[g1]kecepatan Suara Di Udara

BAB PENDAHULUAN

I

1.1 Latar belakang Dalam kehidupan sehari-hari kita mengetahui bahwa bunyi/suara dapat kita dengar karena adanya gelombang dan kecepatan suara di udara yang menghantarkan suara/bunyi tersebut sampai ke telinga kita. Itu disebabkan dengan adanya benda yang bergetar yang menggetarkan benda lain sehingga dapat memperkuat suara aslinya. Percobaan ini menggunakan pipa organa untuk menentukan kecepatan suara di udara, dengan menggunakan pipa kecil yang dapat diubah-ubah untuk mendapatkan nada terkeras.

1.2 Tujuan percobaan Tujuan percobaan ini adalah untuk menentukan kecepatan suara di udara dan untuk menera bilangan getar garpu tala di dalam tabung baja ynag berisi air dan di dalamnya terdapat pipa kecil yang dapat diubah-ubah.

1.3 Permasalahan Permasalahan yang timbul dalam percobaan ini adalah menentukan kecepatan suara di udara dan koreksi kolom udara dalam percobaan pertama. Kemudian menera bilangan getar garpu tala, untuk menentukan frekuensi pada percobaan kedua dan membandingkan koreksi kolom udara pertama dengan koreksi kolom udara kedua.

1.4 Sistimatika laporan Laporan ini dimulai dengan abstrak, kemudian dilanjutkan dengan daftar isi, daftar gambar, daftar tabel, dan daftar grafik. Bab I berisi tentang pendahuluan, yaitu latar belakang, tujuan percobaan, permasalahan dan sistimatika laporan. Bab II adalah dasar teori, sedangkan Bab III adalah tentang peralatan dan cara kerja. Analisis data dan pembahasan diletakkan pada Bab III, sedangkan kesimpulan pada Bab IV. Terakhir adalah daftar pustaka dan kesimpulan.

1

BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengertian Gelombang Gelombang adalah gangguan yang merambat dalam suatu medium. Ditinjau dari arah rambatannya gelombang dibagi menjadi dua, yaitu : 2.1.1. Gelombang Transversal adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah rambatannya. Contoh: tali yang diikat dan ujungnya digetarkan. 2.1.2. Gelombang Longitudinal adalah gelombang yang arah getarannya berimpit dengan arah rambatannya. Contoh : pegas yang diregangkan pada posisi vertikal. Contoh-contoh diatas termasuk gelombang yang berdimensi satu. Gelombang bunyi termasuk gelombang mekanis longitudinal, yaitu arah getarannya di dalam gelombang itu sendiri. Gelombang bunyi dibagi menjadi 3 macam, yaitu : a. Gelombang Infrasonik, yaitu gelombang yang mempunyai frekuensi kurang dari 20 Hz. b. Gelombang yang terdengar, yaitu gelombang yang mempunyai frekuensi antara 20 Hz sampai 20.000 Hz. c. Gelombang Ultrasonik, yaitu gelombang yang mempunyai frekuensi diatas 20.000 Hz.

2.2. Gelombang Longitudinal Tegak Gelombang longitudinal yang bergetar/menjalar di dalam sebuah tabung yang berisi gas n mengalami pemantulan pada ujung-ujung tabung. seperti gelombang transversal pada sebuah tali yang digetarkan dan inteferensi antara gelombanggelombang yang bergetar dan arahnya berlawanan akan menghasilkan gelombang longitudinal tegak. Apabila ujung tabung tertutup maka pantulannya mengalami perbedaan fase sebesar 180o dari gelombang yang masuk. Hal ini disebabkan pergeseran elemen volume yang kecil di ujung tertutup harus sama dengan nol, maka ujung yang tertutup adalah titik simpul pergeseran. Apabila ujungnya terbuka maka elemennya dapat bergerak bebas dan merupakan titik perut pergeseran. Gelombang longitudinal tegak dapat dicontohkan pada alat pengeras yang menghasilkan nada tunggal dan mengakibatkan getaran pada salah satu ujung tabung. Gas mengisi tabung di tempat pemasukkan dan keluar melalui lubang kecil yang mempunyai jarak teratur antara yang satu dengan yang lain pada bagian atas tabung. Jika frekuensi diubah-ubah pada harga tertentu terjadi resonansi di dalam tabung dan kita bisa melihat perubahan panjang gelombang serta perubahan resonansi yang satu dengan resonansi lainnya.

