Gelombang kejut, Ledakan sonik

Pengantar

VIVAnews – Suara keras pesawat sukhoi milik TNI AU saat melakukan latihan sempat menggegerkan masyarakat, dan bahkan memecahkan kaca jendela salah satu rumah makan di Makassar, Kamis malam. Karena panik, pemilik rumah menghubungi polisi, 15 menit kemudian polisi yang dipimpin Kapolresta Makassar Timur, AKBP Mansyur datang dan langsung melakukan pemeriksaan dari serpihan kaca yang pecah. Kepanikan juga terjadi di Mall Panakkukang, salah satu Mall terbesar di Makassar. Hanya beberapa saat kejadian, baik pengunjung maupun pemilik gerai berlarian keluar toko. And Irsan, salah seorang pengunjung mall tersebut mengatakan, lantai mall tersebut sempat bergetar. “Saya bersama keluarga langsung lari keluar mall untuk menyelamatkan diri,” ujarnya. Sumber

Bunyi pesawat Sukhoi bisa sedahsyat itu ? Lantai mall saja bergetar, bagaimana duNK dengan lantai pesawat Sukhoi… wah, mudah-mudahan om pilotnya tidak ikut2an berhamburan keluar dari pesawat

Apakah efek di atas juga dirasakan dalam pesawat Sukhoi ?  tidak… Om pilot dan pesawat Sukhoi baik-baik saja… Kenakalan Sukhoi tersebut hanya dirasakan oleh orang-orang yang diberitakan di atas. Kok bisa ? yupz… itu terjadi akibat pesawat Sukhoi terbang dengan laju supersonik (laju Sukhoi > laju bunyi) sehingga dihasilkan gelombang kejut dan ledakan sonik (sonic boom). Biar dirimu punya gambaran seperti apa ledakan sonik itu, silahkan nonton video di bawah terlebih dahulu…

Naikkan volume videonya, bila perlu sampai maksimum biar gemuruh bunyi pesawat didengar dengan jelas. Perhatikan bahwa  “asap” muncul tiga kali ketika pesawat sedang terbang … “Asap” yang muncul pertama kali itu benar-benar asap… asap ini muncul dari knalpot pesawat ketika pesawat mulai meningkatkan lajunya…  “Asap” yang muncul kedua kalinya dan ketiga kalinya adalah awan. Awan muncul pertama kali ketika laju pesawat = laju bunyi…. Bentuk awan tersebut mirip seperti muka gelombang yang berada di depan pesawat, sebagaimana tampak pada gambar di bawah… Titik titik merah pada gambar mewakili pesawat yang sedang bergerak ke kanan…

Ketika pesawat sedang terbang, pesawat tersebut mengeluarkan bunyi (Bunyi bisa muncul dari mesin pesawat atau gesekan badan pesawat dengan udara). Dengan kata lain, ketika sedang terbang, pesawat memancarkan gelombang bunyi ke segala arah… Puncak atau rapatan gelombang bunyi yang dipancarkan pesawat diwakili oleh muka gelombang yang digambarkan berupa garis berbentuk lingkaran… Jarak antara satu muka gelombang dengan muka gelombang berikutnya = panjang gelombang…

Ketika laju pesawat = laju gelombang bunyi, puncak gelombang bunyi yang merambat ke depan menumpuk di depan pesawat tersebut… Puncak atau rapatan gelombang bunyi yang berada di bagian depan pesawat saling tumpang tindih alias bersuperposisi… Akibatnya dihasilkan gelombang bunyi resultan yang mempunyai amplitudo besar dan posisi molekul molekul udara sangat rapat (kerapatan alias massa jenis bertambah, tekanan udara juga bertambah)… Karena amplitudo dan kerapatan bertambah (tekanan udara juga bertambah) maka intensitas bunyi juga bertambah. Intensitas bunyi berkaitan dengan keras lemahnya bunyi… semakin besar intensitas maka bunyi terdengar semakin keras. Bisa dikatakan bahwa ketika laju pesawat = laju bunyi, maka timbul bunyi yang amat keras…

Kerapatan udara di bagian depan pesawat sangat besar karenanya pesawat yang sedang terbang merasakan ada halangan yang menahan gerakannya… Halangan ini biasa disebut sebagai “halangan bunyi”. Setelah berhasil menembus “halangan bunyi” maka pesawat tersebut terbang dengan laju supersonik (laju pesawat lebih besar dari laju bunyi). Dalam video di atas, ketika pesawat mulai terbang dengan laju supersonik, tampak muncul awan yang berbentuk kerucut… Bentuk awan tersebut mirip seperti gambar di bawah… Titik titik merah mewakili pesawat yang sedang terbang.

