Gelombang Dan Sifatnya.docx

Gelombang dan Sifatnya A. Gelombang Bunyi Bunyi termasuk gelombang mekanik, karena dalam perambatannya bunyi memerlukan medium perantara. Terdapat tiga aspek utama pada bunyi. Pertama, terdapat sumber bunyi. Kedua, terdapat media agar energi gelombangnya dapat meramba, gelombang bunyi merambat sebagai gelombang longitudinal. Ketiga, terdapat penerima yakni Telinga. Bunyi dihasilkan oleh getaran, tidak semua getaran mengahasilakn bunyi yang dapat kita dengar. Bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia berkisar pada frekuensi 20 Hz sampai dengan 20 KHz, daerah frekuensi ini disebut daerah audio. Frekuensi bunyi dibawah 20 Hz disebut daerah infrasonik, sedangkan frekuensi bunyi diatas 20 KHz disebut daerah ultrasonic. Proses mendengar: sumber bunyi menghasilkan bunyi, merambat di udara dalam bentuk gelombang longitudinal, di tangkap daun telinga, menggetarkan selaput pendengar, di terima oleh saraf pendengar diteruskan ke otak dan otak mendengar bunyinya. 1) Sumber Bunyi Sumber bunyi adalah benda yang menghasilkan bunyi, yang dimulai dari sebuah getaran yang merambatkan energi dalam bentuk gelombang mekanik.

-

Dawai

Sumber bunyi berupa dawai yang paling sering dijumpai adalah pada senar Gitar. Getaran pada senar gitar membentuk gelombang stasioner dengan kedua ujung terikat. Nada-nada yang dihasilkan senar gitar berbeda beda bergantung pada ketebalan dawai dan keeratan pemasangannya, dimulai dari nada dasar, nada atas ke-1, nada atas ke-2, dan seterusnya.

a) Nada Dasar

Nada dasar adalah nada yang paling sederhana, hanya memiliki 1 perut dan 2 buah simpul. Nada dasar hanya memiliki setengah panjang gelombang. Jadi, jika panjang senar adalah l dan panjang gelombangnya adalah λ0, maka nada dasar memiliki panjang gelombang λ0 = 2l.

b) Nada Atas 1

Nada atas ke-1 adalah nada yang memiliki 2 perut dan 3 buah simpul. Nada atas ke-1 memiliki satu panjang gelombang. Jadi, jika panjang senar adalah dan panjang gelombangnya adalah λ1, maka nada atas ke-1 memiliki panjang gelombang λ1=l.

Besar frekuensi yang dihasilkan adalah :

-

Kolom Udara

Sumber bunyi kolom udara umumnya kita temui pada seruling dan terompet. Dan istilah kolom udara juga dikenal dengan sebutan pipa organa. Pipa organa ada dua macam, yaitu pipa organa terbuka dan tertutup. a) Pipa Organa Terbuka Pipa organa juga sifatnya sama seperti dawai, ia dapat menghasilkan nada-nada yang berbeda. Mulai dari nada dasar, nada atas ke-1, nada atas ke-2, dan seterusnya.

-

Nada Dasar

1 2

Jika sepanjang pipa organa terbentuk gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada dasar. l =

1 𝜆 , 2 0

-

atau λ0 = 2l. Bila frekuensi nada dasar dilambangkan 𝑓0 maka besarnya : 𝑓0 =

𝑣 𝜆0

=

𝑣 2𝐼

Nada Atas ke-1

Jika sepanjang pipa organa terbentuk 1 gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada 𝑣 atas ke-1. l = λ1 atau λ1 = l. Bila frekuensi nada atas ke-1 dilambangkan 𝑓1 maka besarnya : 𝑓1 = 𝜆 = 1

2𝑣 2𝐼

b) Pipa Organa Tertutup Pipa organa tertutup juga dapat menghasilkan nada-nada yang berbeda. Mulai dari nada dasar, nada atas ke-1, nada atas ke-2, dan seterusnya.

-

Nada Dasar

Nada dasar pipa organa tertutup memiliki 1 simpul dan 1 perut. Jika panjang kolom udara 1

adalah l, dan panjang gelombang nada dasarnya adalah λ0, maka l = (4)λ0. Dengan demikian frekuensi nada dasar pipa organa tertutup adalah 𝑓0 =

-

𝑣 𝜆0

=

𝑣 4𝐼

.

