Perbedaan Downbursts dan Tornado

 

Bagaimana downbursts terjadi?

Udara dingin turun dari tingkat menengah dan atas badai (jatuh dengan kecepatan kurang dari 20 kilometer per jam) kemudian udara dingin tersebut turun hingga permukaan bumi, ia mulai “menggulung”
Sebagai “gulungan” udara dingin yang mempunyai arah putaran keluar,yang dikompresi sehingga menyebabkan kecepatan angin meningkat secara drastis – kadang-kadang bahkan lebih kuat dari angin tornado!

istilah downburst dan microburst … apa bedanya?

Downburst adalah sebuah angin downdraft kuat yang menyebabkan  kerusakan pada permukaan tanah
Istilah “microburst” menggambarkan ukuran downburst tersebut.

Perbedaan downbursts dengan tornado?

Tornado arah pusaran angin semua mengalir ke dalam tornado.
Downbursts arah pusaran angin semua mengalir keluar dari downburst

PERGERAKAN MASSA UDARA

 

Teori Dasar

 Dalam percobaan ini, kami akan memperagakan cara membuat arus pergerakan massa udara dengan menggunakan perbedaan temperatur. Lalu kami akan membuktikan perbedaan kecepatan gerak untuk 2 massa udara yang dihasilkan dari perbedaan temperatur yang berbeda-beda.

 Percobaan ini didasarkan pada salah satu gaya dasar gerak atmosfer, yaitu gaya gradien tekanan. Tinjau sebuah unsur volume differenesial udara yang berpusat di titik (Xo,Yo,Zo), δV = δX δY δZ

Komponen x gaya gradien tekanan yang bekerja pada sebuah unsur zat alir (fluida). Karena gerak molekular acak, maka momentum secara terus menerus diberikan pada dinding unsur volume oleh udara lingkungan. Jika tekanan pada pusat unsur volume dinyatakan dengan Po, maka tekanan pada dinding A dapat dinyatakan dalam deret ekspansi Taylor

 

Dengan mengabaikan suku orde tinggi maka gaya tekanan yang bekerja pada dinding A adalah :

 

Dengan cara yang sama, diperoleh gaya yang bekerja pada dinding B, yaitu :

 

Jadi komponen X gaya tekanan netto yang bekerja pada unsur volume adalah :

 

Massa unsur volume differensial adalah

 m = ρ δX δY δZ

 Karena itu, komponen x gaya grtadien tekanan per satuan massa adalah :

 

Kecepatan gerak massa udara :

Percobaan

Alat-alat yang dibutuhkan

1.    Sepotong obat nyamuk bakar sepanjang 5 cm beserta alat penyangganya

2.    Korek api

3.    Dua stoples kaca 1 liter dengan lebar mulut yang sama

4.    Kartu indeks berukuran 7,5 x 12,5 cm

5.    Lampu duduk

6.    Lembaran kertas hitam berukuran 22,5 x 30 cm

7.    Pita isolasi

8.    Stopwatch

Catatan : Dalam Percobaan ini diperlukan sebuah lemari es dan dilakukan di atas sebuah meja di luar ruangan.

 

Langkah kerja

1.      Ikuti petunjuk bagaimana memasang obat nyamuk bakar pada alat penyangganya dan cara menyalakan obat nyamuk bakar tersebut.

2.      Baliklah salah satu stoples dan letakkan stoples tersebut diatas obat nyamuk yang menyala sampai stoples dipenuhi dengan asap.

3.      Angkat stoples dan tutup mulutnya dengan kartu indeks.

4.      Letakkan di atas meja dan dekatkan ke lampu duduk.

5.      Letakkan stoples kosong yang kedua di lemari es

6.      Ambil stoples dari lemari es. Letakkan kedua stoples di atas meja dengan posisi horizontal  sehingga mulut stoples saling berhadapan. Letakkan kartu indeks di antara kedua mulut stoples.

7.      Berdirikan selembar kertas hitam di belakang kedua stoples dengan merekatkan pada dasar stoples dengan menggunakan isolasi.

8.      Perlahan angkat sedikit tarik kartu indeksnya dan satukan kembali mulut stoples. Lakukan ini dengan hati-hati jangan sampai menggerakan salah satu stoples.

9.      Siapkan stopwatch untuk menghitung waktu yang dibutuhkan massa udara panas tersebut untuk memenuhi stoples yang berisi massa udara dingin.

10. Aturlah letak lampu sehingga asap kelihatan sejelas mungkin.

11. Amati isi kedua stoples.

 

Percobaan

Percobaan ini dilakukan sebanyak 4 kali, dengan lama pendinginan stoples berbeda-beda. Hal ini dilakukan dengan tujuan agar kita memperoleh temperatur yang berbeda-beda untuk stoples yang berisi parsel udara dingin sedangkan stoples yang berisi parsel udara panas diisi asap obat nyamuk dengan waktu yang sama untuk masing-masing percobaan. Dengan perbedaan lamanya pendinginan untuk stoples berisi parsel udara dingin ini, kita peroleh perbedaan temperatur antara kedua stoples. Jadi untuk stoples yang didinginkan lebih lama akan memiliki perbedaan temperatur yang lebih besar dengan stoples dengan massa udara panas.

Percobaan I

Stoples 1 diisi parsel udara panas dari asap obat nyamuk selama 10 menit

Stoples 2 diisi parsel udara dingin yang disimpan di lemasi es selama 10 menit

Hasilnya : Parsel udara panas bergerak hingga mencapai ujung stoples yang berisi udara dingin dalam waktu 8.7 detik

Percobaan II

Stoples 1 diisi parsel udara panas dari asap obat nyamuk selama 10 menit

Stoples 2 diisi parsel udara dingin yang disimpan di lemasi es selama 20 menit

Hasilnya : Parsel udara panas bergerak hingga mencapai ujung stoples yang berisi udara dingin dalam waktu 8.2 detik

Percobaan III

Stoples 1 diisi parsel udara panas dari asap obat nyamuk selama 10 menit

Stoples 2 diisi parsel udara dingin yang disimpan di lemasi es selama 30 menit

Hasilnya : Parsel udara panas bergerak hingga mencapai ujung stoples yang berisi udara dingin dalam waktu 7.9 detik

Percobaan IV

Stoples 1 diisi parsel udara panas dari asap obat nyamuk selama 10 menit

Stoples 2 diisi parsel udara dingin yang disimpan di lemasi es selama 40 menit

Hasilnya : Parsel udara panas bergerak hingga mencapai ujung stoples yang berisi udara dingin dalam waktu 6.6 detik

  Untuk lebih jelasnya, percobaan di atas dapat kita lihat melalui tabel dan grafik berikut:

 

Lamanya Pendinginan Stoples 1 (menit)	Lamanya Pendinginan Stoples 2 (menit)	∆t	waktu tempuh (sekon)
10	10	0	8,7
10	20	10	8,2
10	30	20	7,9
10	40	30	6,6

 

Seperti yang telah dijelaskan pada teori dasar bahwa tekanan berbanding terbalik dengan waktu. Sedangkan tekanan berbanding lurus dengan temperatur. Artinya, perbedaan temperatur sebanding dengan perubahan tekanan. Sehingga, perbedaan temperatur inilah yang menjadi acuan kita sebagai parameter dari gaya gradien tekanan.

Lamanya sebuah stoples didinginkan di dalam lemari es berpengaruh terhadap temperatur stoples. Semakin lama stoples didinginkan, maka semakin rendah temperatur yang didapatkan, begitu juga sebaliknya. Semakin singkat waktu pendinginan sebuah stoples, maka semakin tinggi temperatur stoples. Karena temperatur stoples berada di bawah nol, maka beda temperatur untuk stoples yang semakin lama didinginkan dengan stoples yang dihangatkan dengan obat nyamuk akan semakin besar. Maka semakin besar pula gradien tekanan dari kedua stoples. Sebaliknya beda temperatur antara stoples yang hanya didinginkan sebentar dengan stoples yang diasapi obat nyamuk akan semakin kecil. Sehingga beda tekanan antara kedua stoples ini semakin kecil. Dan dari perbedaan temperatur inilah didapatkan waktu tempuh asap obat nyamuk dari stoples 1 ke stoples 2.

 Dari hasil percobaan yang digambarkan melalui tabel dan grafik di atas terbukti bahwa dengan perbedaan temperatur yang semakin besar antara kedua stoples menyebabkan waktu yang diperlukan untuk massa udara panas bergerak semakin kecil, dengan demikian kecepatan gerak parsel massa udara panas semakin besar. Sebaliknya semakin kecil perbedaan temperatur antara kedua stoples menyebabkan waktu yang diperlukan untuk massa udara panas bergerak semakin besar, dengan demikian kecepatan gerak parsel massa udara panas semakin kecil.

