MAKALAH

Hydrodinamics Design and Dholpins Sonar System

Kajian Teoritis seputar Design Hidrodinamis dan

Sistem Sonar pada Lumba-LumbaDisusun sebagai Tugas pada

Mata Kuliah BIO-FISIKA

Oleh,

Mona Berlian Sari

Jemmy Rohmana

Yori Deswita

Fisika, 2010

Dosen Pembimbing:

Dr. Ratna Wulan, M.SiJURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI PADANG

2011 KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah mencurahkan rahmat-Nya sehingga makalah ini dapat selesai tepat pada waktunya. Shalawat dan salam semoga selalu tercurahkan buat Rasulullah SAW yang telah mengirimkan umat manusia sampai pada zaman yang identik dengan teknologi seperti sekarang ini.

Makalah yang berjudul Hydrodinamics Design and Dholpins Sonar System Sebuah Kajian Teoritis seputar Design Hidrodinamis dan Sistem Sonar pada Lumba-Lumba yang ditulis guna melengkapi tugas pada mata kuliah Biofisika. Dalam penyusunan makalah ini, penulis menemukan beberapa kendala sehingga dalam makalah ini masih banyak terdapat kesalahan dan kekurangan. Untuk itu penulis memohon kritikan dan saran yang membangun guna sempurnanya makalah ini dimasa mendatang.

Selama penulisan makalah, penulis mendapat banyak bimbingan yang sangat berarti, sehingga penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Ibu Dr. Ratna Wulan, M.Si yang senantiasa membantu penulis memahami materi kuliah Biofisika.2. Orangtua, yang senantiasa memberikan kasih sayang dan perhatian dalam bentuk moril maupun materi.

3. Rekan seperjuangan.

Akhir kata penulis berharap, semoga tulisan sederhana ini dapat memberi konstribusi bagi pembaca dalam rangka menambah khazanah pengetahuan.

Padang, 08 Mei 2012

Penulis

DAFTAR ISIKATA PENGANTARi

BAB I PENDAHULUAN

A.LATAR BELAKANG MASALAH1

B.BATAS DAN RUMUSAN MASALAH2

C.TUJUAN PENULISAN3

D.MANFAAT PENULISAN3

E.METODE PENULISAN3

BAB II PEMBAHASAN

A.Introducation of Dholpins4

B.Hydrodinamics Design of Dholpins8

C.Dholpin Sonar Systems13

BAB III PENUTUP

A.KESIMPULAN23

B.LEMBAR AKTIFITAS DISKUSI24

DAFTAR PUSTAKA26

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Lebih dari 70% permukaan bumi diliputi oleh air. Di kedalaman samudera, beragam makhluk berjumlah sangat besar hidup selaras satu sama lain. Salah satunya adalah lumba-lumba. Lumba-lumba adalah makhluk laut paling cerdas, ramah dan suka menolong. Mereka memahami perintah dengan baik dan tahu cara mematuhinya. Tubuh mereka diciptakan dengan bentuk yang sungguh menakjubkan. (Harun Yahya, 2000).

Lumba lumba, hewan mamalia air yang satu ini tak asing lagi bagi kita semua, melambangkan persahabatan dan juga sosoknya yang ramah, lucu dan imut membuat manusia cepat akrab dan menyukai hewan yang satu ini. Banyak pihak memanfaatkan lumba lumba, seperti pihak militer AS yang pernah melakukan percobaan terhadap lumba lumba untuk misi spionase (mata-mata). Lumba lumba memiliki kemampuan unik yang sesungguhnya bila kita sebagai manusia jeli bisa menangkap maksut dari perubahan perilaku lumba lumba tersebut.

Kemampuan unik nya tersebut antara lain, suka menolong manusia yang kebetulan tersesat atau terombang-ambing di tengah laut (biasanya lumba lumba menolong dan membimbing menuju perairan), selain itu bisa juga mengetahui kapan bencana gempa akan terjadi.Semua itu memungkinkan karena lumba lumba merupakan hewan yang sangat mudah untuk dilatih. Diperkirakan terdapat antara 30 sampai 40 jenis lumba-lumba, 5 diantara nya merupakan lumba lumba yang hidup di air tawar. Walaupun mereka hidup di dalam air, lumba-lumba adalah mamalia yang bernafas melalui blowhole,yang terletak di bagian atas kepala mereka.

Beberapa jenis lumba-lumba harus naik ke permukaan untuk bernafas setiap 20 sampai 30 detik. Lumba-lumba sangat sosial, gemar bermain, teliti, dan cerdas. Mereka hidup dalam kelompok atau keluarga yang disebut Pods. Lumba lumba berisitirahat dengan hanya mengaktifkan setengah dari otak mereka, dan mata nya terbuka sebelah.Hal ini memungkinkan mereka untuk naik ke permukaan untuk bernafas dan untuk melindungi diri dari predator. Lumba-lumba dapat mencapai kecepatan 60 km/jam nya atau 37 mph. Selain itu kedua sisi otak lumba-lumba bekerja secara terpisah.

Selama 8 jam, kedua sisi otak itu sadar. Kemudian sisi yang kiri akan tidur selama 8 jam. Setelah sisi itu terbangun, sisi yang kanan akan tidur selama 8 jam. Dengan demikian lumba-lumba bisa tidur selama 8 jam tanpa harus berhenti secara fisik dan terus berenang.

Pada tubuh lumba-lumba terdapat kompleksitas ilmu pengetahuan yang penting untuk digali. Selama ini, kita tidak jarang mengamati lumba-lumba baik secara morfologi, fisiologi, maupun tingkah lakunya secara biologi. Jarang sekali kita memahami lumba-lumba melalui kacamata fisika. Padahal menurut para ahli, pada tubuh lumba-lumba terdapat banyak sekali fenomena fisika.

