Makalah Geofisika : Instrument Lacoste Romberg

( Instrument Lacoste Romberg )

Disusun oleh :

                               Nama : 1. Awaludin Rahmat

                                            2. Beny Johanes Sinaga (1303114570)

                                            3. Dila Yolanda (1303112164)

                                            4. Nila setiawati (1303112248)

                                            5. Sandra Utama Putra (1303114601)

                                Kelas : Fisika-B

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

UNIVERSITAS RIAU

2015

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Metode gravitasi merupakan suatu metode yang didasarkan oleh hukum Newton yang membahas tentang percepatan gravitasi. Percepatan gravitasi akan berpengaruh apabila dimensi benda lebih kecil dibandingkan dengan jarak pengamatan. Jika massa yang diukur lebih besar, maka ada cara tertentu untuk menghitung percepatan gravitasi dengan cara membagi massa dengan elemen yang kecil-kecil.

Besarnya gaya yang bekerja pada suatu titik terletak pada jarak tertentu dari suatu massa. Distribusi massa yang tidak merata di kerak bumi, menyebabkan tidak meratanya distribusi densitas batuan. Distribusi densitas yang tidak homogen ini dapat disebabkan oleh struktur geologi yang ada dibawah permukaan bumi, dimana distribusi densitas yang tidak homogen pada batuan penyusun kulit bumi akan memberikan variasi harga medan gaya berat di permukaan bumi.

Perbedaan medan gaya berat yang relatif kecil, maka diperlukan alat ukur yang mempunyai ketelitian cukup tinggi. Alat ukur yang sering digunakan yaitu Gravimeter. Gravimeter secara khas didesain lebih sensitive untuk mengukur perubahan fraksional yang sangat kecil dalam medan gravitasi, yang disebabkan oleh struktur geologi bumi atau bentuk bumi dan variasi pasang surut.

BAB I I

Teori Dasar

2.1 Gravimeter

Gravimeter adalah suatu instrumen yang digunakan untuk mengukur variasi nilai gravitasi yang ada di permukaan bumi. Gravimeter secara khas didesain lebih sensitive untuk mengukur perubahan fraksional yang sangat kecil dalam medan gravitasi, yang disebabkan oleh struktur geologi bumi atau bentuk bumi dan variasi pasang surut. Gravitimeter dapat digunakan untuk survey geofisika seperti survey pendahuluan eksplorasi minyak bumi, eksplorasi mineral, seismologi, geodesi dan studi penelitian geofisika lainnya. Survey dengan menggunakan metode gravitasi memanfaatkan nilai percepatan gravitasi di area survey tersebut. Perubahan percepatan pada satu titik dengan titik lain di sekitarnya dapat menandakan adanya perbedaan kandungan yang ada dibawah permukaan bumi. Namun, perubahan yang terjadi relative sangat kecil sehingga dalam pengukuran dengan metode gravitasi memerlukan alat ukur yang memiliki kepekaan yang sangat tinggi. Gravimeter memiliki tingkat ketelitian yang cukup tinggi, karena dapat mengukur perbedaan gaya berat yang lebih kecil dari 0,01 mGal.

Dalam gravimeter terdapat massa yang tergantung pada sebuah pegas, sehingga jika densitas batuan bawah permukaan berbeda akan menyebabkan tarikan atau gaya berbeda pula. Pada tempat yang memiliki kendungan batuan bawah permukaan dengan densitas yang lebih tinggi akan menyebabkan nilai gravitasi yang terukur lebih besar pula dan begitu pula sebaliknya untuk densitas yang lebih rendah.

Dalam penggunannya, gravimeter ini memerlukan suhu yang tetap  dan oleh sebab itu alat ini dilengkapi dengan termostat untuk menjaga supaya suhunya tetap.

Gambar . Prinsip gravimeter

Prinsip kerja dari gravimeter secara umum pada dasarnya merupakan adanya suatu neraca pegas yang memiliki massa yang terkena gaya berat akan menyebabkan perubahan pada panjang pegas, maka berlaku hukum Hooke. Berdasarkan hukum Hooke yang menyatakan bahwa: “perubahan panjang pegas adalah berbanding lurus dengan perubahan panjang gaya”,  maka :

                                     dan        

Keterangan :

m = massa beban (kg)

k = konstanta elastik pegas (N/m)

∆x = perubahan panjang pegas (m)

∆g = perubahan gaya berat (m/s²)

Jadi, prinsip kerja dari gravimeter hanya menggunakan neraca pagas yang mempunyai massa yang diberi gaya berat sehingga pegas menjadi panjang dan sesuai dengan hukum hooke ,”hubungan antara gaya F yang meregangkan pegas dan pertambahan panjang (X), di daerah yang ada dalam batas kelentingan pegas”.

