, Alasan Kenapa Sebaiknya Kamu Tak Mudah Percaya dengan Ide Free Energy”[online], Available: https://saintif.com/termodinamika-free-energy/
[3] Anonim, (n.d), “Tentang Free Energy”[online], Available: https://bumidatar.id/tentang-free-energy
[4] D. Tsaosis, Lecture Note: Perpetual Motion Machine, Journal of Engineering Science and Technology Review 1 (2008) 53-57
[5] S, Magazin. (2018). Perpetual Motion Machine – Hand-Made Replica Of Bhaskara’s Wheel[online]. Available: https://siamagazin.com/perpetual-motion-machine-hand-made-replica-of-bhaskaras-whee
l/

[6] J, Creighton. (2016). Science Explained: The Physics of Perpetual Motion Machines Could we ever make a device that operates with absolutely no energy loss?[online]. Available: https://futurism.com/what-physics-says-about-perpetual-motion-machines-free-energy-r
[7] T, Benson. (n.d). Force on a Falling Object[online]. Available: https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/VirtualAero/BottleRocket/airplane/falling.html#:~:text=But%20in%20the%20atmosphere%2C%20the,the%20air%20resistance%2C%20or%20drag.&text=The%20net%20external%20force%20is,the%20square%20of%20the%20velocity
[8] N, Schramm. (2017). Why don’t perpetual motion machines ever work?[online:YouTube]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=A-QgGXbDyR0

Keep reading