JURNAL GETARAN

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