2.3. Sumber bunyi Pipa organa adalah merupakan contoh sederhana sumber bunyi yang berasal dari kolom udara yang bergetar. Jika kedua ujung pipa terbuka dan arah aliran udara berlawanan maka timbullah getaran dan di dalam pipa akan beresonansi pada frekuensi getaran alaminya, yaitu : f = m v ; L = mv dimana : v = kecepatan gel. dalam kolom udara 2L 2f L = panjang kolom udara m = 0,1,2,.. (bil. Resonansi) f = frekuensi suara di udara Pada pipa terbuka, frekuensi dasarnya adalah v / 2l (1 / 2 λ). Gambar di bawah ini menunjukkan tiga nada atas, harmonik kedua, harmonik ketiga, dan harmonik keempat, dimana f = (m+1) v / 2 L :

2

f1= v / 2L

f2= v / L

f3= 3v / 2L

λ1= 2L

λ2= L

λ3= 2 / 3 L

f4= 2v / L λ4= 1 / 2 L

Gambar 1.1 Pada pipa tertutup, frekuensi dasarnya v / 4 L ( 1 / 4 λ ) Gambar di bawahnya ini menunjukkan tiga nada atas, harmonik kedua, harmonik ketiga, harmonik keempat dan harmonik ganjil yang muncul, dimana f = (2m+1) v / 4 L : f1= v / 4 L f2= 3v / 4 L f3= 5v / 4 L f4= 7v / 4 L λ1= 4 L λ2= 4 / 3 l λ3= 4 / 5 L λ4= 4 / 7 L

Gambar 1.2 Dan pada percobaan yang kita lakukan yaitu menghitung kecepatan suara di udara menggunakan prinsip kerja pipa organa terbuka. Bila sumber digetarkan pada kolom udara yang salah satu ujung tertutup dan yang lain terbuka, maka akan terjadi resonansi : L = (2m+1) λ / 4 f ............................... (1) L = (2m+1) / 4 v / f ............................... (2) Jika garpu tala digetarkan maka pada ujung terjadi perut, sehingga kita memerlukan koreksi kolom udara sebesar e, dimana : L = L’ + e ......................................... (3) L’ adalah panjang kolom udara sebenarnya. Sehingga dari 2 persamaan di atas maka diperoleh : L’ = L - e = (2m+1) v - e 4f = (2m) v + v - e 4f 4f = v m + v - e 2f 4f Dari persamaan di atas, apabila L’, f, dan m, maka dapat dibuat grafik L’ = f (m), untuk bermacam-macam harga m, v, dan e. Atau jika L, v dan m diketahui, harga f dan e dapat ditentukan.

3

BAB III PERALATAN DAN CARA KERJA 3.1 Peralatan Untuk percobaan ini dibutuhkan peralatan: 1. Tabung resonansi dengan perlengkapannya 1 set 2. Garpu tala standart 1 buah 3. Garpu tala yang akan ditera

3.2 Cara kerja 1. Menentukan kecepatan suara di udara a. Mengambil garpu tala standart yang frekuensinya sudah diketahui b. Menggetarkan garpu tala pada kayu yang disediakan, cara pegang garpu tala pegang pada ujungnya yang runcing dan memukulnya arah mendatar agar kedua garpu tala bergetar bersama-sama. c. Setelah menggetarkan garpu tala dekatkan pada ujung pipa kecil yang terdapat pada tabung baja dan mencari nada terkeras dengan cara menaik/menurunkan pipa kecil dan mencatat ketinggian pipa kecil tersebut. d. Dan mengulangi percobaan tersebut sebanyak lima kali percobaaan. 2. Menera bilangan garpu tala a. Mengambil garpu tala yang lebih tebal dari garpu tala standart dan tidak diketahui besar frekuensinya. b. Menggetarkan garpu tala dengan memegang ujungnya dan dengan arah mendatar kemudian dekatkan dengan pipa kecil yang dapat dinaik-turunkan untuk mendapatkan nada terkeras. c. Mencatat ketinggian pipa kecil.

