Fisika Sma Xii Pembahsan Soal Bunyi (marthen Kanginan)

1. suara guntur terdengar 12 sekon

3. seorang siswa X berdiri diantara dua

setelah kilat terlihat. Jika jarak asal kilat

dinding P dan Q seperti ditunjukan pada

dari pengamat adalah 3960 m, berapakah

gambar dibawah ini. Ketika ia bertepuk

cepat rambat bunyi?

tangan sekali, ada suatu beda waktu 2,1

Jawab:

sekon di antara bunyi pantul dari dua v=

s 3960 = = 330 m/s t 12

dinding. Berapakah cepat rambat bunyi diudara?

2. seorang anak melepaskan sebuah 100 m

kelereng dari tepi atas sebuah sumur. Setelah 3 1

8

450 m

X

sekon, ia mendengar bunyi P

kelereng menyentuh air. Jika g = 10 m/s 2

Q

dan laju rambat bunyi 360 m/s, tentukanlah kedalaman permukaan air sumur diukur dari tepi atas sumur. Jawab: Missal batu mencapai permukaan air sumur dalam selang waktu t, 1 2 1 gt = vrambat bunyi (3 − t ) 2 8 1 ⎛ 25 ⎞ × (10)t 2 = 360 × ⎜ − t ⎟ 2 ⎝ 8 ⎠ 5t 2 + 360t − 1125 = 0

Jawab: Misal bunyi memantul kedinding P dan terdengar bunyinya dalam selang waktu t, 2s p

sQ

=

t t + 2,1 100 450 = t t + 2,1 100t + 210 = 450t t = 0, 6 s 2 sP 200 = 0, 6 t = 333,33 m/s

selesaikan persamaan tersebut kita dapatkan,

vrambat =

t = 3s maka bunyi merambat dalam selang

vrambat

1 1 waktu 3 − 3 = s 8 8

4. sebuah jalan mebentang ditengah-

1 h = 360 × = 45 m 8

tengah antara dua barissan gedung yang sejajar. Seorang pengendara motor dengan kelajuan 36 km/jam membunyikan klakson. Ia mendengar

gemanya 1 detik kemudian. Cepat

menghubungkan kedua pengeras

rambat bunyi adalah 330 m/s.

suara.

a. tentukan jarak antara kedua

b. seseorang berjalan sepanjang

barisan gedung itu.

garis mulai dari salah satu

b. kapankah ia akan mendengar

pengeras suara menuju pengeras

gema untuk kedua kalinya?

suara lainnya dengan kecepatan

Jawab:

konstan 2,00 m/s. diukur dari t =

Pengendara motor berada ditengah-

0 pada kedudukan aalnya,

tengah gedung, misal jarak gedung

kapankah orang itu akan

adalah d,

mendengar: (i) bunyi paling

a.

lemah? Dan (ii) bunyi paling

1 2× d 2 vrambat = t 1 2× d 2 330 = 1 d = 330m

kuat? (cepat rambat bunyi 330 m/s). Jawab: Saya tinggalkan soal ini sebagai bahan diskusi teman-teman…… ^_^

b. 1 4× d 2 vrambat = t 1 4 × × 330 2 = 2s t= 330

6. pada gambar berikut ini ditunjukan dua buah sumber bunyi yang identik dan sefase karena mengeluarkan puncak gelombang pada saat yang bersamaan. Panjang gelombang adalah 100 cm. jika diketahui 150 cm, tentukan jarak r1

5. dua buah pengeras suara saling

r2

berhadapanpada jarak pisah 100 m dan

yang mungkin pada keadaan dimana:

dihubungkan ke pembangkit sinyal yang sama, yang memberikan sinyal dengan frekuensi 110 Hz. a. jelaskan variasi kuat bunyi yang terdengar sepanjang garis yang

a. di P terdengar bunyi yang paling kuat b. di P terdengar bunyi yang paling lemah.

P

jika interferensi destruktif pada suatu saat tertentu, berapa jauh pipa U harus

r1

digeser agar terdengar:

S1

r2 S2

a. interferensi konstruktif, dan b. interferensi destruktif sekali lagi. r2

Jawab: a. bunyi terdengar paling kuat ketika

∆s = nλ r1 − r2 = nλ

pendengar Pengeras suara

r1

misalkan n = 0,

r1 = +50

Jawab:

r1 = 50 cm

Saya tinggalkan soal ini untuk bahan

b. bunyi terdengar paling lemah ketika

1⎞ ⎛ ∆s = ⎜ n + ⎟ λ 2⎠ ⎝ 1⎞ ⎛ r1 − r2 = ⎜ n + ⎟ λ 2⎠ ⎝ Misal n = 0, 1⎞ ⎛ ∆s = ⎜ n + ⎟ λ 2⎠ ⎝ 1⎞ ⎛ r1 − r2 = ⎜ n + ⎟ λ 2⎠ ⎝ ⎛1 ⎞ r1 = 50 + ⎜ × 100 ⎟ ⎝2 ⎠ r1 = 100 cm

diskusi teman-teman Semangat....!!!!

