BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam perkembangan dunia pengetahuan sekarang ini, gelombang bunyi dapat dimanfaatkan dalam berbagai keperluan penelitian. Di bidang kelautan misalnya untuk mengukur kedalaman laut, di bidang industri misalnya untuk mengetahui cacat yang terjadi pada benda-benda hasil produksinya, di bidang pertanian untuk meningkatkan kualitas hasil pertanian, dan di bidang kedokteran dapat digunakan untuk terapi adanya penyakit dalam organ tubuh. Untuk keperluan tersebut digunakan suatu alat yang bekerja berdasarkan prinsip pemantulan gelombang bunyi yang disebut SONAR (Sound Navigation Ranging). Prinsip kerja SONAR berdasarkan prinsip pemantulan gelombang ultrasonik. Alat ini diperkenalkan pertama kali oleh Paul Langenvin, seorang ilmuwan dari Prancis pada tahun Pada saat itu Paul dan pembantunya membuat alat yang dapat mengirim pancaran kuat gelombang bunyi berfrekuensi tinggi (ultrasonik) melalui air. Pada dasarnya SONAR memiliki dua bagian alat yang memancarkan gelombang ultrasonik yang disebut transmiter (emiter) dan alat yang dapat mendeteksi datangnya gelombang pantul (gema) yang disebut sensor (reciver). Gelombang ultrasonik dipancarkan oleh transmiter (pemancar) yang diarahkan ke sasaran, kemudian akan dipantulkan kembali dan ditangkap oleh pesawat penerima (reciver). Dengan mengukur waktu yang diperlukan dari gelombang dipancarkan sampai gelombang diterima lagi, maka dapat diketahui jarak yang ditentukan. Untuk mengukur kedalaman laut, SONAR diletakkan di bawah kapal. Dengan pancaran ultrasonik diarahkan lurus ke dasar laut, dalamnya air dapat dihitung dari panjang waktu antara pancaran yang turun dan naik setelah digemakan. Banyak sekali teknologi yang memanfaatkan gelombang bunyi dan gelombang cahaya. Sebagai contoh : teknologi sederhana yang dilakukan oleh nelayan tradisional di perairan laut jawa, yang biasa mereka sebut dengan telpon ikan. Yaitu mendeteksi keberadaan ikan dengan mendengarkan suara-suara melalui dayung mereka. Tetapi karena gelombang bunyi audible ( 20 Hz Hz ) ini luas sekali jelajahnya, dan banyak sumber-sumber gangguannya, maka orang lebih cenderung menggunakan gelombang bunyi ultra ( ultrasonic ) dengan frekuensi > Hz. Ultasonic banyak sekali digunakan a.l. untuk pengukuran kedalaman laut. Yakni dengan mengirimkan gelombang ke arah dasar laut, dan mengukur waktu kembalinya pantulannya. Dengan demikian bisa diperoleh jarak tempuh gelombang ( 2 x kedalaman laut ). 1

2 1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang di atas penulis menyimpulkan rumusan-rumusan masalah yaitu Apa itu gelombang, dan bunyi? Pengertian gelombang bunyi? Bagaiamana pemanfaatan gelombang bunyi dalam mengukur kedalaman laut? 1.3 Tujuan Dan Manfaat Untuk mengetahui perkembangan dan pemanfaatan gelombang bunyi dalam kehidupan sehari-hari dan dalam bidang teknologi modern, yang lebih khusus lagi dalam mengukur kedalaman laut. Adapun manfaat dari penulisan makalah ini adalah untuk memperkaya wawasan pembaca tentang gelombang bunyi dan mengajak para pembaca untuk memahami dan ikut mencoba memecahkan permasalahan-permasalahan yang timbul pada kaitannya dengan gelombang bunyi itu sendiri. 2