Misalnya kemampuan lumba-lumba berenang dengan sangat cepat, kemampuan lumba-lumba mengidentifikasi benda di sekitarnya, kemampuan lumba-lumba menyelam di kedalaman >3000 m, bahkan kemampuan lumba-lumba melihat ditengah kegelapan.Hal itu menjadi semakin menarik, ketika dari referensi disebutkan bahwa lumba-lumba menjadi inspirasi pada perancangan kapal selam, sonar kapal militer, dan kapal modern canggih berkecepatan tinggi. Belum lagi perenang kelas dunia saat ini yang sudah mulai menerapkan cara berenang lumba-lumba untuk menghasilkan gerakan yang gesit dan cepat.

Berdasarkan keistimewaan lumba-lumba yang sangat menarik, penulis ingin membongkar konsep fisis seperti apa yang berperan dibalik lincahnya seekor lumba-lumba, sehingga pada penulisan ini diharapkan pembaca bisa mengetahui lebih banyak keistimewaan tentang lumba-lumba serta mampu memahami konsep fisis yang terjadi.

B. Batasan dan Rumusan Masalah

Menyadari akan kompleksitas dari keistimewaan lumba-lumba, maka sesuai dengan judul makalah, maka pembahasan makalah ini dibatasi pada Hydrodinamics Design pada lumba-lumba yang menyebabkan lumba-lumba mampu berenang dengan sangat cepat, serta Sistem Sonar pada Lumba-Lumba yang berperan penting pada penglihatan lumba-lumba di kegelapan, perlindungan diri dan identifikasi mangsa.

Berdasarkan latar belakang dan batasan makalah, maka masalah yang akan dibahas dapat dirumuskan sebagai berikut:

1. Bagaimanakah Hydrodinamics Design pada kulit lumba-lumba?2. Bagaimanakah cara kerja sistem sonar pada lumba-lumba?

3. Konsep fisis apa saja yang berperan terhadap kecepatan renang lumba-lumba dan cara kerja sonar lumba-lumba?

4. Apa saja biomimetics meniru lumba-lumba?

C. Tujuan Penulisan

Berdasarkan rumusan masalah diatas, maka tujuan penulisan makalah ini ialah sebagai berikut:

1. Untuk memahami Hydrodinamics Design pada kulit lumba-lumba.

2. Untuk memahami cara kerja sistem sonar pada lumba-lumba.

3. Untuk memahami konsep fisis yang berperan pada kecepatan renang lumba-lumba dan cara kerja sonar lumba-lumba.

4. Untuk mengetahui teknologi meniru lumba-lumba.

D. Manfaat Penulisan

Berdasarkan tujuan penulisan tersebut, maka dapat diketahui bahwa manfaat dari penulisan makalah ini ialah:

1. Mampu memahami Hydrodinamics Design pada kulit lumba-lumba.

2. Mampu memahami cara kerja sistem sonar pada lumba-lumba.

3. Mampu memahami konsep fisis yang berperan pada kecepatan renang lumba-lumba dan cara kerja sonar lumba-lumba.

4. Mengetahui teknologi apa saja yang meniru lumba-lumba.E. Metode Penulisan

Makalah ini ditulis dengan menggunakan metode kualitatif dimana data diperoleh dari tinjauan sumber-sumber primer berupa buku rujukan (kajian pustaka dan browsing internet) untuk memperoleh data yang valid.

BAB II

PEMBAHASAN

A. Introducation of Dholpins1. Klasifikasi Ilmiah Lumba-Lumba

Lumba-lumba masuk dalam keluarga Delphinidae. Kata ini berasal dari bahasa Yunani (delphus) yang berarti rahim, dikarenakan orang jaman dahulu sering menyebut mereka ikan dengan rahim. Saat ini ada sekitar 40 spesies lumba-lumba, 5 diantaranya merupakan lumba-lumba air tawar yang lebih rentan punah.Lumba-lumba, paus dan pesut merupakan mamalia laut yang termasuk dalam ordo Cetacea. Berikut adalah klasifikasi dari lumba-lumba.

a) Kingdom : Animalia

b) Phylum : Chordata

c) Kelas

: Mammalia

d) Ordo

: Cetacea

e) Suborde: Odontoceti, (toothed whales)

f) Familia: Delphinidae (oceanic dolphins)

2. Morfologi dan Fisiologi Lumba-Lumba

Hewan-hewan dari ordo Cetacea adalah hewan menyusui yang sepanjang hidupnya ada di perairan dan telah melakukan berbagai adaptasi untuk kehidupan di lingkungan ini. Tubuhnya berbentuk seperti torpedo (streamline) tanpa sirip belakang. Sirip depannya mengecil dan memiliki sebuah ekor horisontal yang kuat untuk bergerak seperti baling-baling perahu. Lubang hidungnya (blowhole) berubah menjadi lubang peniup pada bagian atas kepalanya. Lubang ini berguna untuk pernapasan pada saat hewan itu berenang di permukaan air.

Ciri-ciri umum yang terdapat pada Cetacea yaitu mereka memiliki bentuk bagian tubuh yang berbeda dengan kebanyakan mamalia yang lain. Kebanyakan mamalia memiliki lubang hidung yang menghadap ke depan, tetapi Cetacea memiliki lubang hidung diatas kepala. Lebih ke belakang, terdapat cekungan di samping kepala yang merupakan posisi dari kuping namun tidak terdapat daun telinga. Cetacea memiliki leher yang pendek, tidak fleksibel dan pergerakan kepala yang terbatas.

Di belakang kepala terdapat lengan depan yang berbentuk seperti sirip tanpa jari dan lengan. Bentuk seperti ikan yang terdapat pada bagian tubuh Cetacea adalah sirip dorsal dan sirip ekor (fluks). Sirip dorsal berguna untuk kestabilan dan pengaturan panas tubuh. Pada beberapa spesies, sirip dorsalnya kecil atau bahkan tidak dijumpai sama sekali. Fluks horizontal terdapat di ujung ekor dan ditunjang hanya dibagian tengah oleh bagian akhir tulang ekor (tulang belakang), dan bagian lainnya terdiri dari jaringan non tulang.

Satu perbedaan mendasar antara ikan dan Cetacea adalah dari bentuk tubuh yaitu pada ekor, dimana ekor mamalia adalah horizontal dan ketika berenang bergerak keatas dan kebawah dan dikombinasikan dengan sedikit gerakan memutar, sedangkan pada ikan ekornya berbentuk vertikal dan bergerak dari sisi ke sisi ketika berenang.

