Pemanfaatan Gelombang Bunyi
dalam Teknologi
Disusun Oleh;
Nama : Muh.Qadri
Kelas : XII IPA 5
BAB I
PENDAHULUAN
Bunyi merupakan salah satu bentuk gelombang. Tidak seperti gelombang pada tali atau gelombang pada air, gelombang bunyi tidak dapat dilihat mata, melainkan dapat didengar telinga. Gelombang bunyi adalah salah satu dari gelombang mekanik yang merambat dalam medium dalam hal ini mediumnya adalah bisa udara, air atau zat padat. Berdasarkan arah getarnya bunyi termasuk ke dalam kelompok gelombang longitudinal yaitu gelombang yang merambat dengan arah getar searah arah perambatannya. Pemanfaatan teknologi pada gelombang bunyi salah satunya ialah seismograf.
1.1 Pengertian Seismograf
Seismograf juga sering disebut dengan sebutan sismometer. Sismometer berasal dari
bahasa Yunani: seismos gempa bumi dan metero: mengukur. Menurut Giancoli (2001 : 78) menyatakan : “Secara umum seismograf adalah alat atau sensor getaran, yang biasa digunakan untuk mendeteksi gempa bumi atau getaran pada permukaan tanah”. Hasil rekaman dari alat ini disebut seismogram.
Sebuah seismograf dapat mencatat gempa berbentuk vertical dan gempa berbentuk horizontal. Ketika terjadi gempa, getaran yang terekam adalah gelombang primer, karena kecepatan rambatnya paling tinggi, lalu diikuti oleh rekaman gelombang sekunder yang memiliki kecepatan rambat lebih rendah dari gelombang primer. Gelombang permukaan datangnya paling akhir karena memiliki kecepatan rambat paling rendah. Seismograf mencatat semua getaran dan kecepatan rambat gempa bumi dalam bentuk seismogram. Alat ini sangat sensitif terhadap gelombang seismik yang ditimbulkan karena gempa bumi, ledakan nuklir dan sumber gelombang seismik lainnya.
Ada beberapa skala yang digunakan untuk mengukur kekuatan gempa bumi. Skala Mercalli, Omori, Cancani, dan skala Richter, namun skala Richter adalah yang paling popular untuk mengukur kekuatan gempa bumi yang disebut dengan magnitude (M). Berdasarkan skala-skala ini orang dapat mengenali kekuatan gempa yang pada akhirnya berguna untuk mengantisipasi seperti desain konstruksi bangunan dan jalan raya.
1.2 Sejarah Penemuaan Seismograf
Menurut Asti (2009:89), “Seismograf pertama kali ditemukan oleh Zhang Heng seorang astronom, matematik, engineer dan pelukis pada masa pemerintahan Dinasti Han awal abad kedua. Pada masa itu Zhang Heng tidak mengatakan dengan pasti bagaimana sebuah gempa diukur dengan satuan skala richter (skala richter belum ditemukan sampai 1935), tapi tercatat berhasil menciptakan detector gempa pertama di dunia, yaitu seismograf”.
Bangsa Cina termasuk salah satu bangsa yang mempunyai budaya sangat tinggi, banyak penemuan-penemuan yang ditemukan oleh bangsa Cina pada waktu zaman dulu yang menjadi teknologi hingga sekarang sekarang. Diantara lain yaitu :
1. Serbuk Mesiu
2. Kompas
4. Pasta
5. Seismograf
Menurut refrerensi Indra, pada zaman Dinasti Han Timur Tiongkok, sering terjadi gempa bumi di ibukota Luoyang dan daerah sekitarnya. Menurut catatan buku sejarah, selama 50 tahun dari tahun 89 hingga 140, pernah terjadi 30 kali gempa bumi di daerah tersebut. Maka rakyat setempat sangat takut. Kemudian seorang ilmuwan bernama Zhang Heng melakukan penelitian bidang gempa bumi tersebut. Akhirnya pada tahun 132 M, Zhang Heng berhasil membuat alat pertama yang dapat meramalkan gempa bumi di Tiongkok bahkan di seluruh dunia, dan dinamakan “ seismograf”.