4

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis data Ralat pengukuran Dari hasil pengukuran yang berulang, didapatkan besar gaya yang berbeda. Oleh karena itu perlu adanya ralat kebetulan. Ralat t L1’ percobaan 1 No. 1. 2. 3. 4. 5.

_ t- t 0.06 -0.04 0.16 -0.14 -0.04

t (detik) 14 13.9 14.1 13.8 13.9 _ t= 13.94

_ ( t - t )2 0.0036 0.0016 0.0256 0.0196 0.0016 _ Σ ( t - t ) 2 = 0.052

Tabel 1.1 Ralat mutlak: _ (∆ F - ∆ F) 2

∑ ∆

1/2

= n ( n - 1) =

0.052 20

1/2

= 0.05 Ralat nisbi: I = ∆ / t x 100 % = 0.05 x 100 % 13.94 = 0.36 % Keseksamaan: K = 100 % - I = 100 % - 0.36 % K = 99.64 % Ralat t L2 percobaan 1 _ No. 1. 2. 3. 4. 5.

t (detik) 19.1 19.4 19.3 19.3 19.2 _ t = 19.26

_

t- t -0.16 0.14 0.04 0.04 -0.06

(t - t) 0.0256 0.0196 0.0016 0.0016 0.0036

2

_ Σ ( t - t ) 2 = 0.052

5

Tabel 1.2 Ralat mutlak: ∆

∑

_ (t - t)2

1/2

= n ( n - 1) =

0.052 20

1/2

1/2

=

0.0026

= 0.05 Ralat nisbi:

I = ∆ / t x 100 % = 0.05 x 100 % 19.26 = 0.26 %

Keseksamaan: K = 100 % - I = 100 % - 0.26 % K = 99.74 % Ralat t L2’ percobaan 1 _ No. 1. 2. 3. 4. 5.

t (detik) 22.9 22.8 23.1 23 22.8 _ t = 22.92

_

t- t -0.02 -0.12 0.18 0.08 -0.12

(t - t) 0.0004 0.0144 0.0324 0.0064 0.0144

_ Σ ( t - t ) 2 = 0.068 Tabel 1.3

Ralat mutlak: ∑ ∆

_ (t - t)2

1/2

= n ( n - 1) =

2

0.068 20

1/2

6

1/2

=

0.0034

= 0.06 Ralat nisbi:

I = ∆ / t x 100 % = 0.06 x 100 % 22.92 = 0.26 %

Keseksamaan: K = 100 % - I = 100 % - 0.26 % K = 99.74 % Ralat t L1’ percobaan 2 _ No. 1. 2. 3. 4. 5.

t (detik) 14.6 14.9 15 15 14.8 _ t = 14.86

_ ( t - t )2 0.0676 0.0016 0.0196 0.0196 0.0036

t- t -0.26 0.04 0.14 0.14 -0.06

_ Σ ( t - t ) 2 = 0.112 Tabel 1.4

Ralat mutlak: ∆

∑

_ (t - t)2

1/2

= n ( n - 1) =

0.112 20

1/2

1/2

=

0.0056

= 0.08 Ralat nisbi:

I = ∆ / t x 100 % = 0.08 x 100 % 14.86 = 0.54 %

Keseksamaan: K = 100 % - I = 100 % - 0.54 %

7

K = 14.86 % Ralat t L2 percobaan 2 _ No. 1. 2. 3. 4. 5.

t (detik) 24 24.2 24.1 23.8 23.9 _ t = 24

_ ( t - t )2 0 0.04 0.01 0.04 0.01

t- t 0 0.2 0.1 -0.2 -0.1

_ Σ ( t - t ) 2 = 0.1 Tabel 1.5

Ralat mutlak: ∑ ∆

_ (t - t)2

1/2

= n ( n - 1) =

0.1 20

1/2

1/2

=

0.005

= 0.07 Ralat nisbi:

I = ∆ / t x 100 % = 0.07 x 100 % 24 = 0.29 %

Keseksamaan: K = 100 % - I = 100 % - 0.29 % K = 99.71 % Ralat t L2’ percobaan 2 _ No. 1. 2. 3. 4. 5.