Secara ringkasnya, morfologi dan fisiologi lumba-lumba dapat dijelaskan berikut ini:

Ukuran, Lumba-lumba hidung botol dewasa berukuran panjang antara 1,9 sampai 4,5 meter.

Otak, Otak lumba-lumba besar (40% lebih besar dari otak manusia) dan sangat kompleks. Kedua sisi otak lumba-lumba bekerja secara terpisah. Lumba lumba berisitirahat dengan hanya mengaktifkan setengah dari otak mereka, dan mata nya terbuka sebelah. Selama 8 jam, kedua sisi otak itu sadar. Kemudian sisi yang kiri akan tidur selama 8 jam. Setelah sisi itu terbangun, sisi yang kanan akan tidur selama 8 jam. Dengan demikian lumba-lumba bisa tidur selama 8 jam tanpa harus berhenti secara fisik dan terus berenang.

Blowhole, Lumba-lumba bernapas melalui blowhole di atas kepala mereka. Beberapa jenis lumba-lumba harus naik ke permukaan untuk bernafas setiap 20 sampai 30 detik.

Gigi, Beberapa spesies lumba-lumba memiliki hingga 250 gigi. Gigi lumba-lumba diyakini berfungsi sebagai antena untuk menerima suara yang masuk dan menentukan lokasi yang tepat dari sebuah objek.

Kelenjar susu, Lumba-Lumba adalah binatang menyusui dimana sepasang kelenjar susu terletak di bagian perut. Lumba-lumba betina dapat mempertahankan kemampuan menyusi mereka bahkan setelah kehilangan kemampuan untuk membuat bayi.

Kemampuan Renang, Lumba-lumba dapat berenang dengan kecepatan 60 km/jam atau 37 mph.

Indera Penglihatan, Lumba-lumba memiliki penglihatan yang kurang baik. Sebagai gantinya, lumba-lumba menggunakan suara (sistem sonar) untuk mencari kearah mana dia harus berenang mencari makan.

1. Indera Penciuman, Lumba-lumba diyakini tidak memiliki indera penciuman.

Indera Pendengar, Lumba-lumba dapat mendengar frekuensi 10 kali atau lebih di atas batas atas pendengaran manusia dewasa.

Kemampuan Khusus, Lumba-lumba dapat mentoleransi dan pulih dari cedera ekstrim, seperti gigitan ikan hiu.

3. Tingkah Laku Lumba-LumbaMamalia laut melakukan berbagai macam gerakan dan tingkah laku yang berhubungan dengan kehidupannya. Tingkah laku mamalia laut ini sangat beragam, mulai dari yang sangat jelas terlihat sampai yang sangat jarang dilakukan, namun dapat dipelajari beberapa jenis tingkah laku dari Cetacea sehingga bisa mengartikan tingkah laku tersebut.

Paus dan lumba-lumba sering kali melakukan aktivitas melompat ke udara dengan kepala terlebih dahulu dan menjatuhkan diri kembali ke air. Aktivitas ini disebut dengan istilah breaching. Aktivitas breaching ini masih merupakan misteri namun terdapat beberapa alasan yaitu sebagai suatu tanda, menghilangkan parasit yang menempel pada tubuh mamalia tersebut, unjuk kekuatan, sekedar kesenangan dan suatu bentuk komunikasi pada kelompok mereka.

Disamping itu aktivitas lainnya adalah bowriding, yaitu aktivitas berenang yang dilakukan lumba-lumba mengikuti gerakan ombak yang terjadi akibat gerakan kapal dan mengikuti kapal tersebut. Aktivitas ini merupakan salah satu bentuk permainan yang dilakukan oleh lumba-lumba. Spyhop adalah gerakan memunculkan kepala ke permukaan air. Gerakan ini berfungsi untuk mengamati keadaan disekitarnya karena jarak pandang di udara lebih jauh dibandingkan di dalam air. Sementara aktivitas lainnya adalah gerakan mengangkat fluks atau ekor tersebut ke dalam air yang disebut dengan lobtailing. Diduga hal ini berkaitan dengan agresifitas lumba-lumba dan paus dengan salah satu cara berkomunikasi. Lumba-lumba memiliki tingkah laku sosial yang ditandai dengan :

1) Greeting : lumba-lumba melakukan greeting pada beberapa keadaan ketika bertemu kelompoknya dengan cara berenang cepat diantara yang lainnya di permukaan air sambil ekornya digerakkan atau dengan cara mengeluarkan suara ;2) Roughhousing : lumba-lumba dengan penuh semangat membuat keributan dan kegaduhan dengan menggunakan rostrum dan flukes untuk menyambut anaknya yang baru dilahirkan ;

3) Alloparental care : lumba-lumba muda berenang dan bermain bersama lumba-lumba dewasa lainnya (babysister) selama lebih dari 1 jam ketika ibunya mencari makan pada jarak beberapa ratus meter dari mereka.

B. Hydrodinamics Design of Dholpins

Manusia berupaya membuat kapal laut yang tahan terhadap segala keadaan. Namun ada satu rintangan utama yang harus dapat diatasi sebuah kapal laut, yaitu kuatnya gaya hambatan air. Semakin cepat kapal bergerak, semakin kuat gaya hambatan air yang menahan laju geraknya. Para insinyur hidrodinamika berusaha merancang bentuk kapal yang dapat memperkecil gaya hambatan air ini. Selain itu, untuk membantu kapal mengurangi gaya hambat air, mereka juga membutuhkan tenaga motor berkekuatan besar.

Lain halnya dengan lumba-lumba, hewan ini hanya memerlukan sedikit tenaga untuk berenang dengan kecepatan yang tinggi. Mengapa hal ini bisa terjadi?1. Design Tubuh dan Cara Renang Lumba-Lumba

Seperti sudah dikemukakan sebelumnya, Lumba-lumba melakukan aktivitas bowriding, yaitu aktivitas berenang yang dilakukan lumba-lumba mengikuti gerakan ombak yang terjadi akibat gerakan kapal dan mengikuti kapal tersebut. Lumba-lumba memiliki kemampuan berenang yang sangat cepat, gerakannya yang gesit membelah air tentu tidak terjadi begitu saja.

Lumba-lumba hanya membutuhkan sedikit tenaga untuk melakukan gerakan berenang dengan kecepatan yang tinggi. Rahasianya terletak pada moncong dan kulit mamalia lucu ini. Moncong lumba-lumba berbentuk paruh. Bentuk ini sangat hidrodinamis sehingga memudahkannya membelah air saat berenang dan menyelam, serta melesat dengan cepat di samudera luas. Kapal-kapal modern meniru moncong ini untuk desain haluan kapal mereka.

Para ilmuwan menemukan satu lagi ciri yang berperan penting dalam kemampuan mamalia ini untuk bergerak cepat: Kulit lumba-lumba tersusun atas tiga lapisan. Lapisan terluar sangatlah tipis dan lentur. Lapisan tengah terbuat dari bahan menyerupai sepon. Lapisan terdalam yang tebal terdiri dari rambut-rambut lentur. Tekanan tiba-tiba yang cenderung menghambat gerak renang cepat lumba-lumba, diredam saat tekanan ini diteruskan ke lapisan terdalam. Setelah 4 tahun penelitian, para insinyur kapal selam Jerman berhasil membuat lapisan jaket tiruan dengan sifat yang sama. Lapisan jaket ini terbuat dari dua lapisan karet yang disisipi gelembung-gelembung di antara kedua lapisan itu, mirip selsel kulit lumba-lumba. Peningkatan sebesar 250% dalam kecepatan kapal selam dicapai saat lapisan jaket tiruan ini digunakan.

Selain karena moncongnya yang istimewa, lumba-lumba juga sanggup berenang dengan kecepatan tinggi karena tubuh dan kulitnya memang dirancang khusus untuk mengurangi hambatan air. Ketika hewan ini mulai berenang cepat, terbentuklah lapisan air tipis di permukaan kulit mereka. Lapisan ini dinamakan lapisan penghalang. Lumba-lumba diciptakan dengan kulit yang sangat lentur. Kulit itu akan bergerak menggelombang ketika terjadi turbulensi air pada lapisan penghalang. Dengan bergerak menggelombang berlawanan arah dari gerak turbulensi tersebut, kulit ini mencegah terjadinya gaya hambat air. Hasilnya adalah gerakan renang yang sangat cepat dan gesit.

2. Konsep Fisika

a) Gesekan dan Gaya Hambat AirHal utama yang menghambat para perenang untuk berenang lebih cepat adalah hambatan air. Hambatan air ini sangat menghabiskan energi perenang, menyebabkan orang mengeluarkan tenaga 5 kali lipat lebih besar untuk berenang dibandingkan untuk berlari. Pertarungan tingkat dunia untuk memecahkan rekor berenang, sekarang lebih dititik-beratkan pada pertarungan bagaimana mengatasi hambatan air. Apa penyebab hambatan air?

Hambatan air disebabkan pola aliran air (termasuk turbulensi, kocakan air akibat gerakan tangan atau kaki), ombak, dan gesekan permukaan tubuh dengan air. Lumba-lumba yang sangat lincah mampu mengatasi hambatan hingga efisiensi 80-90%, hal itu karena Lumba-lumba punya bentuk tubuh yang streamline sehingga tidak menghasilkan turbulensi. Jika menghasilkan turbulensi, maka akan menghambat gerakan maju.

Lalu, apa itu turbulensi?

b) Turbulensi

Ketika mempelajari fluida ideal pada bagian fluida dinamis, kita mengetahui bahwa salah satu ciri-ciri fluida ideal adalah aliran fluida dapat berupa aliran garis lurus (streamline) atau aliran turbulen. Sebenarnya ada 3 jenis aliran fluida yaitu:

1) Aliran laminar

Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan-lapisan, atau lamina-lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar. Dalam aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relative antara lapisan. Sehingga aliran laminar memenuhi hukum viskositas Newton, yaitu :

Pada aliran laminar (laminar flow) kecepatan partikel fluida pada garis arus searah dengan garis singgung di titik itu, garis arus tidak pernah berpotongan, dimana garis arus ini adalah aliran fluida yang mengikuti suatu garis yang jelas ujung dan pangkalnya. Misalnya pada titik A, tiap partikel yang tiba ditik A akan terus bergerak dg kelajuan dan arah yang sama, ini juga akan berlaku untuk titik B dan C, jadi partikel yg tiba di A akan slalu menempuh lintasan yg menghubungkan A, B, C dimana kecepatan fluida disuatu titik sama terhadap suatu garis arus.

2) Aliran Transisi

Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.

3) Aliran turbulen

Aliran dimana pergerakan dari partikel partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar.

Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian kerugian aliran. Pada aliran turbulen ada partikel yang memiliki arah gerak berbeda dan bahkan berlawanan dengan arah gerak kesseluruhan fluida. Nah, pada lumba-lumba kulitnya yang di design lentur, hydrodynamics, kemudian steamline dan dapat bergerak menggelombang (layaknya kain bendera yang tertiup angin), mampu mengatasi turbulensi air dan memperkecil gaya hambat air.c) Gaya GesekGaya gesekan adalah suatu gaya sentuh yang muncul jika permukaan dua zat bersentuhan secara fisik dengan arah gaya gesekan sejajar dengan permukaan bidang sentuh dan berlawanan dengan kecenderungan arah gerah relatif benda satu terhadap lainnya.

Akibat permukaan kulit lumba-lumba yang sangat licin, koefisien gesek permukaan tubuh lumba-lumba dan air juga sangat kecil, sehingga gesekan dengan air juga sangat kecil. Akibanya, tidak ada gaya yang menghalangi gerak lumba-lumba terhadap permukaan air. Hasilnya adalah gerakan yang sangat cepat dilakukan lumba-lumba.

