Selasa, 14 Februari 2012

GELOMBANG BUNYI

CEPAT RAMBAT BUNYI

Ketika terjadi petir, pernahkah kamu mengamati bahwa ada selang waktu antara kilatan petir dengan bunyi guntur yang kita dengar? Mengapa demikian? Hal ini dikarenakan bunyi memerlukan waktu untuk merambat sampai ke telinga kita. Sementara cepat rambat cahaya jauh lebih besar daripada cepat rambat bunyi di udara. Dengan demikian, waktu yang diperlukan oleh cahaya dan bunyi guntur ke telinga kita akan memiliki perbedaan yang cukup besar.
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:



Keterangan:
V          : laju gelombang bunyi (m/s)
B          : modulus Bulk (Pa)
ρ          : 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.



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:



Keterangan:
v          : laju gelombang bunyi (m/s)
γ          : 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)

PEMANTULAN BUNYI

Saat gelombang bunyi bergerak menembus udara, gelombang bunyi itu mendorong molekul udara di depannya. Partikel-partikel udara ini kemudian menabrak lebih banyak partikel lainnya dan juga mendorongnya dalam serangkaian gelombang. Ketika gelombang ini mencapai telingamu, kamu mendengarnya sebagai bunyi. Rambatan gelombang bunyi dari sumber bunyi tidak selalu langsung sampai ke telinga.
Gelombang bunyi dapat saja terpantulkan untuk sampai ke pendengar. 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:




Keterangan:
D          : jarak sumber bunyi dengan tempat pemantul bunyi (m)
V          : laju bunyi (m/s)
 Δt: 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.

Sonar singkatan dari sound navigation and ranging adalah system deteksi dengan menggunakan pantulan gelombang bunyi untuk navigasi bawah air. Sistem ini banyak digunakan pada kapal dan kapal selam untuk mendeteksi kedalaman laut maupun mendeteksi sasaran atau objek di bawah permukaan air laut.

INTERFERENSI BUNYI

Untuk memahami interferensi, cobalah kamu lempar dua buah kerikil yang ukurannya hampir sama pada sebuah kolam air yang tenang! Jika kedua kerikil jatuh pada tempat berdekatan, riak gelombang yang dihasilkan akan saling bertemu. Pertemuan kedua riak gelombang tersebut menggambarkan adanya pola interferensi gelombang.
Hal yang sama juga terjadi jika dua gelombang bunyi yang berdekatan bertemu. 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).

RESONANSI BUNYI

Pernahkah kamu memainkan gitar akustik? Gitar akustik merupakan alat musik yang terdiri atas senar yang terentang dengan ketegangan tertentu, dan sebuah kolom resonansi. Senar gitar yang dipetik dapat menghasilkan gelombang berdiri yang memiliki frekuensi alami atau frekuensi resonansi senar.
Pada saat senar gitar dipetik, udara yang ada dalam ruangan pada bagian gitar tersebut turut bergetar dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi getaran dawai.
Peristiwa ini disebut dengan resonansi. Resonansi menghasilkan pola gelombang stasioner yang terdiri atas perut dan simpul gelombang dengan panjang gelombang tertentu. Pada saat gelombang berdiri terjadi pada senar maka senar akan bergetar pada tempatnya. Pada saat frekuensinya sama dengan frekuensi resonansi, hanya diperlukan sedikit usaha untuk menghasilkan amplitudo besar. Hal inilah yang terjadi saat senar dipetik.
Contoh lain peristiwa resonansi adalah pada pipa organa. Ada dua jenis pipa organa, yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup.

  1. Pipa Organa Terbuka
Pada pipa organa terbuka bagian ujungnya terbuka. Nada dasar pipa organa terbuka (f0) bersesuaian dengan pola sebuah perut pada bagian ujung dan sebuah simpul pada bagian tengahnya. Perhatikan gambar 2.5.a – 2.5.c berikut ini!
Gelombang nada dasar pipa organa terbuka



Gelombang nada atas pertama pipa organa terbuka
 
Gelombang nada atas kedua pipa organa tertutup
Frekuensi nada dasar dapat dihitung sebagai berikut.


Sehingga


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


Nada atas kedua (f2) adalah:


Dari keadaan di atas dapat kita ketahui bahwa:



2. Pipa Organa Tertutup
Pada pipa organa tertutup pola resonansinya dapat kita lihat pada gambar
 
Gelombang nada atas pertama pipa organa tertutup
Gelombang nada atas kedua pipa organa tertutup

Frekuensi nada dasar dapat dihitung sebagai berikut

Sehingga


Dengan cara yang sama nada atas pertama (f2) dapat ditentukan sebagai berikut.



Nada atas kedua (f2) adalah:


Dari keadaan di atas dapat kita ketahui bahwa:


EFEK DOPLER

Gambaran Umum Efek Doppler

Jika kita berdiri di pinggir jalan kemudian melintas sebuah ambulans dengan sirine yang berbunyi, kita akan mendengar frekuensi sirine yang relatif lebih tinggi dari frekuensi sirine yang sebenarnya. Sebaliknya frekuensi sirine akan terdengar lebih rendah ketika ambulans bergerak menjauhi kita. Peristiwa naik-turunnya frekuensi bunyi semacam itu disebut efek Doppler.
Perubahan frekuensi gelombang bunyi bergantung kepada sumber bunyi atau pengamat yang bergerak relative terhadap medium.
Panjang gelombang di depan sumber dapat dihitung dengan rumus:




Sedangkan panjang gelombang di belakang sumber adalah:





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:


Apabila sumber bergerak menjauhi pengamat maka frekuensinya adalah:

 
Jika sumber dalam keadaan diam dan pengamat bergerak relatifterhadap medium maka tidak ada perubahan panjang gelombang yang melewati penerima. Frekuensi yang melewati pengamat akan bertambah jika pengamat bergerak mendekati sumber dan berkurang jika pengamat bergerak menjauhi sumber.
Banyaknya gelombang yang diterima oleh pangamat diam dalam waktu adalah banyaknya gelombang dalam jarak 


sebanyak ,  

 Bila pengamat bergerak dengan laju relatif vp terhadap medium maka pengamat akan melalui sejumlah gelombang tambahan 

Jumlah total gelombang yang melewati pengamat dalam waktu Δt  adalah:



Frekuensi yang diterima pengamat yang bergerak mendekati sumber adalah:

Jika pengamat bergerak menjauhi sumber, frekuensi yang teramati adalah:



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



 

INTENSITAS BUNYI

Gambaran Umum Intensitas Bunyi
Sejauh ini kita telah meninjau gelombang satu dimensi, yaitu gelombang yang menjalar dalam garis lurus. Gelombang bunyi merupakan gelombang yang merambat secara konsentris dalam ruang tiga dimensi. Kita dapat menganggap sumber bunyi sebagai sebuah titik. Gelombang bunyi dipancarkan ke segala arah dan muka gelombangnya merupakan permukaan bola yang konsentris.

Jarak antara benda dengan radar dapat ditentukan dengan persamaan berikut.



Keterangan:
d          : jarak objek ke kapal (m)
c          : cepat rambat gelombang (m/s)
Δt         : selang waktu antara gelombang pancar dengan gelombang pantul (s)


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.

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.



Keterangan:
I           : intensitas bunyi
L0           : intensitas ambang pendengaran (10–12 w/m2)
               B       : 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.