GELOMBANG KEJUT
( SHOCK WAVE )

Apa itu Gelombang Kejut ( SHOCK WAVE )???

untuk menjawab pertanyaan tersebut silahkan nonton video berikut ini :

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. Video tersebut merupakan contoh terjadinya gelombang kejut yang merupakan salah satu aplikasi dari terjadinya Efek Doppler.

1. Pengertian Gelombang Kejut

Gelombang kejut adalah gelombang dari sebuah aliran yang sangat cepat dikarenakan kenaikan tekanan, temperature, dan densitas secara mendadak pada waktu bersamaan. Seperti gelombang pada umumnya shock wave juga membawa energi dan dapat menyebar melalui medium padat,cair ataupun gas.

Grafik hubungan antara tekanan gelombang kejut dengan waktu
Sumber : www.wikipedia.org

Dari grafik terlihat gelombang kejut terjadi secara mendadak dan cepat dalam waktu yang sangat singkat lalu diikuti dengan pengembangan (tekanan berkurang) gelombang seiring bertambahnya waktu. Gelombang kejut terjadi diakibatkan karena kecepatan sumber bunyi lebih cepat dari pada kecepatan bunyi itu sendiri. Suatu benda, misal pesawat terbang menembus udara dengan kecepatan beberapa ratus km/jam. Kecepatan cukup rendah ini memungkinkan molekul-molekul udara tetap stabil ketika harus menyibak memberi jalan pesawat tebang. Namun, ketika kecepatan pesawat menjadi sebanding dengan kecepatan molekul-molekul, molekul-molekul tersebut tidak sempat menghindar dan bertumpuk di tepi-tepi depan pesawat dan terdorong bersamanya.

Gambar gelombang subsonik (a) sumber bunyi diam (b) sumber bunyi bergerak ; (c) gelombang kejut dengan kecepatan supersonik

Penumpukan udara bertekanan secara cepat ini menghasilkan "kejutan udara” atau gelombang kejut, yang berwujud dentuman keras. Gelombang bunyi tersebut memancar ke segala arah dan dapat terdengar sebagai sebuah ledakan oleh orang-orang dibawah sana. Dentuman keras tersebut disebut dengan istilah ”Sonic Boom". Sonic Boom ini memiliki energi yang cukup besar yang mampu memecahkan gelas kaca dan jendela.

Sonic boom adalah istilah bagi gelombang kejut di udara yang dapat ditangkap telinga manusia. Istilah ini umumnya digunakan untuk merujuk kepada kejutan yang disebabkan pesawat-pesawat supersonik.

Saat pesawat terbang melebihi kecepatan cahaya, muncullah gelombang kejut pada bagian tertentu pesawat. Gelombang kejut adalah daerah di udara dimana terjadi perubahan (tekanan udara, temperatur, densitas) secara dadakan. Gelombang kejut ini merambat dalam bentuk kerucut dan bisa sampai ke permukaan tanah, membuat pekak dan memecahkan kaca-kaca. Karena itu pesawat supersonik biasanya tidak terbang supersonik di atas daerah berpenduduk..( http://id.wikipedia.org/wiki/Sonic_boom)

Aplikasi Gelombang Kejut dalam Kehidupan Sehari-hari

1. Gelombang kejut dapat dimanfaatkan untuk penyembuhan batu ginjal.

Munculnya berbagai penyakit yang diderita manusia dibarengi dengan penemuan berbagai alat medis dan iptek di bidang kesehatan. Manusia seakan-akan dimanjakan dengan penemuan iptek ini, asalkan memiliki duit banyak. Salah satunya penanganan batu ginjal tanpa lewat operasi.

*MENGHANCURKAN BATU GINJAL DARI LUAR TUBUH

Extracorporeal Shock Wave Lithotripsy (ESWL)

Sesuai dengan namanya, Extracorporeal berarti di luar tubuh, sedangkan Lithotripsy berarti penghancuran batu, secara harfiah ESWL memiliki arti penghancuran batu (ginjal) dengan menggunakan gelombang kejut (shock wave) yang ditransmisi dari luar tubuh. Dalam terapi ini, ribuan gelombang kejut ditembakkan ke arah batu ginjal sampai hancur dengan ukuran serpihannya cukup kecil sehingga dapat dikeluarkan secara alamiah dengan urinasi.

