RESONANSI I. TUJUAN Menggunakan peristiwa resonansi bunyi dalam tabung terbuka untuk menentukan laju rambat bunyi di udara II. TEORI Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal dan dapat dipandang sebagai simpangan maupun gelombang tekanan. Bila gelombang mengenai suatu batas maka antara gelombang datang dan gelombang pantul terjadi interferensi yang menghasilkan suatu gelombang tegak. Jika dipandang sebagai gelombang simpangan, pada ujung tabung yang tertutup akan terjadi simpul dan dekat ujung terbuka akan terjadi perut sebagaimana Gbr.1, berikut ini: Gambar.1 Apabila jari-jari tabung kecil dibandingkan dengan /2, maka simpul pada tabung terbuka dapat dianggap tepat pada ujung tabung karena jarak antar simpul sama dengan 35
/2 maka terjadi resonansi bila terpenuhi hubungan antara panjang L dan sebagai berikut: Tabung satu ujung tertutup L = m /2 + /4 (1) Tabung ujung terbuka : L=(m + 1 ) /2 (2) Bila jari-jari tabung tidak kecil dibandingkan dengan /2, maka simpul terjadi pada jarak 0,6 R di luar ujung tabung. Persamaan yang terkoreksi untuk tabung satu ujung tertutup menjadi L = (2m + 1)/4 + e. (3) Dari pengamatan dapat diketahui bahwa terjadinya resonansi bila panjang tabung diubah-ubah. Panjang gelombang dapat ditentukan dan bila frekuensi bunyi diketahui, maka laju rambat bunyi dapat dihitung. Dari teori termodinamika untuk gas ideal, dapat dibuktikan bahwa laju rambat bunyi v pada suhu mutlak T diberi perumusan berikut: RT v (4) M dimana : = c p /c v adalah perbandingan kalor spesifik gas pada tekanan tetap dengan kalor spesifik gas pada volume yang tetap R = tetapan gas universal M = massa molar gas atau biasa disebut sebagai berat molekul. Untuk udara M = 28,96 x 10-3 kg/mol, = 1,40 tetap pada suhu sedang 36
III. ALAT YANG DIGUNAKAN a. Tabung resonansi b. Osilator audio c. Speaker L Tabung skala Gambar 2 IV. PROSEDUR PERCOBAAN 1. Catatlah suhu ruangan sebelum dan sesudah percobaan 2. Ukur diameter bagian dalam tabung. 3. Penentuan panjang gelombang akan dilakukan pada 4 frekuensi yang berbeda antara 300 dan 400 Hz (atau sesuai dengan penetapan dari asisten) 4. Osilator audio diatur pada frekuensi antara 525 Hz sampai dengan 650 Hz, sedangkan speaker diletakkan pada ujung tabung yang terbuka. 5. Piston dimasukkan sejauh mungkin, lalu ditarik perlahan-lahan sambil mencari posisi resonansi (intensitas bunyi maksimum). Catat panjang tabung (L 0 ) pada posisi resonansi pertama (dapat dibaca langsung pada skala yang tertera pada tangkai piston). Ulangi penentuan posisi resonansi pertama ini hingga 5 kali lalu hitung nilai rataratanya. 37
6. Dengan cara yang sama, cari posisi resonansi yang lainnya L 1, L 2 dan seterusnya. 7. Ulangi 1s/d 5 untuk frekuensi yang berbeda ( tanya pada asisten) V. ANALISIS DATA 1. Besarnya dapat dihitung dari selisih antara L 1 dan L 0 dst.nya, akan tetapi dalam setiap pengamatan titik simpul sering terjadi kesalahan eksperimental. Oleh karena itu, sebaiknya dipakai metode grafik untuk setiap frekuensi: a. Buatlah grafik L m terhadap m, lalu lengkapilah garis lurus paling cocok b. Tentukanlah kemiringan garis tersebut menurut kemiringannya b = /2 c. Hitunglah laju rambat bunyi dari v = f. Susunlah hasil anda untuk f, dan v dalam suatu tabel 2. Dari hasil anda, apakah v bergantung pada frekuensi atau v hampir konstan. Jika v hampir konstan, hitung nilai rata-rata dan standar deviasi untuk v dari ke empat data anda 3. Hitung v menurut persamaan diatas pada suhu sewaktu percobaan 4. a. Taksir kesalahan relatif pada f b. Taksir kesalahan relatif dalam penentuan /2 menurut grafik. Untuk itu tariklah garis kesalahan maksimum dan minimum pada grafik L m. Kesalahan maksimum dalam kemiringan ditaksir dengan separuh dari selisih antara kemiringan kedua garis ini. Kesalahan relatif pada kemiringan juga harus dihitung c. Kesalahan relatif total untuk v adalah jumlah dari kesalahan relatif dari dan kesalahan relatif dari f. Hitunglah kesalahan maksimum dari v dan tulislah jawaban anda untuk v dengan kesalahannya. 38
VI. TUGAS DI RUMAH 1. Hitung laju rambat bunyi di udara pada suhu 60 0 C dan di Helium pada suhu 30 0 C 2. a. Jelaskan arti fisis dari m pada persamaan (1) di atas untuk tabung yang tertutup satu ujungnya b. Buatlah gambar pola resonansi untuk m = 0 dan m = 1 dengan menggunakan L yang sama 3. a. Buatlah gambar pola resonansi gelombang bunyi di dalam tabung yang kedua ujungnya tertutup dengan 3 perut b. Dalam suatu percobaan dengan susunan peralatan seperti pada Gambar 2, bila frekuensi sumber adalah 700 Hz, ternyata resonansi terjadi pada L = 15, 40 dan 65 cm. Hitung dan laju rambat bunyi menurut data ini. VII. PERTANYAAN 1. Mengapa dalam metode di atas dianggap bahwa ujung tabung yang ditutupi speaker merupakan ujung terbuka 2. Apakah udara merupakan bahan dispersif untk gelombang bunyi? Jelaskan jawab anda 3. Apakah hasil anda untuk laju ranbat bunyi di udara sesuai teori dalam batas kesalahan eksperimental? Jelaskan 4. Dapatkah anda memperkirakan besar e pada persamaan 3 dari data eksperimental anda? Jelaskan. DAFTAR PUSTAKA 1. Renreng, H.A.:Asas-asas Ilmu Alam Universitas Jilid II, BKS-PTN Intim (Lephas-Unhas), Makassar, 1985. 2. Halliday, D and Resnick, R,: Fisika Jilid I terjemahan oleh P. Silaban, Edisi.ke- 3, Erlangga, Jakarta, 1992. 39
LAPORAN TUJUAN: A. Tabel Pengamatan : 40
B.Pengolahan Data : 41
C. Kesimpulan : 42