Adapun jenis-jenis gravimeter yaitu :

1. Gravimeter Jenis Stabil

Gravitymeter jenis ini menggunakan pegas utama untuk mengimbangkan gravitasi dengan daya yang berlawanan. Saat nilai gravitasi berubah-ubah sehingga berpengaruh terhadap pegas utama yang menyebabkan pegasnya memanjang ataupun memendek.

Contoh alat gravimeter stabil yaitu :

╚► Askania Gravimeter

Sinar diporoskan pada pegas utama. Seberkas cahaya dipantulkan dari massa ke sel afotoelektrik. Pembelokan massa dengan memindahkan berkas cahaya dan perubahan tegangan di sirkuit. Sebuah pegas bantu (AS) ditarik kembali menggunakan micrometer untuk  mengembalikan massa ke posisi balok ke posisi diamnya, yang ditunjukkan bacaan galvanometer kembali ke nol.

Gambar. Askania Gravimeter 

╚► Boliden Gravimeter

Gravimeter jenis ini berupa gelendong dengan dua pelat logam tergantung antara dua pelat logam lainnya. Perubahan gravitasi menyebabkan massa untuk bergerak dan perubahan kapasitansi antara pelat atas dideteksi oleh sirkuit. Massa kembali ke nol dengan menyesuaikan posisi arus DC yang terhubung oleh dua lebih piring massa dan didukung oleh tolakan elektrostatik.

Gambar. Boliden Gravimeter

╚► Scintrex CG-3

Gravimeter ini beroperasi pada prinsip yang sama, tetapi menggunakan rangkaian umpan balik untuk mengontrol arus ke piring yang mengembalikan massa ke posisi nol.

 

Gambar. Scintrex CG-3

2. Gravimeter Jenis Tidak Stabil

     Gravimeter yang tidak stabil menggunakan mekanika ketidakstabilan untuk melebihkan pergerakan kecil karena perubahan gravitasi.

 -       Balok yang bergantung horizontal mendukung massa pada ujungnya. Momen yang kembali karena massa adalah : mgl cos q

-        Balok didukung oleh pergas yang terhubung di atas engsel. Momen yang kembali karena pegas sebanding dengan jarak tegak lurus d

-       Meningkatnya gravitasi memperpanjang pegas, tetapi memendekkan d mengurangi peningkatan gaya pemulihan dan membuat pergerakan yang lebih besar (harus diatur geometrinya secara tepat).

Contoh gravimeter tidak stabil sebagai berikut :

╚► Gravimeter LaCoste & Romberg

 Salah satu contoh gravimeter yang banyak di gunakan oleh para ahli geofisik adalah gravimeter tipe lacoste dan Romberg. Gravimeter tipe LaCoste dan Romberg termasuk ke dalam tipe zero length spring dan termasuk Gravimeter tidak stabil. Gravimeter tersebut mempunyai skala pembacaan dari 0-7000 mGal, dengan ketelitian 0.01 mGal. Gravimeter ini dalam penggunaannya memerlukan suhu yang tetap. Pengukuran perbedaan percepatan gravitasi bias dilakukan dengan mengukur dua tempat yang berbeda dengan alat yang sama.

    

Gambar. Prinsip kerja Gravimeter LaCoste & Romberg

Prinsip gravimeter ini terdiri dari suatu beban pada ujung batang, yang di tahan oleh zero length spring yang berfungsi sebagai pegas utama. Besarnya perubahan gaya tarik bumi akan menyebabkan perubahan kedudukan beban dan pengamatan. Hal tersebut dilakukan dengan pengaturan kembali beban pada kedudukan semula. Perubahan kedudukan yang dialami ujung batang disebabkan karena adanya goncangan goncangan, selain karena adanya variasi gaya tarik bumi. Ujung batang yang lain dipasang shock eliminating spring untuk menghilangkan efek goncangan.

      

  Gambar 1. LaCoste & Romberg                     Gambar 2. Diagram Spring

Teori yang mendasari metoda gaya berat adalah hukum Newton mengenai gaya tarik antara dua massa benda. Hukum Newton menyatakan bahwa besarnya gaya tarik menarik antara dua benda yang mempunyai masa m₁ dan m₂ dengan jarak r dinyatakan sebagai berikut:

Gaya persatuan masa dari suatu partikel m₁ yang mempunyai jarak r dari m2 disebut medan gaya berat dari partikel m₁ dapat dinyatakan sebagai berikut:

karena medan ini bersifat konservatif, maka medan gaya berat dapat dinyatakan sebagai gradien dari suatu fungsi potensial skalar U(r), dapat ditulis sebagai berikut:

Potensial gaya berat disuatu titik pada ruang bersifat penjumlahan, sedangkan potensial gaya berat dari distribuasi massa yang kontinu disuatu titik di luar distribusi massa tersebut dapat diselesaikan dalam bentuk integral.

Gambar 1. Potensial tiga dimensi(Telford et al., 1967)

Jika massa yang terdistribusi kontinu mempunyai rapat masa ρ(ro) di dalam volume (v) maka potensial disuatu titik P diluar V adalah :

Jika integral volume diambil untuk seluruh bumi, maka didapatkan potensial gaya berat di ruang bebas, sedangkan medan gaya berat diperoleh dengan mendeferensialkan potensial tersebut.

Medan gaya berat yang disebabkan oleh bumi disebut juga percepatan gaya berat atau percepatan jatuh bebas, dengan simbol g. Nilai medan gaya berat dapat dinyatakan sebagai berikut :

Dari persamaan di atas, diperoleh nilai percepatan gaya berat g di permukaan bumi yang bervariasi. Percepatan gaya berat bumi dipengaruhi oleh distribusi massa di bawah permukaan yang ditunjukan oleh fungsi densitas dan bentuk bumi yang sebenarnya, yang ditunjukan oleh batas integral di atas. Dalam satuan internasional (SI), pengukuran gaya berat digunakan satuan gal. Untuk konversi percepatan gaya berat digunakan:

Nilai g tergantung pada bentuk bumi sebenarnya dan volume distribusi massa di dalam bumi yang dinyatakan sebagai fungsi :      

Gambar. Sumbu-sumbu dari lacosta romberg

Adapun beberapa tipe alat Gravitimeter LaCoste dan Romberg sebagai berikut:

1.   Gravitimeter LaCoste dan Romberg D117

2.   Gravitimeter LaCoste dan Romberg D114

3.   Gravitimeter LaCoste dan Romberg G508

4.   Gravitimeter LaCoste dan Romberg G525

5.   Gravitimeter LaCoste dan Romberg G804

6.   Gravitimeter LaCoste dan Romberg G816

7.   Gravitimeter LaCoste dan Romberg G928

8.   Gravitimeter LaCoste dan Romberg G1118

9.   Gravitimeter LaCoste dan Romberg G1158

10. Gravitimeter LaCoste dan Romberg G1177

  

Kelebihan La Coste Romberg adalah :

ð                Akurasinya mencapai ± 2 μGal

ð                Presisi alat mencapai ± 1 μGal

ð                Integrasi Waktunya mencapai 1 μGal per jam

ð                Operasi bisa di Lapangan atau di dalam ruangan karena alat ini telah di lengkapi pelindung di berbagai medan di lapangan (Protected Environments).

    Kekurangan Lacosta Romberg :

ð     Alat ini hanya dapat mengukur dalam arah vertikal saja

╚► Gravimeter Worden

Worden Gravimeter adalah alat yang digunakan untuk pengukuran perbedaan gravity bumi. Rekaan bagi alat tersebut pengukuran perbedaan gravity yaitu 0.01 miliGal atau 1 inci dalam perubahan ketinggian dapat dilakukan. Alat Worden Gravimeter yang istimewa ini masih dipakai pada masa kini dan alat ini mudah dibawa serta pengukurannya memiliki ketelitian yang tinggi. Alat Worden Gravitimeter ini hanyalah satu-satunya alat yang telah mencecah 1500 unit dalam pengeluarannya.

Gambar : Worden Gravimeter

Perbedaan Gravimeter Lacosta & Romberg dan Worden

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

          Gravimeter adalah suatu alat yang digunakan untuk mengukur variasi nilai gravitasi yang ada di permukaan bumi.

Gravimeter memiliki dua jenis yaitu gravimeter stabil (contohnya askania, boliden dan Scintrex CG-3) dan gravimeter tidak stabil (contohnya Gravimeter LaCoste & Romberg dan Gravimeter Worden)