gaya coriolis dan spiral ekman

MAKALAH MEKANIKA FLUIDA

Gaya Coriolis dan Spiral Ekman Page 0

U N I V E R S I T A S G A D J A H M A D A

2014

MAKALAH MEKANIKA

FLUIDA “GAYA CORIOLIS DAN SPIRAL EKMAN”

Disusun oleh : Nurul Nur Annisa 12/331379/PA/14637

GEOFISIKA



BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Sebagai seorang mahasiswa geofisika, kami dituntut untuk memahami

dengan baik proses ekstraksi yang meliputi cara eksplorasi dan eksploitasi

sumber daya alam seperti minyak, tambang, dan gas, dengan menggunakan

metode-metode geofisika dalam rangka menafsirkan apa yang terjadi ataupun

apa yang ada di bawah permukaan bumi melalui gejala-gejala fisika di alam.

Namun, Anda juga perlu tahu bahwa selain hal tersebut, kami juga dituntut

untuk mampu memahami mekanika fluida . Karena mekanika fluida sangat

penting dalam kehidupan sehari-hari, beberapa aplikasi mekanika fluida antara

lain dalam bidang biomechanics, teknik kimia ,teknik mesin ,teknik sipil ,

serta di bidang meteorologi dan teknik cuaca dalam rangka kaitannya

dengan ilmu kebumian, seperti meteorologi yang nantinya membahas

mengenai pergerakan arah mata angin , iklim, cuaca, awan, dan faktor-faktor

yang mempengaruhinya. Pembahasan mengenai ilmu kebumian ini tidak dapat

lepas dari geofisika sendiri karena kamilah yang nantinya akan mengolah

data-data yang diperoleh dari alam untuk mampu disajikan dalam bentuk 1, 2,

atau 3 dimensi dan yang pada akhirnya dapat digunakan dalam proses

penafsiran apa yang akan terjadi di alam berdasarkan gejala-gejala yang

ditimbulkan. Dalam makalah ini, akan dijelasakan secara spesifik mengenai

Gaya Coriolis dan Arus Ekman. Mengapa bahasan ini dikatakan penting?

Mungkin sebagian dari Anda akan berpikir bahwa ini bukanlah topik yang

menarik karena dalam kenyataannya Gaya Coriolis ini tidak begitu

berpengaruh dalam proses pergerakan angin di bumi sehingga dapat

diabaikan efeknya. Namun, Anda perlu mengetahui bahwa efek Coriolis ini

mampu mempengaruhi kecepatan dan pergerakan arus laut dunia, selain itu

efek Coriolis ini juga dapat menimbulkan efek Upwelling dan Down welling .

Nah untuk lebih lengkapnya, marilah kita menyimak bahasan mengenai Gaya

Coriolis dan Arus Ekman pada bab selanjutnya dalam makalah ini.



B. RUANG LINGKUP

Pembahasan mengenai Gaya Coriolis dan Arus Ekman dalam makalah

ini dibatasi seputar penyebab terjadinya dan kaitannya dengan arus Ekman

serta pengaruhnya terhadap kondisi bumi.

C. TUJUAN DAN MANFAAT

Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah :

1. Mengenal apa itu Gaya Coriolis dan Arus Ekman

2. Memahami proses terjadinya Gaya Coriolis

3. Memahami efek terjadinya Gaya Coriolis dan Spiral Ekman

4. Memahami kaitan antara Gaya Coriolis dengan proses terjaidnya

Spiral Ekman pada permukaan laut seluruh dunia

Manfaat

1. Memberikan pengetahuan baru mengenai Gaya Coriolis dan Spiral

Ekman kepada pembaca

2. Sebagai bahan rujukan dalam penulisan makalah ataupun karya

ilmiah lain dengan topik yang berkaitan



BAB II

DASAR TEORI

1. PENGERTIAN ARUS LAUT

Arus laut adalah proses pergerakan massa air laut yang menyebabkan

perpindahan horizontal dan vertikal massa air laut tersebut yang terjadi secara

terus (Gross,1972). Pergerakan massa air ditimbulkan oleh beberapa gaya

sehingga Herunadi (1996) dalam Kurniawan (2004) mengemukakan bahwa

sinyal arus merupakan resultan dari berbagai sinyal yang mempunyai

frekuensi tertentu yang dibangkitkan oleh beberapa gaya yang berbeda-beda.

Sedangkan menurut Hutabarat dan Evans (1984) arus merupakan gerakan air

yang terjadi pada seluruh lautan di dunia.

2. FAKTOR TERJADINYA ARUS LAUT

Faktor terjaidnya arus laut ditimbulkan oleh beberapa gaya. Ada dua jenis

gaya utama yang penting dalam proses gerak (motion) yakni gaya primer dan

sekunder. Gaya primer merupakan gaya yang menyebabkan gerak (motion)

antara lain: gravitasi, wind stress, tekanan atmosfer, dan seismic. Sedangkan

gaya sekunder merupakan gaya yang muncul akibat adanya gerak (motion)

antara lain : Gaya Coriolis dan gesekan (friction) (Pond dan Pickard, 1983).

Menurut Gross (1990), terjadinya arus di lautan disebabkan oleh dua faktor

utama, yaitu faktor internal dan faktor eksternal. Faktor internal meliputi

perbedaan densitas air laut, gradien tekanan mendatar dan gesekan lapisan air.

Sedangkan faktor eksternal meliputi gaya tarik matahari dan bulan yang

dipengaruhi oleh tahanan dasar laut dan gaya coriolis, perbedaan tekanan

udara, gaya gravitasi, gaya tektonik dan angin.