t (detik) 33.5 33.9 33.7 34.1 34 _ t = 33.84

_

t- t -0.34 0.06 -0.14 0.26 0.16

(t - t) 0.1156 0.0036 0.0196 0.0676 0.0256

2

_ Σ ( t - t ) 2 = 0.232

8

Tabel 1.6 Ralat mutlak: ∆

∑

_ (t - t)2

1/2

= n ( n - 1) =

0.232 20

1/2

1/2

=

0.0116

= 0.1 I = ∆ / t x 100 % = 0.1 x 100 % 33.84 = 0.296 %

Ralat nisbi:

Keseksamaan: K = 100 % - I = 100 % - 0.296 % K = 99.704 % Besar v dan e dapat diperoleh dengan menggunakan grafik L’ dan m pada percobaan I Grafik 11 0,3 0,25 y = 0,0449x + 0,1422

L'

0,2 0,15 0,1 0,05 0 0

0,5

1

1,5 m

2

2,5

3

Regresi linear grafik: y = Bx + A y = 0,0449x + 0,1422 Dari grafik tersebut dapat dicari besar v dengan menggunakan persamaan : L’ = v / (2f) m + v / (4f) – e

9

yang disubstitusikan ke persamaan regresi : y = Bx + A sehingga didapatkan besar v: B = v / 2f v = B . 2f = 0,0449 . 2 . 512 = 45,98 m/dtk dan besar e : A = v / (4f) − e e = ( v/(4f) ) − A = (45,98 / 2048) – 0,1442 = 0,02245 – 0,1442 = - 0,12

L'

Dari harga v diatas dapat dibuat grafik L’ dan m dari percobaan II, untuk menentukan besar f dan e.

0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

y = 0,0949 x + 0,1474

0

0,5

1

1,5

2

2,5

m Grafik 1.2 Dengan regresi linear : y = Bx + A y = 0,0949 x + 0,1474 Dari grafik tersebut dapat dicari besar f dengan menggunakan rumus : L’ = v / (2f) m + v / (4f) – e yang disubstitusikan ke persamaan regresi : y = Bx + A dengan menggunakan v dari hasil perhitungan percobaan pertama, maka didapatkan besar f : B = v / 2f f = ½ (v / B) = ½ . (45,98 / 0,0949) = 242,26 Hz dan besar e : A = v / (4f) − e e = ( v/(4f) ) − A = (45,98 / 969,04) – 0,1474 = 0,0475 – 0,1474

10

= - 0,0999

4.2 Pembahasan Pada percobaan pertama, besar v yang didapatkan adalah 45,98 m/dtk. Kecepatan suara di udara sebenarnya adalah 314 m/dtk. Perbedaan ini kemungkinan disebabkan karena peralatan yang digunakan. Pipa sangat sulit ditarik ke atas, sehingga pada saat ditarik, getaran pada garpu tala sudah tidak banyak lagi. Selain itu air yang digunakan juga mempengaruhi besar kecepatan di udara, karena air tersebut sudah sangat kotor. Faktor lainnya adalah karena faktor manusianya. Ketelitian yang kurang dapat pula mempengaruhi hasil percobaan. Kemungkinan pada saat pipa ditarik ke atas, jarak antara pipa dengan garpu tala berubah. Kesalahan lainnya, pada beberapa pengulangan percobaan, saat memukulkan garpu tala pada kayu, posisi garpu tala tidak mendatar melainkan horisontal, sehingga yang bergetar tidak kedua sisi tetapi hanya satu sisi garpu tala saja. Kemungkinan lain adalah kesalahan pendengaran yang disebabkan karena keadaan ruangan pada saat percobaan, sangat ramai. Bisa juga karena tidak ada batasan yang pasti dari bunyi terkeras. Pada percobaan kedua, garpu tala yang digunakan berfrekuensi 426 Hz. Tetapi dari hasil perhitungan data percobaan, besar frekuensinya adalah 242,26 Hz. Perbedaan ini kemungkinan disebabkan karena hasil perhitungan percobaan I, v yang didapatkan tidak sesuai dengan v seharusnya. Kemungkinan kesalahan lainnya sama dengan pembahasan percobaan I