Penderita batu ginjal ditidurkan terlentang pada meja khusus dan pada pinggang ditempelkan alat yang menghantarkan gelombang kejut tersebut.

Dengan pertolongan sinar rontgent atau USG gelombat kejut tadi difokuskan dengan cermin cekung khusus dan fokusnya dipaskan ke batu ginjal, kemudian generator dihidupkan dan batu akan pecah menjadi seperti pasir yang akan keluar bersama air kencing pada hari hari berikutnya. Pengobatan dengan ESWL tidak perlu bius dan tidak perlu mondok, sehingga penderita bisa pulang dan bekerja normal. Dengan demikian pasien tidak akan merasakan gelombang kejut pada saat masuk ke dalam tubuhnya.Tidak ada embel-embel pembedahan pada operasi ini("klo denger kata di bedah pasti sudah ngeri dulu deh”).Dalam operasi ini ribuan gelombang kejut ditembakkan kearah batu ginjal sampai hancur hingga ukuran serpihannya sangat kecil sehingga secara alamiah dapat dikeluarkan saat kita kencing.Tapi……,meski hampir semua jenis dan ukuran batu dapat dipecahkan oleh ESWL,tapi harus ditinjau dari segi efektif dan efisiensi dari ESWL

ESWL hanya cocok digunakan pada batu dengan ukuiran kurang dari 3 CM dan terletak di ginjal atau di saluran kemih antara ginjal dan kandung kemih(kecuali yang terhalang oleh tulang panggul).

Ilustrasi sederhana teknik ESWL dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1:penampang interior ginjal.

Ket: A) Sebelum penembakan

B) Gelombang kejut yang difokuskan pada batu ginjal

C) Tembakan dihentikan hingga serpihan batu cukup kecil untuk dapat dibuang secara natural bersama air seni.

Saat ini ada 3 jenis pembangkit shock wave yang digunakan dalam ESWL:

Electrohydraulic, piezoelectric, dan electromagnetic generator. Masing-masing memiliki cara kerja yang berbeda, namun ketiganya menggunakan air sebagai medium untuk merambatkan shock wave yang dihasilkan. Electrohydraulic generator menggunakan spark gap untuk membuat "ledakan” di dalam air.

(Air atau gelatin dalam Electrohydraulic generator digunakan  sebagai medium untuk merambatkan gelombang kejut yang dihasilkan.Air atau gelatin dipilih sebagai medium karena sifat akustiknya yang paling mendekati sifat akustik tubuh (darah dan jaringan sel tubuh)).

Ledakan ini kemudian menghasilkan shock wave. Sedangkan piezoelectric generator, memanfaatkan piezoelectric efek pada kristal. Sedangkan electromagnetic generator, menggunakan gaya elektromagnetik untuk mengakselerasi membran metal secara tiba-tiba dalam air untuk menghasilkan shock wave. Dari 3 jenis generator di atas, electrohydraulic lithotripter merupakan lithotripter yang paling banyak digunakan saat ini. Diagram skematik dari lithotripter ini dapat dilihat pada Gambar 2.

Dari hasil observasi pada proses ESWL, ditemukan bahwa pada awalnya batu ginjal yang ditembak dengan shock waves pecah menjadi dua atau beberapa fragment besar. Selanjutnya dengan bertambahnya jumlah tembakan, fragment tersebut pecah kembali dan hancur. Umumnya diperlukan sekitar 1000 sampai 5000 tembakan sampai serpihan -serpihan batu ginjal tersebut cukup kecil untuk dapat dikeluarkan dengan proses urinasi. Proses hancurnya batu ginjal diprediksi merupakan hasil kombinasi dari efek langsung maupun tidak langsung dari shock waves. Untuk dapat menjelaskan proses hancurnya batu ginjal, terlebih dahulu kita perlu mengetahui profil dari shock wave yang dihasilkan di titik fokus penembakan.Secara umum, shock wave ditandai dan diawali oleh high positive pressure (compressive wave) dengan durasi singkat sekitar satu mikrodetik, kemudian diikuti oleh negative pressure (tensile wave) dengan durasi sekitar tiga mikrodetik