3. KLASIFIKASI ARUS LAUT

Menurut Gross (1990), berdasarkan gaya yang menimbulkan :

1. Arus Ekman, merupakan arus yang disebabkan oleh gesekan angin



2.Arus Pasang Surut (Pasut), merupakan arus yang disebabkan adanya

gaya pembangkit pasang surut

3.Arus Termohalin, merupakan arus yang disebabkan oleh adanya

perbedaan densitas air laut

4.Arus Geostrofik, merupakan arus yang disebabkan karena adanya

gradien tekanan mendatar dan coriolis

Menurut Brown et al. (1989), berdasarkan gaya penyebabnya :

1. Arus Thermohalin

2. Arus yang digerakkan angin (wind driven current)

3. Arus Pasang Surut

4. Arus Inersia

5. Arus Geostrofik

Menurut Pond dan Pickard ( 1983), berdasarkan komponen gesekan :

1. Arus tanpa gesekan (current without friction)

2. Arus dengan gesekan (current with friction)

Secara umum, arus dibedakan menjadi :

1. Arus Ekmann, yaitu arus yang disebabkan oleh gesekan angin (wind

friction)

2. Arus Geostrofik, yaitu arus yang terjadi akibat adanya keseimbangan

geostrofik. Kondisi keseimbangan geostrofik ini terjadi jika gaya

gradien tekanan horizontal yang bekerja pada massa air bergerak dan

diseimbangkan oleh Gaya Coriolis (Brown et al., 1989).

3. Arus Termohalin, yaitu arus yang disebabkan oleh perbedaan densitas

air laut. Terjadi di bawah lapisan pycnocline, dimana sirkulasi laut

dalam ini benar-benar terisolasi dari arus permukaan oleh lapisan

pycnocline sehinga pergerakannya hanya dipengaruhi oleh adanya

perbedaan densitas air laut atau dikontrol oleh variasi suhu dan

salinitas. Sirkulasi laut dalam ini disebut sebagai arus thermohalin

(Thermohalin Current) (Gross,1990). Secara umum menurut



Ingmanson dan Wallace (1989) dalam Kurniawan (2004), arus

thermohalin bergerak ke utara-selatan yaitu dari Samudera Atlantik

menuju Samudera Antartika.

4. Arus Inersia, yaitu arus yang memiliki gaya gesek kecil (diasumsikan

nol) dan gaya yang masih bekerja hanya Gaya Coriolis , dan

berbentuk menyerupai kurva (curved motion) (Brown et al., 1989;

Pond dan Pickard 1983).

5. Arus Pasang Surut, yaitu arus yang disebabkan oleh adanya gaya

pembangkit pasang surut. Pasang surut laut merupakan hasil dari gaya

tarik gravitasi dan efek sentrifugal. Efek sentrifugal adalah dorongan

ke arah luar pusat rotasi. Ukuran bulan yang lebih kecil dari matahari,

menimbulkan gaya tarik gravitasi dua kali lebih besar daripada gaya

tarik matahari dalam membangkitkan pasang surut laut karena jarak

bulan lebih dekat ke bumi jika dibandingkan dengan jarak matahari.

Terdapat tiga tipe pasang surut berdasarkan periode dan

keteraturannya, yaitu pasang surut harian (diurnal), tengah harian

(semi diurnal) dan campuran (mixed tides). Dalam sebulan, variasi

harian dari rentang pasang surut berubah secara sistematis terhadap

siklus bulan. Rentang pasang surut juga bergantung pada bentuk

perairan dan konfigurasi lantai samudera (Wikipedia, 2007).

4. FAKTOR – FAKTOR PEMBANGKIT ARUS PERMUKAAN

1. Bentuk topografi dasar lautan dan pulau – pulau di sekitarnya

Beberapa sistem lautan utama dunia dibatasi oleh masa daratan

dari 3 sisi dan pula oleh arus equatorial center di sisi yang keempat.

Batas-batas ini menghasilkan sistem aliran yang hampir tertutup dan

cenderung membuat aliran air mengarah dalam suatu bentuk bulatan.

Dari sinilah terbentuk adanya gyre.

2. Gaya Coriolis dan Arus Ekman



BAB III

ISI

A. GAYA CORIOLIS

1. Analogi Gaya Coriolis

Untuk dapat memahami Gaya Coriolis, dapat dilakukan percobaan

sederhana sebagai berikut :

Sumber :Youtube (Demonstration video Mr Aubrey about Coriolis Effect)

1. Siapkan alat percobaan seperti

pada gambar

2. Tancapkan pines/ paku payung 3. Tarik garis di bagian tengah

lingkaran

4. Buat garis titik –titik pembatas 5. Putar kertas ke kanan sembari

tetap menarik garis lurus

6. Maka hasilnya garis tidak akan

lurus, namun berbelok ke kiri

karena kertas diputar ke kanan

7. Sekarang ganti tarik garis lurus

di sebelah kanan pembatas

8. Sembari kertas diputar ke arah

kiri (berlawanan jarum jam)

9. Maka akan didapatkan hasil

seperti pada gambar akibat rotasi

pada kertas. Analogi ini sesuai

dengan Gaya Coriolis.



2. Konsep Dasar Gaya Coriolis

Gaya coriolis merupakan gaya semu yang diakibatkan oleh perputaran

rotasi bumi sehingga pergerakan angin seakan-akan berbelok ke kanan dari

belahan bumi utara atau BBU dan berbelok ke ke kiri dari belahan bumi selatan

atau BBS. Berikut gambarnya.

