Kalkulator Mekanik & Energi Alternatif (TUGAS 3 + Tambahan)

KALKULATOR MEKANIK

Kalkulator merupakan suatu alat portable kecil dan umumnya tidak mahal yang berfungsi sebagai suatu alat hitung operasi aritmatika sederhana maupun kompleks. Kalkulator modern jaman sekarang lebih portable atau mudah dibawa dibandingkan komputer. Namun, PDA dan smartphone setara dengan ukuran kalkulator dan kemungkinan akan menggantikan fungsi kalkulator.

Bentuk pertama atau bentuk yang paling pokok dari kalkulator adalah abacus. Abacus muncul sekitar tahun 5000 di Asia kecil dan masih digunakan dibeberapa tempat karena dianggap sebagai awal mula mesin komputasi. Abacus berbentuk rak-rak kecil berisi biji-biji dengan jumlah tertentu dan sistem penghitungannya sendiri. Pada saat itu, abacus digunakan sebagai alat bantu hitung para pedagang. Seiring munculnya pensil dan kertas terutama di Eropa, abacus mulai kehilangan popularitasnya.

Sekitar tahun 1600an, John Napier menciptakan sistem “Napier’s Bones” yaitu sistem pengalian berdasarkan teori lama Arabian Lattice. Setelah Napier, Wiliam Gunter mengembangkan aturan logaritma untuk pengalian dan pembagian menggunakan pembagi yang menjadi pelopor aturan Slide. William Oughtred kemudian menciptakan aturan sirkular Slide atau circular slide rule, dan menjelaskan versi Rectilinier pada tahun 1633. Pada tahun 1623, William Schickard menciptakan “Calculating Clock” atau kalkulator mekanik pertama di dunia. Alat ini menggunakan sistem Napier’s Bones untuk mengalikan dan roda gigi untuk penambahan atau substraksi.

Lalu pada tahun 1642, Blaise Pascal (1623-1662), yang pada waktu itu 18 tahun, menemukan apa yang ia sebut sebagai kalkulator roda numerik (numerical wheel calculator) untuk membantu ayahnya melakukan perhitungan pajak.

Kotak persegi kuningan ini yang dinamakan Pascaline, alat ini menggunakan delapan roda putar bergerigi untuk menjumlahkan bilangan hingga delapan digit. Alat ini merupakan alat penghitung bilangan berbasis sepuluh. Pascaline mampu melakukan penambahan-penambahan dan perkalian menggunakan penambahan berulang. Kelemahan alat ini adalah karena hanya terbatas untuk melakukan penjumlahan.

Sekitar tahun 1673, Gottfred Wilhem von Leibniz (1646-1716), seorang matematikawan dan filsuf Jerman, memperbaiki Pascaline dengan membuat mesin bernama Stepped Reckoner yang dapat mengalikan. Sama seperti pendahulunya, alat mekanik ini bekerja dengan menggunakan roda-roda gerigi. Namun, alat ini munggunakan roda gigi yang telah dimodifikasi. Dengan mempelajari catatan dan gambar-gambar yang dibuat oleh Pascal, Leibniz dapat menyempurnakan alatnya.

Barulah pada tahun 1820, kalkulator mekanik mulai populer. Charles Xavier Thomas de Colmar menemukan mesin yang dapat melakukan empat fungsi aritmatik dasar. Kalkulator mekanik Colmar, arithometer, mempresentasikan pendekatan yang lebih praktis dalam kalkulasi karena alat tersebut dapat melakukan penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian. Dengan kemampuannya, arithometer banyak dipergunakan hingga masa Perang Dunia I. Bersama-sama dengan Pascal dan Leibniz, Colmar membantu membangun era komputasi mekanikal. 

Awal mula komputer yang sebenarnya dibentuk oleh seorang profesor matematika Inggris, Charles Babbage (1791-1871). Tahun 1812, Babbage memperhatikan kesesuaian alam antara mesin mekanik dan matematika yaitu mesin mekanik sangat baik dalam mengerjakan tugas yang sama berulangkali tanpa kesalahan; sedang matematika membutuhkan repetisi sederhana dari suatu langkah-langkah tertenu. Masalah tersebut kemudain berkembang hingga menempatkan mesin mekanik sebagai alat untuk menjawab kebutuhan mekanik. Usaha Babbage yang pertama untuk menjawab masalah ini muncul pada tahun 1822 ketika ia mengusulkan suatu mesin untuk melakukan  perhitungan persamaan differensial. Mesin tersebut dinamakan Mesin Differensial. Dengan menggunakan tenaga uap, mesin tersebut dapat menyimpan program dan dapat melakukan kalkulasi serta mencetak hasilnya secara otomatis.    