8. sebuah ambulans bergerak dengan kelajuan 10 m/s sambil membunyikan sirine dengan frekuensi 400 Hz. Cepat rambat bunyi diudara adalah 340 m/s. seorang pengendara motor mula-mula mendekat dan kemudian menjauh dengan kelajuan 5 m/s. berapa frekuensi sirine yang didengar oleh pengendara ketika ia mendekati ambulans dan menjauhi ambulans?

7. interferometer bunyi seperti ditunjukan pada gambar diatas dijalankan oleh sebuah pengeras suara yang memancarkan frekuensi 400 Hz. Cepat rambat bunyi diudara 340 m/s.

Jawab:

dan pendengar bergerak saling menjauhi

Ketika mendekati ambulans:

dengan kecepatan masing-masing 68

fP =

v + vp v − vs

fs

340 + 5 × 400 340 − 10 f P = 418,18 Hz fP =

Ketikamenjauhi ambulans: fP =

v − vp v + vs

fs

340 − 5 × 400 340 + 10 f P = 382,85 Hz fP =

m/s. tentukan perbandingan frekuensi yang didengar oleh pendengar pada kasus 1 dan kasus 2. (cepat rambat bunyi diudara = 340 m/s) Jawab: Kasus I: fP v + vp = f s v − vs f P 340 + 68 = f s 340 − 68 f P 408 = f s 272

9. kereta A dengan kelajuan 20 m/s dan kereta B dengan kelajuan 46 m/s bergerak saling mendekati. Cepat rambat bunyi diudara adalah 350 m/s. jika masnis kereta A mebunyikan peluit denga frekuensi 200 Hz, berapa frekuensi peluit yang didengar oleh masinis keeta B?

Kasus II: fP v − vp = f s v + vs f P 340 − 68 = f s 340 + 68 f P 272 = f s 408

Jawab: fP =

v + vp v − vs

11 sebuah sumber bunyi dengan fs

350 + 46 × 200 350 − 20 f P = 240Hz fP =

frekuensi sebesar 1024 Hz bergerak mendekati seorang pengamat dengan kecepatan 34 m/s. cepat rambat bunyi adalah 340 m/s. jika pengamat bergerak menjauhi sumber bunyi dengan

10. pada kasus 1, sumber bunyi dan pendengar bergerak saling mendekati dengan kecepatan masing-masing 68 m/s. pada kasus kedua, sumber bunyi

kecepatan 17 m/s, tentukan frekuensi bunyi yang didengar oleh pengamat.

Jawab:

Jawab: fP =

v − vp v − vs

fs

340 − 17 × 1024 340 − 34 f P = 1080,89 Hz fP =

12. dua buah garpu tala ( A dan B) menghasilkan 4 layangan per detik ketika dibunyikan pada saat yang bersamaan. Jika A memiliki frekuensi 508 Hz, berapa frekuensi B yang mungkin? Jawab: Kemungkinan pertama: fL = f A − fB

Frekuensi yang didengar anak dari garpu tala yang diam adalah: fA =

v − vA fs v − vs

fA =

320 − v A × 384 320 − 0

fL = f A − fB 0 = f A − fB f A = fB 320 − v A × 384 = 380 320 − 0 320 − v A 380 = 320 384 v A = 3,33m/s

4 = 508 − f B

14. Suatu gelombang sinus merambat

f B = 504 Hz

pada tali yang panjangnya 80 cm. untuk

Kemungkinan kedua:

bergerak dari simpangan maksimum ke

fL = fB − f A

nol. Suatu titik memerlukan waktu 0,05

4 = f B − 508

sekon. Hitunglah:

f B = 512 Hz

a. periode gelombang, b. gaya tegangan tali bila panjang

13. sebuah garpu tala yang diam bergetar

gelombang 0,5 m dan massa tali

dengan frekuensi 384 Hz. Garpu tala

640 gram.

lainnya yang bergetar dengan frekuensi

Jawab:

380 Hz dibawa seorang anak yang

a. T = 4t = 4 × 0, 05 = 0, 2s

berlari menjauhi garpu tala yang pertama. Kecepatan rambat bunyi diudara = 320 m/s. jika anak itu tidak mendengar layangan, hitung kecepatan anak itu.

b. panjang gelombang dan

b.

frekuensi nada dasarnya,

λ

c. frekuensi nada atas pertama dan

FL m

v=

kedua.

