Fisika Bencana Alam Abrasi Pantai [PDF]

Citation preview

Lembar Kerja Peserta Didik



FISIKA



JENNY CAPRICONIA 17033058



FISIKA BENCANA ALAM BENCANA ABRASI PANTAI



A. Petunjuk Belajar 1. Baca materi yang sudah diberikan 2. Kerjakan percobaan yang sudah diperintahkan



B. Kompetensi Dasar 3.8 Menganalisis karakterisitik gelombang mekanik 4.8 Mengajukan gagasan penyelesaian masalah tentang karakteristik gelombang mekanik misalnya pada tali



C. Materi Pembelajaran Gelombang Mekanik



D. Paparan Isi Materi



Gelombang adalah getaran yang merambat. Gelombang



mekanik adalah



gelombang



yang



memerlukan



media



untuk



merambat



. Gelombang yang terjadi pada slinky atau tali merupakan contoh gelombang mekanik. Gejala gelombang pada slinky atau tali tersebut terjadi karena getaran yang merambat pada slinky atau tali.



Jenis – Jenis Gelombang Mekanik Berdasarkan arah rambat dan arah getarnya, gelombang dibedakan atas gelombang transversal dan longitudinal. Gelombang transversal adalah gelombang yang arah rambatnya tegak lurus dengan arah getarnya. Contoh gelombang jenis ini adalah gelombang pada tali. Gelombang longitudinal adalah gelombang yang memiliki arah rambat sejajar dengan arah getarnya. Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang pada slinky.



Karakteristik Gelombang Sebelum kita membahas lebih lanjut tentang konsep gelombang mekanik, akan lebih baik bila kita mengetahui karakteristik-karakteristik yang berhubungan dengan gelombang sebagai berikut. 1. Panjang Gelombang Untuk memahami pengertian panjang gelombang, perhatikan gambar berikut.



Gambar Panjang Gelombang



abc, efg adalah bukit gelombang cde, ghi adalah lembah gelombang titik b, f adalah puncak gelombang titik d, h adalah dasar gelombang abcde, bcdef, cdefg, dan seterusnya adalah satu gelombang. Panjang a–e, b–f, c–g, d–h, dan seterusnya adalah panjang satu gelombang atau sering disebut panjang gelombang (λ = dibaca lamda). Pada gambar di atas maka λ = l . Untuk gelombang longitudinal, panjang satu gelombang adalah panjang satu rapatan dan satu regangan atau jarak antardua rapatan yang berurutan atau jarak antara dua regangan yang berurutan seperti pada gambar gelombang longitudinal pada slinky berikut.



2. Periode Gelombang Periode gelombang (T), yaitu waktu yang diperlukan untuk menempuh satu gelombang. Pada gambar panjang gelombang diatas yang dimaksud T adalah waktu yang diperlukan gelombang untuk membentuk satu gelombang dari titik a – e (l). 3. Frekuensi Gelombang Frekuensi gelombang (f), yaitu jumlah gelombang tiap sekon. Yaitu berapa banyak satu siklus gelombang penuh (dari titik a-f) yang terbentuk dalam 1 detik. 4. Cepat Rambat Gelombang Cepat rambat gelombang (v), yaitu jarak yang ditempuh gelombang tiap sekon. Secara matematis, cepat rambat gelombang dirumuskan:



Jika s = λ maka persamaan cepat rambat gelombang diatas menjadi:



atau dapat juga dituliskan sebagai berikut : v=λ.f Keterangan: s : jarak yang ditempuh dalam t sekon t : periode (t = T)



Konsep Fisika Yang Relevan Dengan Bencana Abrasi Pantai 1. Gelombang Pantai selalu menyesuaikan bentuk profilnya sedemikian sehingga mampu meredam energi gelombang yang datang. Penyesuaian bentuk tersebut merupakan tanggapan dinamis alami pantai terhadap laut. Sering pertahanan alami pantai tidak mampu menahan serangan aktifitas laut (gelombang, arus, pasang surut) sehingga pantai dapat tererosi, namun pantai akan kembali kebentuk semula oleh pengaruh gelombang normal. Tetapi adakalanya pantai yang tererosi tersebut tidak kembali ke bentuk semula karena material pembentuk pantai terbawa arus ke tempat lain dan tidak kembali ke tempat semula (pantai tererosi).