Setelah bekerja dengan Mesin Differensial selama sepuluh tahun, Babbage tiba-tiba terinspirasi untuk memulai membuat komputer general-purpose yang pertama, yang disebut Analytical Engine. Asisten Babbage, Augusta Ada King (1815-1842) memiliki peran penting dalam pembuatan mesin ini. Ia membantu merevisi rencana, mencari pendanaan dari pemerintah Inggris, dan mengkomunikasikan spesifikasi Analytical Engine kepada publik. Selain itu, pemahaman Augusta yang baik tentang mesin ini memungkinkannya membuat instruksi untuk dimasukkan ke dalam mesin dan juga membuatnya menjadi programmer wanita yang pertama. Pada tahun 1980, Departemen Pertahanan Amerika Serikat menamakan sebuah bahasa pemrograman dengan nama ADA sebagai penghormatan kepadanya. 

Mesin uap Babbage, walaupun tidak pernah selesai dikerjakan, tampak sangat primitif apabila dibandingkan dengan standar masa kini. Bagaimanapun juga, alat tersebut menggambarkan elemen dasar dari sebuah komputer modern dan juga mengungkapkan sebuah konsep penting. Terdiri dari sekitar 50.000 komponen, disain dasar dari Analytical Engine menggunakan kartu-kartu perforasi (berlubang-lubang) yang berisi instruksi operasi bagi mesin tersebut. 

Pada 1889, Herman Hollerith (1860-1929) juga menerapkan prinsip kartu perforasi untuk melakukan penghitungan. Tugas pertamanya adalah menemukan cara yang lebih cepat untuk melakukan perhitungan bagi Biro Sensus Amerika Serikat. Sensus sebelumnya yang dilakukan di tahun 1880 membutuhkan waktu tujuh tahun untuk menyelesaikan perhitungan. Dengan berkembangnya populasi, Biro tersebut memperkirakan bahwa dibutuhkan waktu sepuluh tahun untuk menyelesaikan perhitungan sensus.

Hollerith menggunakan kartu perforasi untuk memasukkan data sensus yang kemudian diolah oleh alat tersebut secara mekanik. Sebuah kartu dapat menyimpan hingga 80 variabel. Dengan menggunakan alat tersebut, hasil sensus dapat diselesaikan dalam waktu enam minggu. Selain memiliki keuntungan dalam bidang kecepatan, kartu tersebut berfungsi sebagai media penyimpan data. Tingkat kesalahan perhitungan juga dapat ditekan secara drastis. Hollerith kemudian mengembangkan alat tersebut dan menjualnya ke masyarakat luas. Ia mendirikan Tabulating Machine Company pada tahun 1896 yang kemudian menjadi International Business Machine (1924) setelah mengalami beberapa kali merger. Perusahaan lain seperti Remington Rand and Burroghs juga memproduksi alat pembaca kartu perforasi untuk usaha bisnis. Kartu perforasi digunakan oleh kalangan bisnis dn pemerintahan untuk permrosesan data hingga tahun 1960.

Pada masa berikutnya, beberapa insinyur membuat penemuan baru lainnya. Vannevar Bush (18901974) membuat sebuah kalkulator untuk menyelesaikan persamaan differensial di tahun 1931. Mesin tersebut dapat menyelesaikan persamaan differensial kompleks yang selama ini dianggap rumit oleh kalangan akademisi. Mesin tersebut sangat besar dan berat karena ratusan gerigi dan poros yang dibutuhkan untuk melakukan perhitungan. Pada tahun 1903, John V. Atanasoff dan Clifford Berry mencoba membuat komputer elektrik yang menerapkan aljabar Boolean pada sirkuit elektrik. Pendekatan ini didasarkan pada hasil kerja George Boole (1815-1864) berupa sistem biner aljabar, yang menyatakan bahwa setiap persamaan matematik dapat dinyatakan sebagai benar atau salah. Dengan mengaplikasikan kondisi benar-salah ke dalam sirkuit listrik dalam bentuk terhubung-terputus, Atanasoff dan Berry membuat komputer elektrik pertama di tahun 1940. Namun proyek mereka terhenti karena kehilangan sumber pendanaan.