11

BAB V KESIMPULAN Dari berbagai kegiatan yang kami lakukan dalam melaksanakan percobaan ini, kami dapat menyimpulkan beberapa masalah, antara lain: • Besar e pada kedua percobaan berharga negatif • Garpu tala pada percobaan I memiliki harga frekuensi lebih tinggi daripada garpu tala pada percobaan II • Besar v pada percobaan I adalah 45,98 m / dtk

• Besar e pada percobaan II adalah – 0,12 • Besar f pada percobaan I adalah 242,26 Hz • Besar e pada percobaan II adalah − 0,09

12

ABSTRAK Peristiwa resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda sehingga dapat memperkuat suara aslinya. Dengan adanya resonansi suara kita bisa terdengar, sebab udara diselaput suara ikut bergetar pada saat selaput suara itu bergetar, dan juga berbagai alat musik terdengar nyaring karena adanya udara di dalam ruang yang ikut beresonansi. Percobaan ini menggunakan pipa organa untuk menentukan kecepatan suara di udara, dengan menggunakan pipa kecil yang dapat diubah-ubah untuk mendapatkan nada terkeras. Apabila diketahui panjang gelombang, frekuensi alat standart (garputala), dan bilangan resonansinya maka kecepatan suara di udara dapat ditentukan, dimana kolom udara sebelumnya mengalami koreksi sebesar “e”.

i

DAFTAR ISI 1.

Abstrak

............................................................................................

( i )

2.

Daftar isi

......................................................................................

( ii )

3.

Daftar gambar

................................................................................

( iii )

4.

Daftar tabel

.....................................................................................

( iv )

5.

Daftar grafik

………………………………………………………

( v )

6.

BAB I Pendahuluan

.....................................................................

1

........................................................................

1

...................................................................

1

.........................................................................

1

1.4 Sistimatika laporan

..................................................................

1

7.

BAB II Dasar Teori

...................................................................

2

8.

BAB III Peralatan dan cara kerja

1.1 Latar belakang 1.2 Tujuan percobaan 1.3 Permasalahan

9.

.....................................................

5

3.1 Peralatan

.................................................................................

5

3.2 Cara kerja

...............................................................................

5

BAB IV Analisis data dan pembahasan

...........................................

7

4.1 Analisis data

............................................................................

7

4.2 Pembahasan

............................................................................

14

......................................................................

15

10. BAB V Kesimpulan 11. Daftar Pustaka

..............................................................................

12. Lampiran

ii

( vi )

DAFTAR GAMBAR 1. Gambar resonansi pipa terbuka Gambar 1.1

.........................................................................................

3

2. Gambar resonansi pipa tertutup Gambar 1.2

.........................................................................................

iii

4

DAFTAR TABEL 1. Tabel ralat t L1’ percobaan 1 Tabel 1.1

..............................................................................................

7

2. Tabel ralat t L2 percobaan 1 Tabel 1.2

..............................................................................................

8

3. Tabel ralat t L2’ percobaan 1 Tabel 1.3

..............................................................................................

9

4. Tabel ralat t L1’ percobaan 2 Tabel 1.4

..............................................................................................

10

5. Tabel ralat t L2 percobaan 2 Tabel 1.5

..............................................................................................

11

6. Tabel ralat t L2’ percobaan 1 Tabel 1.6

..............................................................................................

iv

12

DAFTAR GRAFIK 1. Grafik L’ = f (m) percobaan 1 Grafik 1.1

.........................................................................................

17

2. Grafik L’ = f (m) percobaan 2 Grafik 1.2

.........................................................................................

v

18

DAFTAR PUSTAKA 1.

Dosen - dosen Fisika, Fisika I, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 1998.

2.

Sears. Zemansky, Fisika Untuk Universitas 1, Yayasan Dana Buku Indonesia, Jakarta-New York, 1994.

3. Dosen - dosen Fisika, Petunjuk Praktikum Fisika Dasar, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 1998. 4. Halliday, D., Resnick, R., Fisika Jilid I.( alih bahasa : Silaban, P dan Sucipto, E), edisi ke 3, Erlangga, Jakarta, 1989.

vi