Hidrodinamika II (Gelombang Laut)

 

GELOMBANG LAUT
PEMBENTUKAN GELOMBANG
Pengetahuan mengenai gelombang reguler perlu dipelajari oleh mereka yang mempunyai profesi di bidang rekayasa kelautan. Pengenalan teori-teori dasar gelombang reguler akan memberikan penjelasan-penjelasan sederhana mengenai fenomena gelombang yang sebenarnya, yang terjadi di laut lepas. Dalam bab ini akan dibicarakan lebih jauh mengenai karakteristik gelombang laut yang terjadi secara alami.
Gelombang yang harus dipelajari secara menyeluruh oleh ahli kelautan adalah gelombang yang terbentuk oleh gaya angin. Gelombang – gelombang semacam ini harus lebih banyak dikenal, karena kejadiannya adalah merupakan porsi yang terbesar yang didapat di lautan, bila dibanding dengan terjadinya gelombang-gelombang lain, seperti gelombang tektonik atau  pasang-surut.
Mekanisme terbentuknya gelombang oleh gerakan angin belum sepenuhnya dapat dimengerti, atau dapat dijelaskan secara terperinci. Tetapi meurut perkiraan, gelombang terjadi karena hembusan angin secara teratur, terus-menerus, di atas permukaan air laut. Hembusan angin yang demikian akan membentuk riak permukaan, yang bergerak kira-kira searah dengan hembusan angin.
 
 
 
Bila angin masih terus berhembus dalam waktu yang cukup panjang dan meliputi jarak permukaan laut (fetch) yang cukup besar, maka riak air akan tumbuh menjadi gelombang. Pada saat yang bersamaan riak permukaan baru akan terbentuk di atas gelombang yang terbentuk, dan selanjutnya akan berkembang menjadi gelombang – gelombang baru tersendiri. Proses yang demikian tentunya akan berjalan terus menerus (kontinyu), dan bila gelombang diamati pada waktu dan tempat tertentu, akan terlihat sebagai kombinasi perubahan-perubahan panjang gelombang dan tinggi gelombang yang saling bertautan.
Komponen gelombang secara individu masih akan mempunyai sifat-sifat seperti gelombang pada kondisi ideal, yang tidak terpengaruh oleh gelombang-gelombang lain. Sedang dalam kenyataannya, sebagai contoh, gelombang-gelombang yang bergerak secara cepat akan melewati gelombang-gelombang lain yang lebih pendek (lamban), yang selanjutnya mengakibatkan terjadinya perubahan yang terus-menerus bersamaan dengan gerakan gelombang-gelombang yang saling melampaui.
Jelasnya gelombang-gelombang akan mengambil energi dan angin. Penyerapan energi ini akan dilawan dengan mekanisme peredam, yaitu pecahnya gelombang dan kekentalan air. Bila angin secara kontinyu berhembus dengan kecepatan yang tetap untuk waktu dan ‘fetch’ yang cukup panjang, maka jumlah energi yang terserap oleh gelombang akan diimbangi dengan energi yang dikeluarkan sehingga suatu sistem ‘gelombang sempurna’ (fully developed waves) akan tercapai. Sistem gelombang demikian sebenarnya jarang dijumpai karena kondisi ‘steady’ tidak sering terjadi, dan juga’fetch’  kadang-kadang dibatasi oleh kondisi geografi lingkungan.
Bilamana angin berhenti berhembus, sistem gelombang yang telah terbentuk akan segera melemah. Karena gelombang pecah adalah merupakan mekanisme yang paling dominan, maka gelombang pendek dan lancip, akan menghilang terlebih dulu, sehingga tinggal gelombang-gelombang panjang yang kemudian menghilang oleh gaya-gaya kekentalan, yang pada dasarnya lebih kecil dari gelombang pecah. Proses pelemahan (menghilangnya) gelombang mungkin mencapai beberapa hari, yang bersamaan dengan itu gelombang-gelombang panjang sudah bergerak dan menempuh jarak ribuan kilometer, yang pada jarak yang cukup jauh dan tempat mulainya gelombang akan dapat diamati sebagai alun (swell). Alun biasanya mempunyai periode yang sangat panjang, dan bentuknya cukup beraturan (reguler). Sistem gelombang yang terbentuk secara lokal mungkin akan dipengaruhi oleh alun yang terbentuk dan tempat yang jauh; yang tentu saja tidak ada kaitannya dengan angin lokal.
 