Nada Atas 1

Nada atas ke-1 pipa organa tertutup memiliki 2 simpul dan 2 perut. Jika panjang kolom udara 3

adalah l, dan panjang gelombang nada dasarnya adalah λ1, maka l = (4)λ1. Dengan demikian frekuensi 𝑣

nada atas ke-1 adalah 𝑓1 = 𝜆 = 1

3𝑣 . 4𝐼

2) Cepat Rambat Bunyi Gelombang bunyi dapat merambat melalui zat padat, zat cair, dan gas, tetapi tidak bisa melalui vakum, karena di tempat vakum tidak ada partikel zat yang akan mentransmisikan getaran. Kecepatan bunyi di udara bervariasi, tergantung temperatur udara dan kerapatannya. Apabila temperatur udara meningkat, maka kecepatan bunyi akan bertambah. Semakin tinggi kerapatan udara, maka bunyi semakin cepat merambat. Berdasarkan percobaan Moll dan Van Beek (Belanda), diketahui bahwa cepat rambat bunyi di udara dipengaruhi oleh suhu udara, umpamanya:

-

Pada 00C cepat rambat bunyi 332 m/det

-

Pada 150C cepat rambat bunyi 340 m/det

Kecepatan bunyi dalam zat cair lebih besar daripada cepat rambat bunyi di udara. Sementara itu, kecepatan bunyi pada zat padat lebih besar daripada cepat rambat bunyi dalam zat cair dan udara. Cepat rambat bunyi di udara bergantung pada jenis partikel yang membentuk udara tersebut. Persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut. γRT v=√ M

Keterangan: γ = konstanta Laplace;

R = tetapan umum gas (8,31 J/mol K) ; T = suhu mutlak gas (kelvin) ; M = massa molekul gas (gram/mol) Cepat rambat bunyi dalam zat padat ditentukan oleh modulus Young dan massa jenis zat tersebut. Persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut. E V=√ ρ Keterangan: E = modulus Young zat padat (N/m2); ρ = massa jenis zat padat (kg/m3) Di dalam zat cair, cepat rambat bunyi ditentukan oleh modulus Bulk dan kerapatan (massa jenis) cairan tersebut. Persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut. B V=√ ρ Keterangan: B = modulus Bulk (N/m2) ; ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)

3) Intensitas dan Taraf Intensitas Intensitas bunyi adalah energi gelombang bunyi yang menembus permukaan bidang tiap satu satuan luas tiap detiknya. Apabila suatu sumber bunyi mempunyai daya sebesar P watt, maka besarnya intensitas bunyi di suatu tempat yang berjarak r dari sumber bunyi dapat dinyatakan : P

I=A ; 𝐴 = 4𝜋𝑟 2 Keterangan: I = intensitas bunyi (watt/m2); P = daya sumber bunyi (watt, joule/s); A = luas permukaan yang ditembus gelombang bunyi (m2) ; r = jarak tempat dari sumber bunyi (m) Para ahli menggunakan istilah dalam intensitas bunyi dengan menggunakan ambang pendengaran dan ambang perasaan.

•

Intensitas ambang pendengaran (Io) yaitu intensitas bunyi terkecil yang masih mampu didengar oleh telinga manusia, Besarnya ambang pendengaran berkisar pada 10-12 watt/m2.

•

Intensitas ambang perasaan yaitu intensitas bunyi yang terbesar yang masih dapat didengar telinga manusia tanpa menimbulkan rasa sakit. Besarnya ambang perasaan berkisar pada 1 watt/m2.

Taraf intensitas bunyi merupakan perbandingan nilai logaritma antara intensitas bunyi yang diukur dengan intensitas ambang pendengaran (Io) yang dituliskan dalam persamaan : I TI = 10 log ( ) I0 Keterangan : TI = taraf intensitas bunyi (dB = desi bell); I = intesitas bunyi (watt/m2) ; Io = intensitas ambang pendengaran (Io = 10-12 watt/m2)

