Gelombang Bunyi

Bunyi sebagai gelombang

1. Pengertian gelombang bunyi

Gelombang bunyi dihasilkan oleh benda bergetar sehingga menyebabkan gangguan kerapatan pada medium.  Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal yang terjadi karena adanya rapatan dan renggangan medium baik gas, cair, maupun padat. Bunyi dihasilkan oleh getaran, tidak semua getaran menghasilkan bunyi yang dapat kita dengar . Bunyi yang dapat kita dengar berkisar pada frekuensi 20 Hz sampai dengan 20 KHz. Daerah frekuensi ini disebut daerah audio. Frekuensi bunyi di bawah 20 Hz disebut daerah infrasonik, sedangkan frekuensi bunyi di atas 20 KHz disebut daerah ultrasonik.

1. Cepat Rambat Bunyi

waktu yang diperlukan oleh bunyi untuk menempuh jarak tertentu dinamakan cepat rambat bunyi. Bunyi dapat merambat melalui berbagai medium, baik padat, gas, maupun cair. Seperti bunyi guntur yang dapat merambat melalui medium gas. Laju gelombang bunyi pada suatu medium bergantung dari sifat medium tersebut. Laju gelombang bunyi dalam fluida dirumuskan sebagai berikut..

bu001

Keterangan:
v : laju gelombang bunyi (m/s)
B : modulus Bulk (Pa)
U : massa jenis fluida (kg/m3 )

Selain gelombang bunyi dapat merambat melalui fluida, gelombang bunyi juga dapat merambat melalui zat padat. Pada medium zat padat, misalnya besi, laju bunyi dirumuskan sebagai berikut.

bu002

Keterangan:
v : laju gelombang bunyi (m/s)
Y : modulus Young (N/m2)

ρ  : massa jenis zat padat (kg/m3)

Adapun pada medium gas misalnya udara, laju bunyi dirumuskan:

bu003

Keterangan:

v : laju gelombang bunyi (m/s)

ϒ : konstanta laplace

R : tetapan gas ideal (8,314 J/mol.K)

T : suhu mutlak gas (K)

M : massa molar gas (untuk udara bernilai 29 . 10 -3 kg/mol)

2. Pemantulan Bunyi

Jika sebuah gelombang bunyi mengalami pemantulan, maka waktu yang diperlukan untuk sampai pada pendengar semakin lama, karena jarak tempuh yang semakin besar. Jarak antara sumber bunyi dengan tempat pantulan dinyatakan dalam persamaan:

bu004

Keterangan:

d : jarak sumber bunyi dengan tempat pemantul bunyi (m)

v : laju bunyi (m/s)

∆t : selang waktu antara gelombang bunyi dipancarkan hingga diterima kembali (sekon)

Sifat pemantulan gelombang bunyi kemudian dimanfaatkan orang untuk mengukur jarak suatu benda dengan sumber bunyi. Sonar merupakan alat yang sering digunakan pada kapal untuk mendeteksi jarak suatu objek dengan kapal, termasuk juga kedalaman laut.

Contoh Soal

Sebuah gelombang sonar dipancarkan oleh sebuah kapal penyapu ranjau. Jika dalam 2 sekon, gelombang sonar pantul diterima oleh  hydrophone, akibat terpantul oleh sebuah objek yang diduga berupa ranjau laut. Tentukan jarak objek (ranjau) dengan kapal jika cepat rambat gelombang sonar 360 m/s!.

3. Interferensi Bunyi

Interferensi bunyi terjadi jika dua buah sumber bunyi yang koheren sampai ke telinga kita. Pada suatu titik bunyi akan terdengar lebih kuat jika pada titik tersebut terjadi interferensi konstruktif (saling memperkuat), sebaliknya akan terdengar lemah jika terjadi interferensi destruktif (saling memperlemah).