Gambar 3. Shock wave profile, diukur pada titik fokus penembakan

High positive pressure di dalam batu ginjal akan mengalami refraksi dan refleksi, dan akhirnya membangkitkan tensile dan shear stress di dalam batu ginjal. Selanjutnya retak akan terjadi dan merambat hingga menyebabkan batu pecah menjadi dua atau beberapa fragment besar. Pada saat yang sama, tingginya compression stress dapat menyebabkan erosi pada permukaan batu ginjal. Proses di atas dikatakan sebagai efek langsung dari shock wave. Sedangkan negative pressure akan mengakibatkan munculnya cavitation bubbles pada fluida di sekitar batu ginjal dan ini dikatakan sebagai efek tidak langsung dari shock wave. Cavitation bubbles ini kemudian akan collapse menghujam permukaan batu ginjal dan menyebabkan erosi. Ilustrasi dari proses ini dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Ilustrasi efek langsung dan tidak langsung dari shock wave pada batu ginjal.

ESWL juga dipantang bagi mereka yang menderita darah tinggi, kencing manis, mengalami gangguan pembekuan darah dan fungsi ginjal, wanita hamil dan anak-anak, serta memiliki berat badan berlebih.

ESWL Di Indonesia

Saat ini penulis belum memiliki data pasti tentang berapa banyak rumah sakit di Indonesia yang telah melayani prosedur ESWL. Mengingat harga lithotripter yang cukup mahal mungkin hanya rumah sakit besar saja yang telah memiliki alat ini. Mengenai biaya pengobatan dengan ESWL sangat tergantung berapa kali tindakan ESWL yang diperlukan sampai pasien benar-benar bebas dari batu ginjal.

Di Amerika, rata-rata pasien menjalani 1.5 kali tindakan ESWL [2] sampai benar-benar bebas dari batu ginjal. Namun jika merujuk pada artikel kesehatan di Indosiar pada 14 Januari 2006 lalu (http://news.indosiar.com/news_read.htm?id=48134) yang menyatakan bahwa untuk sekali tindakan ESWL diperlukan biaya sekitar 4,5 juta rupiah, maka dapat dikatakan bahwa terapi ini selain menawarkan keamanan dan kenyamanan, juga menawarkan biaya pengobatan yang relatif murah.

2. Gelombang Kejut Supernova ciptakan Cincin Cahaya

NASA

Gelombang kejut yang dilepaskan supernova telah memanaskan gas di sekitarnya hingga menyala

Berita Terkait:
• Hubble Tangkap Ledakan Bintang

Gelombang kejut dari supernova yang meledak tahun 1987 telah mencapai tepian ruang kosong di sekitarnya, dan memunculkan lingkaran cahaya di sekeliling ledakan bintang itu. Demikian hasil pengamatan menggunakan Teleskop Ruang Angkasa Hubble dan Observatorium sinar-X Chandra.

Adapun lingkaran cahaya muncul ketika gelombang kejut supernova yang membawa panas itu mencapai tempat yang dipenuhi gas. Gelombang panas seolah "menyalakan" gas-gas yang dahulu tertiup akibat ledakan sang bintang. Sebagai catatan, istilah supernova sendiri berarti ledakan bintang.

Disebut 1987A, supernova ini merupakan yang paling terang yang pernah tercatat sejak 400 tahun terakhir. Bintang yang ukurannya 20 kali lebih besar dari Matahari kita itu meledak menjadi supernova di wilayah yang dikenal sebagai Large Magellanic Cloud.

Para astronom yakin bahwa sekitar sejuta tahun sebelum supernova itu terjadi, bintang asalnya telah kehilangan sebagian besar lapisan luarnya yang terlepas sebagai aliran partikel debu dan gas.

Halo

Lalu, sebelum meledak, bintang melepaskan angin berkecepatan tinggi yang membentuk ruangan kosong, alias hampir tidak memiliki materi, di sekitarnya.

Teleskop Hubble sempat melihat tepian ruang itu ketika sang supernova menyalakan wilayah tersebut seperti bola lampu pada ledakan tahun 1987. Ledakan menciptakan gelombang kejut yang bergerak cepat ke segala penjuru ruang. Gelombang ini terdeteksi Chandra tahun 1999.

