v = Ringkasan Fisika Gelombang Bunyi

Transkripsi

1 BUNYI Memerlukan medium (zat padat, cair, atau gas) dalam perambatannya. Merupakan gelombang longitudinal. Frekuensi bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia disebut frekuensi audio. Frekuensi audio : Hz sampai KHz. Hz (Infrasonic); f f KHz (Ultrasonic) Tinggi rendahnya bunyi dipengaruhi oleh frekuensi. Kuat lemah bunyi dipengaruhi oleh amplitudo. CEPAT RAMBAT BUNYI Zat Padat = E N/m E Modulus Young ( ) Zat Gas massa jenis zat padat (kg/m 3 ) P = = tetapan Laplace R. T Mr P tekanan (Pa) R tetapan gas (8,3 J/mol K) T suhu (K) Mr massa molekul Zat Cair = B B Modulus Bulk zat cair ( N/m ) massa jenis cairan (kg/m 3 ) GELOMBANG STASIONER PADA ALAT PENGHASIL BUNYI A. DAWAI/SENAR Formula cepat rambat gelombang transersal dalam dawai didapatkan dari hasil percobaan. Alat yang digunakan untuk percobaan ini adalah sonometer. Hasil percobaan didapatkan bahwa :. Untuk panjang kawat tetap (L), semakin tegang kawat (beban yang digantung semakin berat) maka semakin nyaring bunyi terdengar (frekuensi makin besar).. Untuk panjang kawat tetap, bila kawat diganti dengan kawat yang lebih kecil massa jenis linearnya (), maka kawat akan semakin nyaring. Massa jenis linear kawat sering juga disebut massa per satuan panjang kawat. Dari hasil percobaan, didapatkan : F m = = =. A L cepat rambat gelombang transersal dawai kg/m massa persatuan panjang dawai ( ) F gaya tegangan dawai ( ) A luas penampang dawai (m ) N massa jenis dawai ( kg/m ). Seorang peninjau mendengar bunyi tembakan meriam 5 sekon setelah melihat kilap api keluar dari moncong meriam. Bila cepat rambat bunyi di udara pada suhu tersebut 3 m/s. Berapakah jarak antara meriam dengan peninjau tersebut?. Cepat rambat bunyi gas hidrogen pada suhu 5 K adalah 35 m/s. Jika tetapan Laplace untuk gas hidrogen dan oksigen sama, maka berapa cepat rambat gas oksigen? w w w. a p l u s - m e. c o m Page

2 Apabila sebuah senar digetarkan, maka ujungujung senar pasti terjadi simpul (S) karena titiktitik ini terikat. Perhatikan gambar di bawah. B. PIPA ORGANA Pipa organa adalah alat yang menggunakan kolom udara sebagai sumber bunyi. Aliran udara diarahkan ke tepi C, menimbulkan getaran dalam kolom udara sehingga dihasilkan gelombang stasioner pada pipa. Frekuensi alami pipa organa bergantung pada panjang pipa dan keadaan ujung pipa organa, yaitu ujung terbuka atau ujung tertutup. PIPA ORGANA TERBUKA Pada pipa organa terbuka, udara masuk dari titik C yang terbuka, sehingga terjadi perut. Pada ujung pipa organa terbuka selalu terjadi perut juga karena udara bebas bergerak. Pola-pola gelombang untuk nada dasar dan nada atas dalam pipa organa terbuka ditunjukkan pada gambar berikut. Pada gelombang untuk nada dasar ( f ), disini terjadi simpul dan perut, dan panjang senar sama dengan L. = atau = L sehingga frekuensi nada dasar dawai adalah f F = = = L L Persamaan ini pertama kali didapatkan oleh Marsene, sehingga persamaan ini dikenal dengan Hukum Marsene. Pola berikutnya dengan panjang gelombang disebut nada atas pertama. Dalam pola ini terjadi 3 simpul dan perut, dan panjang senar sama dengan. L = frekuensi nada atas pertama dawai adalah f = = = f L Untuk menentukan frekuensi nada atas kedua, ketiga dan seterusnya dapat diturunkan sesuai dengan pola gelombang pada gambar di atas. Pola gelombang pada nada dasar terjadi perut (Antinode) dan simpul (Node). Panjang kolom udara pipa sama dengan. L = atau = L dan frekuensi nada dasarnya adalah f = = L Pola berikutnya dengan panjang gelombang disebut nada atas pertama. Dalam pola ini terjadi 3 perut dan simpul. Panjang pipa sama dengan. L = Maka frekuensi nada atas pertama adalah f = = = f L w w w. a p l u s - m e. c o m Page

