TERJADINYA TORNADO DITINJAU DARI PERSPEKTIF FISIKA

Nama              :  Ita Purnama Sari

NIM                :  A1C410012

Angkatan       :  2010

TERJADINYA TORNADO DITINJAU DARI PERSPEKTIF  FISIKA

Angin Tornado atau yang lebih dikenal masyarakat Indonesia sebagai angin puting beliung merupakan peristiwa alam mematikan yang benar-benar dahsyat di muka bumi. Kerusakan yang disebabkannya luar biasa karena mampu menghancurkan apapun yang lewatinya. Jangankan orang, sapi, gajah, mobil, rumahpun mampu dibawanya terbang.

Tornado didefinisikan oleh Glosari Meteorologi sebagai kolom udara yang berputar kencang yang menyatu dengan permukaan tanah dan muncul dari awan cumuliform atau bagian bawah awan cumuliform dan sering (namun tidak selalu) tampak sebagai suatu awan corong.

Secara etimologi, Kata "tornado" merupakan perubahan dari kata dalam Bahasa Spanyol tronada ke bahasa inggris, tornado, yang berarti "badai petir". Kemudian, kata tornado juga diambil dari Bahasa Latin tonare, yang berarti "gemuruh". Kata ini sangat mungkin merupakan kombinasi dari bahasa Spanyol tronada dan tornar ("berputar"); namun, kata ini mungkin juga merupakan suatu etimologi rakyat. Tornado secara umum dikenal juga sebagai twisters dan willy-willy.

Bagaimana terjadinya tornado? Sebelum ke proses terjadinya tornado, kita harus mengetahui awan cumulonimbus dulu. Cumulonimbus bisa dibilang raja dari segala awan. Bagaimana tidak?Awan cumulonimbus merupakan awan yang paling ditakuti penerbang, awan yang paling sering membuat bencana, ditambah lagi awan ini merupakan satu-satunya awan yang dapat menghasilkan muatan listrik (mirip seperti baterai raksasa di langit). Tornado alias puting beliung, downburst, dan hail dapat terbentuk hanya di dalam awan ini. Di dalam awan cumulonimbus ada yang disebut dengan downdraft dan updraft sehingga memungkinkan terjadi sirkulasi. Gesekan partikel-partikel awan di dalamnya dapat menimbulkan muatan listrik. Dari gejala awan ini muncul lah fenomena cuaca atau yang disebut thunderstorm.

Thunderstorm jenis supercell, merupakan tipe terbesar dari thunderstorm. Di dalamnya ada updraft yang kuat dan downdraft yang kuat. Di belakang thunderstorm biasanya updraft dan di depannya downdraft (presipitasi). Nah,di bagian updraft ini merupakan bagian dimana udara terangkat ke atas. 

Gambar 1 : Gesekan partikel-partikel awan

Updraft yang sangat kuat (biasanya terjadi karena ada udara menyebar/divergensi di atas), menyebabkan terjadi tekanan rendah skala lokal. Udara terkumpul dari segala arah di titik dimana terjadi updraft terbesar . Karena beda tekanannya sangat besar dan tiba-tiba, angin yang terkumpul akhirnya berputar dan menimbulkan funnel cloud (awan corong) atau yang disebut tuba cloud. Jika funnel cloud menyentuh permukaan, itulah yang disebut tornado.

Gambar 2 : awan corong

Tornado dapat terjadi dimana saja diseluruh tempat di dunia, namun pada daerah-daerah lintang tinggi. Biasanya terjadi pada musim semi atau musim panas. Amerika Serikat memiliki intesitas kejadian angin tornado yang lebih tinggi dibandingkan area lainnya, khususnya di Amerika Barat-Tengah. Di Indonesia, tornado lebih banyak terjadi di sekitar Sumatera dan Jawa.

Dr.T.Theodore Fujita mengembangkan suatu metode untuk mengklasifikasikan tingkat kerusakan yang dihasilkan oleh tornado. Metode ini dikenal dengan nama Skala Fujita dengan deskripsi sebagai berikut :

Skala	Angin Kecepatan (km / jam)	Tingkat Kerusakan
F0	64-116	KERUSAKAN RINGAN: Beberapa kerusakan pada cerobong asap, antena TV, sirap atap, pohon, dan jendela.
F1	117-180	KERUSAKAN SEDANG : Mobil terbalik, carports hancur, pohon-pohon tumbang.
F2	181-253	KERUSAKAN BERAT: Atap tertiup angin rumah, gudang dan bangunan lain hancur, rumah mobil terbalik.
F3	253-331	KERUSAKAN PARAH: Exterior dinding dan atap rumah tertiup angin. Bangunan logam runtuh atau rusak parah. Hutan dan lahan pertanian rata.
F4	332-418	KERUSAKAN HEBAT: dinding rumah permanen rusak seperti dilempar baja dan rudal
F5	419-510	KERUSAKAN LUAR BIASA: Rumah diratakan hanya meninggalkan puing-puing. Sekolah, motel, dan struktur yang lebih besar lainnya memiliki kerusakan besar.
F6	511 +	KERUSAKAN LUAR BINASA : Kemungkinan tak ada lagi yang tersisa

Catatan: Tidak ada F6 tornado yang telah resmi dilaporkan. Kemungkian kalau skala F6 terjadi maka akan terjadi kiamat.

Berikut beberapa aspek fisika dari bagaimana tornado terbentuk.  Adapun aspek fisika tersebut yaitu :

1.                  Prinsip Archimedes

Prinsip Archimedes mengatakan bahwa tubuh terbenam dalam fluida yang didukung oleh kekuatan, sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Kepadatan relatif dari objek dibandingkan dengan kepadatan cairan menentukan apakah akan tenggelam atau mengapung. Tekanan akibat fluida sama dengan pgh (densitas kali percepatan gravitasi, kali tinggi) dan bila diterapkan ke suatu daerah, akan memberikan gaya.