Seismograf itu dibuat dari perunggu berbentuk seperti guci (lihat gambar 1.1) yang di tengahnya terdapat batangan tembaga dan di luarnya terdapat 8 ekor naga yang di kepalanya tersambung pada 8 batang tembaga tipis yang menghadap ke arah-arah timur, selatan, barat, utara, timur laut, tenggara, barat laut dan barat daya.
Didalam mulut setiap naga terdapat bola tembaga yang kecil, di bawah kepala setiap naga mendekam seekor katak tembaga, mereka semua membuka mulut besar-besar, yang sewaktu-waktu dapat menyambut bola tembaga kecil yang dilontarkan dari mulut naga.
Seandainya terjadi gempa bumi, maka batang tembaga seismograf itu akan condong ke arah asal gempa bumi tersebut, kemudian menggerakkan kepala naga dan naga yang berada di arah itu akan membuka lebar mulutnya, maka bola tembaga kecil itu akan keluar dari mulut naga tersebut dan jatuh ke dalam mulut katak yang justru mendekam di bawahnya. Dengan demikian, akan diketahui di mana terjadinya gempa bumi.
Beberapa abad kemudian pada tahun 1855, Luigi Palmieri dari Italia merancang sebuah seismometer merkuri. Seismometer buatan Palmieri ini memiliki tabung berbentuk U (lihat gamabar 1.2) diisi dengan merkuri dan disusun di sepanjang titik-titik kompas.
Setelah Perang Dunia II, seismograf pendulum horizontal itu dikembangkan lagi menjadi Press-Ewing seismograf. Alat ini dikembangkan di Amerika Serikat dan digunakan untuk merekam periode panjang gelombang. Seismograf ini kemudian digunakan secara meluas di seluruh dunia hingga saat ini.
BAB II
Seismograf horizontal berfungsi untuk mencatat getaran bumi pada arah mendatar. Pada Seismograf horizontal, massa stasioner digantung dengan sebuah tali. Dibagian bawah terdapat jarum yang ujungnya menyentuh roll pita, yang selalu berputar searah jarum jam. Tiang penompang roll pita terpancang pada tanah. Pada waktu terjadi gempa, roll pita bergetar, sedang massa stasioner dan jarum jam tetap. Maka terbentuklah goresan pada roll pita tersebut yang disebut seismogram.
2.1.2 Seismograf Vertikal
Seismograf Vertikal berfungsi untuk mencatat getaran gempa vertikal. Massa Stasioner pada Seismograf vertikal ditahan oleh sebuah pegas (P) dan sebuah tangkai berengsel. Ujung massa stasioner yang berjarum disentuhkan pada roll pita yang selalu bergerak searah jarum jam. Jika terjadi getaran gempa, maka roll pita akan bergerak sehingga akan terbentuk seismogram pada roll pita tersebut.
Dengan menggunakan alat pengukur gempa, seismograf vertikal dan seismograf horizontal gempa yang terjadi baik gempa vertikal maupun gempa horizontal akan tercatat dan terdeteksi. Untuk mengetahui keakuratan data gempa yang diperoleh, maka lebih baik jika pada sebuah stasion BMG di pasang 3 alat pengukur gempa atau Seismograf. Yaitu 2 pasang seismograf Horizontal yang dipasang arah utara-selatan dan arah timur–barat, serta satu seismograf Vertikal. Hal ini dilakukan untuk mengetahui dari arah mana getaran gempa terjadi.
2.2 Jenis Seismograf Berdasarkan Pembacaan Sklar
Berdasarkan cara pembacaan data, sesmograf terdiri atas 2 yaitu : 2.2.1 Seismograf Manual (mekanikal)
Jenis gerakan mekanikal dapat mendeteksi baik gerakan vertikal maupun gerakan horizontal tergantung dari pendular yang digunakan apakah vertikal atau horizontal.
yang dicatat adalah arah gempa pada posisi timur atau barat, dan pada komponen vertikal arah gempa yang dicatat adalah arah gempa dilatasi atau kompresi.