3 Nampak dari persamaan diatas, persamaan frekuensi untuk pipa organa terbuka sama dengan persamaan frekuensi dawai. PIPA ORGANA TERTUTUP Bila ujung pipa organa tertutup, maka pipa organa itu disebut pipa organa tertutup. Karena ujung pipa tertutup, maka udara tidak bebas bergerak, sehingga pada ujung pipa selalu terjadi simpul. Pola-pola gelombang pada pipa organa tertutup, ditunjukkan seperti gambar di bawah. Pada gelombang untuk nada dasar, terjadi perut dan simpul. Panjang pipa sama dengan. Dengan demikian, L = atau = L dan frekuensi nada dasar pipa organa tertutup adalah f = = L Pada resonansi berikutnya terjadi perut dan simpul. Panjang pipa sama dengan. Dengan 3 demikian, 3 L = atau = 3 L Maka frekuensi nada atas pertama pipa organa tertutup adalah f = = 3 = 3 f L Pola-pola resonansi pada pipa organa tertutup berikutnya terjadi dengan cara menyisipkan sebuah simpul. Frekuensi alami pada pipa organa tertutup, berturut-turut merupakan bilangan ganjil. f = 5 f ; f3 = 7 f ; f = 9 f; dan seterusnya. RINGKASAN DAWAI, PIPA ORGANA TERBUKA, PIPA ORGANA TERTUTUP Dawai Pipa Organa Terbuka Pipa Organa Tertutup Cepat rambat () Frekuen si nada dasar (f ) = F m = =. A L f = L =.f f = L =.f f = L f : f : f : : 3 : : : 3 : : 3 : 5 : Jumlah simpul pada f n n + n + n + Jumlah perut pada f n f f f n + n + n + frekuensi nada dasar / nada harmonic ke- frekuensi nada atas ke- / nada harmonic ke- frekuensi nada atas ke- / nada harmonic ke-3. Sepotong senar dari tembaga dengan massa jenis 3 9 kg/dm diikat pada satu ujung, sedang ujung lain disangkutkan pada katrol dan diberi beban 6 kg. Bila penampang kawat,36mm dan panjangnya 9 meter, maka tentukan : a) frekuensi nada dasar dan nada atas ke-, b) jumlah simpul dan perut saat terjadi nada atas ke 99, c) jarak 5 simpul berurutan.. Suatu pipa organa terbuka panjang 6 cm terjadi 3 simpul. Nada pipa organa ini beresonansi dengan pipa organa tertutup yang membentuk buah simpul. Tentukan : a) panjang pipa organa tertutup tersebut, b) perbandingan nada dasar pipa organa terbuka dengan pipa organa tertutup. 3. Sebuah pipa organa tertutup panjang 5 cm menghasilkan dua frekuensi harmonik berturutturut sebesar 5 Hz dan 85 Hz. Berapakah : a) cepat rambat bunyi di udara? b) frekuensi nada dasarnya? c) Sepotong senar yang panjangnya 6 cm menghasilkan nada atas I dengan frekuensi 5 Hz. Bila berat senar itu gram, berapakah frekuensi nada atas I yang dihasilkan oleh senar itu? f = 98 cm/s. w w w. a p l u s - m e. c o m Page 3