Oleh karena itu kekuatan di bagian atas objek adalah:

P ₁ A =  _cairan gh ₁     

dan kekuatan di bagian bawah objek adalah:

P ₂ A =  _cairan gh ₂   

sehingga gaya apung mendorong pada objek adalah:

F_a = F ₂  - F ₁ 

    =  _cairan g (h2-h1)

2.                  Momentum angular

Momentum linier biasa adalah ukuran dari kecenderungan sebuah benda untuk bergerak dengan kecepatan konstan di sepanjang jalan yang lurus. Momentum linier tergantung pada kecepatan dan massa. Ketika benda bergerak di jalur melengkung, kita dapat menggeneralisasi ide momentum linier untuk sesuatu yang disebut momentum sudut, kecenderungan obyek berputar. Seperti momentum linier, momentum sudut total obyek yang terisolasi adalah kekal.

Bayangkan sebuah benda dengan massa, berputar di sekitar sumbu. Di sini, momentum sudut adalah produk dari massanya, kecepatan (tangensial), dan radius (jarak dari titik poros di mana objek tersebut berputar).

Gambar 3 : penari skater yang berputar

Persamaan ini berlaku untuk sebuah benda yang memiliki massa pada  jarak r dari sumbu. Namun, kita dapat menggeneralisasi ini untuk obyek yang massanya didistribusikan sepanjang jarak r dan tidak hanya pada akhir bahwa r jarak. Sebagai contoh, tubuh skater tokoh memiliki sebagian besar massa di dekat sumbu rotasi, dan massa pelukan lengannya dan tangan pada semakin jauh jarak.

Mari kita asumsikan semua massa berada pada jarak r dari sumbu rotasi. Konservasi momentum sudut kemudian menjelaskan mengapa angka skaters atau penyelam berputar lebih cepat ketika mereka membawa senjata mereka atau menyelipkan diri dalam roll. Untuk momentum sudut untuk melestarikan di spin, momentum sudut sebelum harus sama dengan momentum sudut setelah. Massa dari skater angka tidak berubah. Jadi jika menurun radius (oleh skater membawa lengan mereka), maka kecepatan meningkat.

L = L _{setelah sebelum}

mv _i r _i = mv _f r _f

3.                  Rotasi Angkatan

Percepatan adalah perubahan kecepatan dalam waktu singkat:

a = Δ v / Δ t

Ketika sebuah objek berputar di sekitar sesuatu, gaya percepatan untuk tetap berputar adalah:

F = ma = mv ² / r

Percepatan menyebabkan arah kecepatan untuk terus berubah untuk tetap berputar. Bila Anda ayunan bola di string, Anda memberikan gaya pada string, menyebabkan ketegangan, yang kemudian memberikan gaya pada bola. Pada saat yang sama, bola diberikannya dalam jumlah yang sama berlaku di arah yang berlawanan. Bola memberikan gaya pada string, menyebabkan ketegangan, yang kemudian memberikan gaya pada tangan Anda.

Gambar 4 : ayunan bola di string

4.                  Coriolis Angkatan

Para  Coriolis Force adalah sebuah kekuatan inersia yang digambarkan oleh insinyur-matematika Gaspard Gustave Coriolis Perancis tahun 1835.

Dalam kerangka acuan yang berputar, ini adalah kekuatan inersia bertindak di sebelah kanan arah gerakan ketika berputar berlawanan arah jarum jam dan ke kiri dari arah gerakan ketika berputar searah jarum jam. Hal ini terjadi karena Bumi berputar ke timur dan berputar lebih cepat (tangensial) saat mendekati Khatulistiwa dan lebih lambat di kutub.

Gambar 5 : Coriolis Angkatan

Gaya Coriolis memiliki peran yang sangat signifikan dalam pemintalan air di wastafel atau toilet. Cara berputar air lebih mungkin karena berbentuk oval mangkuk atau saluran pembuangan pusat off. Pada skala besar badai dan angin topan, gaya Coriolis menyebabkan udara berputar di sekitar pusat dalam arah siklon (counter searah jarum jam di belahan bumi utara, searah jarum jam di belahan bumi selatan).

5.                  Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli, yang dihasilkan dari kekekalan energi, berkaitan ketinggian, tekanan, dan kecepatan cairan (cairan atau gas). Tanpa perubahan elevasi, cairan kecepatan tinggi memiliki tekanan lebih rendah. Perbedaan tekanan inilah yang nantinya mapu mengangkat atap rumah sehingga terpental.

Demikian artikel mengenai proses terjadinya tornado ditinjau dari perspektif ilmu fisika. Semoga bermanfaat.

Sumber Referensi :

Prinsip Bernoulli dan Badai: Mengapa Tornado atau badai Bisa Angkat Roof dari Rumah http://suite101.com/article/bernoullis-principle-and-storms-a21290#ixzz21uFRj4eF diakses 28 Juli 2012

The Physics of Tornadoes and Hurricanes http://outreach.phas.ubc.ca/phys420/p420_04/sean/ Diakses 28 Juli 2012

http://kamusmeteorology.blogspot.com/2012/03/jenis-awan-dan-gambar-cumulonimbus_10.html diakses 28 Juli 2012

http://kamusmeteorology.blogspot.com/2012/03/fenomena-cuaca-tornado.html diakses 29 Juli 2012

http://www.forumsains.com/artikel/apa-dan-bagaimanakah-tornado-itu/ diakses 29 Juli 2012