Suara, Tekanan dan Densitas

Suara, Tekanan dan
Densitas
Materi Kuliah 7
M. K. Oseanografi Umum
(ITK221)
Transmisi Suara

Air Laut sebagai
penghantar suara
yang baik
Kecepatan Suara

Kec. Suara pada media yang kompresibel :
V 

1
K
dimana K = kompressibilitas media dan
 = densitas
Kec suara di laut lebih cepat daripada di udara,
karena kompresibilitas air laut < udara
Kec. Suara di air laut 1.445 m/s
Kec. Suara di udara 334 m/s
Faktor Penentu Kec. Suara





V  tgt t,s,p. V ↑ : t ↑, s ↑ , p ↑;
Salinitas
 Meningkat 1,3 m/s per 1‰
Suhu
 Meningkat 4,5 m/s per 1°C
Kedalaman
 Meningkat 1,7 m/s per 100 m
Suhu dan tekanan, penentu utama krn salinitas kurang
variasi dengan kedalaman
Refraksi suara


Pada laut yg berstrafikasi
 kec. suara horizontal
dan vertikal akan
bervariasi
Variasi ini mengakibatkan
transmissi suara menjadi
rumit karena  Refraksi
(pembelokan)
V1
1
perbatasan
V2
2
V1>V2
Hukum Snellius: Sin 1 /Sin 2 = V1/V2.
Bila V1>V2  suara dibelokkan mendekati normal (refraksi kebawah)
Bila V1<V2  suara dibelokkan menjauhi normal (refraksi keatas)
Vel ↓  kedalaman ↑ :
refraksi kebawah
Vel ↑  kedalaman ↑ :
refraksi keatas
Zona Bayangan Suara



Zona dimana suara tidak dapat menembus
Suara dapat berbelok karena perbedaan
densitas air.
Menjadikan pendeteksian target jauh dari
kenyataan
SOFAR Chanel




SOFAR (Sound Fixing And Ranging)
Chanel kecepatan suara minimum pada
kedalaman air 1000 m.
Karena interaksi perubahan suhu drastis
(termokline) dan perubahan tekanan linier.
Pada chanel tsb gelombang suara dibelokkan ke
pusat chanel.
Pada ked. ~ 1000m di L. Sargasso (S. Atl Utara) V min:
• 0 – 1000 m: peng. Suhu lebih dominan dari peng. Tekanan
• 1000 – kebawah: peng. Tekanan lebih dominan dari peng. suhu
Fenomena SOFAR (Sound Fixing And Ranging):
Suara pada ked. 1000m dimana vel. suara minimum:
• Keatas suara: refraksi kebawah (karena vel. ↑), lalu dibelokan
kebawah, dst.
• Kebawah suara: refraksi keatas (karena vel. ↑), lalu dibelokkan
keatas, dst.
• Jadi suara terperangkap dan dapat merambat horizontal ribuan km
SONAR: alat yg mengunakan suara utk
identifikasi objek dalam kolom air



SONAR (sound
navigation and ranging)
Suatu sistem yang
mengarahkan berkas
pulsa suara melalui air
dan mendeteksi
pantulan dari objek
Pantulan dapat
diidentifikasi: kelompok
paus, kapal selam.
Densitas





massa (m) dibagi volume (v):
m

v
densitas tergantung:
salinitas (s), temperatur (t) dan tekanan (p)
ρ = ρ(s,t,p)
Unit: kg/m3 (mks) dan g/cm3 (cgs)
Ketelitian sampai 5 desimal, mis: ρ20,35,0 = 1,02478
g/cm3=1024,78 kg/m3.
Perubahan hanya mulai desimal 4
Densitas (lanjutan)



Supaya praktis diperkenalkan notasi pengganti:
 (sigma):
σs,t,p= (ρs,t,p – 1)103 disebut sigma s,t,p
Bila p = 0 (pada tek. atm):
Nilai densitas disebut (sigma-t) :
t = (s,t,o-1) x 103
Nilai densitas dimana tekanan ikut
dipertimbangkan: disebut sebagai: densitas
insitu dan dinyatakan dengan : σs,t,p
Densitas (lanjutan)