Ketika bergerak dengan laju supersonik, pesawat tersebut selalu mendahului muka gelombang bunyi yang dipancarkannya… Pada gambar di atas, tampak muka gelombang bunyi berada di belakang pesawat…. Dari bagian kanan ke kiri tampak lingkaran muka gelombang semakin besar. Gambar ini sekedar menunjukkan bahwa seiring berlalunya waktu, ketika pesawat terus bergerak ke depan, muka gelombang bunyi yang dipancarkannya tadi mulai menyebar ke segala arah…  Muka gelombang bunyi yang menyebar ke segala arah saling tumpang tindih alias bersuperposisi sepanjang sisi kerucut, sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah.

Hasil tumpang tindih alias superposisi antara muka gelombang-muka gelombang menghasilkan gelombang bunyi resultan sepanjang sisi kerucut. Gelombang bunyi resultan sepanjang sisi kerucut dikenal dengan julukan gelombang kejut. Gelombang kejut mempunyai amplitudo besar. Dengan kata lain, udara sepanjang sisi kerucut mempunyai kerapatan tinggi, bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Karena kerapatan dan tekanan udara tinggi maka intensitas bunyi juga meningkat. Semakin tinggi intensitas bunyi, maka bunyi terdengar semakin keras. Bisa dikatakan bahwa gelombang kejut tersebut menghasilkan bunyi yang amat keras…  Jika gelombang kejut ini tiba di permukaan bumi maka orang yang berada di permukaan bumi akan mendengar bunyi yang amat keras… Setelah tiba di permukaan tanah, gelombang kejut berubah menjadi gelombang seismik yang merambat dalam tanah dan menggetarkan tanah yang dilaluinya…

Perhatikan gambar di atas. Kita andaikan titik berwarna merah mewakili pesawat yang terbang dengan laju supersonik. Garis lurus sepanjang A, B, C dan D diandaikan sebagai permukaan tanah. Sekalipun pesawat sudah melewati C dan D, orang yang berada di C dan D belum mendengar ledakan sonik. Sebaliknya orang yang berada di A sudah mendengar ledakan sonik dan orang yang berada di B sedang mendengar ledakan sonik.

Gelombang kejut yang ditimbulkan oleh pesawat supersonik berada sepanjang sisi kerucut yang ujung tajamnya berada di belakang pesawat. Kerucut itu bangunan tiga dimensi (bandingkan dengan bentuk awan kerucut dalam video di atas). Kita andaikan dalam kerucut terdapat banyak segitiga. Kita bisa menentukan besar sudut, sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah.

Titik berwarna merah pada gambar di atas mewakili pesawat. Misalnya mula-mula pesawat berada di A. Setelah melintasi A, pesawat memancarkan gelombang bunyi. Gelombang bunyi ini mulai merambat dengan kecepatan v_b dari A ke C, demikian juga dari A ke D. Pada saat yang sama pesawat bergerak dengan kecepatan v_p dari A ke B. Setelah pesawat melewati B, gelombang yang merambat dari A tiba di C dan D. Dengan demikian, sudut yang dibentuk oleh sisi segitiga dan garis yang memotong segitiga bisa diperoleh menggunakan cara yang ditunjukkan pada gambar di atas…

Laju pesawat (atau benda apapun) relatif terhadap laju bunyi biasa dinyatakan dalam bilangan mach. Mach merupakan nama mantan fisikawan Austria, Ernst Mach (1838 – 1916). Kita andaikan laju bunyi sepanjang udara yang dilewati pesawat = 300 m/s. Jika sebuah pesawat terbang dengan laju 300 m/s maka pesawat tersebut terbang dengan laju 1 mach (laju pesawat/laju bunyi = (300 m/s) / (300 m/s) = 1 mach). Jika sebuah pesawat terbang dengan laju 600 m/s maka pesawat tersebut terbang dengan laju 2 mach. Dan seterusnya…

Nah, sekarang kembali ke bagian pengantar…. Apakah ketika pengunjung maupun pemilik gerai berlarian keluar toko, om pilot juga perlu kabur dari dalam Sukhoi ? mengapa ? Ayo jawab melalui kolom komentar… Btw, sebelumnya dikatakan bahwa ketika laju pesawat sama dengan atau lebih besar dari laju bunyi sepanjang udara yang dilaluinya maka akan muncul awan.. mengapa bisa muncul awan ? Makasih ya jawabannya…

Sekian dan sampai jumpa lagi di episode berikutnya

Referensi :
Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga
Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga
Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga
Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga