BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Seiring dengan berkembangnya teknologi, peranan gelombang bunyi kini menjadi semakin besar. Bunyi dapat dimanfaatkan pada beragam keperluan misalnya bidang kedokteran (dikenal alat USG), bidang kelautan (SONAR atau Sound Navigation and Ranging) dan pada bidang industri (Non Destructive Testing). Bunyi telah dikenal sejak pertama kali manusia ada di muka bumi ini. Sebelum ilmu fisika berkembang lebih jauh, manusia hanya mengetahui bahwa bunyi berasal dari benda yang bergetar atau hasil tumbukan dari dua benda. Bunyi (berasal dari benda bergetar) dirambatkan melalui udara sebagai gelombang longitudinal dan gelombang itu berupa variasi tekanan udara (Irwanto, 2005). Bentuk gelombang yang teratur (nada) umumnya dapat menimbulkan rasa yang menyenangkan, dan menenangkan sehingga berkembanglah industri musik, baik musik tradisional maupun modern (Kristianto, 2008). Menurut Kinsler (1958), keberadaan vibrasi dan gelombang akustik berkaitan erat dengan fenomena pembangkitan, transmisi dan interaksi tenaga dalam bentuk gelombang longitudinal pada benda. Banyak jenis vibrasi yang terjadi pada perambatan dan penyerapan gelombang akustik. Ragam vibrasi menjangkau dari gelombang bunyi sinusoidal sederhana yang dihasilkan di udara oleh garputala pada frekuensi karakteristiknya, gelombang periodik kompleks yang dihasilkan oleh dawai biola, hingga gelombang tak periodik yang disebut noise. Saat ini, fenomena vibrasi menjadi hal yang menarik karena sejumlah peristiwa sehari-hari melibatkan peristiwa vibrasi. Jam dinding yang berdetak, suara dapat didengar telinga, hingga getaran internal yang terjadi pada molekul tingkat atomik. Semua contoh itu berkaitan dengan fenomena vibrasi. Melalui peristiwa vibrasi dapat pula dikaji peristiwa lain yang berhubungan dengan 1
2 penyerapan tenaga gelombang yang diterima oleh bahan dari sistem luar, yaitu peristiwa resonansi. Resonansi merupakan kondisi yang terjadi saat bahan dapat menyerap tenaga yang diterimanya pada intensitas maksimal dan menimbulkan amplitudo yang relatif lebih besar. Dalam hal ini tenaga yang diterima bahan dapat berupa tenaga gelombang akustik maupun non akustik. Untuk mengkaji fenomena resonansi, dapat dilakukan secara sederhana dengan meninjau sistem bahan sebagai sistem osilator harmonik terendam terpaksa (forced damped harmonic oscillation). Sistem pegas dan pendulum serta dua garputala merupakan contoh sistem sederhana yang digunakan untuk mempelajari fenomena resonansi. Aplikasi sistem resonansi yang lebih kompleks salahsatunya terdapat pada komponen elektronik yang mengandung rangkaian R L C. Rangkaian benda pada komponen yang digunakan untuk membangkitkan medan listrik maupun magnet pada eksperimen elektrooptika maupun magnetooptika. Sistem resonansi yang jauh lebih rumit terjadi seperti halnya sistem shock breaker pada kendaraan baik itu sepeda motor, mobil, kereta api maupun pesawat terbang atau sistem antena televisi dan radio, rangka bangunan bertingkat tinggi dan jembatan. Dalam hal ini fenomena resonansi memiliki peranan yang sangat penting karena berkaitan erat dengan ketahanan sistem tersebut. Pada tahun 1940, jembatan Tacoma Narrowa Bridge di Puget Sound, Washington, AS hancur setelah empat bulan diresmikan (Gambar 1.1). Hembusan angin yang lembut membuat jembatan tersebut berosilasi, sampai akhirnya bentangan utamanya patah, terputus dari kabel-kabelnya dan tercebur ke dalam sungai di bawahnya. Dalam hal ini angin dapat menimbulakan gaya resultan berfluktuasi yang beresonansi dengan frekuensi alamiah jembatan, sehingga terjadi kenaikan amplitudo ayunan yang mampu menghancurkan jembatan tersebut. Hancurnya jembatan tersebut membuktikan pada kita betapa fenomena resonansi dapat memberikan efek yang begitu besar pada kehidupan manusia.