Desitas (ρ): belum mungkin diukur langsung,
akan tetapi ditentukan secara tidak langsung
melalui hasil pengukuran s, t, p
Sigma-t ditentukan setelah ditentukan sigma-0
(σo)
o = (s,o,o – 1) x103

o = - 0.093 + 0,8149 S - 0,000482 S2 + 0,0000068 S3


Penentuan Sigma t

Fofonoff dan Tabata (1958) membuat rumus menghitung
sigma-t
4
t 
i
A
T
 i
i 1
T  A0
3
2
  Aij ( 0 )i T i
j 0 i 0
dimana: T = suhu (oC); i, j = indeks dari konstanta a, A, dan T
A0 = 67,26; A1 = 4,53168; A2 = - 0,5459; A3 = - 1,9825 E-3
A4 = - 1,438 E-7; A10 = 1,0; A11 = - 4,7867 E-3; A12 = 9,8185 E-5
A13 = -1,0843 E-6; A20 = 0; A21 = 1,8030 E-5; A22 = - 8,164 E-7
A23 = 1,667 E-8
Penentu Densitas


Di laut kisaran suhu dapat mencapai 0 – 25
°C, tetapi salinitas hanya 34 – 36 ‰,
sehingga suhu berpengaruh besar terhadap
densitas dibanding salinitas.
Di ekuator dan lintang tinggi dimana
perubahan suhu musiman tidak besar,
evaporasi/ presipitasi dan pembentukan
/peleburan es menyebabkan perubahan
salinitas nyata, demikian pula perubahan
densitasnya di permukaan.
Variasi Sigma t

pada kedalaman dibawah 500 – 1000 m, suhu
dan salinitas tidak bervariasi:



sedikit peningkatan σt dibawah 1000 m
σt hampir vertikal pada > 2000 m.
di lintang tengah dan rendah σt dapat
berubah cepat pada kedalaman < 500 m
(piknoclin). Dilaut terbuka, piknoclin
berkaitan dengan termoklin.
Struktur Densitas
Tiga wilayah kedalaman:
• Permukaan (0 – 100 m, 2 % air lautan)
• Picnocline (100 m – 1 km, 18 % air lautan)
• Laut dalam (> 1 km, 80 % air lautan
Perubahan Densitas
Densitas meningkat di picnocline
Picnocline, perubahan densitas secara cepat
pada jarak kedalaman relatif sempit
Tekanan


Tekanan: gaya per unit luas permukaan
yang badan air
Unit:
cgs: dynes/cm2
mks: Newtons/m2 dan 1 Pascal = 1 Newton/m2
Tekanan atmosfir: bars (1 bar = 106 dynes/cm2
= 105 Pascal
Tekanan laut: decibars (dbar, 1 dbar = 10-1 bar
= 105 dyne/cm2 = 104 Pascal.
Tekanan (lanjutan)

Tek pada sembarang kedalaman tergantung
massa air yang ada diatasnya: tekanan
hidrostatis:
p = gρz
dimana : g = gaya gravitasi
ρ = densitas
z = kedalaman

Mis:
tek pada ked 100 m (g = 9.8 m/det2 dan ρ = 1025 kg/m3)
p = 9.8x1025x100 (m/det2. kg/m3m)=1,004,500 Pascal
= 1,004,500/104 = 100.45 db
Jadi, tek pada ked 1 m ~ 1 db
Hubungan kedalaman (m) dan tekanan (db)
Sebaran Tekanan




Gradien (perbedaan) tekanan horizontal
mengakibatkan terjadinay gerak horizontal
Variasi horizontal tekanan di lautan diakibat oleh
variasi sebaran massa air (densitas dan tek atm
permukaan)
Kalau kolom air di atas permukaan datar di kolom air
(permukaan geopotensial surface yakni permukaan
tegak lurus arah gravitas) lebih tebal dan lebih ‘berat”,
maka tekaana akan lebih besar
Perbedaan tek horizontal (yang mengkibatkan
terjadinya arus laut) jauh lebih kecil dari perbedaan
tek vertikal
T – S Diagram


metoda yang baik untuk mengidentifikasi dan
mentrace masa air, yang berarti tingkat
percampuran masa air.
Karena :



suhu dan salinitas mudah diukur
karakter suhu dan salinitas air laut berbeda antar
wilayah
karakter air akan berubah akibat percampuran dengan
masa air dari wilayah lain dengan T dan S berbeda.
Teknik Pengukuran
Teknik Pengukuran