2.2.2 Seismograf Digital (elektromagnetik)
Seismograf modern menggunakan elektromagnetik seismographer untuk memindahkan volatilitas sistem kawat tarik ke suatu daerah magnetis. Peristiwa-peristiwa yang menimbulkan getaran kemudian dideteksi melalui spelgavanometer.Selain itu, seismograf digital modern menambahkan komponen keempat yaitu layar, "user-friendly", dan cepat transfer data.
2.3 Prinsip Kerja Seismograf
Menurut Andrew Langley (2007: 67), menyatakan : “ Prinsip kerja dari alat ini yaitu mengembangkan kerja dari bandul sederhana. Ketika mendapatkan usikan atau gangguan dari luar seperti gelombang seismik maka bandul akan bergetar dan merekam datanya seperti grafik”.
f = Komponen w menurut garis singgung pada lintasan bandul P = Gaya tegang tali
N = Komponen normal dari W = m . g l = Panjang tali
θ = Sudut simpangan
Gaya pemulih yang bekerja pada bandul yaitu -mg sin θ. Sehingga persamaannya dapat ditulis sbb :
F = – mg sin θ
Tanda negatif diatas menunjukkan bahwa gaya mempunyai arah yang berlawanan dengan simpangan sudut θ. Karena gaya pemulih F berbanding lurus dengan sin θ bukan dengan θ, maka gerakan tersebut bukan merupakan Gerak Harmonik Sederhana. Jika sudut θ
kecil, maka panjang busur x (x = L kali θ) hampir sama dengan panjang L sin θ. Dengan demikian untuk sudut yang kecil, menggunakan pendekatan :
Sin θ ≈ θ
Sehingga persamaan gaya pemulih menjadi :
F = – mg Sin θ ≈ -mg θ
Karena :
x = Lθ
maka persamaan diatas menjadi persamaan yang sama seperti dengan hukum Hooke :
F = -kx
Periode pendulum sederhana dapat kita tentukan menggunakan persamaan :
Konstanta gaya efektif k kita ganti dengan mg/L :
sehingga frekuensi pendulum sederhana
Berdasarkan persamaan di atas, tampak bahwa periode dan frekuensi getaran pendulum sederhana bergantung pada panjang tali dan percepatan gravitasi. Karena percepatan gravitasi bernilai tetap, maka periode sepenuhnya hanya bergantung pada panjang tali (L). Dengan kata lain, periode dan frekuensi pendulum tidak bergantung pada massa beban alias bola pendulum.
2.4 Komponen-Komponen Seismograf
Menurut Olivia N. Harahap (1994:93) : “Seismograf adalah sebuah alat elektronika yang berfungsi sebagai pencatat gempa bumi. Dalam sebuah seismograf terdiri dari beberapa bagian, yaitu sebuah sensor, amplifier dan pengkondisi sinyal, ADC, Time System, Rekorder, dan tentunya power supply. Gabungan antara amplifier dan pengkondisi sinyal, ADC, dan time system biasa disebut dengan Digitizer”.
2.4.1 Sensor
Sensor untuk sebuah Seismograph disebut Seismometer. Seismometer diartiakan sebuah sensor yang menangkap gelombang seismik yang berbentuk besaran fisik. Bentuk output dari seismometer adalah tegangan listrik. Seismometer sendri terbagi dua jenis yaitu Short Period dan Broadband.
2.4.2 Amplyfier / Pengkondisi sinyal
Output dari seismometer yang berupa tegangan tersebut merupakan input dari bagian ini. Seperti namanya Amplyfier, berfungsi sebagai penguat tegangan dari seismometer. Sebab tegangan yang dihasilkan oleh seismometer belum dapat diolah secara langsung oleh ADC, Jadi perlu dikuatkan dan dipilih (difilter) oleh pengkondisi sinyal. Hasil dari bagian Amplyfier dan Pengkondisi Sinyal inilah yang menjadi input bagi ADC.