Sumber : http://www.wisegeek.com/what-is-the-coriolis-effect.htm

Penjelasan gambar tersebut adalah sebagai berikut :

Di bumi terdapat 2 garis astronomis yang membagi bumi menjadi beberapa

bagian. Terdapat garis lintang yang membagi bumi dari utara ke selatan yang

ditarik dari khatulistiwa ke arah kutub dengan lintang 00 – 90

0 dan garis bujur

yang membagi bumi dari barat ke timur dari 00-180

0 dan sering digunakan untuk

penentuan waktu internasional. Garis lintang membagi bumi menjadi 6 bagian.

Yaitu 00 – 30

0 LU, 30

0 -60

0 LU, 60

0 – 90

0 LU, 0

0- 30

0 LS, 30

0 – 60

0 LS, dan 60

0 –

900 LS. Pada lintang 0

0 – 30

0 merupakan daerah dengan iklim tropis-subtropis,

dimana memiliki kecepatan angin yang relatif rendah dan cukup banyak

menerima sinar matahari. Pada lintang ini berlaku sirkulasi angin sel hadley,

dimana arah anginnya bergerak searah dengan jarum jam. Pada lintang 300

– 600



merupakan daerah subtropis (peralihan iklim tropis ke sedang) – subpolar

(peralihan iklim sedang ke iklim subkutub, dimana pada daerah ini terdapat 4

musim, yaitu musim panas, musim dingin, musim gugur, dan musim kemarau.

Pada lintang 300

– 600 berlaku sirkulasi angin Sel Ferrel yang menyebabkan arah

angin bergerak berlawanan jarum jam dari daerah bertekanan tinggi menuju

daerah bertekanan rendah. Sementara , pada lintang 600 – 90

0 merupakan daerah

dengan iklim subpolar – kutub yang merupakan peralihan dari iklim sejuk ke

dingin, daerah ini memiliki tekanan udara yang tinggi dan suhu udara yang sangat

rendah sehingga dapat dijumpai juga gunung es. Nah, pada area ini berlaku

sirkulasi Sel Kutub yang menyebabkan angin bergerak searah dengan jarum jam,

sama seperti pada area dengan lintang 300

– 600.

Sumber : https://www.e-education.psu.edu/meteo003/files/meteo003/image/Lesson%206/rotating_earth.swf

Dari gambar di atas dapat kita lihat bahwa:

Angin pasat yang berasal dari lintang utara yaitu daerah subtropis menuju

daerah khatulistiwa (dari lintang 300 0

0 LU ) dibelokkan ke arah barat,

begitu halnya dengan angin pasat yang berasal dari lintang selatan menuju

daerah khatulistiwa (dari lintang 300 0

0 LS ) dibelokkan ke arah barat.

Pada lintang 300 -60

0 untuk LU dan LS, yang merupakan daerah transisi antara

daerah tropis dan kutub,angin barat (westerlies) dibelokkan ke arah timur.

Angin timur kutub (polar easterlies) yang berasal dari arah timur dibelokkan

ke arah barat, baik pada lintang utara maupun lintang selatan area 600 – 90

0.



Dari gambar tersebut di atas kita akan menemukan anomali, yaitu justru angin

yang berada pada belahan bumi utara (lintang utara) tidak sepenuhnya dibelokkan

ke timur, dan angin yang berasal dari belahan bumi selatan tidak sepenuhnya

dibelokkan ke barat. Padahal jika kita meninjau dari Hukum Buys Ballot :

Angin mengalir dari tempat yang bertekanan maksimum (dingin) ke

tempat yang bertekanan minimum (panas). sudah sesuai.

Angin yang datang dari belahan Utara dibelokkan ke kanan, sedangkan

angin yang datang dari belahan Selatan dibelokkan ke kiri. ? tidak

sesuai dengan kenyataan.

Maka seharusnya untuk semua daerah di Lintang Utara dari 00 – 90

0 anginnya

dibelokkan ke arah timur, sementara untuk daerah di lintang Selatan dari 00 – 90

0

anginnya dibelokkan ke arah barat. Namun gambarnya justru seperti itu dan tidak

sesuai dengan penjelasan Hukum Buys Ballot, padahal Hukum Buys Ballot

merupakan dasar dari Gaya Coriolis itu sendiri. Nah mengapa terjadi demikian?

Hal itu dapat dijelaskan sebagai berikut :

Pada daerah 23,50 LU/LS terdapat daerah yang disebut ‘lintang kuda’ (Horse

Latitudes) yang pada model sirkulasi global Hadley, daerah ini merupakan

"tabrakan" antara massa udara kutub dan ekuator. Di dalam daerah tabrakan ini,

yang bekerja bukan hanya gaya coriolis, namun ada juga gaya dorong akibat

perbedaan sifat fisis udara (dingin versus panas). Resultan antara gaya dorong dan

gaya coriolis membelokkan arah tiupan angin menjadi konvergen/terkumpul pada

satu arah. Saat arahnya berbelok ke timur, arah vektor gradien perubahan suhu ke

kanan (ke arah yang suhunya lebih panas) maka arah gaya dorong ke kanan

(timur) dengan analogi menggunakan jari tangan kiri, ibu jari: gradien suhu,

telunjuk: gaya dorong. Kecepatan udara di lintang kuda itu melambat karena

saling menabrak dari utara dan selatan sehingga daerah pada lintang kuda ini

dipengaruhi cukup kuat oleh Gaya Coriolis seperti "terbawa rotasi" bumi

sehingga anginnya dibelokkan ke timur. Sementara itu, pada daerah dengan

lintang 00 – 30

0 LU dan LS anginnya justru dibelokkan ke arah barat. Hal ini

disebabkan karena :



saat di equator, kecepatan anginnya rendah sehingga gaya coriolis bisa

diabaikan (di equator v << , Fc << ).

saat di kutub terdapat pengaruh tekanan tinggi kutub, sehingga pengaruh

gaya coriolis bisa diabaikan dan arahnya seragam ke barat ( di kutub P

>> , v << , Fc << ).