ANALISA  STATISTIK
Bilamana seseorang mengamati permukaan laut, terutama saat terjadi angin, maka akan terlihat perubahan-perubahan puncak gelombang dan gerakan gelombang dengan arah yang tidak beraturan. Sifat gelombang laut yang kacau (chaos) seperti ini telah bertahun-tahun menghambat kemajuan penelitian perilaku bangunan laut. Meskipun begitu, akhir-akhir ini telah terjadi kemajuan-kemajuan yang dicapai dengan penerapan metode-metode statistik untuk memperoleh kualifikasi sifat-sifat gelombang dan permukaan laut; metode-metode ini kemudian terbukti menjadi dasar pengetahuan untuk mengidentifikasi perilaku bangunan laut.
 
Amplitudo gelombang,ζa (meter) : jarak vertikal pada (Puncak gelombang yang berada di bawah garis air tenang dan lembah yang berada di atas permukaan diberi tanda negatif sedang yang lain bertanda positif ).
Tinggi gelombang, Ha (meter) : jarak vertical dari lembah ke puncak gelombang berikutnya.
Periode puncak gelombang, Tp (detik) : waktu antara dua puncak gelombang
Periode silangan gelombang, Tz (detik): waktu antara dua titik berurutan di mana permukaan gelombang menyilang permukaan air tenang, baik pada saat permukaan gelombang naik maupun turun. 

Ukuran – ukuran di a untuk mengkarakterisasikan keseluruhan waktu catatan gelombang (time
history). Dengan demikian tas cukup khas untuk sebagian tertentu dan suatu rekaman yang akan dianalisa, tetapi mungkin tidak akan tepat untuk menjelaskan karakteristik umum dan ‘time history’ gelombang biasa dipakai bentuk harga rata-rata (mean) besaran-besaran gelombang sebagai berikut:
¯ζa     harga rata-rata dan berbagai pengukuran ¯ζa (meter).
¯Ha     harga rata-rata dan berbagai pengukuran ¯Ha(meter).
¯Tp      harga rata-rata dan berbagai pengukuran ¯Tp(meter).
¯Tz      harga rata-rata dan berbagai pengukuran ¯Tz (meter).
Dua tambahan besaran parameter gelombang:
¯ζ 1/3 amplitudo signifikan : harga rata-rata dari 1/3 jumlah keseluruhan pengukuran (meter).
H1/3 tinggi gelombang signifikan : harga rata-rata dari 1/3 jumlah keseluruhan pengukuran Ha (meter).

Huhungan antara ζ1/3 dengan H1/3  adalah sebagai berikut :

H1/3 =  20 ζa1/3 (m).

Di samping parameter-parameter statistik sehubungan dengan puncak, lembah dan titik potong nol (zero crossing), didapati pula parameter lain untuk mengukur karakteristik gelombang irreguler. Di sini ‘time history’ gelombang yang dicatat dibuat sampel dengan memotong pada jarak waktu yang cukup kecil untuk memperoleh pengukuran yang berurutan pada kenaikan dan penurunan (depresi atau elevasi) permukaan gelombang (meter) relatif terhadap garis datum, seperti ditunjukkan dalam gambar 3. Pada umumnya rekaman gelombang dipotong-potong denganjarak yang cukup pendek, berkisar antara 0.5 atau 1.0 detik.

Dengan pengukuran yang dernikian akan didapatkan tiga macam besaran, yaitu:

ζ  =depresi permukaan rata-rata (mean)


ζ =   ∑ ζn/N
         n=1

 

 

di mana N adalah jumlah pengamatan depresi permukaan)

 m0 =     ∑ ( ζn/N -ζ¯ )²
                   n=1
            ___________________
                        N
           




m0 = varian dari depresi permukaan relative terhadap rata-rata (mean). (m²)
σ0  deviasi standar atau akar rata-rata (root mean square = RMS) depresi relatif  terhadap mean.
σ= m(m)                           
Agar kedua macam analisa statistik di atas dapat memberikan hasil yang cukup memadai, maka rekaman gelombang setidak-tidaknya harus memuat sekitar 100 pasang puncak dan lembah gelombang. Rekaman demikian umumnya diperoleh dengan pengamatan yang dilakukan berkisar antara 20 s/d 30 menit. Rekaman yang lebih pendek dapat memberikan hasil yang tidak akurat karena mungkin saja hasilnya akan terlalu ekstrim (terlalu besar atau terlalu kecil) dan karakteristik yang sebenarnya.

Rekaman yang terlalu panjang, beberapa jam contohnya, juga harus dihindarkan, karena ada kemungkinan juga bahwa perubahan statistik gelombang akan terjadi dalam waktu yang panjang tersebut, dalam hubungannya dengan perubahan kecepatan angin atau datangnya alun dari tempat yang jauh.

Tinggalkan Balasan