3 2.1 Gelombang Dan Bunyi BAB II PEMBAHASAN Gelombang adalah getaran yang merambat. Jadi di setiap titik yang dilalui gelombang terjadi getaran, dan getaran tersebut berubah fasenya sehingga tampak sebagai getaran yang merambat. Terkait dengan arah getar dan arah rambatnya, gelombang dibagi menjadi dua yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Gelombang transversal arah rambatnya tegak lurus dengan arah getarannya, sedangkan gelombang longitudinal arah rambatnya searah dengan arah getarannya. Gelombang longitudinal dapat diklarifikasikan menjadi beberapa tipe gelombang yaitu gelombang kompresi, gelombang shear/gunting, gelombang fleksural/melengkungdan torsional. Terjadinya berbagai tipe gelombang tersebut oleh karena medium yang dilewati bunyi beraneka ragam. Ketika kita melempar batu ke dalam genangan air yang tenang, gangguan yang kita berikan menyebabkan partikel air bergetar atau berosilasi terhadap titik setimbangnya. Perambatan getaran pada air menyebabkan adanya gelombang pada genangan air tadi. Jika kita menggetarkan ujung tali yang terentang, maka gelombang akan merambat sepanjang tali tersebut. Gelombang tali dan gelombang air adalah dua contoh umum gelombang yang mudah kita saksikan dalam kehidupan sehari-hari. Ketika kita melihat gelombang pada genangan air, seolah-olah tampak bahwa gelombang tersebut membawa air keluar dari pusat lingkaran. Demikian pula, ketika Anda menyaksikan gelombang laut bergerak ke pantai, mungkin Anda berpikir bahwa gelombang membawa air laut menuju ke pantai. Kenyataannya bukan seperti itu. Sebenarnya yang Anda saksikan adalah setiap partikel air tersebut berosilasi (bergerak naik turun) terhadap titik setimbangnya. Hal ini berarti bahwa gelombang tidak memindahkan air tersebut. Kalau gelombang memindahkan air, maka benda yang terapung juga ikut bepindah. Jadi, air hanya berfungsi sebagai medium bagi gelombang untuk merambat. Pada pertanyaan di atas juga mengemuka bahwa ketika Anda mandi di air laut, Anda merasa merasa terhempas ketika diterpa gelombang laut. Hal ini terjadi karena setiap gelombang selalu membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Ketika mandi di laut, tubuh kita terhempas ketika diterpa gelombang laut karena terdapat 3

4 energi pada gelombang laut. Energi yang terdapat pada gelombang laut bisa bersumber dari angin dan lainnya. Bunyi atau Suara merupakan salah satu fenomena fisika yang selalu kita alami sehari-hari. Contoh bunyi yang sering kita nikmati adalah musik. Musik bisa memberikan inspirasi saat kita sedang belajar, bekerja atau beraktifitas.dalam fisika, Bunyi atau suara adalah gelombang longitudinal yang merambat melalui medium, yang dihasilkan oleh getaran mekanis dan merupakan hasil perambatan energi. Sumber bunyi sebagai sumber getar memancarkan gelombang-gelombang longitudinal ke segala arah melalui medium baik padat, cair maupun gas. Sumber getar tersebut bisa saja berasal dari dawai/kawat, pipa organa, bahkan ombak di pantai. Kebanyakan suara merupakan gabungan berbagai sinyal, tetapi suara murni secara teoritis dapat dijelaskan dengan kecepatan getar atau frekuensi yang diukur dalam Hertz (Hz). Bunyi tunggal yang frekuensinya teratur dinamakan nada, sedangkan bunyi tunggal yang frekuensinya tidak teratur dinamakan desis. Amplitudo gelombang menentukan kuat-lemahnya suatu bunyi atau kenyaringan bunyi dengan pengukuran dalam decibel (db). Semakin tinggi amplitudoya semakin nyaring bunyi tersebut. Bunyi pesawat yang lepas landas mencapai sekitar 120 db. Sedang bunyi desiran daun sekitar 33 db. Manusia dapat mendengar bunyi saat gelombang bunyi merambat di udara atau medium lain sampai ke gendang telinga manusia. Batas frekuensi bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia kira-kira dari 20 Hz sampai 20 khz pada amplitudo umum dengan berbagai variasi dalam kurva responsnya. Suara di atas 20 khz dinamakan ultrasonik dan di bawah 20 Hz dinamakan infrasonic. B. Pengertian Gelombang Bunyi Gelombang bunyi merupakan vibrasi/getaran molekul-molekul zat yang saling beradu satu sama lain. Namun demikian, zat tersebut terkoordinasi menghasilkan gelombang serta mentransmisikan energi tetapi tidak pernah terjadi perpindahan partikel (Resnick dan Halliday 1992). Gelombang adalah suatu getaran yang merambat, yang membawa energi dari satu tempat ke tempat lainnya. Dengan kata lain bunyi mempunyai energi, karena bunyi merupakan salah satu bentuk gelombang yang memiliki kemampuan untuk menggetarkan partikel - partikel yang dilaluinya.tekanan 4