2. Karakteristik gelombang laut



Gambar 1. Gelombang menjalar pada sumbu x



Beberapa notasi yang digunakan adalah: d = kedalaman laut (jarak antara muka air rerata dan dasar laut) H = tinggi gelombang = 2 a ( a = ½ H) a = ampitudo gelombang L = panjang gelombang (jarak antara dua puncak gelombang yang berurutan) T = periode gelombang (interval waktu yang diperlukan oleh partikel air untuk kembali pada kedudukan yang sama dengan kedudukan sebelumnya) C = kecepatan rambat gelombang = L/T = frekuensi gelombang = 2 /T k = angka gelombang = 2 /L



3. Energi gelombang Gelombang dapat menimbulkan energi untuk membentuk pantai, menimbulkan arus dan transport sedimen dalam arah tegak lurus dan sepanjang pantai dan menyebabkan gaya-gaya yang bekerja pada bangunan pelindung pantai. Berdasarkan teori gelombang amplitudo kecil / teori gelombang Airy1845 (small amplitude wave theory) energi total suatu panjang gelombang merupakan penjumlahan dari energi kinetik dan energi potensial. Energi kinetik gelombang adalah energi yang disebabkan kecepatan partikel air karena adanya gerak gelombang. Sedangkan energi potensial



gelombang adalah energi yang dihasilkan oleh perpindahan muka air karena adanya gelombang. Besarnya energi kinetik persatuan lebar untuk satu panjang gelombang diperoleh dengan persamaan (Triadmodjo 1999) :



Energi potensial persatuan lebar untuk satu panjang gelombang diperoleh dengan persamaan:



Dengan demikian total energi dalam sebuah gelombang persatuan lebar panjang gelombang adalah :



sedangkan tenaga gelombang adalah:



Dimana ET = total energi gelombang (Nm/d/m) Ek = energi kinetik gelombang (Nm/d/m) Ep = energi potensial gelombang(Nm/d/m) ρ = rapat massa air laut = 1,03 ton/m g = gaya gravitasi H = tinggi gelombang pecah (m) d = kedalaman gelombang (m) C = cepat rambat gelombang (m/d) T = periode gelombang (d) L = panjang gelombang (m) K, n = konstanta, indeks (Triatmodjo,1999)



4. Deformasi gelombang Dalam analisa deformasi gelombang sering dilakukan dengan konsep gelombang laut dalam ekivalen. Pemakaian gelombang ini bertujuan untuk menetapkan tinggi gelombang yang mengalami refraksi dan difraksi. Tinggi gelombang laut dalam ekivalen diberikan oleh bentuk (Triatmodjo 1999) :



Dimana : H’0 = tinggi gelombang laut dalam ekivalen Ks = koefisien pendangkalan (shoaling) Kr = koefisien refraksi H0 = tinggi gelombang laut dalam Konsep tinggi gelombang laut



5. Angin Pengukuran data angin di permukaan laut adalah yang paling sesuai untuk peramalan gelombang. Data angin dari pengukuran dengan kapal perlu dikoreksi dengan menggunakan persamaan berikut : U = 2,16 Us7/9 .............................(7) Dimana : Us : kecepatan angin diukur dengan kapal U : kecepatan angin terkoreksi



6. Arus dekat pantai Gelombang yang menjalar menuju pantai membawa massa air dan momentum dalam arah penjalaran gelombang. Transport massa air dan momentum tersebut menimbulkan arus di daerah dekat pantai.



7. Pasang surut air laut Pasang surut adalah fluktuasi muka air laut karena adanya gaya tarik benda-benda langit, terutama matahari dan bulan terhadap massa air laut di bumi. Meskipun massa bulan jauh lebih kecil dari massa matahari, tetapi karena jaraknya terhadap bumi jauh lebih dekat, maka pengaruh gaya tarik bulan terhadap bumi lebih besar dari pada pengaruh gaya tarik matahari.



Gaya tarik bulan mempengaruhi pasang surut adalah 2,2 kali lebih besar daripada gaya tarik matahari (Triatmodjo, 1999).



E. Tugas 1. Ujung sebuah tali yang panjangnya 1 meter di getarkan sehingga dalam waktu 2 sekon terdapat 2 gelombang. tentukanlah persamaan gelombang tersebut apabila amplitudo getaran ujung tali 20 cm. 2. Sebuah gelombang pada permukaan air dihasilkan dari suatu getaran yang frekuensinya 30 Hz. Jika jarak antara puncak dan lembah gelombang yang berturutan adalah 50 cm, hitunglah cepat rambat gelombang tersebut! 3. Persamaan gelombang berjalan pada seutas tali dinyatakan oleh x dan y dalam cm dan t dalam sekon. Tentukan (a) arah perambatan gelombang (b) amplitude gelombang (c) frekuensi gelombang (d ) bilangan gelomban (e ) panjang gelombang dan (f) kecepatan rambat gelombang 4. Sebuah pemancar radio bekerja pada gelombang 1,5 m. Jika cepat rambat gelombang radio 3.108 m/s, pada frekuensi berapakah stasion radio tersebut bekerja! 5. Suatu sumber bunyi bergerak menjauhi seorang Pendengar yang tidak bergerak dengan kecepatan 108 km/jam. Apabila frekuensinya 120 Hz dan Cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, tentukanlah frekuensi yang terdengar oleh Pendengar ! 6. Gelombang berjalan mempunyai persmaan y = 0,2 sin (100π t – 2π x), dimana y dan x dalam meter dan t dalam sekon. Tentukan amplitudo, periode, frekuensi, panjang gelombang, dan cepat rambat gelombang tersebut !