4 GEJALA-GEJALA GELOMBANG BUNYI Pada bab sebelumnya, telah dibahas enam gejala umum gelombang, yaitu dispersi, pemantulan, pembiasan, difraksi, interferensi dan polarisasi. Gelombang bunyi termasuk gelombang longitudinal sehingga tidak mengalami polarisasi. A. PEMANTULAN GELOMBANG BUNYI Bunyi dapat dipantulkan oleh suatu penghalang. Pemantulan bunyi memenuhi hukum pemantulan, yaitu sudut datang sama dengan sudut pantul. Contoh peristiwa pemantulan bunyi adalah bunyi gaung dalam ruang tertutup. B. PEMBIASAN GELOMBANG BUNYI Mengapa pada malam hari bunyi petir terdengar lebih keras daripada siang hari? Pada siang hari, udara pada lapisan atas lebih dingin daripada lapisan bawah. Cepat rambat bunyi pada suhu dingin adalah lebih kecil daripada suhu panas. Dengan demikian, kecepatan bunyi pada lapisan udara atas lebih kecil daripada kecepatan bunyi pada lapisan udara bawah, karena medium pada lapisan atas lebih rapat dari medium pada lapisan bawah. Jadi, pada siang hari, bunyi petir yang merambat dari lapisan udara atas menuju ke lapisan udara bawah akan dibiaskan menjauhi garis normal Pada malam hari, terjadi kondisi sebaliknya, udara pada lapisan bawah (dekat tanah) lebih dingin daripada udara pada lapisan atas. Dengan demikian, kecepatan bunyi pada lapisan bawah lebih kecil daripada lapisan atas, karena medium pada lapisan atas kurang rapat dari medium pada lapisan bawah. Jadi, pada malam hari, bunyi petir yang merambat dari lapisan udara atas menuju ke lapisan udara bawah (mediumnya lebih rapat) akan dibiaskan mendekati garis normal. Pembiasan bunyi petir mendekati garis normal pada malam hari inilah yang menyebabkan bunyi guntur lebih mendekat kerumah Anda, dan sebagai akibatnya Anda mendengar bunyi petir yang lebih keras. C. DIFRAKSI GELOMBANG BUNYI Gelombang bunyi di udara memiliki panjang gelombang beberapa sentimeter sampai dengan beberapa meter. Karena panjang gelombang bunyi yang pendek, maka gelombang bunyi mudah didifraksi. Contoh terjadinya difraksi gelombang bunyi adalah kita mendengar suara mesin mobil di tikungan sementara mobil belum membelok. D. INTERFERENSI GELOMBANG BUNYI Interferensi bunyi memerlukan dua sumber bunyi yang koheren. Dua pengeras suara yang dihubungkan pada sebuah alat pembangkit frekuensi dapat berfungsi sebagai dua sumber bunyi yang koheren. Ketika Anda berjalan pada garis direction of listener, pada posisi tertentu Anda akan mendengar bunyi paling lemah, pada posisi lain Anda akan mendengar bunyi paling kuat. Peristiwa ini disebabkan oleh interferensi bunyi. Bunyi kuat terjadi ketika superposisi kedua gelombang bunyi yang didengar sefase (interferensi konstruktif) atau memiliki beda lintasan yang merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang bunyi. n =,,,3,... s = s s = n Bunyi lemah terjadi karena superposisi kedua gelombang bunyi yang di dengar menghasilkan interferensi destruktif. Interferensi destruktif terjadi karena gelombang yang didengar berlawanan fase. s = s s = ( n+ ) n =,,,3,... w w w. a p l u s - m e. c o m Page

