RINGKASAN
Sistem getaran mekanik
ombak yang dibangkitkan oleh gaya gerak horizontal ombak dan sifat elstisitas
pegas, merupakan penelitian untuk mendapatkan parameter besaran-besaran fisika.
Penentuan besaran energi ombak dapat diperoleh dari alat sistem getaran mekanik
ombak, selanjutnya digunakan untuk menganalisa peralatan. Dalam penelitian yang
dilakukan, daya ombak yang dihasilkan berdasarkan perhitungan energy mekanik
ombak, P = 99,2 Watt dengan asumsi massa air yang digunakan 1026 kg dalam 1
meter kubik. Metode yang dipakai dalam penelitian ini yakni metode getaran
mekanik tak teredam adalah ayunan sederhana yang dilengkapi pegas. Metode ini
menghasilkan daya ombak, P = 8,1 Watt dengan massa benda yang digunakan 1,04
kg. Target khusus dalam penelitian sistem getaran mekanik ombak yaitu
mendapatkan daya dan energi ombak, untuk menemukan putaran rotasi yang teratur.
Dari hasil data penelitian kecepatan linear mendekati sama dan kecepatan rotasi
berbeda, maka putaran rotasi dapat diperoleh dengan menggunakan variable
jari-jari rotasi yang berubah. Hal ini sesuai dengan perumusan bahwa kecepatan
linear sama dengan keceparan rotasi kali jari-jari rotasi. Tujuan jangka
panjang, jika putaran poros rotasi dapat diperoleh dari getaran ombak, maka
dapat digunakan untuk mendapatkan energi listrik, energi gerak. Dari hasil
penelitian ini, selanjutnya dapat dikembangkan rekayasa teknologi mekanik ombak
untuk tujuan yang bermanfaat terhadap kebutuhan manusia.
Kata
Kunci : getaran mekanik, getaran ombak, gerak horizontal ombak, getaran mekanik
ombak,parameter getaran mekanik ombak.
PRAKATA
Puji dan syukur kami
panjatkan kehadirat Allah SWT atas Rahmat dan HidayahNya kami dapat
menyelesaikan penyusunan laporan penelitian. Laporan ini merupakan serangkaian
penelitian dan analisa sehingga diharapkan mampu menghasilkan suatu hasil
penelitian dalam bidang yang terkait. Penelitian ini berjudul “Penentuan
Parameter Getaran Mekanik Ombak Pantai
Laut Kota Tegal”. Studi pengkajian gerak harmonik, energi mekanik dan momen
gaya dari alat getaran mekanik ombak. Data yang digunakan dalam penelitian ini
diperoleh dari pantai utara pulau Jawa yaitu Pantai Randusanga Indah Brebes dan
Pantai Alam Indah Kota Tegal. Penelitian ini merupakan salah satu tugas Dosen
dalam menjalankan Tri Darma Perguruan Tinggi; mengajar, pengabdian masyarakat
dan penelitian. Kami mengucapkan terima kasih kepada : 1. Rektor Universitas
Pancasakti Tegal, yang atas kewenangannya mengijinkan penelitian tentang
penelitian ombak pantai Kota Tegal. 2. Kepala Lembaga Penelitian dan Pengabdian
Masyarakat Universitas Pancasakti Tegal, yang telah menyetujui diadakannya
penelitian ombak pantai Kota Tegal. 3.
Dekan Fakultas Teknik Universitas Pancasakti Tegal, yang telah memberikan
kesempatan penelitian ombak pantai Kota Tegal.
4. Para Dosen dan Karyawan Fakultas Teknik Universitas Pancasakti Tegal,
yang telah ikut membantu menyelesaikan laporan penelitian ini. Semoga laporan
penelitian yang dilaksanakan ini bermanfaat bagi pembaca dan juga bermanfaat
bagi perkembangan ilmu fisika terapan di masa mendatang. Penulis sadar bahwa
laporan penelitian ini masih jauh dari sempurna, maka penulis mengharap kritik
dan saran demi kesempurnaan laporan selanjutnya.
Tegal, September 2015
Penulis
BAB
1
PENDAHULUAN
1.1 Latar
Belakang
Getaran adalah gerak bolak-balik di
sekitar titik seimbang dalam interval waktu tertentu. Gerak osilasi dapat
berulang secara teratur atau dapat juga tidak teratur. Jika gerak itu berulang
dalam selang waktu yang sama maka gerak itu disebut gerak periodik. Waktu
pengulangan tersebut disebut perioda osilasi dan kebalikannya disebut
frekuensi. Semua benda yang mempunya massa dan elastisitas mampu bergetar.
