cara mengukur kedalaman laut2/3 permukaan bumi tertutupi oleh
wilayah perairan, dan hanya tinggal 1/3 saja yang dapat ditempati
manusia. Selain itu, jikapermukaan bumi kita amati, bentuk
permukaan bumi sangatlah tidak rata. Mulai dari titik tertinggi
yang sekarang masih dipegang oleh puncak Gunung Everest kurang
lebih 8300 m di atas permukaan laut, hingga titik terendah yaitu
berada pada Palung Mariana di Samudra Pasifik dengan kedalaman
kurang lebih 10810 m di bawah permukaan laut.Jika kita membuka
atlas atau buku geografi, kita melihat bahwa setiap daerah pada
atlas memiliki warna yang berbeda, dan kita telah mengetahui hal
ini bahwa ini menandakan ketinggian atau kedalaman suatu tempat.
Misal daerah pada daratan berwarna hijau menggambarkan sebagai
daerah dataran rendah, semakin oranye warnanya semakin tinggi pula
kedudukan tempat tersebut. Suatu tempat pada daerah laut yang
berwarna biru muda menandakan tempat tersebut merupakan dangkalan,
semakin tua warna birunya semakin dalam tempat tersebut.Sekarang
kita akan membahas mengenai bagaimana cara mengukur kedalaman laut.
Mungkin jika kita disuruh menghitung ketinggian suatu tempat, kita
bisamenggunakan teorema phytaghoras atau rumus Trigonometri. Namun
jika disuruh menghitung kedalaman suatu perairan, gimana ya
caranya? Apakah kita akan menyuruh penyelam handal untuk bawa
meteran? kan gak mungkin yaNah gini caranya. Kalian udah tahu kan
hubungan antarKelajuan dengan jarak dan waktu? atau rumusnya ( v =
s / t )v = kelajuans = jarak tempuht = waktu tempuhJika kalian tahu
tentang ini, pasti kalian dapat memahaminya. Para peneliti yang
akan mengukurkedalaman suatu perairan akan bergerak menuju tempat
perairan yang akan diukur kedalamannya menggunakan kapal laut(yo
pasti). Mereka juga harus membawa segala peralatan dan yang wajib
dibawa adalah alat yang dinamakanPenembak Gelombang, dan
Reseptor.Tanpa alat ini, peneliti tidak akan dapat mengukur
kedalaman suatu perairan.Alat penembak gelombang dipasang di bagian
bawah kapal (maksudnya di bagian luar kapal). Lalu dengan sensor
yang tersambung ke komputer untuk menyampaikan data, beberapa
gelombang ditembakkan ke arah pusat bumi. Sensor akan mencatat
waktu penembakan, dan selang beberapa saat reseptor akan menerima
kembali gelombang yang tadi ditembakkan dan sensor mencatat waktu
penerimaannya, begitu pula untuk gelombang lain yang
ditembakkan.Dengan rumusv = s / t, kita sendiri dapat menentukan
kedalaman perairan tersebut. Sebagai contoh, misal kelajuan
gelombang yang ditembakkan 340 m/s, sedangkan selang waktu
penembakkan dan penerimaan 2 s, maka kita dapatkans = v . t = 340 .
2 =680 m. Namun jangan puas dulu dengan hasil itu, 680 m terebut
masih sama merupakan 2 kali kedalaman peraiaran tersebut,
sehinggakedalamannya = 680 / 2 = 340 mNamun kok bisa kedalamannya
340 m, bukankah tadi hasil penghitungan dari rumus adalah 680 m?
Coba lihat gambar berikut!
Proses Pengukuran kedalaman suatu perairan
Dari penjelasan gambar, kita mengetahui bahwas / jarak tempuh
gelombang dari penembakkan, memantulhingga sampai di reseptor sama
dengan s1 + s2, dandengan waktu tempuh sama dengan t1 + t2, mengapa
h sama dengan jarak tempuh, karena kita tahu bahwas1 = s2 = h.