Kini gelombang kejut tersebut sepertinya telah mencapai tepian ruang kosong dan mulai memanaskan gas-gas di ujungnya hingga jutaan derajat. Pemanasan itu menimbulkan lingkaran cahaya seperti terlihat oleh Chandra. Menggunakan Hubble, lingkaran tersebut tampak mirip gelang mutiara yang bercahaya terang.

Kelak ketika gelombang kejut itu menyebar hingga menyentuh awan debu dan gas yang dilepaskan bintang sejuta tahun lalu, ia akan memberi petunjuk tentang bintang asal yang menjadi cikal supernova tersebut. "Supernova 1987A akan menerangi masa lalunya sendiri," begitu kata Richard McCray, anggota tim Chandra.


Sumber: NewScientist.com
Penulis: Wsn

3. Gelombang Kejut Hantaman Komet dapat menstimulasi kehidupan di bumi

Senin, 13 September 2010 - Bagai hentakan tongkat sihir defibrilasi, sebuah komet di masa lalu mungkin pernah hadir di bumi sebagai dewa pembawa kehidupan.

Gelombang kejut yang disebabkan hantaman komet ke bumi bisa membantu mewujudkan pembentukan asam amino dan blok bangunan kehidupan awal, kata para peneliti AS.

Diperkirakan bahwa asam amino dan peptida memainkan peran penting dalam evolusi kimia yang menghasilkan kehidupan di Bumi. Para peneliti di Lawrence Livermore National Laboratory dan Stanford University kini menjalankan simulasi teoritis kompresi kejutan yang menyerupai kondisi ketika komet menghantam Bumi, yang menyatakan bahwa bahan bagi kehidupan di Bumi bisa saja berasal dari ruang angkasa.

Komet terbuat dari debu, es dan gas yang dikompresi. Es terutama terdiri dari air, tetapi juga diketahui mengandung molekul kecil yang meningkatkan pertumbuhan bakteri – molekul prebiotik – seperti karbon dioksida, amonia dan metanol.

Nir Goldman dan rekannya mempelajari simulasi dinamika molekul dari gelombang kejut setelah hantaman komet untuk melihat apakah bahan prebiotik bisa bertahan hidup pada kondisi selama dan setelah hantaman tersebut.

Awalnya tim berpikiran, kondisi setelah hantaman komet langsung akan terlalu kuat bagi senyawa untuk bertahan, tetapi mereka kemudian menganggap bahwa komet mungkin telah menghantam Bumi dari sudut yang lebih lembut. "Itu berarti, hantaman komet akan menghasilkan suhu dan tekanan yang jauh lebih rendah dan mungkin ini akan cukup rendah sehingga sesuatu seperti asam amino bisa bertahan seandainya ia membentuk,” kata Goldman pada Chemistry World.

Tim juga menemukan bahwa gelombang kejut dari hantaman komet dapat mempromosikan C-N berumur pendek yang mengikat oligomer, dan bahwa ketika tekanan menurun setelah hantaman, oligomer ini pecah ke bentuk komplesitas stabil yang mengandung glisin asam amino.

"Kajian komputasi menyediakan beberapa bukti yang meyakinkan untuk kimia organik kompleks di bawah kondisi tekanan dan temperatur yang ekstrim seperti yang diharapkan selama hantaman miring sebuah komet periode pendek dengan Bumi awal,” kata Terence Kee, seorang ahli astrobiologi di Universitas Leeds, Inggris. "Kajian ini menunjukkan bahwa polimer organik kecil diproduksi di bawah tekanan dan suhu tinggi yang kemudian memecah ke bentuk molekul penting seperti glisin dan mungkin peptida oligomer yang lebih tinggi,” ia menambahkan.

Goldman sekarang berharap mempelajari simulasi molekul pada rentang waktu lebih lama untuk melihat apakah mereka membantu menjelaskan lebih lanjut tentang prebiotik kehidupan di Bumi. "Simulasi skala waktu yang lebih panjang, baik kompresi kejutan maupun pelepasan setelah kompresi kejutan, bisa mengungkapkan mekanisme asam amino yang jauh lebih rumit,” katanya.

Sumber: Chemistry World
Referensi:
N Goldman et al, Nature Chemistry, 2010, DOI: 10.1038/nchem.827

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

Sumber Info:

http://febridani.wordpress.com/2009/02/16/gelombang-kejut-shock-wave/