ENERGI ALTERNATIF

(TUGAS TAMBAHAN)

Energi alternatif merupakan energi yang digunakan untuk menggantikan energi yang tidak dapat diperbaharui (bahan bakar fosil) seperti minyak bumi dan batubara. Terdapat bermacam-macam contoh energi alternatif yang tersedia di alam, seperti energi matahari, energi angin, energi air, dan energi panas bumi. Namun, berkat majunya pemahaman manusia tentang energi, sumber energi alternatif kian bertambah. Kami telah menginventarisir, sedikitnya terdapat 15 macam energi alternatif yang bisa di manfaatkan oleh manusia. Kita sangat memerlukan energi ini untuk mengganti sumber-sumber energi yang mulai habis. Energi alternatif tidak akan habis, meskipun terus menerus digunakan. Sumber-sumber tersebut banyak tersedia di alam dan bisa kita gunakan kapan saja.

Saat ini orang-orang di seluruh dunia telah memikirkan tentang sumber energi alternatif tersebut, sebab kita tidak dapat lagi mengandalkan minyak bumi sebagai sumber energi utama karena cadangan persediaannya semakin menipis. Sebelum minyak bumi benar-benar habis dari dalam bumi, maka kita sudah harus mencari sumber energi alternatif lainnya. Para ahli telah melakukannya, mereka mencari alternatif energi di alam yang tidak bakal habis. Alam menyediakan sumber energi itu dan terus menyediakannya untuk kita. Itulah mengapa sehingga kita sering menyebutnya sebagai sumber daya yang dapat diperbarui. Maksudnya adalah alam dapat menyediakan kembali sumber daya itu.

Pada era modern saat ini, negara-negara maju banyak yang beralih ke pemanfaatan energi alternatif yang ramah lingkungan, pada umumnya sebagai tenaga penggerak untuk pembangkit listrik. Mau tidak mau, sudah saatnya di Indonesia memulai juga pengembangan energi alternatif tersebut. Apalagi, hampir semua energi alternatif yang dikenal dewasa ini terdapat di alam Indonesia. Tinggal kemudian kemauan kita untuk mengolahnnya menjadi energi yang siap pakai.

15 Sumber Energi Alternatif 

Berikut ini adalah contoh sumber energi alternatif yang terdapat di alam. Semua energi ini dapat digunakan untuk menggantikan sumber energi utama saat ini, yakni bahan bakar fosil.

Energi Alternatif 1: Matahari

Matahari adalah sumber energi utama untuk planet bumi. Energi yang dihasilkan matahari berbentuk sinar dan panas.Selama ribuan tahun, manusia telah memanfaatkan energi matahari dalam kehidupannya. Energi matahari dapat dimanfaatkan langsung oleh manusia, seperti menjemur hasil panen, membuat garam, dan sebagainya. Pemanfaatan langsung energi sinar matahari dapat ditingkatkan dengan menggunakan pengumpul panas yang disebut kolektor. Sinar matahari dikonsentrasikan dengan kolektor suhu pada suatu tempat sehingga memperoleh suhu yang lebih tinggi.

Selain itu, energi matahari juga dapat di ubah menjadi energi listrik. Listrik dihasilkan dengan mengubah energi matahari menggunakan sel surya yang terdiri dari rangkaian panel unsur semikonduktor, misalnya lapisan unsur silikon yang tipis.

Energi Alternatif 2: Panas Bumi

Energi panas bumi adalah panas yang terdapat di dalam bumi. Biasanya, panas bumi muncul di permukaan bumi akibat aktivitas vulkanik (gunung berapi). Oleh sebab itu, di sekitar gunung berapi terdapat tempat-tempat yang menyemburkan gas atau air panas. Terdapat 3 sumber utama panas geotermal, yaitu uap alam, air panas, dan batuan kering panas. Sejauh ini, uap geotermal telah dipakai, terutama untuk pembangkit listrik. Air panas telah dimanfaatkan secara luas untuk pemanasan, tetapi pemakaiannya untuk pembangkit tenaga sedang diteliti. Batuan kering panas adalah sumber panas terbesar masih diteliti untuk penggunaan yang tepat.

Energi Alternatif 3: Angin

Energi angin adalah energi yang berasal dari hembusan angin. Beberapa negara mulai melirik energi dari alam ini. Belanda sudah sejak dulu memanfaatkan angin untuk digunakan sebagai energi. Kincir angin di Belanda digunakan untuk memompa air irigasi. Kincir angin di Belanda bentuknya besar dan terlihat berat, sehingga putarannya lambat. Akan tetapi, baling-baling yang besar dan berat itu dapat menghasilkan tenaga yang besar pula. Energi angin juga dapat digunakan untuk menghasilkan listrik dengan menggunakan kincir angin yang disambungkan menggunakan generator yang dapat menghasilkan listrik (turbin angin).

Energi Alternatif 4: Hydropower (Air)

Hydropower (Air) adalah energi listrik yang dihasilkan dari kekuatan air. Hydropower dibuat dengan cara membendung air sungai, kemudian menggunakan pipa air tersebut diarahkan menuju turbin. Hal inilah yang terjadi pada PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air). Prinsip dari stasiun pembangkit listrik tenaga air adalah jarak jatuhnya air ke turbin dan jumlah air yang mengalir. Oleh sebab itu, sebuah PLTA sangat bergantung pada pasokan air. Biasanya tempat yang dapat menampung air dalam jumlah besar adalah danau. Jika tidak ada danau, maka dibangunlah waduk. Dengan penelitian selama beberapa tahun, para peneliti dapat menentukan tempat yang tepat untuk membangun waduk dan instalasi/stasiun pembangkit listrik.

Energi Alternatif 5: Gas Alam

Gas alam adalah gas yang terkumpul di bawah tanah dengan berbagai macam komposisi campuran hidrokarbon yang mempunyai daya tekan tinggi. Gas alam setelah diolah kita kenal dengan nama elpiji. Selain untuk memasak, gas ini dapat pula digunakan untuk kendaraan bermotor, bahkan untuk menggerakkan mesin-mesin pabrik. Gas ini juga sudah banyak dimanfaatkan untuk pembangkit tenaga listrik (PLTG).

Energi Alternatif 6: Hidrogen

Hidrogen dapat diubah menjadi bahan bakar pengganti bbm. Bahkan, hidrogen diklaim lebih baik dari bbm yang kita kenal saat ini. Bahan bakar hidrogen tidak menghasilkan polusi, sehingga bahan bakar ini tidak merusak bumi. Persediaannya pun tidak akan habis karena cara pembuatannya hanya dari air, kemudian dibakar seperti bensin. Akan tetapi, untuk mendapatkan Hidrogen ini diperlukan banyak energi. Jika energi yang digunakan berasal dari bahan bakar fosil, maka keuntungan yang didapat akan minimal, sehingga harus ada sumber energi yang diperbaharui.

Energi Alternatif 7: Biomassa

Biomassa adalah massa tumbuhan dan kotoran hewan yang dapat memberikan energi, baik dengan dibakar langsung, maupun setelah diubah menjadi bahan lain yang pembakarannya lebih mudah. Sumber energi biomassa berasal dari makhluk hidup. Termasuk di antaranya adalah sisa atau pembuangan dari manusia dan hewan. Instalasi biomassa dapat dibangun dari tangki kotoran manusia dan hewan. Gas yang keluar dari instalasi ini disebut biogas.

Energi Alternatif 8: Biofuel

Biofuel adalah energi yang berasal dari bahan-bahan nabati, seperti minyak bumi, tanaman jarak, jagung, dan lain-lain. Energi ini dapat digunakan sebagai bahan bakar, yang disebut dengan  Bahan Bakar Nabati (BBN). Bahan bakar nabati adalah dalam bentuk biodiesel dan bioetanol, yang bisa menjadi alternatif sebagai bahan bakar kendaraan. Biofuel dalam bentuk biodiesel dibuat dari minyak nabati, seperti minyak kepala sawit atau CPO dan minyak jarak pagar atau CJCO. Proses pembuatan biofuel ini pada dasarnya mereaksikan minyak nabati dengan methanol dan ethanol, dengan katalisator soda api. Kelemahan dari biofuel adalah tidak cocok dipakai untuk kendaraan bermotor yang memerlukan kecepatan dan daya yang tinggi.