Kebanyakan mesin dan struktur rekayasa (engineering) mengalami getaran sampai
derajat tertentu. Getaran tersebut biasanya dirancang dengan pertimbangan sifat
osilasi. Analisis sistem dasar yang sederhana dalam pembahasan dinamika
struktur adalah sistem derajat kebebasan tunggal, dimana gaya geseran atau
redaman diabaikan, dan sebagai tambahan, akan ditinjau sistem yang bebas dari
gaya aksi gaya luar selama bergerak atau bergetar. Pada keadaan ini, sistem
tersebut hanya dikendalikan oleh pengaruh atau kondisi yang dinamakan kondisi
awal (initial conditions), yaitu perpindahan yang diberikan dalam kecepatan pada
saat t = 0, pada saat pembahasan dimulai. Sistem derajat kebebasan tunggal tak
teredam sering dihubungkan dengan osilator sederhana tak teredam (simple
undamped oscillator).
1.2 Permasalahan
Parameter Getaran
Mekanik Ombak adalah ukuran atau patokan yang digunakan dalam getaran mekanik
ombak. Keterbatasan ketersediaan akan energi
maka perlu diadakan penelitian penentuan parameter getaran mekanik untuk
mendapatkan berapa besar energi yang dapat diperoleh dari sistem getaran
mekanik ombak. Sistem alat yang dirancang dan dibuat berdasarkan parameter
getaran mekanik ombak. Kita mengamati ombak pada pantai laut, tinggi dan
rendahnya ombak tidak menentu, tidak teratur, memungkinkah getaran mekanik
tidak periodik. Dengan menggunakan sistem ayunan sederhana dimana simpangan
dibuat kecil, diharapkan mendapatkan getaran mekanik mendekati periodik. Sistem
ini ditambah adanya pegas untuk mendapatkan getaran mekanik elastik pegas.
Permasalahan dalam penelitian ini yaitu memadukan gaya hantam ombak secara
horizontal dan gaya pegas. Dua gaya ini akan dipadukan untuk mendapatkan
getaran mekanik ombak, yang dapat dimanfaatkan untuk membuat rotasi benda
penghasil energi mekanik.
1.3 Batasan
Masalah
Getaran mekanik yang
dibahas dalam penelitian ini dibatasi pada getaran mekanik tak teredam. Gaya
yang menimbulkan getaran mekanik berasal dari gaya gerak horizontal ombak pada
pantai laut Kota Tegal. Sistem getaran gaya ombak horizontal dan gaya pegas
beserta beban dan pelampungnya dibuat sedemikian rupa sehingga menghasilkan alat
yang disebut sistem mekanik getaran ombak. Pada sistem ini akan dilakukan
pengukuran beberapa parameter getaran mekanik ombak yang paling mungkin
terjangkau oleh konsep getaran mekanik.
BAB
2
TINJAUAN
PUSTAKA
2.1 Tenaga Ombak
Indonesia,
negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai
terpanjang di dunia yaitu ± 80.791,42 Km merupakan wilayah potensial untuk
pengembangan pembanglit listrik tenaga ombak, namun sayang potensi ini
nampaknya belum dilirik oleh pemerintah. Sungguh ironis, disaat Indonesia
menjadi tuan rumah konfrensi dunia mengenai pemanasan global di Nusa Dua, Bali
pada akhir tahun 2007, pemerintah justru akan membangun pembangkit listrik
berbahan bakar batubara yang merupakan penyebab nomor 1 pemanasan global.
Mengacu pada kebijakan energi nasional, maka pembangkit listrik tenaga bayu
(PLTB) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW) pada tahun 2025. Generator mengubah energi gerak
menjadi energi listrik dengan teori medan elektromagnetik, yaitu poros pada
generator dipasang dengan material ferromagnetik permanen. Setelah itu di
sekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan
kawat yang membentuk loop. Ketika poros generator mulai berputar maka akan
terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan
fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus
listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk
akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan
oleh generator ini berupa AC (alternating current) yang memiliki bentuk
gelombang kurang lebih sinusoidal. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan
kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.
2.2 Getaran Mekanik
Bebas dan Paksa
Getaran
adalah gerakan bolak-balik dalam suatu interval waktu tertentu. Getaran
berhubungan dengan gerak osilasi benda dan gaya yang berhubungan dengan gerak
tersebut. Semua benda yang mempunyai massa dan elastisitas mampu bergetar, jadi
kebanyakan mesin dan struktur rekayasa (engineering) mengalami getaran sampai
derajat tertentu dan rancangannya biasanya memerlukan pertimbangan sifat
osilasinya. Ada dua kelompok getaran
yang umum yaitu :
(1).
Getaran Bebas.
Getaran
bebas terjadi jika sistem berosilasi karena bekerjanya gaya yang ada dalam
sistem itu sendiri (inherent), dan jika ada gaya luar yang bekerja. Sistem yang bergetar bebas akan bergerak pada satu
atau lebih frekuensi naturalnya, yang merupakan sifat sistem dinamika yang
dibentuk oleh distribusi massa dan kekuatannya. Semua sistem yang memiliki
massa dan elastisitas dapat mengalami getaran bebas atau getaran yang terjadi
tanpa rangsangan luar. Sistem Massa Pegas
Prinsip
D’Alembert Suatu sistem dinamik dapat diseimbangkan secara statik dengan
menambahkan gaya khayal yang dikenal dengan gaya inersia, dimana besarnya sama
dengan massa dikali percepatan dengan arah melawan arah percepatan.
Penyusunan
persamaan diferensial gerak (PDG) Jawab Persamaan Diferensial Gerak Setiap
benda dapat bergetar bebas, jika benda tersebut mempunyai massa (m) dan
kekakuan (k) dengan frekuensi pribadi (wn) Contoh pada sistem massa-balok Balok
ditumpu sederhana
Pegas
apabila diberi beban akan mengalami perpendekkan/ lendutan, berdasarkan hukum
aksi-reaksi, maka beban yang diberikan pada pegas sebanding dengan besarnya
lendutan dikali dengan konstanta pegas.
(2).
Getaran Paksa.
Getaran
paksa adalah getaran yang terjadi karena rangsangan gaya luar, jika rangsangan
tersebut berosilasi maka sistem dipaksa untuk bergetar pada frekuensi
rangsangan. Jika frekuensi rangsangan sama dengan salah satu frekuensi natural
sistem, maka akan didapat keadaan resonansi dan osilasi besar yang berbahaya
mungkin terjadi. Kerusakan pada struktur besar seperti jembatan, gedung ataupun
sayap pesawat terbang, merupakan kejadian menakutkan yang disebabkan oleh
resonansi. Jadi perhitungan frekuensi natural merupakan hal yang utama.
2.3
Getaran Mekanik
Teredam
dan Tak Teredam Damping Dalam system dynamic bekerja dissipative forces –
friction, structural resistances. Umumnya, damping dalam structural systems
adalah kecil dan mempunyai efek yang kecil terhadap natural frekuensi. Tetapi,
damping mempunyai pengaruh yang besar dalam mengurangi resonant pada structural
sistem.
BAB
3
TUJUAN
DAN MANFAAT PENELITIAN
3.1 Tujuan Penelitian
3.1.1
Menerapkan Konsep Getaran Mekanik Terhadap Getaran Ombak Konsep getaran mekanik
ombak dalam penelitian ini, yang dikaji adalah 1) Gerak Harmonik a. Hukum Hooke
b. Ayunan Sederhana 2) Momen Gaya 3) Energi Mekanik
3.1.2
Menghitung parameter getaran mekanik ombak untuk mengetahui sifat getarannya
Sifat atau karakter ombak dapat diketahui dengan menghitung parameter getaran
mekanik ombak. Variabel-variabel getaran ombak ini diamati korelasinya antara
dua parameter atau dua besaran fisikanya, kemudian dibuat grafiknya. Dengan
demikian gambaran sifat ombak pantai Kota Tegal dapat diketahui dari perubahan
titik-titik amat pada grafik.
3.1.3
Menentukan daya mekanik getaran ombak (1) Daya Pegas (2) Daya Ayunan Sederhana
(3) Daya Ombak 3.1.4 Merancang alat mekanik getaran ombak (1) Perubahan panjang
pegas, dilengkapi skala panjang dalam centimeter. (2) Beban ayunan dan lengan
ayunan
3.2 Manfaat Penelitian
(1) Sistem alat mekanik
getaran ombak yang merupakan hasil penerapan konsep getaran mekanik terhadap getaran
ombak, dapat dimanfaatkan untuk mencari korelasi antara perubahan panjang pegas
dan ketinggian ombak.