FL T m 2 λ m 0,52 × 0, 64 = F= 0,8 × 0, 22 LT 2 F = 5N =

Jawab: a. v=

FL 968 × 1 = = 440 m/s m 5 ×10−3

b. 15. seutas senar dengan panjang 3 m terikat pada kedua ujungnya. Frekuensi

panjang gelombang nada dasar ke satu:

resonansi nada atas pertama senar ini

λ1 = 2 L = 2m

adalah 60 getaran/sekon. Bila massa per

frekuensi nada dasar:

satuan panjang senar 0,01 gram /cm,

f1 =

berapakah besar gaya tegangan kawat?

v

λ1

=

440 = 220 Hz 2

c.

Jawab: nada atas pertama f2 = 60 Hz, µ = 0,01

f 2 = 2 f1 = 2 × 220 = 440 Hz

g/cm = 10-3 kg/m

f3 = 3 f1 = 3 × 220 = 660 Hz

1 f 2 = 30 Hz 2 1 F f1 = 2L µ f1 =

F = µ ( f1 2 L )

2

F = 10−3 (30 × 2 × 3) 2 = 32, 4 N

17. seutas dawai baja dengan massa per satuan panjang 4 × 10-3 kg/m ditegangkan dengan gaya 360 N. dawai tersebut diikat pada kedua ujungnya. Salah satu frekuensi resonansinya adalah

16. seutas kawat baja dengan massa 5 g dan panjang 1 meter diberi tegangan 968 N. tentukan: a. cepat rambat gelombang transversal sepanjang kawat,

375 Hz, sedangkan frekuensi resonansi berikutnya adalah 450 Hz. Hitunglah, a. frekuensi nada dasar, b. panjang dawai.

Jawab: fn f n +1

=

Jadi frekuensi tertinggi adalah: n n +1

375 n = 450 n + 1 n=5

f133 f133 =

133 576 2 × 1, 6 2,5 × 10−3

= 19950 Hz

a. 1 f1 = f 5 5 1 f1 = × 375 = 75 Hz 5 b.

19. dua buah kawat baja dengan luas penampang sama memiliki panjang masing-masing L dan 2L. kedua kawat diikat pada kedua ujungnya dan ditegangkan sedemikian rupa sehingga

f1 =

1 2L

F

tegangan pada kawat yang lebih panjang

µ

adalah empat kali lebih besar daripada

L=

1 2 f1

F

tegangan pada kawat yang lebih pendek.

µ

1 360 2 × 75 4 × 10−3 L = 2m L=

Jika frekuensi nada dasar kawat yang lebih pendek adalah 60 Hz, tentukan frekuensi harmonik kedua dalam kawat yang lebih panjang.

18. seutas kawat dengan l =1,6 meter dan µ = 0,025 g/cm ditegangkan dengan gaya 576 N. berapakah frekuensi harmonik tertinggi kawat ini, yang masih dalam batas pendengaran manusia (20 –

Jawab: f1 ' = frekuensi nada dasar pada kawat yang pendek f1 = frekuensi nada dasar pada kawat yang panjang

20000 Hz)? F = 4F '

Jawab: n fn = 2L

F

µ

576 n 20000 ≥ 2 × 1, 6 2,5 × 10−3 20000 ≥ 150n 133,34 ≥ n

f1 ' =

ρ=

1 2L

F' ρA

F' A( f1 '2 L) 2

Untuk kawat yang panjang: f 2 = 2 f1 = 2×

f 22 =

1 2 ( 2L )

F ρA

1 F × 2 4L ρ A

1 F ( f '2 L ) A f = 2 4L F'A F 2 f 22 = ( f ') F' F F 2 2 f2 = ( f ') = 1 ( f ') F' F 4

f '=

1 2( L + ( L × 0, 02))

f '=

1 1 × 1, 02 2 L

F

µ

F

µ

1 × 204 Hz 1, 02 f ' = 200 Hz f L = 204 − 200 = 4 Hz f '=

2

2 2

f 2 = 4 × 602 = 120 Hz

21. dua buah dawai baja yang identik memberikan nada dasar dengan frekuensi 400 Hz. Bila tegangan dalam salah satu dawai ditambah 2 %, berapa frekuensi layangan yang terjadi? Jawab: f1 = f 2 =

20. dua buah dawai baja sejenis memberikan nada dasar 204 Hz. Jika panjang salah satu dawai ditambah 2 %, berapakah frekuensi layangan yang terjadi?