Sementara di daerah transisi antara equator dan kutub anginnya di

belokkan ke timur karena Gaya Coriolis tidak bisa diabaikan, angin dan

kecepatan rotasi sama-sama ada ( di daerah tengah angin & kecepatan

rotasi >> , Fc >> ).

Sumber : http://essayweb.net/geology/quicknotes/coriolis.shtml

Efek Coriolis membelokkan angin yang mengarah ekuator ke barat dan angin

yang menjauh dari ekuator ke timur. Sehingga dari penjelasan di atas dapat

diketahui bahwa angin itu bergerak tidak hanya menurut Gaya Coriolis karena

kebanyakan angin bertiup menurut sifat fisis permukaan bumi, dan dalam

pendalaman karakter cuaca yang biasa kita alami di Indonesia, Gaya Coriolis ini

selalu/hampir bisa diabaikan efeknya. Gaya Coriolis kecil dan terlihat efeknya

ketika bekerja pada sistem cuaca skala besar. Pusaran air di bak cuci piring tidak

disebabkan gaya coriolis. Meskipun demikian marilah kita menyimak penjelasan

lebih lanjut di bawah ini.

Gaya Coriolis mempengaruhi aliran massa air, dimana gaya ini akan

membelokkan arah mereka dari arah yang lurus. Gaya ini timbul sebagai akibat



dari perputaran bumi pada porosnya. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita tidak

sadar bahwa gaya ini ternyata dapat memberikan pengaruh yang besar terhadap

benda-benda yang bergerak dalam jarak yang luas. Contoh : sebuah selongsong

peluru yang ditembakkan dari sebuah bedil akan memberikan sebuah bekas

lintasan yang jalannya agak melengkung sebagai hasil dari peranan gaya Coriolis

yang terjadi padanya. Pembelokan ini akan mengarah ke kanan di belahan bumi

utara, dan mengarah ke kiri di belahan bumi selatan. Gaya inilah yang

menghasilkan adanya aliran gyre yang mengarah ke arah jarum jam ( ke kanan )

pada belahan bumi sebelah utara dan mengarah ke arah lawan jarum jam (kiri)

pada belahan bumi sebelah selatan. Gaya Coriolis juga yang menyebabkan

timbulnya perubahan-perubahan arah arus yang kompleks susunannya yang

terjadi sesuai dengan makin dalamnya kedalaman suatu perairan. Pada umunya

tenaga angin yang diberikan pada lapisan permukaan air dapat membangkitkan

timbulnya arus permukaan yang mempunyai kecepatan sekitar 2% dari kecepatan

angin itu sendiri. Dengan kata lain, bila angin bertiup dengan kecepatan 10 meter /

detik maka dapat menimbulkan sebuah arus permukaan yang berkecepatan 20 cm/

detik. Kecepatan arus ini, akan berkurang cepat sesuai dengan makin

bertambahnya kedalaman perairan dan akhirnya angin menjadi tidak berpengaruh

sama sekali terhadap kecepatan arus pada kedalaman di bawah 200m. Pada saat

kecepatan arus berkurang, maka tingkat perubahan arah arus yang disebabkan

oleh gaya Coriolis akan meningkat. Hasilnya adalah bahwa hanya terjadi sedikit

pembelokan dari arah arus yang relatif cepat di lapisan permukaan dan arah

pembelokannya menjadi makin besar pada aliran arus yang kecepatannya makin

lambat di lapisan perairan yang kedalamannya makin besar. Akibatnya akan

timbul suatu aliran arus dimana makin dalam suatu perairan maka arus yang

terjadi pada lapisan –lapisan perairan akan makin dibelokkan arahnya. Hubungan

ini dikenal sebagai Spiral Ekman .



3. Perumusan Gaya Coriolis

Dimana :

:vektor kecepatan sudut rotasi bumi (semakin tinggi lintang,

magnitudo semakin besar). m/s

v : kecepatan angin (m/s)

Penurunannya adalah sebagai berikut :

http://www.nws.noaa.gov/os/wind/deriv.shtml

R = jarak pusat bumi terhadap angin

= vektor rotasi bumi

Untuk vektor kecepatan dapat dituliskan sebagai berikut :

Kecepatan angin jika dilihat dari luar angkasa = Kecepatan angin yang dilihat dari

bumi + Kecepatan bumi (dilihat dari luar angkasa)



= laju rotasi bumi/hari, differensial orde 2 untuk mencari percepatan :

(

)

( )

( ) ( )

Terdapat 3 term (istilah) pada ruas sebelah kanan, pertama adalah Istilah Coriolis,

kedua Istilah Sentripetal, dan ketiga adalah efek perubahan laju angin jika laju

rotasi bumi berubah. Namun, pada studi pembelajaran mengenai cuaca, umumnya

hanya istilah Coriolis yang penting, sementara kedua istilah lain diabaikan,

sehingga persamaannya dapat direduksi sebagai berikut :

( )

Sebagaimana yang kita ketahui, gaya adalah massa x percepatan, maka saat

menghitung gaya dari (ground) , kita perlu menambahkan istilah Coriolis (efek

Coriolis) untuk membenarkan sudut pandang kita dari sistem koordinat rotasi.