2.4.3 ADC
ADC atau Analog to Digital Converter adalah sebuah bagian yang berfungsi sebagai perubah dari sinyal analog, berupa tegangan listrik yang dikeluarkan oleh pengkondisi sinyal menjadi sebuah bentuk digital. Bentuk digital inilah nantinya yang akan diproses menjadi sebuah informasi. Digitizer juga diintegrasikan dengan sebuah logger sebagai media penyimpan data. Sehingga data tersebut tidak hilang dan dapat dipergunakan sewaktu-waktu.
2.4.4 Time System
system). Pada masa sekarang ini RTC dan GPS keduanya dibutuhkan dalam seismograf untuk saling melengkapi.
2.4.5 Recorder
Recorder di dalam sebuah seismograf berfungsi sebagai pencatat atau perekam untuk selanjutnya di lakukan analisa lanjutan. Sudah jamak di sini bahwa recorder berupa sebuah PC atau laptop. Selain sebagai recorder, peran PC bisa juga sebagai data logger dan juga analisis data. Hal tersebut dimungkinkan karena dilengkapi dengan software analisa.
2.4.6 Power Supply
BAB III
PENGGUNAAN SEISMOGRAF
3.1 Cara menggunakan Seismograf
Seismograf horizontal dan vertical, mempunyai tugas masing-masing. Seismograf horizontal bertugas untuk mengukur atau mencatat getaran bumi pada arah horizontal. Sedangkan seismograf vertikal untuk mencatat getaran bumi pada vertikal. Mengetahui getaran yang dirasakan yaitu dengan pendalar, dengan adanya pendalar tersebut dapat mengetahui seberapa besar tekanan yang diberikan oleh getaran tersebut.
Menurut Paz (1996:23) : “Cara kerjanya adalah apabila pada massa stasioner dipasang pena tajam dan ujung pena itu disinggungkan pada benda lain yang dipancangkan di tanah, maka pada saat bumi bergetar, akan terjadi goresan antara massa stasioner dan benda tersebut. Goresan tersebut merupakan wujud dari gambaran getaran bumi. Dari goresan-goresan itu para ahli dapat membaca tekanan dan frekuensi suatu gempa”.
Seismograf modern dan Seismograf yang belum moderen, mempunyai tugas yang sedikit berbeda, dikarenakan seismograf modern adalah gabungan dari seismograf lama. Seismograf menggunakan dua gerakan mekanik dan elektromagnetik seismographer. Kedua jenis gerakan tersebut dapat mendeteksi baik gerakan vertikal maupun gerakan horizontal tergantung dari pendulum (pemberat) yang digunakan apakah vertikal atau horizontal. Seismograf modern menggunakan elektromagnetik seismographer untuk memindahkan volatilitas sistem kawat tarik ke suatu daerah magnetik.
3.2 Proses Kerja (Sistem Pengukuran)
Gempa bumi adalah getaran atau vibrasi permukaan bumi. Perhatikan kata. Permukaan berarti hanya kerak bumi, suatu patahan di mana satu bongkah batu telah bergesekan dengan batu lain dengan kekuatan dan gesekan yang sangat besar. Energi dari gesekan ini diubah menjadi getaran di dalam batu-batuan. Yang dapat terasa sampai ribuan mil.
Sekarang getaran-getaran gempa bumi merupakan sejenis gerakan gelombang yang bergerak pada kecepatan yang berbeda-beda melalui kerak bumi yang berbatu-batu. Karena getaran-getaran itu mencapai jarak yang jauh dan merambat melalui batu-batuan, pada waktu getaran-getaran ini sampai disebabkan seismograf dapat mendeteksinya.