Jika V_o = 0

 Maka kecepatan pada t tertentu menjadi :

 

bisa kita lihat bahwa perubahan tekanan berbanding terbalik dengan waktu :

 

Jadi semakin besar tekanan yang bekerja pada parsel udara maka semakin kecil waktu yang dibutuhkan untuk bergerak. Kita ketahui pula bahwa kenaikan tekanan berbanding lurus dengan bertambahnya temperatur. Jadi semakin besar perbedaan temperature antara kedua toples maka kecepatan gerak udara panas lebih besar.

 

 

Deskripsi Front

Deskripsi Umum Front

 Front adalah suatu wilayah pada posisi astronomis tertentu (biasanya sekitarlintang tinggi 66.5^oLU/LS), dikenal sebagai wilayah transisi, suatu lokasipertemuan dua massa udara yang memiliki karakter yang berbeda baik secara fisik maupun magnitude. Secara sederhana front dapat diartikan sebagai daerahperbatasan rempat bertemunya dua massa udara. Adanya front mengakibatkancuaca sangat mudah berubah dan menyebabkan bayak terjadinya awan dan hujan.Awal pembentukan dari front ini sering disebut dengan Frontogenesis dan faseakhir pelenyapannya dikenal sebagai Frontolisis.Analisis front dapat dilakukan secara manual dan otomatis dengan bantuanperangkat lunak dan komputer. Analisis front secara manual biasanya denganmenggunakan peta sinoptik. Dengan memperhatikan unsur-unsur cuaca yang adapada peta seperti tekanan, suhu udara, jenis awan, titik embun dan unsur lainnyakita dapat menentukan daerah terjadinya front. Analisis front secara otomatisbiasanya dengan bantuan perangkat lunak dan data citraan satelit. Kemajuanteknologi mampu menentukan titik atau posisi terjadinya front secara akuratdalam tiga dimensi rauang dan waktu, tentu saja analisis front secara otomatisakan lebih memudahkan dalam proses analisi.

 Karakteristik Front (General Describtion)

 Front mempunyai ciri-ciri yang khusus, diantaranya adalah sebagai berikut :

1. Sepanjang garis front terjadi angin yang bergerak dari arah yang berlawanan
2.  Perbedaan suhu yang tajam
3. Cuaca yang buruk seperti hujan badai selama 2 jam pada front dingin, sertahujan gerimis selama 2 hari pada front panas. Pada awal pembentukan frontterjadi kabut.
4.  Pada lokasi sekitar front beda suhu udara T dan Td sangat kecil, bahkanhampir sama
5. Garis isobar mengalami patahan, dan pada patahan tersebut terjadi siklon

 

.Gambar 2. Ilustrasi Ciri-ciri front (www.books.google.co.id)

 Kriteria yang digunakan untuk menentukan lokasi suatu front di permukaanpada peta cuaca (Ahrens, 2007) :

1. Tajamnya perubahan suhu pada jarak yang relatif dekat,
2. Perubahan pada kelembaban udara (ditunjukkan oleh perubahan suhutitik embun),
3. Perubahan pada arah angin,
4. Tekanan udara dan perubahan tekanannya,
5. Awan dan pola presipitasi.
6. 
   

 Dalam suatu Front atau konvergensi massa udara, udara mengalamideformasi kompresi. Adapun tahap – tahap deformasinya biasa dibagi ke dalamempat tingkat, yaitu

1. Tingkat normalUdara Kutub dari utara dan udara tropis dari selatan saling bertemu.
2. Tingkat Deformasi
3. Suatu putaran udara terjadi, arahnya berlawanan jarum jam di belahanbumi utara dan searah jarum jam di belahan bumi selatan.
4. Tingkat deformasi frontalBidang front (diskontinuitas) terdeformasi kuat sehingga massa udaraterbelah dan udara panas terjepit diantara udara dingin. Udara dinginmenghujam di bawah udara panas, kemudian udara panas naik ke udaraatas yang lebih tinggi dalam bidang miring dimana disepanjang bidangFront panas akan terbentuk awan – awan Cirrus, Altostratus danAltocumulus. Disepanjang bidang Front dingin udara panasbersinggungan dengan udara dingin menyebabkan tidak stabil sehinggaudara panas naik dengan cepat dan menumbuhkan awan – awan konvektif Cumulus, Cumulus Congestus dan Cumulonimbus. Front dingin inilahyang menyebabkan hujan lebat, badai guruh dan hujan es.
5. Tingkat OcclusionFront dingin akan bergerak lebih cepat di bandingkan dengan Front panas.Front dingin akan mengejar Front panas dan menutup jalannya dengancara menyatukan kedua Front yang akhirnya akan kabur dan kemudianmati (Occlusion).