Galvanometer Balistik.Untuk mengukur fluksi maknit digunakan
galvanometer balistik, dimana galvanometer ini bekerja menggunakan
prinsip d Arsonval dan dirancang khusus untuk pemakaian selama 20
30 sekon dengan kepekaan tinggi.Pada pengukuran balistik ini,
kumparan menerima suatu impuls arus sesaat, mengakibatkan kumparan
berayun ke satu sisi dan kemudian kembali berhenti dalam gerakan
berosilasi.Jika impuls arus berlangsung singkat, maka defleksi
mula-mula dari posisi berhenti berbanding lurus dengan kuantitas
pengosongan muatan listrik melalui kumparan. Nilai relatif impuls
arus yang diukur dalam defleksi sudut mula-mula dari kumparan
adalah :Q = K Dimana:Q = muatan listrik ( coulomb )K = kepekaan
galvanometer ( coulomb / radian defleksi ) = defleksi sudut
kumparan ( radian )Harga kepekaan galvanometer ( K ), dipengaruhi
oleh redaman dan besarnya diperoleh secara eksperimental, melalui
pemeriksaan kalibrasi pada kondisi pemakaian yang nyata.Untuk
mengkalibrasi galvanometer, digunakan beberapa metoda, yaitu :1.
metoda kapasitor.2. metoda solenoida.3. metoda induktansi
bersama.Pada Metoda induktansi bersama, sumber arus di rangkaian
primer dikopel melalui ke galvanometer, melalui pengujian
induktansi bersama ( M ). Jika arus primer ( I ) arahnya dibalik (
dari + I menjadi - I ), akan terjadi penyimpangan galvanometer ( )
sebanding dengan konstanta-konstanta rangkaian dan kepekaan
galvanometer ( K ). Akibat perubahan arah arus ini, besar muatan
total di dalam rangkaian adalah :Q = Dimana:M = induktansi bersama
(Henry atau H)R = tahanan total rangkaian (ohm atau ) Pengukuran
fluksi menggunakan galvanometer balistik yang sudah dikalibrasi,
ditunjukkan pada gambar 2.
Gambar 2. Pengukuran fluksi menggunakan galvanometer.Dari
gambar, dapat dilihat bahwa galvanometer balistik dihubungkan seri
dengan sebuah tahanan variabel dan sebuah kumparan yang melilit
maknit permanent yang akan ditentukan fluksinya. Tahanan variabel
diatur untuk menghasilkan redaman kritis bagi galvanometer.Adapun
prinsip pengukuran galvanometer balistik, antara lain:Jika maknit
permanen dilepas dengan cepat dari kumparan, maka akan dihasilkan
suatu impuls arus yang menyebabkan galvanometer menyimpang.a.
Kuantitas muatan melalui galvanometer balistik berbanding lurus
dengan fluksi total ( ) maknit permanen dan jumlah lilitan kumparan
( N ) dan berbanding terbalik dengan tahanan total rangkaian ( R ),
dan secara matematis : b. Subtitusikan persamaan di atas sehingga
diperoleh defleksi galvanometer ( ):
c. Dari persamaan di atas untuk suatu harga Q , dapat diperoleh
harga yang besarnya :
Catatan:Faktor kepekaan K harus dievaluasi terhadap tahanan
rangkaian yang digunakan pada setiap pengukuran.2.2 Galvanometer
Suspensi ( Suspension Galvanometer ).Pengukuran-pengukuran arus
searah sebelumnya menggunakan galvanometer sistem gantungan, yang
merupakan pelopor instrumen kumparan putar, sebagai dasar pada
umumnya instrumen penunjuk arus searah yang dipakai secara luas
saat ini. Dengan beberapa penyempurnaan, Galvanometer suspensi
masih digunakan untuk pengukuran-pengukuran laboratorium
sensitivitas tinggi tertentu, jika keinda-han instrumen bukan
merupakan masalah dan portabilitas bukan menjadi prioritas.
Konstruksi sebuah galvanometer suspensi, ditunjukkan pada gambar
3.