3. Aplikasi

Moncong lumba-lumba dipakai sebagai acuan pada perancangan kapal-kapal modern. Rancangan menyerupai moncong lumba-lumba digunakan pada kapal-kapal besar yang dibuat sekarang. Busur jenis ini membelah permukaan air secara lebih baik, sehingga mempercepat pergerakan kapal dengan penggunaan tenaga yang lebih hemat. Rancangan busur berbentuk moncong lumba-lumba mampu menghemat bahan bakar hingga 25%.

Setelah 4 tahun penelitian, para insinyur kapal selam Jerman berhasil membuat lapisan jaket tiruan dengan sifat yang sama. Lapisan jaket ini terbuat dari dua lapisan karet yang disisipi gelembung-gelembung di antara kedua lapisan itu, mirip selsel kulit lumba-lumba. Peningkatan sebesar 250% dalam kecepatan kapal selam dicapai saat lapisan jaket tiruan ini digunakan.

Moncong lumba-lumba menjadi acuan bagi para perancang pesawat Concorde. Dalam penelitian yang dilakukan para insinyur untuk mengurangi hambatan udara pada permukaan luar pesawat Concorde, bentuk moncong lumba-lumba mengilhami mereka. Sirip ekor pada ikan bekerja layaknya sebuah mesin di dalam air. Sama halnya, mesin penggerak Concorde ditempatkan di bagian belakangnya sehingga berfungsi sebagai sirip menyerupai motor pendorong pada lumba-lumba. Hasil sangat baik dicapai dengan rancangan ini.

Selain itu permukaan kulit lumba-lumba sangat licin sehingga gesekan dengan air juga sangat kecil dijadikan konsep dalam pembuatan pakaian renang Speedo. Pakaian ini bisa mengurangi gesekan semaksimal mungkin (lintasan renang sejauh 100 m dapat dilalui 1 detik lebih cepat jika menggunakan pakaian renang ini).

C. Dholpin Sonar Systems

1. Pengertian Sistem Sonar

SONAR (SOund NAvigation and Ranging) adalah metode yang digunakan lumba-lumba dan paus dalam melacak didalam kegelapan air (saat malam hari atau laut dalam yg tidak ada cahaya). Sebagaimana dijelaskan dalam echolocation, mereka menggunakan transmisi suara gema untuk mencari objek. Bahkan dalam kegelapan bawah air, mereka masih bisa menemukan makanan dan menghindari tempat-tempat berbahaya.

Kalau diperhatikan lumba-lumba menghasilkan dua jenis suara, suara bersiul melengking dan suara "klik". Suara siulan bertindak sebagai alat komunikasi sementara "klik" bertindak sebagai SONAR.

2. Ekolokasi dan Cara Kerja Sistem Sonar Pada Lumba-Lumba

Echolocation atau ekolokasi merupakan lacak gaung seperti yg juga dilakukan kelelawar. Lumba-lumba dan paus menggunakan ekolokasi air. Echolocation adalah kemampuan binatang dalam memproduksi frekuensi yang sedang atau tinggi serta mendeteksi echos dari suara tersebut untuk menentukan jarak dari suatu obyek dan untuk mengenali keberadaan fisik di sekitarnya.

Echolocation ini memberikan informasi yang detail dan akurat tentang sekeliling dan memproduksi frekuensi tinggi. Ekolokasi memungkinkan mereka untuk mencari benda-benda bawah air dengan memancarkan gelombang suara. Mereka menghasilkan gelombang suara bernada tinggi atau suara "klik" dari dahi mereka yang mengirimkan sinyal suara ke dalam air. Lumba-lumba dewasa menghasilkan suara yang tak dapat didengar manusia (20.000 Hz atau lebih tinggi), dari dahi mereka yang mengirimkan sinyal suara ke dalam air.Suara tadi akan memantul dari objek menerimanya sehingga menghasilkan gema. Gema ini membantu lumba-lumba menemukan lokasi objek tadi, bahkan mereka bisa menentukan seberapa jauh obyek berada. Tulang rahang bawahnya menjadi indra penangkap gema tadi. Objek atau hewan bawah air mengirimkan gema yang berbeda, sehingga lumba-lumba dapat membedakan keduanya.Ekolokasi membantu lumba-lumba tidak hanya menentukan jarak suatu objek tetapi juga tekstur, bentuk dan ukuran objek. Ekolokasi di sini bekerja sangat maksimum karena air merupakan penghantar gelombang suara yang sangat baik, yang dapat mengirimkan suara lima kali lebih cepat dibandingkan di udara.Lumba-lumba dewasa menghasilkan suara yang tak dapat didengar manusia (20.000 Hz atau lebih tinggi). Pemusatan gelombang suara dilakukan di beberapa tempat di kepala lumba-lumba. Bagian yang disebut melon, yang merupakan struktur berlemak pada kepala depannya, bertindak sebagai lensa suara dan memusatkan suara-suara ketukan yang dipancarkan oleh lumba-lumba ke dalam suatu gelombang yang lebih sempit.

Lumba-lumba dapat mengarahkan gelombang ini menurut keinginan dengan menggerakkan kepalanya. Suara-suara ketukan ini segera menggema kembali ketika mereka menubruk rintangan apa pun. Rahang yang lebih rendah bertindak sebagai sebuah penerima, yang memancarkan sinyal-sinyal kembali ke telinganya. Di masing-masing sisi rahang bawah ini ada daerah bertulang tipis, yang berhubungan dengan suatu bahan lemak. Suara dihubungkan melalui bahan lemak ini pada gelembung pendengaran, sebuah gelembung besar. Kemudian telinga meneruskan data ke otak, yang menelaah dan menerjemahkan artinya.

Mamalia laut yang mampu melakukan echolocation memiliki kemampuan yang luar biasa untuk membedakan detail obyek dengan baik. Hal ini diduga karena tulang pada tengkoraknya telah tersusun untuk membentuk pemantul parabolik yang menfokuskan suara di dahi. Melon, organ tubuh berlilin yang berbentuk lensa dan terletak di dahi, memfokuskan suara yang dihasilkan di nasa plugs sehingga suara tersebut akan dipancarkan ke arah yang dikehendaki oleh mamalia laut tersebut. Pada saat yang bersamaan, gelombang suara pantulan dari obyek yang kembali disalurkan melalui fatty channel, yang berisi minyak dan terletak di rahang bawah, hingga mencapai inner ear. Penyaluran suara dapat dibuat lebih tepat dan teliti dengan bantuan buih yang bergelembung.