Praktikum

Interferensi Bunyi
A. Tujuan
Mengamati gejala interferensi bunyi.
B. Alat dan Bahan
1. Audio generator                                              1 buah
2. Loudspeaker 8 ohm                                            2 buah
3. Kabel penghubung merah sepanjang 1 meter    2 buah
4. Kabel penghubung hitam sepanjang 1 meter      2 buah
5. Mistar 1 meter                                                     1 buah
C. Langkah Kerja
1. Susunlah alat dan bahan seperti gambar berikut!

bu005

a. Pastikan audio generator pada posisi off!
b. Pilih skala frekuensi pada 100 Hz dengan gelombang keluaran sinus!
c. Hubungkan audio generator dengan sumber tegangan PLN!

2. Hidupkanlah audio generator (posisi on)!
3. Berjalanlah secara perlahan sepanjang garis di antara kedua loudspeaker!
4. Dengarkanlah secara saksama bunyi yang dihasilkan oleh kedua loudspeaker!
5. Tentukanlah titik-titik di mana kamu mendengar bunyi menjadi lebih keras dan bunyi menjadi lebih lemah!
6. Buatlah kesimpulan dari hasil pengamatanmu!
7. Presentasikan hasil kerjamu di depan kelas!
Peringatan:
a. Lakukan percobaan dengan hati-hati dan cermat, terutama terhadap alat percobaan yang menggunakan listrik!
b. Jagalah kebersihan lingkunganmu! Setelah selesai melaksanakan percobaan, kembalikan alat-alat percobaan pada tempat semula!

3. Resonansi Bunyi

resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya medium akibat benda bergetar dengan frekwensi yang sama dengan benda bergetar.

Contoh  peristiwa resonansi adalah pada pipa organa. Ada dua jenis pipa organa, yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup.

a. Pipa Organa Terbuka

Pada pipa organa terbuka  bagian ujungnya terbuka. Nada dasar pipa organa terbuka ( fo )
bersesuaian dengan pola sebuah perut pada bagian ujung dan sebuah simpul pada bagian
tengahnya. Perhatikan gambar  di bawah :

bu006
Frekuensi nada dasar dapat dihitung sebagai berikut.

bu007

Dengan cara yang sama nada atas pertama (f1 ) dapat ditentukan sebagai berikut.

bu008

Nada atas kedua  ( f2 )  adalah:

bu009

Dari keadaan di atas dapat kita ketahui bahwa:

bu010

b. Pipa Organa Tertutup

Pada pipa organa tertutup pola resonansinya dapat kita lihat pada gambar di bawah

bu011

Frekuensi nada dasar dapat dihitung sebagai berikut.

bu012

Dengan cara yang sama, nada atas pertama (f1 ) dapat ditentukan sebagai berikut:

bu013

Nada atas kedua  ( f2 ) ) ditentukan:

bu014

Jadi, perbandingan frekuensinya adalah:

bu015

Praktikum

Panjang Gelombang Bunyi dalam Pipa Berongga

A. Tujuan
Mengukur panjang gelombang bunyi yang dihasilkan di dalam pipa berongga.
B. Alat dan Bahan
1. Pipa berongga dari plastik                        secukupnya
2. Ember berisi 3 / 4  air                               1 buah
3. Garpu tala                                                 secukupnya
4. Penggaris dan pulpen                               1 buah
C. Langkah Kerja
1. Masukkan pipa ke dalam air sehingga tegak dan hampir tenggelam seluruhnya!
2. Pukullah salah satu garpu tala pada bagian atas meja, kemudian dekatkan pada ujung pipa dan menyembul dari air!
3. Tariklah pipa keluar dari air dan dengarkan secara saksama! Teruslah mendengarkan hingga bunyi garpu tala berbunyi paling keras!
4. Saat kamu telah menemukan titik  bunyi paling keras, tandailah dengan pulpen!
5. Keluarkan pipa dari air! Ukurlah jarak dari tanda yang sudah kamu buat ke puncak pipa yang tidak tenggelam.
6. Ulangi kegiatan di atas, kemudian ukurlah jarak dari pipa yang terbuka ke setiap tanda yang kamu buat saat terdengar bunyi yang keras!
7. Lakukan pula kegiatan di atas dengan garpu tala yang mempunyai frekuensi berbeda-beda! Catatlah hasil tersebut pada tabel berikut!

bu016

8. Analisislah hasil yang kamu peroleh dan diskusikan dengan kelompokmu!
9. Sampaikan hasil diskusi kelompokmu dalam diskusi kelas!
10. Kumpulkan laporan kegiatanmu dan hasil diskusimu pada guru untuk dinilai!
Peringatan:
a. Setelah selesai, kembalikan alat percobaan ke tempat semula!
b. Jagalah kebersihan alat dan lingkungan percobaan!

B. Efek Doppler

 Peristiwa naik-turunnya frekuensi bunyi semacam ini disebut efek Doppler.

Laju gelombang v hanya bergantung pada sifat-sifat medium dan tidak bergantung pada laju sumber. Pada sumber yang bergerak mendekati pengamat, frekuensi  f’ yang melewati suatu titik yang diam terhadap medium adalah:

bu017

Apabila sumber bergerak menjauhi pengamat maka frekuensinya adalah:

bu018

Frekuensi yang diterima pengamat yang bergerak mendekati sumber adalah:

bu019

Jika pengamat bergerak menjauhi sumber, frekuensi yang teramati adalah:

bu020

Jika baik pengamat maupun sumber bergerak terhadap medium maka hasil yang dituliskan pada persamaan  dapat dituliskan sebagai berikut.

bu021

Contoh Soal

Sebuah mobil membunyikan sirine pada frekuensi 400 Hz. Jika laju mobil 20 m/s, dan laju bunyi di udara 340 m/s, tentukan frekuensi sirine yang didengar  oleh pengamat!

bu022

bu023

C. Intensitas Bunyi

 Intensitas bunyi adalah daya rata-rata per satuan luas yang datang tegak lurus arah rambatan.

Jarak antara benda dengan radar dapat ditentukan dengan persamaan berikut

bu024

Keterangan:

d : jarak objek ke kapal (m)

c : cepat rambat gelombang (m/s)

∆t : selang waktu antara gelombang pancar dengan gelombang pantul (s)

Jika sumber bunyi memancarkan gelombang ke segala arah secara homogen, energi pada jarak r dari sumber akan terdistribusi secara seragam pada kulit bola berjari-jari  r. Adapun luas permukaan bola adalah 4 π r2 . Intensitas bunyi yang dihasilkan sumber titik dapat ditentukan dengan rumus:

bu025

Keterangan:

I : intensitas bunyi (watt/m2)

Prata-rata = : daya rata-rata yang dihasilkan rumber bunyi (watt)

r : jarak antara sumber bunyi ke titik yang ditinjau (m)

Intensitas bunyi terlemah yang masih dapat kita dengar disebut ambang pendengaran. Besarnya ambang pendengaran kita adalah 10-12 watt/m2 . Sedangkan intensitas tertinggi yang dapat kita dengar tanpa rasa sakit disebut ambang perasaan dan besarnya 102 watt/m2 .

Contoh Soal

Tentukan perbandingan intensitas bunyi yang diterima dua pengamat A dan B jika masing-masing berjarak 2 meter dan 4 meter dari sumber bunyi!
Penyelesaian:
Intensitas bunyi di suatu titik berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dari sumber bunyi. Dengan demikian maka:

bu026

Taraf Intensitas Bunyi

Taraf intensitas bunyi adalah perbandingan logaritmik antara intensitas bunyi dengan intensitas ambang pendengaran.

Taraf intensitas bunyi dinyatakan dalam desibel (dB), didefinisikan sebagai berikut.

bu027

Keterangan:

I : intensitas bunyi

Io : intensitas ambang pendengaran (10-12 ) w/m2

β : taraf intensitas (dB)

Tingkat intensitas bunyi ambang pendengaran adalah 0 dB. Sedangkan ambang rasa sakit karena bunyi adalah 120 dB. Hal ini bersesuaian dengan intensitas bunyi antara 10-12 watt/m2 sampai 1 watt/m2 .

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s