Pertemuan 6 1
Gelombang Suara Termasuk gelombang tipe longitudinal Dapat merambat melalui sebarang medium dengan kecepatan yang bergantung pada sifat-sifat medium Medium bergetar untuk menghasilkan perubahan dalam kerapatan dan tekanan sepanjang gerakan gelombang menghasilkan serangkaian wilayah dengan tekanan-tinggi dan rendah. Jika sumber gelombang bergetar secara sinusoidal maka variasi tekanan pada medium juga sinusoidal.
Berdasar jangkauan frekuensinya, gelombang suara dikategorikan menjadi: Gelombang audio frekuensi berada pada jangkauan pendengaran manusia Gelombang infrasonik jangkauan frekuensi berada di bawah jangkauan frekuensi gelombang audio. Misal: suara infrasonik binatang gajah. Gelombang ultrasonik jangkauan frekuensi berada di atas jangkauan frekuensi gelombang audio. Misal: suara ultrasonik untuk memanggil anjing. Gelombang ultrasonik juga digunakan dalam bidang medis. 3
Kecepatan Gel. Suara Kecepatan gelombang suara bergantung pada compressibility dan inertia medium tempatnya merambat. v B B : modulus bulk medium : densitas medium 4
Kecepatan suara juga bergantung pada suhu medium tempatnya merambat. Untuk suara yg merambat dalam udara, hubungan antara kecepatan suara dan suhu medium dinyatakan oleh persamaan: v (331 m / s) 1 T c 73C Kecepatan suara dalam udara pada suhu OC adalah 331 m/detik Tc = suhu medium dalam Celcius Menggunakan formula ini, dapat ditemukan bahwa pada suhu 0C, kecepatan suara dalam udara menjadi kira-kira 343 m/detik. 5
Contoh Temukan kecepatan suara di dalam air dengan modulus bulk,1 x 10 9 N/m dan densitas medium 1 x 10 3 kg/m 3. Lumba-lumba menggunakan gelombang suara untuk mengetahui lokasi makanan. Ikan ini dapat mendeteksi makanan berukuran 7,5 cm dari jarak sejauh 110 m. Berapa waktu yang dibutuhkan oleh lumbalumba dihitung dari saat ia mengeluarkan suaranya hingga dapat mendengar pantulannya? Pantulan dihasilkan saat suara lumbalumba mengenai target makanan pd jarak jauh. 6
Penyelesaian Kecepatan suara dalam air diperoleh: v B Total jarak yang ditempuh oleh gelombang suara lumba-lumba x = x (jarak lumba-lumba dan target ) = x 110 meter Kecepatan suara dalam air diketahui dari jawaban soal sebelumnya. Waktu yg dibutuhkan: t x v 7
Kecepatan suara dalam berbagai medium 8
Gelombang Suara Periodik Piston digerakkan oleh sumber sinusoidal 9
Jika s(x,t) adalah pergeseran satu elemen kecil volume dari posisi seimbangnya, maka fungsi pergeseran harmoniknya dapat dinyatakan dengan: s( x, t) smax cos( kx t) dimana s max adalah amplitude maksimum pergeseran gelombang, k adalah bilangan gelombang, dan adalah frekuensi sudut. Variasi tekanan gas P dihitung dari nilai seimbangnya juga bersifat periodik dan diberikan oleh: P P max sin( kx t) dengan P max adalah perubahan tekanan maksimum dari nilai seimbangnya yang diberikan oleh formula: P v max s max 10
Intensitas Gel. Suara Periodik Energi kinetik satu panjang gelombang dinyatakan sebagai: 1 K A ( s ) max 4 Energi potensial satu panjang gelombang mempunyai besaran yang sama juga, sehingga energi total satu panjang gelombang dinyatakan sebagai berikut: E K U 1 A ( s ) max 11
Pesat transfer energi dinyatakan sebagai jumlah energi yang dipindahkan selama satu periode osilasi, atau dengan v adalah kecepatan suara dalam udara, A adalah penampang lintang area udara dimana A. x adalah volumenya. Intensitas gelombang (I) didefinisikan sebagai daya per unit area yang tegak lurus dengan arah gerak gelombang, yaitu: atau 1 max max max max ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 s Av v s A T s A T s A t E P max ) ( 1 s v A P I v P I max
Tingkat Suara Dalam Desibel Tingkat suara dalam desibel didefinisikan sebagai: 10 log I I 0 I0 = intensitas referensi = ambang pendengaran = 1 x 10-1 W/m I = intensitas suara 13
Contoh Dua buah mesin yang identik ditempatkan pada jarak yang sama dari seorang pekerja. Intensitas suara yang dihasilkan oleh masing-masing mesin adalah x 10-7 W/m. Temukan tingkat suara: Jika satu mesin saja yang dihidupkan Jika kedua mesin dihidupkan. Penyelesaian: I0 = 1 x 10-1 W/m dan I = x 10-7 W/m maka 14
Tingkat suara saat satu mesin dihidupkan adalah: 10 log I I 0 Saat kedua mesin dihidupkan secara bersamaan, maka intensitas suara menjadi dua kali lipat atau I = x x 10-7 W/m maka tingkat suara menjadi:.. 15
Homework Suara paling lemah yang dapat didengar manusia mempunyai frekuensi 1 khz dan intensitas 1x10-1 W/m (disebut ambang pendengaran atau threshold of hearing). Suara paling keras pada frekuensi yang sama mempunyai intensitas 1 W/m (disebut threshold of pain). Tentukan amplitude tekanan (P max ) dan amplitude pergeseran (s max ) untuk kedua jenis threshold tersebut. Diketahui bahwa v = 343 m/detik dan densitas udara 1, kg/m 3. 16
Referensi Fundamentals of Physics, Halliday Resnik, Chapter 17: Sound Wave, page 519 College Physics, Serway: Chapter 14 17