Alat penerima dan penghasil suara Cetacea yang digunakan untuk ekolokasi sudah sangat berkembang, sama seperi kita menggunakan sonar unuk menduga kedalaman. Gelombang suara pada ekolokasi atau sonar dikeluarkan dari sumber ke arah tertentu. Gelombang suara ini bergerak lancar dalam air sampai membentur benda padat. Jika membentur benda, maka gelombang itu akan terpantul dan kembali ke sumbernya. Interval waktu saat suara pertama kali dikeluarkan dan pergerakannya menuju sasaran serta kembalinya setelah terpantul merupakan ukuran jarak antara sumber dan benda. Dengan berubahnya jarak, waktu echo kembali juga berubah.

Pengeluaran gelombang suara secara terus-menerus dan evaluasi sensorik dari gelombang yang terpantul selagi berenang merupakan cara hewan tersebut untuk memeriksa benda yang ada di sekitarnya dengan mengetahui jarak benda itu, hewan tersebut dapat menjauhinya (predator) atau mendekatinya.

Suara dengan frekuensi rendah digunakan hewan yang berekolokasi untuk menempatkan dirinya dalam badan air sesuai dengan benda-benda yang ada di sekitarnya. Namun suara dengan frekuensi rendah tidak memberikan informasi mengenai bentuk benda itu. Untuk mendapatkan informasi ini, diperlukan suara dengan frekuensi lebih tinggi yang memantul dari benda dan memberikan perincian lebih lanjut. Oleh karena itu, kebanyakan hewan laut yang mempunyai kemampuan ekolokasi yang berkembang dengan baik juga mempunyai kemampuan mengubah frekuensi suara yang dihasilkan.

3. Konsep Fisis

a) Perambatan Gelombang Bunyi

Seorang ahli Fisika berkebangsaan Jerman, Otto von Guericke (16021806). Guericke memasukkan bel ke dalam tabung yang telah divakumkan dengan cara memompa udaranya keluar tabung. Dia mendapatkan bahwa ketika bel dimasukkan ke dalam tabung hampa, bunyi bel tidak dapat terdengar. Hal ini membuktikan bahwa bel dapat terdengar jika ada udara sebagai medium penghantar gelombang bunyi. gelombang bunyi merambat di dalam suatu medium. Dapatkah bunyi merambat pada zat cair? Selain udara sebagai penghantar bunyi, zat cair (contohnya air) pun dapat dijadikan medium untuk menghantarkan bunyi.Ikan lumba-lumba dapat berkomunikasi dengan sesamanya menggunakan gelombang bunyi yang dapat diterima sesamanya karena gelombang bunyi tersebut merambat di dalam air. Perambatan bunyi di dalam air dapat kamu amati langsung ketika kamu sedang menyelam di dalam air. Misalkan kamu dan temanmu secara bersama-sama menyelam di dalam air. Kemudian, temanmu berteriak di dalam air, kamu dapat mendengar teriakan temanmu tersebut. Selain pada udara dan zat cair, bunyi pun dapat merambat di dalam zat padat. Jadi, bunyi tidak dapat merambat melalui hampa udara (vakum).Syarat terjadi dan terdengarnya bunyi adalah sebagai berikut:

a. Ada sumber bunyi (benda yang bergetar). b. Ada medium (zat antara untuk merambatnya bunyi). c. Ada penerima bunyi yang berada di dekat atau dalam jangkauan sumber bunyi. Kecepatan perambatan gelombang bunyi bergantung pada medium tempat gelombang bunyi tersebut dirambatkan. Pada umumnya bunyi merambat lebih cepat pada zat cair dibandingkan dengan pada udara, dan bunyi merambat lebih cepat pada zat padat dibandingkan dengan pada zat cair. Selain itu, kecepatan rambat bunyi juga bergantung pada suhu medium tersebut. Kecepatan perambatan gelombang bunyi di udara bersuhu 0o C akan berbeda jika bunyi merambat di udara yang bersuhu 25o C.

Atau,

Dengan adalah panjang gelombang (m) dan T adalah temperatur.

Perlu diingat bahwa kecepatan merambatnya bunyi dalam suatu medium tidak hanya bergantung pada jenis medium, tetapi bergantung juga pada suhu medium tersebut. Cepat rambat gelombang bunyi di udara pada suhu 20 C akan berbeda dengan cepat rambat gelombang bunyi di udara pada suhu 50 C.

Jika dilihat dari kepadatan medium-medium, ternyata pada medium yang mempunyai kerapatan paling kecil yaitu udara, gelombang bunyi merambat paling lambat dan sebaliknya. Jadi bunyi merambat paling baik dalam medium zat padat dan paling buruk dalam medium udara (gas). Perbedaan cepat rambat bunyi dalam ketiga medium (padat, cair, dan gas) karena perbedaan jarak antarpartikel dalam ketiga wujud zat tersebut.

Jarak antarpartikel pada zat padat sangat berdekatan sehingga energi yang dibawa oleh getaran mudah untuk dipindahkan dari partikel satu ke partikel lainnya tanpa partikel tersebut berpindah. Begitu sebaliknya pada zat gas yang memiliki jarak antarpartikel yang berjauhan. Selain bergantung pada medium perambatannya, cepat rambat gelombang bunyi juga bergantung pada suhu medium tempat gelombang bunyi tersebut merambat. Pada medium yang sama yaitu udara, gelombang bunyi merambat dengan kecepatan berbeda-beda untuk suhu yang berbeda. Jadi, semakin tinggi suhu udara, semakin besar cepat rambat bunyinya atau semakin rendah suhu udara, semakin kecil cepat rambat bunyinya.