5 bunyi adalah penyimpangan tekanan atmosfer yang disebabkan getaran partikel udara karena adanya gelombang bunyi. Level bunyi/bunyi dalam arah tertentu adalah laju energi bunyi rata-rata yang ditransmisikan dalam arah tadi lewat satu satuan luasan dan tegak lurus pada titik tersebut. Tekanan bunyi atau level bunyi diukur dengan menggunakan alat sound level meter yang terdiri dari mikrofon, penguat dan instrumen keluaran (output) yang mengukur tingkat atau level bunyi dalam decibel (db). Alat ini dapat disambungkan dengan alat tambahan berupa alat penganalisis frekuensi dan personal computer. Bunyi timbul karena penyimpangan tekanan udara, penyimpangan ini biasanya disebabkan oleh beberapa benda yang bergetar. Secara umum dapat dikatakan bahwa bunyi atau bunyi dihasilkan dari suatu getaran. Getaran menyebabkan udara disekitarnya mengalami perapatan dan peregangan secara bolak-balik. Lapisan perapatan dan peregangan udara yang bergerak ke arah luar menyebabkan terjadinya rambatan gelombang bunyi. Jika ruang udara sebagai medium perambatan gelombang tersebut tidak mempunyai molekul-molekul yang dapat merapat dan merenggang secara bergantian, maka energi mekanik tersebut belum dapat menghasilkan bunyi (Resnick dan Halliday 1992). Bunyi termasuk gelombang mekanik longitudinal. Dikatakan gelombang mekanik karena bunyi memerlukan medium rambatan. Sementara gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah rambatnya sejajar dengan arah getarnya. Dalam perambatannya bunyi memerlukan medium perantara dan rambatan atau perpindahan gelombangnya berupa rapatan dan renggangan bergantian secara periodik. Jarak yang dibentuk rapatan dan renggangan disebut panjang gelombang; semakin pendek panjang gelombang maka semakin tinggi frekuensi. (Gambar 1.Menunjukkan ilustrasi gelombang bunyi yang dihasilkan oleh garputala) (Giancoli, 2001 : 410) Bunyi terjadi karena atom-atom penyusun medium yang dilalui bunyi mengalami perubahan tekanan. Medium perambatan bunyi dapat berupa gas, cair maupun padat. 5