400 = f '=

1 2L

1 2L

1 2L

F

µ

F

µ F + 0, 02 F

f ' = 1, 02 ×

µ 1 2L

F

µ

f ' = 1, 02 × 400

Jawab:

1 f1 = 2L

F

204 Hz =

1 2L

f ' = 404 Hz f L = f '− f1 = 404 − 400 = 4 Hz

µ F

µ

22. cepat rambat bunyi dalam sebuah pipa organa adalah 240 Hz, berapa panjang minimum pipa organa untuk kasus: a. pipa organa terbuka,

b. pipa organa tertutup? Jawab: a. v 2L v L= 2 f1 f1 =

340 = 2 × 240 = 0, 7 m

jawab: v 4L 320 = 4 ×1 = 80 Hz

f1 =

f 2 = 3 f1 = 240 Hz f3 = 5 f1 = 400 Hz

24. frekuensi nada dasar suatu pipa

b.

organa terbuka sama dengan frekuensi

v 4L v L= 4 f1

resonansi ketiga suatu pipa organa

f1 =

340 = 4 × 240 = 0,35m

tertutup. Jika panjang pipa organa terbuka 0,6 m, hitunglah panjang pipa organa tertutup. Jawab: untuk pipa organa terbuka: f1b =

23. cepat rambat bunyi diudara adalah 320 m/s. sebuah pipa yang tertutup salah satu ujungnya memiliki panjang 1 meter.

v 2 Lb

Untuk pipa organa tertutup f 4t =

7v 4 Lt

Hitunglah tiga frekuensi harmonik terendah yang dihasilkan oleh pipa

f 4t = f1b

tersebut.

7v v = 4 Lt 2 Lb 2 × 0, 6 × 7 4 = 2,1m

Lt =

25. sebuah pipa organa terbuka memiliki panjang 2,00 m. frekuensi suatu

harmonik tertentu adalah 410 Hz dan

27. sebuah sumber mengirim gelombang

frekuensi harmonik berikutnya adalah

bunyi dengan daya keluaran 80 W.

492 Hz. Tentukan cepat rambat bunyi

anggap sumber bunyi adalah titik.

dalam kolom udara.

a. tentukan intensitas bunyi pada jarak 3 m dari sumber.

Jawab: fn f n +1

=

b. tentukan jarak tempat yang

n n +1

intensitas bunyinya berkurang

410 n = 492 n + 1 n=5

sampai taraf intensitasnya 80 dB. Jawab: a.

f5 = 5 f1

410 Hz = 5

v 2L

410 Hz = 5 ×

P P = A 4π r 2 80 = 4π × 32 = 0, 707 w/m 2

I=

v 2× 2m

v = 328 m/s

26.dua pipa organa terbuka, masing-

b.

masing dengan panjang 1,00 m dan 1,02

TI1 = 10 log

m, menghasilkan layangan 3,3 layangan per sekon ketika keduanya berbunyi pada nada dasarnya. Tentukan cepat rambat bunyi diudara. Jawab: f L = f1 − f 2

3,3 =

v v − 2 L1 2 L2

1 ⎞ ⎛ 1 3,3 = v ⎜ − ⎟ ⎝ 2 ×1 2 × 1, 02 ⎠ v = 336, 6 m/s

I1 I0

0, 707 10−12 = 118,5 dB = 10 log

⎛r ⎞ TI 2 = TI1 + 10 log ⎜ 1 ⎟ ⎝ r2 ⎠

2

⎛3⎞ 80dB = 118,5 dB + 10 log ⎜ ⎟ ⎝ r2 ⎠ r2 = 252,5 m

2

28. sebuah sumber bunyi mempunyai taraf intensitas 6 dB. Bila 10 buah sumber bunyi yang sama berbunyi

secara serentak, berapa taraf intensitas

jawab:

yang dihasilkan?

⎛r ⎞ TI 2 = TI1 + 10 log ⎜ 1 ⎟ ⎝ r2 ⎠

Jawab: TI 2 = TI1 + 10 log n TI 2 = 6dB + 10 log10 = 17 dB

29. taraf intensitas sebuah bunyi sebuah mesin adalah 60 dB (dengan acuan intensitas ambang pendengaran = 10−12 W/m 2 ). Jika taraf intensitas didalam ruang pabrik yang menggunakan sejumlah mesin itu adalah 70 dB, tentukanlah jumlah mesin yang digunakan. Jawab: TI 2 = TI1 + 10 log n

70 dB = 60dB + 10 log n log n = 1 n = 10 buah

30. pada jarak 30 meter dari sumber ledakan terdengar bunyi dengan taraf intensitas 50 dB. Tentukan taraf intensitas bunyi pada jarak 30 meter dari sumber ledakan tersebut.

2

⎛ 3 ⎞ TI 2 = 50 dB + 10 log ⎜ ⎟ ⎝ 30 ⎠ = 30 dB

2