( )

Normalnya kita mengasumsikan bahwa massa fluida yang kita cari sebesar 1 kg.

Jadi, secara umum kita dapat menganggap bahwa vektor yang kita cari

merupakan komponen horizontal dari angin terhadap arah pembelokan permukaan

bumi untuk berbagai lintang lambda ( )

Sehingga persamaan Gaya Coriolis menjadi :

Istilah Coriolis Istilah Sentripetal Variasi dalam

panjang hari

“Percepatan Coriolis”

“Gaya Coriolis”



Dimana :

: vektor kecepatan sudut rotasi bumi. (m/s)

V : kecepatan angin. (m/s)

m : massa fluida (kg)

: posisi lintang dimana angin bertiup (0)

Dari rumus matematis Gaya Coriolis tersebut dapat terlihat bahwa:

1. Semakin tinggi lintang dimana angin yang bersangkutan bertiup, maka

nilai Gaya Coriolis makin besar. Pada lintang 0º nilai gaya Coriolis adalah

0, sedangkan pada lintang 90° nilai Gaya Coriolis adalah maximal,

Fc = 2 m v

2. Semakin besar kecepatan angin (v), maka gaya Coriolis semakin besar.

Namun, perlu diingat disini , seperti pada penjelasan sebelumnya, meskipun

menurut rumusan yang ada mengenai gaya Coriolis seperti itu, namun terdapat

beberapa faktor-faktor yang menyebabkan efek Coriolis ini tidak begitu

berpengaruh dan dapat diabaikan sehingga yang terjadi sebenarnya tidak semata-

mata hanya dipengaruhi gaya Coriolis, namun cenderung dipengaruhi oleh sifat

fisis dari angin itu sendiri dan efek Coriolis ini hanya memegang peranan kecil

dalam rangka pergerakan sirkulasi angin di dunia.



B. SPIRAL EKMAN

1. Kaitan Dengan Gaya Coriolis

Gaya Coriolis juga menyebabkan timbulnya perubahan-perubahan arah

arus yang kompleks susunannya, yang terjadi sesuai dengan makin dalamnya

kedalaman suatu perairan. Pada umunya tenaga angin yang diberikan pada

lapisan permukaan air dapat membangkitkan timbulnya arus permukaan yang

mempunyai kecepatan sekitar 2% dari kecepatan angin itu sendiri. Dengan kata

lain, bila angin bertiup dengan kecepatan 10 meter / detik maka dapat

menimbulkan sebuah arus permukaan yang berkecepatan 20 cm/ detik.

Kecepatan arus ini, akan berkurang cepat sesuai dengan makin bertambahnya

kedalaman perairan dan akhirnya angin menjadi tidak berpengaruh sama sekali

terhadap kecepatan arus pada kedalaman di bawah 200m. Pada saat kecepatan

arus berkurang, maka tingkat perubahan arah arus yang disebabkan oleh gaya

Coriolis akan meningkat. Hasilnya adalah bahwa hanya terjadi sedikit

pembelokan dari arah arus yang relatif cepat di lapisan permukaan dan arah

pembelokannya menjadi makin besar pada aliran arus yang kecepatannya

makin lambat di lapisan perairan yang kedalamannya makin besar. Akibatnya

akan timbul suatu aliran arus dimana makin dalam suatu perairan maka arus

yang terjadi pada lapisan –lapisan perairan akan makin dibelokkan arahnya.

Hubungan ini dikenal sebagai Spiral Ekman .

2. Definisi Spiral Ekman

Spiral Ekman : Perubahan arah arus dari pengaruh angin ke pengaruh

Gaya Coriolis yang merupakan hasil kesetimbangan antara efek gesekan di

laut dan gaya fiktif yang timbul akibat rotasi bumi (Gaya Coriolis).

3. Sejarah Gaya Spiral Ekman

Gaya spiral Ekman dipublikasikan oleh Vagn Walfrid Ekman yang lahir di

Stokholm, Swedia. Pada saat ekspedisi Fram, Fridtjof Nansen mengamati

bahwa gunung es tidak bergerak searah dengan arah angin tetapi membentuk

sudut 20o-40

o. Lalu Bjerknes mengundang Ekman yang saat itu masih menjadi



mahasiswa untuk menyelidikinya. Pada tahun 1902, Ekman mempublikasikan

teorinya "Spiral Ekman" yang menjelaskan fenomena tersebut.

4. Proses Terjadinya Spiral Ekman

Saat angin bertiup di sepanjang lautan, angin juga mampu memindahkan

massa air karena adanya gaya gesek pada permukaan laut. Karena adanya

rotasi bumi, maka proses pergerakan angin tidak langsung searah dengan

pergerakan permukaan air, namun di belahan bumi utara bergerak sekitar 450

ke arah kanan dan ke arah kiri di belahan bumi bagian selatan karena adanya

Efek Coriolis. Proses spiral Ekman ini mampu mengangkat massa air dengan

unsur hara yang berkonsentrasi tinggi yang ada di bawah permukaan untuk

naik ke atas permukaan laut.