6 Rambatan gelombang bunyi disebabkan oleh lapisan perapatan dan peregangan oleh partikel-partikel udara yang bergerak ke arah luar karena penyimpangan tekanan. Partikel udara yang meneruskan gelombang bunyi tidak berubah posisi normalnya, jika tidak ada gelombang bunyi yang diteruskan. Perubahan tekanan ini mengakibatkan gendang telinga bergetar, yang akhirnya menghasilkan bunyi yang dapat kita dengar. Bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia terletak pada rentang antara 20 Hz sampai Hz. Ada dua aspek dari setiap bunyi yang dirasakan oleh pendengaran manusia. Aspek ini adalah kenyaringan dan ketinggian, dan masing-masing menyatakan sensasi dalam kesaaran pendengar. Tetapi untuk masing-masing sensasi subjektif ini, ada besaran yang dapat diukur secara fisis. Kenyaringan (loudness) berhubungan dengan energi pada gelombang bunyi. Dan ketinggian (pitch) bunti menyatakan apakah bunyi tersebut tinggi seperti bunyi suling atau biola, atau rendah seperti bunyi bass drum atau senar bass. Besaran fisika yang menentukan ketinggian bunyi adalah frekuensi (Giancoli, 2001 : ) Gelombang bunyi terdiri dari molekul-molekul udara yang tidak pernah merambat melainkan bergetar maju-mundur. Tiap saat, molekul-molekul itu berdesakan di beberapa tempat, sehingga menghasilkan wilayah tekanan tinggi, tapi di tempat lain merenggang, sehingga menghasilkan wilayah tekanan rendah. Gelombang bertekanan tinggi dan rendah secara bergantian bergerak di udara, menyebar dari sumber bunyi. Itulah alasannya mengapa Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal. Bunyi mengalami gejala gelombang seperti interferensi, pemantulan, pembiasan dan difraksi. Bunyi merupakan gelombang mekanik karena hanya dapat merambat melalui medium (zat padat, cair atau gas) dan tidak dapat merambat dalam vakum. Bunyi merambat di udara dengan kecepatan km/jam. Bunyi akan merambat lebih lambat jika suhu dan tekanan udara lebih rendah. Di udara tipis dan dingin pada ketinggian lebih dari 11 km, kecepatan bunyi km/jam. Di air, kecepatannya km/jam, jauh lebih cepat daripada di udara. Adakalanya frekuensi yang didengar oleh pengamat mengalami perubahan sacara tiba-tiba manakala sumber bunyi (misal klakson mobil) bergerak mendekati atau menjauhi menurut pengamat yang diam. Fenomena ini dikenal sebagai Efek Doppler, yaitu perbedaan frekuensi yang diterima oleh pendengar dengan frekuensi asli sumber 6

7 getarnya relatif antara pendengar dan sumber bunyi. Bila kedudukan antara pengamat dan sumber saling mendekat, maka pengamat mendengar frekuensi yang lebih tinggi, dan bila kedudukannya saling menjauh maka pengamat mendengar frekuensi yang lebih rendah. Dan fenomena ini berhasil dijelaskan oleh fisikawan Christian Johann Doppler ( ) pada tahun Manfaat Gelombang Bunyi a. Dapat digunakan untuk mengukur kedalaman laut serta lokasi dan jarak objek dalam air gelombang Bunyi yang digunakan adalah ultrasonik. b. Digunakan untuk mendeteksi janin dalam rahim, biasanyamenggunakan bunyi infrasonik. c. Digunakan mendeteksi keretakan suatu logam dan lain-lain. d. Diciptakannya Pengeras Suara termasuk manfaat dari bunyiaudiosonik. e. Digunakan utuk kita mendengar suara, musik dan untukmemperlancar komunikasi. f. Menentukan jarak dari sesuatu tempat. g. Pemecahan batu karang dalam usus C. Pemanfaatan Gelombang Bunyi Dalam Mengukur Kedalaman Laut Laut menutupi permukaan bumi kurang lebih 75 %. Batas perairan laut dengan daratan disebut garis pantai (pertemuan permukaan laut dengan daratan). Perairan laut di permukaan bumi tidak merata luasnya. Pada belahan bumi utara tertutup lautan sebesar 60 %, sedangkan pada belahan bumi selatan yang tertutup lautan sekitar 80 %. Kedalaman laut dan samudera sangat bervariasi, ada yang dangkal tetapi banyak pula yang dalam. Dalam dan dangkalnya dasar laut menunjukkan relief dasar laut. Relief dasar laut lebih besar dibandingkan relief di daratan. Hal ini terbukti dari kedalaman laut rata-rata mencapai m, sedangkan ketinggian daratan rata-rata hanya 840 m. laut yang terdalam ada di Palung Mindanau (Palung Filipina), mencapai kedalaman m sedangkan daratan yang tertinggi adalah pada Gunung Everest, yang mencapai ketinggian m. Cara untuk mengukur kedalaman laut Ada dua cara yang dapat ditempuh untuk mengukur kedalaman laut atau danau/waduk yaitu dengan menggunakan teknik bandul timah hitam (dradloading) dan teknik Gema duga atau Echo Sounder atau Echoloading. a. Teknik Bandul Timah Hitam (dradloading) 7

8 Teknik ini ditempuh dengan menggunakan tali panjang yang ujungnya diikat dengan bandul timah sebagai pemberat. Dari sebuah kapal tali diturunkan hingga bandul menyentuh dasar laut. Selanjutnya panjang tali diukur dan itulah kedalaman laut. Cara ini sebenarnya tidak begitu tepat karena tali tidak bisa tegak lurus akibat pengaruh arus laut. Di samping itu kadang-kadang bandul tidak sampai ke dasar laut karena tersangkut karang. Cara ini juga memerlukan waktu lama. Namun demikian cara ini memiliki kelebihan yaitu dapat mengetahui jenis batuan di dasar laut, suhu dan juga mengetahui apakah di dasar laut masih terdapat organisme yang bisa hidup. Gambar Bandul Timah untuk Mengukur Kedalaman Laut. (Tim Geografi, Yudistiro, P. 98) b. Gema duga atau Echo Sounder atau Echoloading Penggunaan teknik ini didasarkan pada hukum fisika tentang perambatan dan peantulan bunyi dalam air. Isyarat bunyi yang dikeluarkan dari sebuah peralatan yang dipasang di dasar kapal memiliki kecepatan merambat rata-rata 1600 meter per detik sampai membentur dasar laut. Setelah membentur dasar laut bunyi dipantulkan dalam bentuk gema dan ditangkap melalui sebuah peralatan yang juga dipasang di dasar kapal. Jarak waktu yang diperlukan untuk perambatan dan pemantulan dapat diterjemahkan sebagai kedalaman laut. Cara ini dianggap lebih praktis, cepat dan akurat. Namun kita tidak dapat memperoleh informasi tentang suhu, jenis batuan dan tanda-tanda kehidupan di dasar laut. 8

9 Penggunaan lain dari gelombang bunyi ini diantaranya adalah dapat digunakan untuk menentukan kedalaman lautan atau sungai bahkan dapat juga digunakan untuk menentukan lokasi dari kawanan ikan dilautan. Cara ini jelas lebih mudah daripada kita harus menyelam ke dasar lautan untuk mengukur kedalamannya. Cara ini dilakukan dengan memancarkan gelombang ultrasonik ke dasar laut dan bunyi pantul diterima oleh reciever (penerima) yang terpasang di kapal. Jika bunyi pantul memerlukan selang waktu lama untuk kembali ke kapal maka ini menunjukkan bahwa lautnya cukup dalam. Jika bunyi pantul kembali ke tempat semula dalam selang waktu cukup singkat maka dapat dipastikan lautan itu adalah lautan dangkal. Pada dasarnya SONAR memiliki dua bagian alat yang memancarkan gelombang ultrasonik yang disebut transmiter (emiter) dan alat yang dapat mendeteksi datangnya gelombang pantul (gema) yang disebut sensor (reciver). Gelombang ultrasonik dipancarkan oleh transmiter (pemancar) yang diarahkan ke sasaran, kemudian akan dipantulkan kembali dan ditangkap oleh pesawat penerima (reciver). Dengan mengukur waktu yang diperlukan dari gelombang dipancarkan sampai gelombang diterima lagi, maka dapat diketahui jarak yang ditentukan. Untuk mengukur kedalaman laut, SONAR diletakkan di bawah kapal. Dengan pancaran ultrasonik diarahkan lurus ke dasar laut, dalamnya air dapat dihitung dari panjang waktu antara pancaran yang turun dan naik setelah digemakan. Banyak sekali teknologi yang memanfaatkan gelombang bunyi dan gelombang cahaya. Sebagai contoh : teknologi sederhana yang dilakukan oleh nelayan tradisional di perairan laut jawa, yang biasa mereka sebut dengan telpon ikan. Yaitu mendeteksi keberadaan ikan dengan mendengarkan suara-suara melalui dayung mereka. Tetapi karena gelombang bunyi audible ( 20 Hz Hz ) ini luas sekali jelajahnya, dan banyak sumber-sumber gangguannya, maka orang lebih cenderung menggunakan gelombang bunyi ultra ( ultrasonic ) dengan frekuensi > Hz. Ultasonic banyak sekali digunakan a.l. untuk pengukuran kedalaman laut. Yakni dengan mengirimkan gelombang ke arah dasar laut, dan mengukur waktu kembalinya pantulannya. Dengan demikian bisa diperoleh jarak tempuh gelombang ( 2 x kedalaman laut ). 9