(2) Oleh karena sistem
alat getaran mekanik ombak merupakan pengembangan dari konsep mata kuliah
getaran mekanik, maka hasil luaran penelitian ini dapat
BAB
4
METODE
PENELITIAN
4.1 Tempat dan Waktu
Penelitian Penelitian Sistem Alat Getaran Mekanik Ombak dilakukan di sekitar
pantai utara Brebes - Tegal yang tidak terganggu pemecah ombak. Waktu dan
tempat penelitian dilaksanakan hari Kamis tanggal, 27 Agustus 2015 pada jam
12:00 – 13.00 WIB di Pantai Randusanga Indah Brebes dan hari Selasa, 1
September 2015 jam 12.57 - 13:30 WIB di Pantai Alam Indah (PAI) Tegal.
4.3 Teknik Pengumpulan Data 1. Menentukan
banyaknya getaran pada pegas (n) dalam selang waktu tertentu (t) untuk mendapatkan
besaran frekuensi akibat hantaman ombak (f). 2. Menentukan jarak maksimum dan
minimum (Xm – Xo) getaran pegas. 3. Menentukan tinggi ombak maksimum dan
minimum ombak ( h ) pada interval waktu tertentu. 4. Menentukan konstanta gaya
pegas pada alat (k). 5. Menentukan kecepatan getaran pegas (vp) dan kecepatan
hantaman ombak (vo).
4.4 Metode Pengolahan
Data Parameter getaran ombak yang
menghantam alat, f (frekuensi), simpangan getaran (x), interval waktu
pengamatan (t) dan ketinggian ombak (H) diolah data ini untuk mendapatkan sifat
(karakter) atau bentuk/pola grafik antara banyaknya getaran (n) dan ineterval
waktu pengamatan (t). Data ini diolah untuk mendapatkan daya getaran ombak (P)
yang selanjutnya menjadi dasar pertimbangan tentang alat mekanik getaran ombak,
mencari keteraturan putaran poros dan besarnya energi mekanik putaran.
BAB
5
HASIL
DAN PEMBAHASAN
5.1 Alat Mekanik
Getaran Ombak
No Nama Komponen Alat
Besar dan Satuan 1
Panjang Pegas (X) 29 cm 2 Beban bandul ayunan (M) 1,04 kg 3 Panjang lengan
ayunan (L) dari titik engsel 115 cm 4 Panjang lengan ayunan total (Lt) 140 cm 4
Panjang letak pegas dari engsel pada lengan ayunan (h) 35 cm
5.2 Data Hasil Penelitian
NO. Parameter Getaran
Mekanik
Nilai Besar
Keterangan
( Satuan ) 1 Konstanta
Pegas (k) 152,6 N/m 2 Frekuensi getaran
pegas (fp) 1,9 Hz Metode Hukum Hooke 3 Frekuensi getaran ombak (fo) 0,47 Hz
Metode Ayunan Sederhana 4 Frekuensi Ombak (fo) 0,2 Metode Gerak Harmonik 5
Tinggi Ombak (H) 25 cm 6 Gaya hantaman
ombak (Fa) 5 N Metode Ayunan Sederhana 7 Gaya Pegas (Fp) 27,9 N Metode Hukum
Hooke 8 Gaya hantaman ombak (Fm) 8,5 N Metode momen gaya 9 Gaya hantaman ombak
(Fg) 65,6 N Metode Gerak Harmonik 10 Simpangan Pegas (X1) 0,2 m 11 Kecepatan rotasi (p) 12,1 rad/s 12 Kecepatan Linear pegas (vp) 2,2 m/s 13 Kecepatan Ombak (vo) 1,6 m/s 14 Daya Ombak (Po) 8,1 W Metode Momen Gaya 15
Daya Pegas (Pp) 43,6 W Metode Hukum Hooke
16 Daya hantam ombak (Pg) 99,2 W Metode Gerak Harmonik
5.3 Analisa
Hasil Penelitian Dari
data hasil penelitian didapat bahwa parameter getaran mekanik ombak, hasilnya
bervariasi, tidak sama antara satu metode dengan metode lainnya. Hal ini
disebabkan oleh pengamatan benda kerja yang berbeda. Metode Hukum Hooke,
memberlakukan benda kerjanya adalah sifat mekanik pegas. Metode Ayunan
Sederhana, memberlakukan benda kerjanya adalah beban benda ayunan. Metode Momen
Gaya, memberlakukan benda kerjanya adalah besarnya gaya yang bekerja pada benda
dan panjang lengan momen benda. Metode Gerak Harmonik memberlakukan benda
kerjanya adalah massa air laut yang mengenai tiang pancang, yang bergerak
karena adanya gaya dorong akibat energi mekanik ombak. Berikut ini adalah
analisa grafik yang menggambarkan pola getaran ombak terhadap gaya dan daya
ombak. Panjang pegas akan berubah, sesuai dengan besarnya gaya hantaman ombak.