Bayangkan sebuah balok atau pelat beton. Sebuah grafik yang ditempelkan balok atau pelat itu menonjol keluar. Grafik itu sejajar dengan tanah, seperti lembaran kertas. Di atasnya, sebuah balok menonjol keluar dari tempat tergantungnya suatu beban. Pada dasar beban itu terdapat sebuah pena, yang menyentuh grafik itu. Sekarang muncul gelombang gempa bumi. Balok beton bergerak dan demikian juga grafik yang menempel padanya. Tetapi beban yang digantung tidak bergerak. Jadi, pena itu membuat tanda-tanda pada grafik itu pada waktu pena itu bergerak dan kita memperoleh catatan tentang gempa bumi. Tentu saja alat ini dibuat dengan sangat teliti sehingga gerakan yang pling kecil sekalipun dapat dicatat. Jadi, sistem pengukuran yang terjadi pada seismograf ada 3 tingkatan :
3.2.1 Tingkat 1 : tingkat pendeteksi
Fungsinya adalah untuk untuk mendeteksi getaran di bawah tanah oleh alat yang tertancap di tanah.
3.2.2 Tingkat 2 : tingkat perantara getaran
Fungsinya adalah menyalurkan getaran dari alat yang tertancap di tanah, biasanya berbentuk tali atau semacamnya yang dapat menyalurkan getaran.
Fungsinya adalah menerima getaran dari perantara ke massa yang jadi satu dengan pena, sehingga pena tersebut bergerak sesuai getaran yang diterima.
3.3 Klasifikasi Besaran Gempa
Besaran (magnnitudo) gempa yang didasarkan pada amplitude gelombang tektonik dicatat oleh seismograf dengan menggunakan skala ritcher. Selain itu, ada massa yang bebas sari getaran gempa yang disebut massa stasioner. Cara kerjanya : apabila pada massa stasioner tadi dipasang pena tajam dan ujung pena itu disinggungkan pada benda lain yang dipancangkan di tanah, maka pada saat bumi bergetar, akan terjadi goresan antara massastasioner dan benda tersebut. Goresan tersebut merupakan wujud dari gambaran getaran bumi. Dari goresan-goresan itu para ahli dapat membaca tekanann dan frekuensi suatu gempa.
A. Persamaan Perhitungan Kekuatan Gempa (agnitudo Skala Richter)
Magnitudo gempa bumi dihitung dengan menggunakan rumus : m = 1,3 + 0,6 Io. Dalam rumus ini, m = magintudo, Io adalah intensitas Ms yang didasarkan pada skala Mercalli. Sebagai contoh, jika Anda memiliki gempa bumi dengan intensitas XII (12), maka magnitudonya adalah m = 1,3 + 0,6 x 12 = 8,5 Skala Richter.
Cara kedua menghitung magnitudo adalah dengan menggunakan rumus berikut: m = 2,2 +1,8 log ao. Dalam rumus ini m adalah magintudo dan “ao” adalah akselerasi dalam cm/det2. Sebagai contoh, jika kita memiliki gempa bumi dengan akselerasi 1400 cm/det2,
magnitudonya adalah m = 2,2 + 1,8 x log 1400 = 7,8.
Jika kita sudah berhasil menentukan besaran magnitudo, kita dapat menghitung besaran energi yang terbuang. Untuk menghitung energi E, kita menggunakan rumus: log E = 11,4 + 1, 5m. Sebagai contoh, jika kekuatan gempa yang dihitung sekitar 7,6, maka rumusnya adalah: Log E= 11,4 +1,5 x 7,6 = 22. Ini adalah nilai dari logaritma energi.
Cara kedua untuk menghitung besaran energi adalah dengan menggunakan rumus log E = 16,4 + 1,5 log A / T) + 2,5 log D . Formula A ini memiliki amplitudo yang lebih baik daripada yang lain, misalnya menyebut bahwa gelombang permukaan menunjukkan akselerasi microns (1/1000 mm); T adalah periode gelombang dalam detik; D adalah jarak episentrum dalam derajat.
115 km. Kemudian akan dihasilkan log E = 16,4 + 1,5 x log (1070 / 20) + 2,5 x log 115 = 24. Dengan inv log 24 dapat menghitung energi yang dilepas adalah 1,4 x 1024 J.
3.4. Cara Menghitung Kekuatam Gempa
3.4.1 Dengan menggunakan hasil pencatatan seismograf, yang satu seismograf vertical, satu seismograf horizontal yang berarah utara-selatan, dan satu lagi seismograf horizontal yang berarah timur-barat. Dengan tiga seismograf aini akan ditemukan letak episentrum.
3.4.2 Dengan menggunakan tiga tempat yang terletak dlam satu homoseista. Ketiga tempat yang terletak dalam satu homoseista itu dihubungkan, kemudian ditarik garis sumbu pada garis yang menghubungkann tempat-tempat pencatatan.
3.4.3 Dengan menggunakan tiga tempat yang mencatat jarak episentrum. Cara ini dicari dengan rumus Laska, yaitu:
3.5 Kelebihan dan Kekurangan
Setiap alat seismograf dibuat secara perhitungan khusus. Tetapi kelebihan dan kekurangan alat tersebut pasti ada, itu dikarenakan alat tersebut berfungsi untuk mengetahui atau mendekteksi getaran, atau gempa bumi. Berikut adalah kelebihan dan kekurangan seismograf :
3.5.1 Kelebihan
Kelebihan seismograf termasuk dari fungsi seismograf itu sendiri. Karena seismograf terdapat banyak jenis dan macamnya. Jadi, seismograf mempunyai tugas masing-masing. Berikut adalah kelebihan seismograf :
3.5.1.1 Seismograf menggunakan dua klasifikasi yang berbeda untuk mengukur Gelombang seismik yang dihasilkan gempa, yaitu besaran gempa dan intensitas gempa. Kedua klasifikasi pengukuran ini menggunakan skala pengukuran yang berbeda pula. Skala pengukuran gempa tersebut terdiri dari skala Richter dan Skala Mercalli . Skala Richter digunakan untuk menggambarkan besaran gempa, sedangkan Skala Mercalli digunakan untuk menunjukkan intensitas gempa, atau pengaruh gempa terhadap tanah, gedung, dan manusia.
3.5.1.2 Karena seismograf lama terdiri dari 2 macam yaitu Seismograf horizontal bertugas untuk mengukur atau mencatat getaran bumi pada arah horizontal. Sedangkan seismograf vertikal untuk mencatat getaran bumi pada vertikal.
Alat seismograf dapat mengetahui getaran sekecil mungkin, tetapi bukan berarti seismograf tidak mempunyai kelemahana atau kekurangan. Kekurangan seismograf tersebut disebabkan oleh;
3.5.2.1 Jika getaran yang terlalu kuat membuat seismograf tidak mampu membuat catatan, karena tangkai alat pencatat bisa mengalami kerusakan.
BAB IV
PENUTUP
KESIMPULAN
Seismograf adalah alat atau sensor getaran, yang biasa digunakan untuk mendeteksi
gempa bumi atau getaran pada permukaan tanah. Hasil rekaman dari alat ini disebut seismogram. Sebuah seismograf dapat mencatat gempa komponen vertical dan gempa komponen horizontal.
Ada beberapa skala yang digunakan untuk mengukur kekuatan gempa bumi. Skala Mercalli, Omori, Cancani, dan skala Richter, namun skala Richter adalah yang paling popular untuk mengukur kekuatan gempa bumi. Prinsip kerja yang digunakan pada seismograf yaitu mengembangkan kerja dari bandul sederhana.
DAFTAR PUSTAKA
http://www.duniapendidikan.net/2016/05/pengertian-gelombang-bunyi-dan-perambatan-bunyi.html
http://penyeara.blogspot.co.id/2013/08/seismograf.html https://id.wikipedia.org/wiki/Seismometer
http://www.faktalink.dk/publish.php?linknavn=jordmaal.html http://www.thetech.org/exhibits/online/quakes/seismo .html
http://www.reindo.co.id/gempa/Reference/pengertian_gempa.html
http://www.seismo.unr.edu/ftp/pub/louie/class/100/magnitude.html