Tahukah anda udara kering lebih berat dari udara basah

Kebanyakan orang yang belum belajar fisika atau kimia sulit untuk percaya bahwa udara lembab lebih ringan, atau kurang padat, daripada udara kering. Bagaimana udara menjadi lebih ringan jika kita menambahkan uap air ke dalamnya?

Para ilmuwan telah mengetahui hal ini untuk waktu yang lama. Yang pertama adalah Isaac Newton, yang menyatakan bahwa udara lembab kurang padat dari udara kering pada tahun 1717 dalam bukunya, Optik. Namun, ilmuwan lain umumnya tidak memahami hal ini sampai akhir abad itu.

Untuk melihat mengapa udara lembab kurang padat dari udara kering, kita perlu beralih ke salah satu hukum alam fisikawan Italia Amadeo Avogadro ditemukan pada awal 1800-an. Dalam istilah sederhana, ia menemukan bahwa volume gas yang tetap, katakanlah satu meter kubik, pada temperatur dan tekanan yang sama, akan selalu memiliki jumlah yang sama molekul tidak peduli gas apa dalam wadah.

Kebanyakan awal buku kimia menjelaskan bagaimana ini bekerja.Bayangkan satu kubik udara kering sempurna. Ini berisi molekul nitrogen sekitar 78%, yang masing-masing memiliki berat molekul dari 28 (2 atom dengan berat atom 14).Lain 21% dari udara adalah oksigen, dengan masing-masing molekul yang memiliki berat molekul 32 (2 stoms dengan berat atom 16). Satu persen akhir adalah campuran dari gas-gas lain, yang kita tidak akan khawatir tentang.

Molekul bebas untuk bergerak masuk dan keluar dari kaki kubik udara kita. Apa Avogadro ditemukan membawa kita untuk menyimpulkan bahwa jika kita menambahkan air molekul uap ke kaki kubik udara kita, beberapa molekul nitrogen dan oksigen akan meninggalkan – ingat, jumlah molekul di kaki kubik udara kami tetap sama.

Molekul air, yang menggantikan nitrogen atau oksigen, memiliki berat molekul 18.(Salah satu atom oksigen dengan berat atom 16, dan dua hudrogen atom masing-masing dengan berat atom 1). Ini lebih ringan dari kedua nitrogen dan oksigen.Dengan kata lain, mengganti nitrogen dan oksigen dengan uap air menurunkan berat udara di kaki kubik, yaitu, itu menurun kepadatan.

Tunggu sebentar, Anda mungkin berkata, “Aku tahu air lebih berat daripada udara.”Benar, air cair lebih berat, atau lebih padat, dari udara. Tapi, air yang membuat udara lembab tidak cair. Ini uap air, yang merupakan gas yang lebih ringan dari nitrogen atau oksigen.

Komponen di Udara Kering

Dua komponen yang paling dominan di udara kering Oksigen dan Nitrogen. Oksigen memiliki satuan massa atom 16 dan Nitrogen memiliki massa atom 14 unit. Karena kedua unsur ini diatomik di udara – O ₂ dan N _2, massa molekul Oksigen adalah 32 dan massa molekul Nitrogen adalah 28.

Uap air

Uap air hampir selalu hadir di udara. Konten dapat bervariasi dan jumlah maksimum yang mungkin dari uap air di udara kering tergantung pada suhu udara.

Uap air – H ₂ O – terdiri dari satu atom oksigen dan dua atom Hidrogen. Hidrogen adalah elemen paling ringan di 1 unit atom, sementara Oksigen adalah 16 unit atom. Jadi uap air atom memiliki massa atom 18 unit atom. Dengan 18 unit atom uap air lebih ringan dibandingkan Oksigen diatomik dengan 32 unit dan Nitrogen diatomik dengan 28 unit.

  

  

Komponen di Udara Kering	Rasio Volume dibandingkan dengan Kering Udara	Massa molekul – M  (Kg / kmol)	Massa molekul di udara
Oksigen	0.2095	32.00	6.704
Nitrogen	0.7809	28.02	21.88
Karbon Dioksida	0.0003	44.01	0.013
Hidrogen	0.0000005	2.02	0
Argon	0.00933	39.94	0.373
Neon	0.000018	20.18	0
Helium	0.000005	4.00	0
Krypton	0.000001	83.8	0
Xenon	0.09 10 -6	131.29	0
Jumlah Massa Molekul Air			28.97