5 E. EFEK DOPPLER Ketika ada suatu gerak relatif antara sumber gelombang dan pengamat akan terjadi efek Doppler. Ketika sumber bunyi dan pengamat bergerak saling mendekat, pengamat mendengar frekuensi bunyi yang lebih tinggi daripada frekuensi sumber dan begitu juga sebaliknya. Persamaan untuk efek Doppler adalah p a fp =. fs f P f S P S a frekuensi pendengar (Hz) frekuensi sumber (Hz) kecepatan suara di udara (m/s) kecepatan pendengar (m/s) kecepatan sumber (m/s) kecepatan angin (m/s) S (+) Sumber S (-) s a (+) a (-) P (+) a Pendengar Angin Angin P (-). Dua buah mobil saling mendekat dengan kelajuan masing-masing m/s. Salah satu mobil membunyikan klakson dengan frekuensi 3 Hz yang oleh pengemudi lain terdengar dengan frekuensi 3 Hz. Jika cepat rambat bunyi dianggap 3 m/s, maka tentukan besarnya?. Sumber bunyi mengeluarkan bunyi dengan frekuensi 8 Hz dan terdengar oleh seorang pengamat pada frekuensi 576 Hz. Jika sumber bunyi & pengamat mempunyai kecepatan sama 3 m/s, dan bergerak saling mendekat, tentukan besar kecepatan bunyi? F. PELAYANGAN GELOMBANG BUNYI Pelayangan adalah interferensi/perpaduan dua gelombang yang berbeda sedikit frekuensinya sehingga terjadi bunyi (keras lemah keras) atau (lemah keras lemah). f = f f layangan. Sebuah garputala dengan frekuensi 338 Hz dipegang oleh seorang anak yang bergerak ke arah tembok dengan kecepatan m/s. Hitunglah layangan yang terjadi tiap detik antara bunyi yang terdengar langsung dan bunyi yang dipantulkan tembok?. Pipa organa dibuat hingga berfrekuensi 96 Hz. Bila dibunyikan bersama-sama dawai biola, terdengar pelayangan tiap 8 sekon. Pelayangan semakin jarang (kecil) bila dawai biola dikencangkan (frekuensi diperbesar). Berapakah frekuensi asli biola tersebut? INTENSITAS DAN TARAF INTENSITAS Gelombang memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lain. Sewaktu gelombang merambat melalui medium, energi dipindahkan dalam bentuk energi getaran dari partikel satu ke partikel yang lain dalam medium. Energi yang dipindahkan oleh gelombang biasanya dinyatakan dalam intensitas gelombang (diberi lambang I). Intensitas gelombang didefinisikan sebagai daya gelombang yang dipindahkan melalui bidang seluas satu satuan yang tegak lurus pada arah cepat rambatnya. P I = =. m. f. Y A=. R A I intensitas bunyi ( W/m ) R P f Y jarak diukur dari pusat bunyi (m) daya (watt) frekuensi gelombang (Hz) amplitudo gelombang (m) Hubungan Intensitas dengan jarak : R = R I I TARAF INTENSITAS BUNYI Taraf intensitas bunyi adalah ukuran kuat bunyi yang diukur oleh alat ukur bunyi (detektor bunyi). Taraf intensitas bunyi dinyatakan dalam satuan desibel (disingkat db). I I TI =.log = log I I ( db) ( Bell) W = I Taraf Intensitas N buah sumber bunyi yang masing masing memiliki taraf intensitas TI : TI = TI +.log( N) N m w w w. a p l u s - m e. c o m Page 5

6 Hubungan Taraf Intensitas dengan Jarak : TI TI.log R = R Intensitas terendah yang dapat didengar oleh telinga manusia disebut ambang pendengaran ( W/m ) Intensitas tertinggi yang dapat didengar oleh telinga manusia disebut ambang perasaan ( ) W/m. Intensitas gelombang pada suatu titik yang berjarak 9 m dari sumber adalah I. Agar intensitasnya menjadi kali semula maka berapa jauh titik tersebut harus digeser?. Taraf intensitas bunyi buah mesin pada jarak m dari mesin adalah 7 db. Berapakah taraf intensitas buah mesin pada jarak m dari mesin? 3. Sumber bunyi berdaya 3 watt merambatkan energinya ke segala arah sama besar. Seorang pengamat mendeteksi taraf intensitasnya pada suatu tempat sebesar db. Tentukanlah jarak pengamat dengan sumber bunyi apabila intensitas 6 watt/m ambang I = watt/cm?. Seorang berteriak mempunyai taraf intensitas 8 db. Berapa taraf intensitas jika orang berteriak log =,3 bersama-sama? ( ) 5. Taraf intensitas bunyi pada jarak R yang dihasilkan sebuah sumber bunyi adalah 5 db. Tentukan taraf intensitas bunyi pada jarak R yang dihasilkan sumber bunyi sejenis? w w w. a p l u s - m e. c o m Page 6