4) Efek Doppler Efek Doppler adalah perubahan frekuensi yang diterima pendengar dibanding dengan frekuensi sumbernya akibat gerak relatif pendengar dan sumber. Gejala perubahan frekuensi ini ditemukan oleh Christian Johanm Doppler (1803-1855), seorang fisikawan Austria. Jika kita bergerak mendekati sumber bunyi, atau sumber bunyi bergerak mendekati kita, maka frekuensi bunyi yang dikeluarkan sumber bunyi tersebut akan terdengar lebih tinggi frekuensinya. Hal serupa terjadi sebaliknya jika bergerak menjauhi maka sumber bunyi tersebut akan terdengar lebih kecil frekuensinya. Efek Doppler ini hanya berlaku jika kecepatan bergerak lebih kecil dari kecepatan rambat bunyi. Secara matematis efek Doppler dinyatakan sebagai berikut. 𝑓

p =(

v±vp )𝑓 v±vs s

Keterangan : fp = frekuensi bunyi yang diterima pendengar (Hz) ; fs = frekuensi bunyi sumber (Hz); v = cepatrambat bunyi di udara (m/s) ; vs = kecepatan sumber bunyi (m/s) (Bernilai plus (+), jika pendengar mendekati sumber bunyi.Bernilai minus (-), jika pendengar menjauhi sumber bunyi.Bernilai nol (0), jika pendengar diam) vp = kecepatan pendengar (m/s) (Bernilai plus (+), jika pendengar mendekati sumber bunyi.Bernilai minus (-), jika pendengar menjauhi sumber bunyi.Bernilai nol (0), jika pendengar diam) Perhatikan gambar gerak relatif mobil ambulan dan sepeda motor pada Gambar berikut.

vp searah v, jadi (v −vp ) ;vs berlawanan v, jadi (v + vs)

B. Pemantulan(Refleksi) Refleksi (Pemantulan) adalah pembalikan arah rambat gelombang karena membentur suatu medium yang tidak dapat ditembus oleh gelombang tersebut, Dalam pemantulan gelombang berlaku hukum pemantulan gelombang yaitu :  

Besar Sudut datangnya gelombang sama dengan besar sudut pantul gelombang Gelombang datang, Gelombang Pantul dan Garis Normal terletak pada Satu Bidang Datar.

"Pemantulan bunyi terjadi karena gelombang bunyi menabrak bidang pantul kemudian gelombang bunyi tersebut dipantulkan oleh bidang pantul tesebut." Bunyi pantul dibedakan menjadi 3 macam yaitu : 1) Gaung Gaung (kerdam) adalah bunyi pantul yang sebagian masuk bersamaan dengan bunyi asli, atau bunyi pantul yang dating sebelum bunyi asli selesai diucapkan.Biasanya terjadi pada jarak antara 10 sampai 20 meter.Gaung terjadi pada ruang besar yang sumber bunyi dengan jarak dinding pemantulnya agak jauh.Bahan akustik adalah bahan yang dapat meredam suara atau peredam bunyi pada dinding gedung. Bahan akustik dapat berupa: kain wol, karet busa, kapas, karton, kertas gabus dan hardboard. 2) Gema

Gem (echo) yaitu bunyi pantul yang dating (masuk) setelah bunyi asli selesai diucapkan.Biasanya terjadi pada jarak lebih dari 20 meter.Gema terjadi pada jarak jauh antara sumber bunyi dengan dinding pemantul.

3) Bunyi Pantul yang Memperkuat Bunyi Asli Bunyi pantul memperkuat bunyi asli yaitu bunyi pantul yang dapat memperkuat bunyi asli.Biasanya terjadi pada keadaan antara sumber bunyi dan dinding pantul jaraknya tidak begitu jauh (kurang dari 10 meter).Bunyi pantul yang memperkuat bunyi asli terjadi jika jarak antara sumber bunyi dan dinding pemantul berdekatan. Hukum pemantulan bunyi 

Bunyi datang, bunyi pantul, dan garis normal terletak pada bidang yang sama



Sudut datang (i)sama dengan sudut pantul(r)

Karena gelombang bunyi dipantulkan oleh dinding, maka jarak tempuhnya menjadi dua kali lipat jarak antara sumber bunyi dan dinding pemantul.Jika jarak antara sumber bunyi dan dinding pemantul adalah s, maka jarak tempuh gelombang bunyi adalah 2s. v=

2s t

Keterangan: v = cepat rambat bunyi (m/s);

s = jarak antara sumber bunyi dan dinding pemantul (m); t = waktu (s)