Kecepatan dan arah dari pergerakan massa air tersebut berubah seiring

dengan meningkatnya kedalaman. Pada permukaan laut, massa air akan

bergerak dengan sudut searah angin laut, namun semakin ke dalam permukaan

maka pergerakan air akan berbelok semakin tajam dan tajam searah jarum jam

sampai membentuk sebuah spiral dari pergerakan massa air di kedalaman 100

– 150 m ( 330 – 500 ft )yang dinamakan spiral Ekman. Nah, arah rata-rata dari



Ekman spiral effect. 1. Wind

2. force from above 3.

Effective direction of the

current 4. Coriolis effect.

(Sumber :

http://en.wikipedia.org/wiki/Ek

man_spiral )

semua pembelokan massa air ke arah kanan dari arah angin yang terjadi ini

dinamakan Ekman transport.

Pada gambar disamping, dapat kita lihat

bahwa sebenarnya terjadinya Spiral Ekman

ini intinya merupakan angin yang karena

adanya gaya gesek dari permukaan atas laut

dibelokkan oleh gaya Coriolis sehingga arah

arusnya tidak sesuai dengan arah arus

efektif yang umumnya dijumpai pada

sungai yang tenang, namun berbelok

sebesar 450 di bagian permukaan laut dan

semakin ke bawah sudut nya semakin besar

seiring dengan menurunnya kecepatan

semakin kedalam laut, sehingga gerakan

berbelok semakin menunjam semakin ke

bawah dengan putaran searah jarum jam ini

menimbulkan sebuah gerakan spiral yang

pada akhirnya dikenal dengan sebutan

Spiral Ekman.

5. Efek Terjadinya Spiral Ekman

a. Proses Upwelling

Proses massa air yang didorong ke atas dari h = 100 – 200 m



b. Proses Downwelling

Proses massa air yang didorong ke bawah dalam permukaan karena adanya

angin yang berasal dari selatan menuju utara yang menyebabkan massa air

terdorong menuju garis pantai dan akhirnya kembali ke dasar laut.

c. Kekosongan Angin:

Angin yang mendorong lapisan air ke permukaan mengakibatkan

kekosongan di bagian atas, sehingga air yang berasal dari bawah

menggantikan kekosongan yang berada di atas

d. Kandungan Oksigen yang rendah,

sehingga suhu lebih dingin dibanding suhu permukaan karena air dari

lapisan dalam belum berhubungan dengan atmosfer



BAB IV

PENUTUP

A. FAQ ( Frequently Asked Questions)

1. Q : Bagaimana analogi Gaya Coriolis jika diterapkan dalam bola basket?

A : Analoginya adalah sebagai berikut

Saat bola basket diputar ke kanan,

menggunakan jari telunjuk, dan dari arah depan kita

tembakkan sebuah peluru, maka peluru tersebut

posisinya tidak akan hanya diam di situ saja, namun

karena adanya gerak rotasi pada bola basket ke kanan,

maka kedudukan peluru pun jika dilihat dari kerangka inersia awal (dari

depan) seolah-olah akan ikut ke timur (kanan) sesuai dengan gerak rotasi

bola basket.

Saat bola basket diputar ke kiri dengan jari telunjuk, maka posisi

peluru yang kita tembakkan juga akan bergerak

seolah-olah ke kiri mengikuti rotasi pada bola basket

jika dilihat dalam kerangka inersia semula (misal dari

depan). Jadi, disini peluru kedudukannya tidak akan

hanya diam disitu saja, namun juga ikut bergerak

searah dengan rotasi pada bola basket. Analogi ini sama dengan yang ada

pada Gaya Coriolis dimana angin seolah-olah akan dibelokkan ke kanan di

belahan bumi utara dan dibelokkan ke kiri di belahan bumi selatan,

meskipun ini hanya berlaku untuk angin pasat, karena mendapatkan

pengaruh gaya Coriolis yang cukup kuat di wilayah transisi antara

khatulistiwa dan kutub.

2. Q : Mengapa Angin Siklon karena adanya gaya Coriolis di Utara

Khatulistiwa berlawanan jarum jam, sedangkan di Selatan Khatulistiwa

searah jarum jam?

A : Efek Coriolis terjadi karena benda bergerak melalui daerah yang

berbeda kecepatan rotasi buminya. Contoh, angin bertiup dari Kutub Utara



ke arah selatan, misal ke Jepang. Di sekitar Kutub Utara, kecepatan rotasi

bumi sangatlah lambat, karena Kutub merupakan sumbu rotasi Bumi.

Mendekati Jepang, rotasi bumi makin cepat, sehingga angin tersebut

menjadi tertinggal/terbelokkan ke arah yang berlawanan dengan arah rotasi.

Arah rotasi adalah timur, maka angin akan berbelok ke barat, berarti ke

kanan. Begitu pula jika angin berhembus dari Jepang ke Kutub Utara,

karena angin memasuki daerah yang lebih lambat rotasi buminya, maka

angin tersebut menjadi terlalu cepat / terbelokkan ke arah rotasi (timur),

berarti ke kanan. (Untuk Bumi Belahan Selatan, situasinya hanya dibalik

saja). Sedangkan angin siklon di utara arahnya berputar berlawanan jarum

jam, karena :

Jika tidak ada Gaya Coriolis, maka arah angin yang mengarah ke

pusat akan bergerak lurus – lurus saja, namun karena adanya pengaruh

gerak rotasi bumi (gambar kanan) , maka arah angin siklon di belahan bumi

utara akan dibelokkan ke kanan menuju 1 titik (sesuai dengan Efek

Coriolis), sehingga efek yang terjadi adalah secara keseluruhan adalah

gerakan spiral ke arah kanan (masuk ke dalam) yang membuat angin

siklonnya berputar seolah-olah berlawanan jarum jam. Hal ini berlaku

sebaliknya di belahan bumi bagian selatan.