10 Gambar Pengukuran kedalaman laut dengan Teknik Gema Duga (Tim Geografi, Yudistiro, P. 98) Misalnya, sebuah kapal hendak mengukur kedalaman dari lautan yang diarunginya. Gelombang bunyi dpancarkan dari kapal tersebut, dan diterima kembali dalam waktu 2 detik. Seperti yang telah diketahui bahwa, gelombang bunyi mempunyai kecepatan rambat sebesar m/s, maka dari informasi ini kita dapat menentukan kedalaman lautan dengan cara: Jarak yang ditempuh gelombang bunyi = kecepatan x waktu = m/s x 2 s = 3000 meter gelombang bunyi menempuh jarak ke bawah menuju dasar laut dan kembali lagi ke kapal, jadi: Kedalaman laut = jarak tempuh gelombang bunyi / 2 = 3000 meter / 2 = 1500 meter 10

11 BAB III PENUTUP A. Kesimpulan a. Gelombang adalah getaran yang merambat. Jadi di setiap titik yang dilalui gelombang terjadi getaran, dan getaran tersebut berubah fasenya sehingga tampak sebagai getaran yang merambat. Terkait dengan arah getar dan arah rambatnya, gelombang dibagi menjadi dua yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudinal. b. Gelombang bunyi merupakan vibrasi/getaran molekul-molekul zat yang saling beradu satu sama lain. Namun demikian, zat tersebut terkoordinasi menghasilkan gelombang serta mentransmisikan energi tetapi tidak pernah terjadi perpindahan partikel. c. Sonar merupakan suatu teknik yang digunakan untuk menentukan letak benda di bawah laut dengan menggunakan metode pantulan gelombang. Pantulan gelombang oleh suatu permukaan atau benda sehingga jenis gelombang yang lebih lemah terdeteksi tidak lama setelah gelombang asal disebut gema. Gema merupakan bunyi yang terdengar tidak lama setelah bunyi asli. Perlambatan antara kedua gelombang menunjukkan jarak permukaan pemantul. Penduga gema (echo sounder) ialah peralatan yang digunakan untuk menentukan kedalaman air di bawah kapal. Kapal mengirimkan suatu gelombang bunyi dan mengukur waktu yang dibutuhkan gema untuk kembali, setelah pemantulan oleh dasar laut. Selain kedalaman laut, metode ini juga dapat digunakan untuk mengetahui lokasi karang, kapal karam, kapal selam, atau sekelompok ikan. B. Saran 1. Untuk pembaca dapat menambah wawasan dan bias memberikan kritik membangun bagi penulis. 2. Untuk lembaga pendidikan diharap agar bisa menerapkan dalam pembelajaran. 3. Untuk lembaga penelitian diharapkan bisa menghasilkan penemuan yang lebih baik 11

12 DAFTAR PUSTAKA Giancoli, Douglas C Fisika Dasar edisi kelima jilid 1.Jakarta:Erlangga Halliday, David & Resnick, Robert.1991.Fisika Jilid 1,2 (terjemahan).jakarta:erlangga Halliday, David & Resnick, Robert.1992.Fisika Jilid 1Edisi Ketiga diterjemahkan oleh Pantur Silaban dan Erwin Sucipto.Bandung:ITB Lutfi, dkk identifikasi nilai amplitudo sedimen dasar laut pada perairan dangkal menggunakan multibeam echosounder Diponegoro : Universitas Diponegoro 12