Soal HOT Fisika – Menentukan Kedalaman Laut dengan Sistem Sonar

AhmadDahlan.NET – Proses pengukuran kedalaman laut dapat dilakukan dengan memanfaatkan prinsip pemantulan gelombang ultrasonik (suara). Suara adalah gelombang mekanik yang daoat dipantulkan ketika menerpa sebuah bidang kasar. Karena bergerak dengan kecepatan v, maka jika kita bisa mengukur selang waktu t, jarak tempuh dari suara tersebut dapat dihitung dengan

s = vt

Perangkat ini disebut sebagai SONAR atau Sound Navigation and Rangging. Peralatan ini bisa ditemukan di kapal, radar, USG ibu hamil dan alat bantuk parkir mobil.

Soal Fisika C3 Terkait Sonar

Sistem sonar seringkali dijadikan contoh soal fisika untuk materi gelombang suara. Pada umumnya soal dibuat pada level C3, Aplikasi yang menceritakan sebuah kapal yang menaksir kedalaman laut dengan mengukur interval waktu antara sinyal dikirim dan sinyal pantulan diterima.

Contoh soalnya sebagai berikut :

Sebuah kapal sedang mengukur kedalaman laut dengan menggunakan sinyal Ultrasonik. Jika sinyal pantulan diterima setelah 5 detik, berapakah kedalaman laut tersebut? (Asumsikan v_s = 1.500 m/s)

Penyelesaian :

Ketika sinyal dikirim dari sebuah kapal dalam keadaan diam, sinyal pantulan didapatkan setelah 5 detik kemudian. Dengan demikian sinyal ini telah bergerak dari permukaan kapal ke dasar dipantulkan ke atas dan ditangkap reciever.

Ilutrasi kejadiannya sebagai berikut :

h adalah kedalaman laut dan jarak tempuh sinya adalah

s =v_st

karena s = 2h, maka

2h = v_st

sehingga

h=\frac{v_2t}{2}

h =\frac{(1500\ ms^{-1})(5s)}{2}=3750 \ m

Berdasarkan kondisi ini maka kedalaman laut yang ditaksir adalah 3.750 m.

Menyusun Soal HOT Materi Gelombang Suara

Soal tersebut bisa dikembangkan menjadi soal berlevel (Higher Order Thinking) HOT dengan sedikit modifikasi namun tetap mempertimbangkan aspek kontekstual. Seperti kondisi kapa sangat jarang mengukur kedalaman laut dalam keadaan diam, sehingga kapal mengukur kedalaman laut sambil begerak.

Contoh Soal HOT

Sebuah kapal bergerak dengan kecepatan 30 m/s menembakan sinyal ultrasonik ke dalam laut. Jika sinyal pantual ditangkap kembali setelah 5 detik, maka kedalaman laut tersebut adalah …
(asumsikan kecepatan suara di dalam laut adalah 1.500 m/s)

Solusi Soal

Dalam kasus ini berbeda dengan kondisi pertama dimana posisi kapal berubah setelah 5 detik karena kapal bergerak dengan kecepatan 32 m/s. Oleh karena itu sinyal yang diterima tidak lurus dengan laut melainkan membentuk kemiringan seperti pada ilustrasi di bawah ini!

Karena kapal dan suara dianggap bergerak dengan kecepatan konstan (GLB) maka kedalaman akan terbentuk segitiga sama kaki dimana tinggi segitiga tersebut adalah kedalaman laut (h). Kedalaman laut ini dapat diselesaikan dengan soal Phytagoras

Sisi miring (R)

R = \frac{(V_{sinyal})(t)}{2}

R=\frac{(1.500)(5)}{2}=3750 \  m

Perhatikan s adalah setengah jarak jarak yang ditempuh kapal setelah bergerak 5 detik.

s =\frac{(v_{kapal})(t)}{2}

s=\frac{(32)(5)}{2}=80 \ m

Dengan kedalaman laut sama h adalah :

h=\sqrt{R^2-s^2}

h=\sqrt{3750^2-80^2}= 3749.17 \ m

Jadi kedalaman laut tersebut adalah 3749.17 m.

Soal Latihan

Sebuah kereta api membunyikan terompet pada sebuah jalur lurus dan berhadapan dengan sebuah gunung. Jika gema dari terompet tersebut terdengar setelah 4 detik kemudian dan kereta api bergerak dengan kecepatan 72 km/j. Berapakah jarak gunung tersebut dengan pada saat pertama kali terompet di bunyikan! (asumsikan kecepatan suara di udara 340 m/s)