Tabel Cepat Rambat Gelombang Bunyi

b) Pemantulan Bunyi

Ketika kamu berdiri di depan cermin, kamu dapat melihat bayanganmu. Hal ini terjadi karena gelombang cahaya yang mengenaimu dipantulkan sehingga sampai di mata. Hal yang lebih jelas kelihatan ketika kamu menyorotkan lampu senter pada cermin tersebut. Cermin akan memantulkan sinar senter tersebut sehingga seolah-olah sinar keluar dari cermin. Peristiwa ini disebut pemantulan gelombang cahaya. Bagaimana dengan gelombang bunyi? Dapatkah gelombang bunyi dipantulkan?

Seperti gelombang lainnya gelombang bunyi pun dapat dipantulkan ketika mengenai penghalang. Akan tetapi, pemantulan gelombang bunyi tentunya tidak dapat dilihat mata, melainkan dapat didengarkan. Untuk memahami pemantulan bunyi bayangkan kamu berada di sebuah gelanggang olahraga yang luas. Ketika kamu berteriak, akan terdengar teriakanmu seolah-olah ada yang mengikuti. Suara yang mengikuti sesaat setelah kamu mengeluarkan bunyi adalah suaramu sendiri yang dipantulkan oleh dinding-dinding gelanggang olahraga tersebut.

Untuk mempermudah menganalogikan pemantulan gelombang bunyi, kamu harus membayangkan gelombang bunyi sebagai sebuah sinar. Dengan cara ini kamu dapat menggambarkan proses pemantulan bunyi. Gambar 9.20 memperlihatkan sebuah sumber gelombang bunyi yang mengeluarkan gelombang bunyi menyebar ke segala arah dan sebuah dinding pemantul. Gambar anak panah mewakili gelombang bunyi. Untuk selanjutnya gelombang bunyi cukup digambarkan dengan anak panah. Jika diambil sebuah gelombang bunyi yang mewakili gelombang bunyi yang mengenai dinding, ada sebuah garis yang dinamakan garis normal. Garis normal merupakan garis khayal yang tegak lurus bidang pantul. Gelombang bunyi datang membentuk sudut i terhadap dinding pemantul. Sudut ini dinamakan sudut datang. Kemudian, gelombang datang ini dipantulkan oleh dinding pemantul membentuk sudut r. Sudut datang akan sama dengan sudut pantul. Sudut datang, sudut pantul dan garis normal terletak pada satu bidang yang sama. Dengan demikian, diperoleh hukum pemantulan bunyi sebagai berikut. a. Bunyi datang, bunyi pantul, dan garis normal terletak pada bidang yang sama. b. Sudut datang sama dengan sudut pantul.

Dalam kehidupan sehari-hari ada beberapa contoh peristiwa pemantulan bunyi yang terjadi. Peristiwa-peristiwa pemantulan bunyi ini ada yang bersifat menguntungkan dan ada juga yang bersifat merugikan. Contoh, ketika kamu berbicara dalam ruangan, maka sesaat kemudian terdengar suara dari pantulan bicara kamu. Waktu pantul berlangsung cukup singkat. Gejala ini disebut gaung. Suara pantulan ini akan mengganggu suara aslinya. Sehingga suara asli akan terdengar tidak jelas.

Pemantulan gelombang bunyi pun ada yang bersifat menguntungkan, misalnya penggunaan sonar yang digunakan nelayan untuk mendeteksi keberadaan ikan di bawah kapal mereka. Sebuah sumber bunyi dirambatkan ke dalam air sehingga menjalar ke segala arah. Jika di bawah kapal ada segerombolan ikan, gelombang bunyi akan dipantulkan kembali ke atas dan diterima oleh alat yang dapat menangkap gelombang bunyi pantulan tersebut. Dengan demikian, pencarian ikan akan lebih efektif. Selain itu nelayan juga dapat memperkirakan kedalaman ikan-ikan tersebut. Pemantulan bunyi pun dapat digunakan untuk menentukan jarak sumber bunyi terhadap pemantul.Telah dibahas sebelumnya bahwa bunyi dapat dipantulkan. Pemantulan bunyi ini membutuhkan waktu. Bunyi ada yang dipantulkan dengan selang waktu antara suara asli dan pantulan kecil sekali sehingga seolah-olah bunyi tersebut bersamaan dengan suara aslinya. Ada juga pemantulan bunyi yang selang waktu antara bunyi asli dan pantulannya cukup besar. Sehingga bunyi asli dan bunyi pantulan terdengar sangat jelas. Perbedaan selang waktu antara bunyi asli dan pantulannya dipengaruhi oleh jarak sumber bunyi dan pemantul. Bunyi pantul dapat dibedakan menjadi gaung dan gema. Gaung

Ketika kamu berbicara di dalam sebuah gedung yang besar, dinding gedung ini akan memantulkan suaramu. Biasanya, selang waktu antara bunyi asli dan pantulannya di dalam gedung sangat kecil. Sehingga bunyi pantulan ini bersifat merugikan karena dapat menggangu kejelasan bunyi asli. GemaTerjadinya gema hampir sama dengan gaung yaitu terjadi karena pantulan bunyi. Namun, gema hanya terjadi bila sumber bunyi dan dinding pemantul jaraknya jauh, lebih jauh daripada jarak sumber bunyi dan pemantul pada gaung. Gema dapat terjadi di alam terbuka seperti di lembah atau jurang. Tidak seperti pemantulan pada gaung, pemantulan pada gema terjadi setelah bunyi (misalnya teriakanmu) selesai diucapkan.

4. Aplikasi Sistem SonarSalah satu teknologi yang meniru system sonar pada lumba-lumba adalah system sonar yang dipasang pada kapal selam. Sonar (Singkatan dari bahasa Inggris: sound navigation and ranging), merupakan istilah Amerika yang pertama kali digunakan semasa Perang Dunia, yang berarti penjarakan dan navigasi suara, adalah sebuah teknik yang menggunakan penjalaran suara dalam air untuk navigasi atau mendeteksi kendaraan air lainnya. Sementara itu, Inggris punya sebutan lain untuk sonar, yakni ASDIC (Anti-Submarine Detection Investigation Committee).Sonar merupakan sistem yang menggunakan gelombang suara bawah air yang dipancarkan dan dipantulkan untuk mendeteksi dan menetapkan lokasi obyek di bawah laut atau untuk mengukur jarak bawah laut.Cara kerja perlengkapan sonar adalah dengan mengirim gelombang suara bawah permukaan dan kemudian menunggu untuk gelombang pantulan (echo). Data suara dipancar ulang ke operator melalui pengeras suara atau ditayangkan pada monitor.Sonar merupakan suatu peralatan atau piranti yang digunakan dalam komunikasi di bawah laut, sonar sendiri bekerja untuk mencari atau mendeteksi suatu benda yang ada di bawah laut dengan cara mengirim gelombang suara yang nantinya gelombang suara tersebut dipantulkan kembali oleh benda yang akan dideteksi.