Energi Alternatif 9: Energi Tidal

Energi tidal atau energi pasang surut air laut barangkali kurang begitu dikenal, atau mungkin kita belum pernah mendengarnya sama sekali. Jika dibandingkan dengan energi angin dan surya, energi tidal memiliki sejumlah keunggulan, antara lain memiliki aliran energi yang lebih pasti/mudah diprediksi, lebih hemat ruang, dan tidak membutuhkan teknologi konversi yang begitu rumit. Kelemahan energi ini di antaranya adalah membutuhkan alat konversi yang handa yang mampu bertahan dengan kondisi air laut, terutama tingkat korosi dan kuatnya arus atau badai di laut. Prinsip kerja energi tidal ialah: saat pasang naik, air laut dengan volume jutaan kubik naik ke daratan. Jika di daratan itu dibuat bendungan yang besar, maka air pasang itu tertampung di dalam waduk. Di mulut waduk dipasang baling-baling yang berputar sesuai arah air. Biasanya digunakan dua arah putaran, yaitu saat pasang dan saat air surut.

Energi Alternatif 10: Gelombang Laut

Selain energi tidal, potensi lain dari lautan yang bisa dimanfaatkan adalah gelombangnya. Energi yang dimiliki gelombang laut tersebut dapat dikonversi menjadi listrik. Prinsip kerjanya adalah dengan mengumpulkan energi gelombang laut untuk memutar turbin generator. Saat ini beberapa negara telah berani mengembangkan potensi dari energi terbarukan ini.

Energi Alternatif 11: Biodiesel

Biodiesel sebagai energi alternatif pengganti bahan bakar fosil telah lama menjadi wacana dibeberapa negara dunia. Bahkan, telah ada negara yang mampu sedikit demi sedikit melepaskan ketergantungan pada bbm, dan beralih ke biodiesel. Energi yang berasal dari tumbuhan atau lemak binatang ini dapat digunakan, baik secara murni atau dicampur dengan bahan bakar lain. Sifatnya yang ramah lingkungan, dapat diperbaharui, serta dapat menghilangkan emisi gas buang, menjadikan biodiesel dapat menjadi solusi menghadapi kelangkaan energi fosil pada masa mendatang.

Energi Alternatif 12: Etanol

Etanol (etil alkohol) adalah sumber energi berupa alkohol hasil dari fermentasi tumbuhan tertentu, seperti; gandum atau jagung. Contoh negara di dunia yang sangat baik mengembangkan energi alternatif etanol ini adalah Brazil. Negara tersebut saat ini adalah negara nomor satu di dunia dalam hal penggunaan etanol sebagai bahan bakar kendaraan bermotor. Sekitar 15 milyar liter etanol dihasilkan setiap tahun di Brazil.

Energi Alternatif 13: Metanol

Metanol (metil alkohol) adalah bahan bakar alkohol yang berasal dari kayu. Metanol baik digunakan secara murni, atau bisa juga digunakan sebagai campuran bensin. Satu hal yang menjadi kelemahan dari penggunaan metanol untuk kendaraan adalah bahan bakar ini dapat mempercepat terjadinya korosi pada mesin kendaraan.

Energi Alternatif 14: Piezoelektrik

Piezoelektrik adalah suatu sistem yang dapat menghasilkan listrik dari hasil pengubahan energi mekanik. Sistem penghasil energi ini sangat baik diterapkan pada tempat-tempat umum, seperti yang terpasang di sebuah lantai stasiun kereta Jepang dan juga di lantai rumah disco di Inggris. Prinsip kerjanya adalah tekanan dari orang-orang ditempat itu akan dikonversi menjadi listrik. Jadi, dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik sekitar tempat tersebut.

Energi Alternatif 15: Energi Nuklir

Energi nuklir adalah sumber energi yang berasal dari reaksi berantai bahan-bahan radioaktif yang terjadi dalam sebuah reaktor. Energi yang dihasilkan dari proses ini sangatlah besar. Bayangkan saja, 1 gram zat radioaktif dapat menghasilkan listrik 50.000 kwh jam, jadi sangat baik digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik. Selain itu, energi nuklir ini tidak memancarkan gas rumah kaca dan tidak menyebabkan pemanasan global. Sudah banyak negara yang sejak lama mengembangkan potensi energi nuklir ini, contohnya jepang. Disana, hampir seluruh kebutuhan listriknya berasal dari tenaga nuklir. Akan tetapi, pemanfaatan nuklir dibayangi oleh persoalan lingkungan dan kesehatan. Kebocoran radiasi sangat membahayakan kesehatan manusia dan lingkungan hidup. Radiasinya dapat mengakibatkan kanker, cacat keturunan, bahkan kematian.