Gambar 3. Galvanometer Suspensi.1. Sebuah kumparan kawat halus
digantung di dalam medan maknet yang dihasilkan oleh sebuah maknet
permanen, berdasarkan hukum gaya elektromaknet , jika dialiri arus
listrik , maka kumparan tersebut akan berputar ( arus listrik
mengalir dari dan ke kumparan melalui sebuah gantungan yang terbuat
dari serabut halus dan keelastisan serabut tersebut menghasilkan
suatu torsi yang akan melawan perputaran kumparan ). 2.
Kumparanakan terus berdefleksi sampai gaya elektromaknetnya
mengim-bangi torsi mekanis lawan dari gantungan. Dengan demikian
defleksi kumparan merupakan ukuran untuk arus yang dibawa kumparan
tersebut. 3. Sebuah cermin dipasang pada kumparan yang berfungsi
untuk mende-fleksikan seberkas cahaya, sehingga sebuah bintik
cahaya yang sudah diperkuat bergerak. diatas skala pada suatu jarak
dari instrumen dan efek optiknya adalah sebuah jarum penunjuk yang
panjang dengan massa nol. 2.3 Defleksi Galvanometer dalam Keadaan
Mantap (Steady State deflection ).Prinsip kerja galvanometer
suspensi diterapkan sama terhadap jenis instrumen yang lebih baru,
yaitu mekanisme kumparan putar maknet permanen ( PMMC : permanent
magnet moving coil ), dan konstruksi PMMC dan bagian-bagiannya
ditunjukkan pada gambar 4.
Gambar 4. Konstruksi PMMCPrinsip kerjanya yakni Jika arus
mengalir di dalam kumparan, akan timbul torsi elektromaknetik yang
menyebabkan berputarnya kumparan, dan torsi ini akan diimbangi
torsi mekanis dari pegas-pegas pengatur yang diikat pada kumparan.
Kesetimbangan torsi-torsi dan posisi sudut kumparan putar,
dinyatakan oleh jarum penunjuk terhadap referensi tertentu, yang
disebut skala. Menurut hukum dasar eletromaknetik , persamaan untuk
torsi adalah :
Dimana:T = torsi dalam Newton-meter (N-m)B = kerapatan fluksi
didalam celah udara (Wb/m2)A = luas efektif kumparan (m2)I = arus
dalam kumparan putar (Ampere, A)N = jumlah lilitan kumparan Karena
kerapatan fluksi dan luas kumparan merupakan parameter-parameter
konstan untuk sebuah instrumen, maka persamaan diatas torsi
berbanding lurus dengan arus I (T~I). Torsi menyebabkan defleksi
jarum ke keadaan mantap, dimana torsi diimbangi oleh torsi pegas
pengontrol. Perencana hanya dapat mengubah nilai torsi pengatur dan
jumlah lilitan kumparan untuk mengukur arus skala penuh. Umumnya
luas kumparan praktis 0,5 2,5 cm, kerapatan fluksi untuk instrumen
modern 1500 5000 gauss ( 0,15 0,5 Wb/m2).2.4 Sifat Dinamik
Galvanometer.Jika arus bolak balik dialirkan ke sebuah galvanometer
pencatat, maka pencatatan yang dihasilkan oleh gerakan kumparan
putar meliputi karakteristik respons dari elemen yang berputar itu
sendiri, dengan demikian adalah penting untuk mempertimbangkan
sifat dinamiknya. Sifat dinamik galvanometer adalah : kecepatan
respons, redaman dan over-shoot. Sifat dinamik galvanometer dapat
diamati dengan memutuskan arus input secara tiba-tiba, sehingga
kumparan berayun kembali dari posisi defleksi menuju posisi nol.
Sebagai akibat dari kelembaman ( inersia ) dari sistem yang
berputar, jarum berayun melewati titik nol dalam arah berlawanan
dan berosilasi kekiri dan kekanan, dan secara perlahan-lahan
osilasi ini akan mengecil sebagai akibat dari redaman elemen
berputar dan akhirnya jarum berhenti pada posisi nol. Gerakan
sebuah kumparan didalam medan maknet, diketahui dari tiga
kuantitas, yaitu : 1. Momen inersia kumparan putar terhadap
sumbunya ( J ). 2. Torsi lawan yang dihasilkan oleh gantungan
kumparan ( S ). 3. Konstanta redaman ( D ). Penyelesaian persamaan
diferensial yang menghubungkan ketiga faktor diatas, menghasilkan
tiga kemungkinan yang masing-masing menjelaskan sifat dinamik
kumparan dan sudut defleksinya ( ). Ketiga jenis sifat-sifat
tersebut ditunjukkan pada gambar 5.