Sonar biasa dimanfaatkan dalam mengukur kedalaman laut, mencari lokasi dalam laut, mendeteksi kapal selam dan ranjau, menangkap ikan serta berbagai kegiatan komunikasi di bawah laut. Sebuah sonar terdiri dari sebuah pemancar, transducer, penerima/receiver, dan layar monitor. Sonar sendiri pada awalnya diinspirasi dari lonceng bawah air yang digunakan untuk mengukur kecepatan suara dalam air, kemudian berkembang dan dimanfaatkan dalam mendeteksi gunung es yang ada dalam laut ketika kapal laut melintas.

Dengan menerapkan konsep system sonar pada lumba-lumba, seiring dengan perkembangan waktu, sonar dimanfaatkan dalam perang dunia I untuk mendeteksi kapal selam. Semenjak itu sonar benar-benar dikembangkan dan dimanfaatkan dalam dunia militer dan perang.BAB III

PENUTUPA. KesimpulanDari pembahasan yang telah diuraikan, dapat di ambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Moncong lumba-lumba berbentuk paruh. Bentuk ini sangat hidrodinamis sehingga memudahkannya membelah air saat berenang dan menyelam, serta melesat dengan cepat di samudera luas. Kulit lumba-lumba tersusun atas tiga lapisan. Lapisan terluar sangatlah tipis dan lentur. Lapisan tengah terbuat dari bahan menyerupai sepon. Lapisan terdalam yang tebal terdiri dari rambut-rambut lentur. Tubuh dan kulitnya dirancang licin dan stremline untuk mengurangi hambatan air. Kulit itu akan bergerak menggelombang ketika terjadi turbulensi air pada lapisan penghalang.2. Lumba-lumba dewasa menghasilkan suara yang tak dapat didengar manusia (20.000 Hz atau lebih tinggi), dari dahi mereka yang mengirimkan sinyal suara ke dalam air. Suara tadi akan memantul dari objek menerimanya sehingga menghasilkan gema. Gema ini membantu lumba-lumba menemukan lokasi objek tadi, bahkan mereka bisa menentukan seberapa jauh obyek berada. Tulang rahang bawahnya menjadi indra penangkap gema tadi. Objek atau hewan bawah air mengirimkan gema yang berbeda, sehingga lumba-lumba dapat membedakan keduanya.3. Konsep Fisis yang dapat menjelaskan kenapa lumba-lumba bisa berenang dengan cepat adalah gaya gesekan dan hambatan air. Sedangkan konsep fisis yang terdapat pada sistem sonar pada lumba-lumba ialah pemantulan bunyi.4. Teknologi yang meniru lumba-lumba ialah : Desain haluan kapal modern, pesawat Concorde, SONAR, kapal selam, pakaian renang speedo, dan lain sebagainya.

B. Lembaran Aktivitas Diskusi1. Saran

Team work, terlalu panjang (diringkas, dijelaskan saat diskusi) Tambahkan konsep fisika tekanan hydrostatis. Slide jangan berdempet.Tanggapan penulis :

Sebenarnya sudah diringkas, hanya saja pembahasannya memang cukup kompleks.

Tekanan Hydrostatis tidak berhubungan dengan kecepatan renang dan system sonar lumba-lumba.

Dempetan slide bertujuan untuk menciptakan presentasi yang menarik, tidak monoton dan menumbuhkan banyak pertanyaan dari forum.

2. Pertanyaan dan Jawaban Pobhi Juandari Putri : Apa bila terjadi badai laut atau pasang akan mempengaruhi gelombang dan sistim sonar pada lumba lumba?untuk menangkap Jawab:lumba-lumba mempunyai 2 cara untuk menangkap gelombang yang di pantulkannya,yaitu dengan bukaan telinga bagian atas untuk menangkap gelombang dari permukaan laut dan rahang bawah untuk menangkap gelombang dari dalam dasar laut jadi kondisi badai di permukaan laut tidak mempengaruhi ultrasonic yang dimiliki oleh lumba-lumba. Abdil Bajili : Bagaimana lumba lumba bias di gunakan untuk terapi autis?Jawab : lumba-lumba mengirimkansemacam daya akustikhingga 1 kilowatt.Daya akustik ini yang digunakan untuk menerapi anak autis,gelombang yang dipancarkan lumba lumba akan merubah geombang alpha menjadi gelombang theta. Yohana Dasriani : Apakan ada aplikasi lain pada system sonar pada lumba lumba,,?? Robby Zefry : DAFTAR PUSTAKAHarun Yahya. 2012. Artikel Keajaiban Penciptaan, Diakses pada Februari 2012

Harun Yahya. 2004. Biomimetika Teknologi Meniru Alam. Jakarta: Global Media Cipta Publishing.

http://siradel.blogspot.com/2010/07/hal-unik-seputar-ikan-lumba-lumba.html. Diakses pada Februari 2012

http://id.wikipedia.org/wiki/Sistem_Sonar. Diakses pada Februari 2012http://id.wikipedia.org/wiki/Getaran_dan_Gelombang. Diakses pada Februari 2012

Kanginan, Marthen. 2006. Fisika. Jakarta: Erlangga.

Gambar 2.1 Struktur Tubuh Lumba-Lumba

C

C

A

B

B

A

Gambar 2.2 Laminar Flow

Gambar 2.3 Turbulen Flow

Gambar 2.4 Ekolokasi Lumba-Lumba