3 Gambar 1.1 Tacoma Narrows bridge di Puged Sound, Washington, AS. Hembusan angin menimbulkan gaya resultan berfluktuasi yang beresonansi dengan frekuensi alamiah jembatan, sehingga terjadi kenaikan amplitudo ayunan yang menghancurkan jembatan tersebut pada tanggal 7 November 1940 (Halliday dan Resnick, 1990). Sumber bunyi yang biasa dijumpai dalam kehidupan sehari-hari beraneka ragam. Musik merupakan salah satu sumber bunyi dari cabang seni yang menjadi kebutuhan hidup masyarakat yang tak lepas dari fungsi yang ada dalam musik itu sendiri, antara lain sebagai media estetika, ekspresi, ritual keagamaan dan hiburan. Musik mampu untuk mengekspresikan perasaan dari bahasa baik lisan maupun tulisan. Pada bidang musik, peristiwa resonansi akustik dimanfaatkan pada gitar, biola dan sistem pada pipa organa untuk menaikan amplitudo yang dihasilkan. Musik merupakan bagian dari kebutuhan manusia. Musik disusun oleh nada, kombinasi dan hubungan temporal untuk menghasilkan komposisi suara yang memiliki kesatuan serta kesinambungan. Musik atau karya seni ini tidak luput dari dukungan sejarah, budaya, lokasi dan selera baik individu ataupun kelompok. Di Indonesia terdapat sejumlah aliran musik baik asli dari dalam negeri maupun import dari luar negeri. Hingga saat ini sudah sangat berkembang seperti pop, jazz, blues, rock, reagea dan R&B serta musik-musik daerah, yang sangat berpengaruh terhadapa budaya Indonesia. Musik daerah memiliki alat musik yang khas, contoh: sasando alat musik tradisional NTB, gamelan jawa alat musik tradisional jawa dan beraneka ragam lainya yang ada di Indonesia. Salah satu alat
4 musik tradisional Indonesia yang sudah di akui UNESCO yaitu angklung. Telah ditunjukan bahwa peristiwa resonansi memiliki aplikasi dan peranan yang luas, terutama pada keilmuan fisika dan teknik. Efek yang dihasilkan merambah pada bidang ilmu yang lain. Berdasar argumen tersebut, maka peristiwa resonansi dipandang menjadi hal yang menarik untuk dieksplorasi dan dikembangkan. Beragam penelitian telah dilakukan dalam topik resonator dan resonansi akustik. Denardo dan bernard (1996) telah merancang resonator akustik tak seragam (tempang lintangnya) yang dapat diubah ketakseragamannya dan mengukur perubahan-perubahan frekuensi resonansi yang terjadi akibat perubahan tersebut. Sebelumnya Denardo dan Alkov (1994) telah menjabarkan teori yang mendasarinya. Pengamatan fenomena gelombang dan pengukuran spektrum resonansi akustik pada kamar (chamber) resonator telah dilakukan oleh Smith, Moore, dan Nicholson Jr. (1974). Studi eksperimental tentang resonansi Helmholtz pada violin (biola) telah dilakukan oleh Vandegrift (1993). Di LAB Fisika Atom Inti FMIPA UGM, pengukuran faktor kualitas (Q) resonator akustik silindris telah dilakukan oleh Setiawan dkk (2003) dengan menggunakan alat yang berbantuan komputer. Sedangkan Moloney (2003) telah melakukan pengukuran faktor kualitas (Q) pada resonator Helmholz. Dalam skripsi ini, penulis mengamati fenomena resonansi yang terjadi pada pipa paralon dengan beberapa sampel panjang dan diameter pipa. Caranya, meletakkan loudspeaker pada penjepit statif dengan jarak tetap diatas permukaan pipa dan terhubung dengan AFG. Sementara itu, microphone pada sound level meter diletakkan di atas permukaan pipa, untuk mendeteksi intensitas bunyi. Variabel yang dimanipulasi yaitu diameter pipa yang berbeda, kedalaman pasir yang bebeda pada pipa, serta frekuensipada AFG berubah-ubah. Selain itu penelitian ini bisa diterapkan untuk membantu pabrik semen dalam melihat berapa kedalaman semen pada saat memproduksi semen dengan mendekatkan hubungan antara ilmu dasar (fisika) dengan ilmu terapan (fisika).