Semakin besar gaya hantaman ombak, semakin besar pula perubahan panjang pegas.
Dalam penelitian ini, range perubahan panjang pegas dalam batas normal, tidak
melampaui batas elastik pegas. Panjang mula-mula pegas 29 cm, dikatakan
melampaui batas elastis jika perubahan panjang pegas menjadi dua kali atau
lebih dua kali panjang mula-mula pegas.
Analisa hasil
penelitian berdasarkan grafik gambar 5.2 dan gambar 5.4, memiliki pola grafik
yang sama. Dengan demikian, hasil grafik tersebut memberikan informasi bahwa
hasil data penelitian dengan metode-metode yang berbeda, menghasilkan data yang
tidak sama, hal ini
BAB
6
KESIMPULAN
DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
(1) Konsep getaran
mekanik yang diterapkan dalam ombak, seperti metode ayunan sederhana, metode
hukum Hooke, metode momen gaya dan metode gerak harmonik, akan menghasilkan
hasil yang berbeda jika gaya-gaya yang bekerja pada massa benda yang
berbeda-beda.
(2) Hasil perhitungan
parameter getaran mekanik ombak, berdasarkan grafik antara gaya dan daya ombak
terhadap simpangan getaran dibandingkan grafik antara gaya dan daya ombak
terhadap ketinggian ombak, memiliki pola atau sifat yang sama.
(3) Penentuan daya
getaran mekanik ombak berdasarkan metode gerak harmonik dibandingkan metode
yang lain, hal ini karena massa benda yang ditinjau adalah 1026 kg per 1 meter
kubik sedangkan metode ayunan sederhana, metode hukum Hooke dan momen gaya,
massa benda yang digunakan 1,04 kg.
(4) Rancangan alat
getaran mekanik ombak untuk mendapatkan putaran teratur, berdasarkan data
pengamatan nilai kecepatan ombak secara linear mendekati sama, tetapi kecepatan
rotasi berbeda-beda. Dengan demikian alat getaran mekanik ombak perlu dirancang
dengan variable jari-jari rotasi yang dapat berubah. Hal ini sesuai dengan
perumusan bahwa kecepatan linier sama dengan kecepatan rotasi (sudut) kali
jari-jari rotasi.
6.2 Saran
(1) Alat getaran mekanik
ombak yang digunakan dalam penelitian ini, dapat digunakan untuk mengetahui
gaya hantaman ombak, sebesar massa air yang setara dengan massa bandul ayunan
yang digunakan.
(2) Apabila terjadi
badai di tengah laut atau kejadian alam seperti tsunami, maka akan terjadi
penyimpangan pegas mejadi dua kali atau lebih dari panjang mulamula pegas.
DAFTAR
PUSTAKA
Agung Nugroho. 2012. Getaran Mekanik. Mechanical
Engineering Blog. <
http://agungnugroho-me.blogspot.com/2012/03/getaran-mekanik.html > [
31/03/2015 09:38].
Kurniadi,ST.
2012. Pengertian Getaran Mekanik. Teknik Penerbangan Tahun 2009 Fakultas Teknik
Universitas Nurtanio Bandung. < http://getaranmekanik.blogspot.com/ >
[31/03/2015 10:26].
Tungga Bhimadi Karyasa. 2010. Dasar-dasar Getaran
Mekanis. Penerbit ANDI Yogyakarta.
Yefrichan. 2010. Pengertian Getaran Mekanik. . <
https://yefrichan.wordpress.com/2010/10/09/getaran-mekanik/ > [ 31/03/2015
09:32 ].
http://perpus.upstegal.ac.id/files/e_book/Laporan_Getaran_Mekanik%20_Ombak-201