3. Q : Mengapa klasifikasi arus laut itu berbeda-beda?

A : Hal ini disebabkan oleh adanya pengamatan/ observasi dan

pengalaman penelitian dari masing-masing ahli. Ada seorang ahli

misalkan meninjau arus laut berdasarkan komponen gesekan, namun

ada juga mungkin dari ahli lain yang membagi arus laut berdasarkan

gaya penyebabnya, sehingga 2 aspek tinjauan ini saja sudah tentu



menghasilkan hasil klasifikasi yang berbeda. Selain aspek yang ditinjau

tersebut, tahun hidup ahli tersebut juga menjadi salah satu faktor

penyebab klasifikasi yang berbeda, karena teknologi terus berkembang

seiring dengan perkembangan zaman. Sehingga dalam hal ini semua

klasifikasi tersebut pada dasarnya dapat digunakan dan diterima

tergantung kecenderungan kita memilih yang mana

4. Q : Pada arus laut mengapa tenaga angin yang diberikan pada lapisan

permukaan air dapat membangkitkan timbulnya arus permukaan yang

mempunyai kecepatan sekitar 2% dari kecepatan angin itu sendiri ?

A : Hal ini disebabkan oleh adanya efek dari gerak rotasi bumi itu

sendiri. Seperti yang telah kita ketahui bahwa arus di permukaan laut

itu juga sudah memiliki kecepatan sendiri yang disebbakan oleh angin,

nah kecepatan angin ini karena adanya efek Coriolis akhirnya ditambah

dengan kecepatan translasi bumi, sebagaimana yang kita tahu bahwa

kecepatan translasi bumi besarnya berubah-ubah (sekitar 29,7 km/s) dan

dapat diabaikan, jadi cukup masuk akal jika hanya mempengaruhi

sebesar 2% terhadap timbulnya arus permukaan. Untuk dapat

mendalaminya dapat mempelajari lebih lanjut mengenai synoptic and

subtropical meteo.

5. Q : A vehicle of mass 2000kg is travelling due north at 100km/h at latitude

60°. Determine the magnitude and direction of the Coriolis force on the

vehicle. (Source: http://www.physicsforums.com)

A : Besar dan arah Gaya Coriolisnya :

= 60°

m kendaraan = 2000 kg ;

v kendaraan = 100 km/h = 27,78 m/s ;

(interpolasi kecepatan tangensial )

di kutub = 0 m/s,

di ekuator 1665 m/s ,

pada 600 LU 1665 – [(60/90) x 1665] = 1665 -1110 = 555 m/s



Fc = 2. 2000. 555 . 27,78 sin 600

Fc = 53409172,292 N

Pada kasus ω ×v digunakan aturan tangan kanan untuk menunjukkan arah

ω . Jari tengah : arah v , Jari telunjuk : arah ω , ibu jari : arah ω ×v .

Nah, sesuai dengan peraturan perkalian cross, karena mobil bergerak ke

arah utara (v ) maka gerak vektornya menjadi berlawanan dengan

jarum jam, dan sebagaimana yang kita tahu bahwa i x k = -j dan karena

disini arah sumbu y (-j) merupakan arah gaya Coriolis, maka dapat

diketahui bahwa arah nya ke kiri, dengan aturan tangan kanan pun

dapat dibuktikan juga bahwa arahnya jika jari telunjuk diputar ke

utara, maka resultan dari ω ×v arahnya akan ke kiri (dalam hal ini ke

Timur).

Sehingga besar dari Gaya Coriolis tersebut adalah Fc = 53409172,292 N

Dan arah Gaya Coriolis kendaraan adalah ke kiri (Timur).

B. KESIMPULAN

saat di equator, angin dibelokkan ke barat karena kecepatan anginnya

rendah sehingga gaya coriolis bisa diabaikan (di equator v << , Fc << ).

saat di kutub terdapat pengaruh tekanan tinggi kutub, sehingga pengaruh

gaya coriolis bisa diabaikan dan arahnya seragam ke barat ( di kutub P

>> , v << , Fc << ).

Sementara di daerah transisi antara equator dan kutub anginnya di

belokkan ke timur karena Gaya Coriolis tidak bisa diabaikan, angin dan

X (v )

Y ( Fc = ω ×v )

Z (ω )



kecepatan rotasi sama-sama ada ( di daerah tengah angin & kecepatan

rotasi >> , Fc >> ).

Rumus Gaya Coriolis

Semakin tinggi lintang dimana angin yang bersangkutan bertiup, maka

nilai Gaya Coriolis makin besar. Pada lintang 0º nilai gaya Coriolis adalah

0, sedangkan pada lintang 90° nilai Gaya Coriolis adalah maksimal.

Semakin besar kecepatan angin (v), maka gaya Coriolis semakin besar.

Spiral Ekman : Perubahan arah arus dari pengaruh angin ke pengaruh

Gaya Coriolis yang merupakan hasil kesetimbangan antara efek gesekan

di laut dan gaya fiktif yang timbul akibat rotasi bumi (Gaya Coriolis).

Spiral Ekman terjadi karena adanya pembelokan arah angin yang

menggerakkan arus laut karena adanya pengaruh kecepatan translasi bumi

yang menambah kecepatan arus permukaan laut dimana semakin dalam

pembelokannya semakin besar ( h >> , >> s/d h 200 m )

Efek terjadinya spiral Ekman antara lain : Proses Upwelling,

Downwelling, kekosongan angin, dan kandungan oksigen yang rendah.