7. Seutas tali yang panjangnya 5 m, massanya 4 gram ditegangkan dengan gaya 2 N dan salah satu ujungnya digetarkan dengan frekuensi 50 Hz. Hitunglah: a. cepat rambat gelombang pada tali tersebut ! b. panjang gelombang pada tali tersebut ! 8. Seutas tali yang ditegangkan dengan gaya 5 N dan salah satu ujungnya digetarkan dengan frekuensi 40 Hz terbentuk gelombang dengan panjang gelombang 50 cm. Jika panjang tali 4 m, hitunglah: a.cepat rambat gelombang pada tali tersebut ! b. massa tali tersebut ! 9. Sebuah benda bergerak melingkar dengan periode 0,8 sekon dan jari-jari lingkaran 0,4m. jika proyeksi gerak tersebut menghasilkan gerak harmonic dengan simpangan 0,2 m pada awal gerakan, maka tentukan: a. Posisi sudut awal b. Jarak simpangan pada saat benda telah bergerak selama 1s 10. Seutas tali yang panjangnya 250 m direntangkan horizontal . salah satu ujungnya digetarkan dengan frekuensi 2 Hz dan amplitude 10 cm, sedang ujung lainnya terikat . Getaran tersebut merambat pada tali dengan kecepatan 40 cm/s. tentukan : (a) Amplitudo gelombang stasioner di titik yang berjarak 132,5 cm dari titik asal getaran (b) Simpangan gelombang pada titik tersebut setelah digetarkan selama 5 s dan 12 s (c) Letak simpul keenam dan perut kelima dari titik asal getaran 11. Dalam dua menit terjadi 960 getaran pada suatu partikel. Tentukan: a) periode getaran b) frekuensi getaran 12. Periode suatu getaran adalah 1/2 detik. Tentukan: a) frekuensi getaran b) jumlah getaran dalam 5 menit



13. Frekuensi suatu getaran adalah 5 Hz. Tentukan: a) periode getaran b) banyak getaran yang terjadi dalam 2 menit 14. Sebuah gelombang merambat dengan kecepatan 340 m/s. Jika frekuensi gelombang adalah 50 Hz, tentukan panjang gelombangnya! 15. Periode suatu gelombang adalah 0,02 s dengan panjang gelombang sebesar 25 meter. Hitunglah cepat rambat gelombangnya! 16. Duah buah Garputala bergetar secara bersama-sama dengan frekuensi masing-masing 416 Hz dan 418 Hz 17. Sebuah mesin jahit yang sedang bekerja mempunyai intensitas bunyi 10-8 W/m2. Apabila intensitas ambang bunyi 10-12 wb/m2, hitunglah Taraf intensitas bunyi dari 10 mesin jahit sejenis yang sedang bekerja bersama-sama ! 18. Pemancar Radio yang berfrekuensi 10.000 Hz mempunyai Panjang gelombang 150 cm. tentukan Cepat rambat bunyi tersebut ! 19. Sebuah tali membentuk gelombang dengan amplitude 20cm dan frekuensi 20 Hz. Di asumsikan bahwa tali elastic sempurna dan bagian-bagian tali yang bergetar memiliki massa 2 gram. Tentukan energy kinetic dan energy potensial setelah gelombang merambat selama 2 sekon. 20. Sebuah tali panjangnya 200cm di rentangkan horizontal. Salah satu ujungnya di getarkan dengan frekuensi 2Hz dan amplitude 10 cm, serta ujung lainnya bergerak bebas. Apabila pada tali tersebut terbentuk 8 gelombang berdiri. Tentukanlah: a. panjang gelombang dan cepat rambat gelombang b. persamaan glombang berdiri c. letak titik simpul ke 2 dan perut ke 3 dari ujungnya bebasmnya d. amplitude pada jarak 150 cm dari sumber getar