5 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang permasalahan yang telah diuraikan di atas, maka dapat diperoleh 2 rumusan masalah, kedua rumusan masalah tersebut diuraikan dibawah ini. 1. Dapatkah dibuat model penentuan kedalaman semen dengan metode resonansi bunyi? 2. Dapatkah semen tersebut diganti dengan bahan pasir? 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk meramalkan kedalaman pasir pada pipa paralon dengan gejala resonansi bunyi terhadap perubahan diameter pipa berbeda, kedalaman pasir yang bebeda pada pipa, serta frekuensi AFG yang berubah-ubah. 1.4 Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang diperoleh untuk Tri Darma Perguruan Tinggi (PT) adalah Penelitian, Pendidikan dan Pengajaran (Dikjar), pengabdian kepada masyarakat. ketiga manfaat tersebut diuraikan dibawah ini. 1. Dikjar, bisa diterapkan untuk pengetahuan dan ketrampilan. 2. Penelitian, bisa menambah pengalaman penelitian tentang resonansi bunyi. 3. Pengabdian kepada masyarakat, didapat informasi skala lab tetapi dapat digunakan oleh pabrik semen. 1.5 Batasan Masalah Batasan masalah pada penelitian tugas akhir ini antara lain: Penelitian dilakukan dengan menggunakan pipa paralon variasi 5 diameter dan maksimal panjang pipa 54 cm, dan Sampel bahan yang diteliti yaitu pasir. 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan laporan tugas akhir ini berdasarkan metode yang digunakan penulis untuk menyusun tugas akhir, yaitu: 1. Studi Literatur Studi Literatur dilakukan dengan mempelajari kembali pengetahuan yang diperoleh selama kuliah, pengetahuan pustaka, dan mengkaji buku, jurnal karya
6 ilmiah dan artikel-artikel baik dari sumber asli maupun situs-situs internet yang valid yang dapat menjadi acuan dalam penelitian yang akan dilakukan. 2. Konsultasi dan peminjaman alat Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing tugas akhir dan peminjaman alat di Laboratarium Fisika Dasar MIPA UGM untuk jalannya penelitian. 3. Penelitian dan Analisa Melakukan penelitian terhadap pipa organa dengan bahan pasir menggunakan AFG (Audio Function Generator) dan menganalisa hasil data serta garfik pada excel 2013 dan kaladia graph. 4. Penulisan Laporan Pada tahap ini dilakukan penulisan laporan tugas akhir secara lengkap mengenai penelitian yang telah dilakukan sesuai panduan penulian tugas akhir. Secara garis besar, penulisan skripsi dibagi menjadi tiga bagian yaitu bagian awal, bagian isi, dan bagian akhir. Berikut adalah bagian-bagian yang dimaksud : Bagian awal terdiri dari halaman sampul luar, halaman judul, halaman pengesahan, halaman pernyataan, halaman persembahan, prakata, daftar isi, daftar tabel, daftar gambar, daftar lampiran, intisari (bahasa Indonesia), dan abstract (bahasa Inggris). Bagian isi pada skripsi ini melibatkan 6 bab. Topik paparan pada keenam bab tersebut diuraikan dibawah ini. a. Bab I Pendahuluan, meliputi latar belakang, perumusan masalah,tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan. b. Bab II Tinjauan Pustaka, berisikan tentang ringkasan penelitian-penelitian yang telah dilakukan sebelumnya dan berhubungan dengan topik dari penelitian ii. c. Bab III Dasar Teori, berisikan materi-materi yang merupakan dasar ataupun pendukung dari topik penelitian ini. Adapun materi yang bersangkutan seperti, gelombang bunyi, cepat rambat, gelombang longitudinal, resonansi, pipa organa tertutup dan terbuka.
7 d. Bab IV Metodologi Penelitian, berisikan tentang waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, dan langkah kerja yang dilakukan dalam penelitian. e. Bab V Hasil dan Pembahasan, berisikan hasil dari penelitian dan pembahasan dari hasil yang ada. f. Bab VI kesimpulan dan Saran, berisikan kesimpulan dari hasil penelitian yang telah dilakukan, serta saran yang berkaitan dengan hasil penelitian. Bagian akhir dari skripsi ini memuat daftar pustaka yang merupakan acuan dalam penyelesaian skripsi.