DAFTAR PUSTAKA

Ahmad, Yani. 2004. Geografi. Bandung : Grafindo.

Essay Web. Coriolis Effect.

http://essayweb.net/geology/quicknotes/coriolis.shtml . Diakses pada tanggal

13 Mei 2014 Pukul 22:00 WIB.

Fansuri, A. 5 Oktober 2011. Apa Itu Arus ?. http://risnotes.com/2011/10/apa-

itu-arus/ Diakses tanggal 13 Mei 2014 Pukul 0:14 WIB.

Hutabarat, S. 1985. Pengantar Oseanografi. Jakarta : Penerbit Universitas

Indonesia.

Mathis, Miles. 14 Februari 2011. The Coriolis Effect

Deconstructed. http://milesmathis.com/corio.html Diakses pada tanggal 13

Mei 2014 Pukul 0:14 WIB.

National Weather Service Office of Climate, Water, and Weather Service. 16

Juli 2004. Derivation of The Coriolis Force. NOAA : Silver Spring .

http://www.nws.noaa.gov/os/wind/deriv.shtml . Diakses pada tanggal 17-06-

2014 Pukul 13.00 WIB.

Persson, Anders. 2005. The Coriolis Effect – A Conflict Between Common

Sense and Mathematics. Sweden : The Swedish Meteorological and

Hydrological Institute, Norrköping, Sweden.

Russell, Randy. 8 Januari 2010. Windows To The Universe. How the Ocean

Surface Moves : Ekman Transport. National Earth Science Teachers

Association (NESTA).

http://www.windows2universe.org/earth/Water/ekman.html. Diakses pada

tanggal 17-06-2014 Pukul 13.00 WIB.

Sediadi, A. 2004. Efek Upwelling Terhadap Kelimpahan dan Distribusi

Fitoplankton di Perairan Laut Banda dan Sekitarnya. Jakarta : Universitas

Indonesia.

Wardijatmoko. 2004. Geografi SMA. Jakarta : Erlangga.

Wikipedia. 2014. Ekman Spiral. http://en.wikipedia.org/wiki/Ekman_spiral .

Diakses pada tanggal 17-06-2014 Pukul 13.00 WIB.


Gaya Coriolis dan Spiral Ekman Page i

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur senantiasa saya panjatkan kehadirat Allah SWT, karena

berkat rahmat- Nya saya dapat menyelesaikan makalah mekanika fluida yang

berjudul “Gaya Coriolis dan Spiral Ekman” ini. Adapun penulisan makalah ini

dalam rangka memenuhi salah satu tugas mata kuliah Mekanika Fluida pada

semester 4 Program Studi Geofisika, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada tahun akademik 2014. Tidak

lupa saya haturkan terima kasih kepada semua pihak yang telah bersedia

membantu menyesaikan makalah ini, diantaranya :

1.Prof. Dr. Kirbani Sri Brotopuspito, selaku dosen mekanika fluida

2.Teman-teman grup 4B presentasi mekanika fluida Bab Arus Laut

3.Teman-teman geofisika angkatan 2012 dan juga semua pihak

yang tidak dapat disebutkan satu per satu.

Pada akhirnya, sesuai dengan kata pepatah, bahwa tak ada gading yang tak

retak. Begitu pula dengan makalah saya yang masih jauh dari kesempurnaan,

maka dari itu kritik dan saran yang membangun akan saya terima dengan baik

demi kesempurnaan makalah ini di masa depan. Penulis berharap agar makalah ini

dapat berguna bagi para pembaca.

Yogyakarta, 18 Juni 2014

Penyusun


Gaya Coriolis dan Spiral Ekman Page ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ........................................................................................i

DAFTAR ISI .......................................................................................................ii

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................1

A. LATAR BELAKANG.............................................................................. 1

B. RUANG LINGKUP ................................................................................. 2

C. TUJUAN DAN MANFAAT .................................................................... 2

BAB II DASAR TEORI ..................................................................................... 3

A. PENGERTIAN ARUS LAUT ................................................................. 3

B. FAKTOR TERJADINYA ARUS LAUT ................................................. 3

C. KLASIFIKASI AIR LAUT ...................................................................... 3

D. FAKTOR –FAKTOR PEMBANGKIT ARUS PERMUKAAN .............. 5

BAB III ISI .......................................................................................................... 6

A. GAYA CORIOLIS ................................................................................... 6

1. Analogi Gaya Coriolis ......................................................................... 6

2. Konsep Dasar Gaya Coriolis ............................................................... 7

3. Perumusan Gaya Coriolis .................................................................. 12

B. SPIRAL EKMAN ................................................................................... 15

1. Kaitan Dengan Gaya Coriolis ........................................................... 15

2. Definisi Spiral Ekman ...................................................................... 15

3. Sejarah Gaya Spiral Ekman ............................................................... 15

4. Proses Terjadinya Spiral Ekman ....................................................... 16

5. Efek Terjadinya Spiral Ekman .......................................................... 17

BAB IV PENUTUP .......................................................................................... 19

A. FAQ (FREQUENTLY ASKED QUESTIONS) .................................... 19

B. KESIMPULAN ...................................................................................... 22

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 24


Gaya Coriolis dan Spiral Ekman Page iii

U N I V E R S I T A S G A D J A H M A D A

2014

MAKALAH MEKANIKA

FLUIDA

GEOFISIKA

gaya coriolis dan spiral ekman

Documents