Suara, Tekanan dan Densitas

1. Suara, Tekanan dan Densitas Materi Kuliah 7 M. K. Oseanografi Umum (ITK221)

2. Transmisi Suara • Air Laut sebagai penghantar suara yang baik

3. Kecepatan Suara • Kec. Suara pada media yang kompresibel : 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

4. 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

6. 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)

7. Vel ↓  kedalaman ↑ : refraksi kebawah Vel ↑  kedalaman ↑ : refraksi keatas

9. Zona Bayangan Suara • Zona dimana suara tidak dapat menembus • Suara dapat berbelok karena perbedaan densitas air. • Menjadikan pendeteksian target jauh dari kenyataan

10. 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.

11. 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

13. 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

14. 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. SONAR: alat yg mengunakan suara utk identifikasi objek dalam kolom air

15. Densitas • massa (m) dibagi volume (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

16. 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 densitasdisebut (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

17. 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

18. Penentuan Sigma t • Fofonoff dan Tabata (1958) membuat rumus menghitung sigma-t 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

19. 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.

20. Variasi Sigma t • pada kedalaman dibawah 500 – 1000 m, suhu dan salinitas tidak bervariasi: • sedikit peningkatan σtdibawah 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.

21. 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

22. Perubahan Densitas Densitas meningkat di picnocline Picnocline, perubahan densitas secara cepat pada jarak kedalaman relatif sempit

23. 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.

24. 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

25. Hubungan kedalaman (m) dan tekanan (db)

26. 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

27. 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.

30. Teknik Pengukuran

31. Teknik Pengukuran