Gambar 5. Sifat dinamik galvanometer.Dari gambar 5 diatas dapat
dijelaskan sebagai berikut : Kurva I : Keadaan terlalu redam,
dimana kumparan kembali secara perlahan ke posisi diam tanpa
lonjakan atau osilasi. Kurva II : Keadaan kurang redam, dimana
gerakan kumparan dipengaruhi oleh osilasi sinusoida teredam. Laju
dimana osilasi berhenti ditentukan konstanta redaman ( D ), momen
inersia ( J ) dan torsi lawan ( S ) yang dihasilkan gantungan
kumparan. Kuva III : Keadaan redaman kritis, dimana jarum kembali
dengan cepat ke keadaan mantap tanpa osilasi. Idealnya, respons
galvanometer adalah sedemikian rupa, sehingga jarum jam bergerak ke
posisi akhir tanpa lonjakan, berarti gerakan tersebut harus pada
keadaan redaman kritis, akan tetapi dalam praktek, pada umumnya
galvano- meter sedikit kurang teredam, sehingga jarum sedikit
melonjak sebelum berhenti, dan lebih lambat dari redaman kritis.
2.5 Mekanisme Redaman.Redaman galvanometer terjadi dalam dua
mekanisme, yaitu : 1. Redaman mekanis, disebabkan : a. perputaran
kumparan di udara sekelilingnya dan tidak bergantung pada arus
listrik di kumparan. b. gesekan di bantalan-bantalannya karena
gerakan. c. pembengkokan pegas-pegas gantungan. 2. Redaman
elektromaknetik, disebabkan : efek induksi di dalam kumparan, yang
berputar di dalam medan maknet. Cara-cara peredaman antara lain:a.
Alat-alat ukur PMMC dibuat agar menghasilkan redaman viskos yang
minimum dan derejat redaman diperbesar. b. Beberapa instrumen
menggunakan prinsip elektromaknetik ( hukum Lenz ), dimana kumparan
digulung pada sebuah rangka aluminium ringan, perputaran kumparan
dalam medan maknet menghasilkan arus sirkulasi pada logam
peng-hantar, sehingga torsi penahan dibangkitkan untuk melawan
gerakan kumparan. c. Sebuah galvanometer dapat juga diredam dengan
sebuah tahanan dihubungkan ke kumparan, jika kumparan berputar
dalam medan maknet tegangan dibangkit-kan di kumparan yang akan
mensirkulasi arus melalui kumparan dan tahanan luar, sehingga
dihasilkan torsi yang meredam gerakan kumparan. 2.6 Gerak d
Arsonval ( d Arsonval movement ) Gerakan dasar kumparan putaran
maknet permanen yang ditunjukan pada gambar 4, sering disebut
dengan gerak dArsonval. Konstruksi ini memungkinkan maknet besar di
dalam suatu ruangan tertentu dan digunakan bila diinginkan fluksi
terbesar di celah udara. Dia adalah instrumen dengan kebutuhan daya
sangat rendah dan arus kecil untuk defleksi skala penuh. Gambar 6,
menunjukkan sebuah pandangan maya dari gerakan dArsonval.
Pengamatan pada gambar 6, menunjukkan : - Sebuah maknet permanen
berbentuk sepatu kuda dengan potongan-potongan besi lunak menempel
padanya. - Antara potongan-potongan tersebut, terdapat sebuah
silinder besi lunak yang berfungsi untuk menghasilkan medan maknet
yang homogen. - Kumparan yang dililitkan pada sebuah kerangka logam
ringan dan dipasang sedemikian rupa hingga dapat berputar bebas di
celah udara. - Jarum penunjuk dipasang dibagian atas kumparan,
bergerak sepanjang skala yang sudah dibagi-bagi dan menunjukkan
defleksi sudut kumparan yang berarti juga menunjukkan arus melalui
kumparan. - Bentuk Y adalah pengatur nol ( zero adjust ) dan
dihubungkan ke ujung tetap pegas pengatur depan. - Sebuah pasak
eksentrik ( pin ) yang menembus kotak instrumen yang memegang
bagian Y , sehingga posisi nol jarum dapat diatur dari luar. - Dua
pegas konduktif dari fosfor-perunggu biasanya berkekuatan sama,
yang menghasilkan gaya terkalibrasi untuk melawan torsi kumparan
putar dan prestasi pegas yang konstan dibutuhkan untuk
mempertahankan ketelitian instrumen. - Ketebalan pegas diperiksa
secara teliti untuk mencegah kondisi pegas yang permanen (
eksitasinya hilang ). Arus dialirkan dari dan ke kumparan melalui
pegas-pegas penghantar. - Keseluruhan sistem yang berputar dibuat
setimbang statis oleh tiga buah beban kesetimbangan untuk semua
posisi defleksi, seperti ditunjukkan pada gambar 7.
- Jarum, pegas dan titik putar ( pivot ) dirakit ke peralatan
kumparan dengan menggunakan alas titik putar dan ditopang oleh
bantalan jewel ( jewel bearing ), seperti ditunjukkan pada gambar
8. Jewel berbentuk V ditunjukkan pada gambar 8 a digunakan secara
umum pada bantalan-bantalan instrumen dan mempunyai gesekan paling
kecil diantara semua bantalan. 2.7 Sensitivitas galvanometer.Untuk
menyatakan sensitivitas sebuah galvanometer, umumnya digunakan tiga
buah defenisi, yaitu : 1. Sensitivitas arus ( current sensitivity )
2. Sensitivitas tegangan ( voltage sensitivity ) 3. Sensitivitas
mega-ohm ( megohm sensitivity ) 4. Sensitivitas balistik1.
Sensitivitas Arus, didefinisikan sebagai : Perbandingan defleksi
galvanometer terhadap arus yang menghasilkan defleksi tersebut.
Untuk galvanometer yang skalanya tidak dikalibrasi dalam milimeter
( mm ), defleksi dapat dinyatakan dalam bagian skala, maka
sensitivitas arus : Dimana:d = defleksi galvanometer dalam bagian
skala atau mm. I = arus galvanometer dalam mikroamper ( A ) 2.
Sensitivitas Tegangan, didefinisikan sebagai : Perbandingan
defleksi galvanometer terhadap tegangan yang menghasilkan-nya, jadi
:
Dimana:d = defleksi galvanometer dalam bagian skala atau mm. V =
tegangan yang diberikan ke galvanometer dalam milivolt ( mV ).
Adalah lazim untuk memandang galvanometer bersama-sama dengan
tahanan redaman kritis ( CDRX ) dan kebanyakan pabrik menyatakan
sensitivitas tegangan dalam mm / mV. 3. Sensitivitas Mega-ohm,
didefinisikan sebagai : Tahanan ( dalam mega-ohm ) yang dihubungkan
seri dengan galvanometer , agar menghasilkan defleksi sebesar satu
bagian skala bilamana tegangan sebesar 1 V diberikan ke rangkaian
tersebut. Karena tahanan ekivalen dari galvanometer yang
diparalelkan diabaikan terhadap tahanan ( dalam mega-ohm ) yang
seri dengannya, maka arus masuk praktis sama dengan 1 / R ( A ) dan
menghasilkan defleksi satu bagian. Secara numerik, sensitivitas
mega-ohm sama dengan sensitivitas arus ;
Dimana:d = defleksi galvanometer dalam bagian skala atau mm I =
arus galvanometer dalam mikroamper ( A ). 4. Sensitivitas Balistik
Sensitivitas ini ditemukan pada galvanometer balistik dan
didefinisikan sebagai : Perbandingan defleksi maksimal galvanometer
( dm ) terhadap jumlah muatan listrik ( Q ), jadi :
Dimana:dm = defleksi maksimal galvanometer dalam bagian skala
atau mm. Q = muatan listrik dalam mikrocoulomb ( C ).