Laporan Resmi P3 - Gelombang Bunyi.docx

P3 Gelombang Bunyi

Disusun Oleh: Ferrent Auryn Hadiwijaya

160218024 / KP A

Devin Akeno Mackenzie

160218026 / KP A

Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Surabaya

P3 Gelombang Bunyi

Disusun Oleh: Ferrent Auryn Hadiwijaya

160218024 / KP A

Devin Akeno Mackenzie

160218026 / KP A

Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Surabaya

1

I.

Tujuan 1. Memahami gejala resonansi bunyi. 2. Menentukan kecepatan bunyi di udara. 3. Menentukan frekuensi sumber bunyi yang akan ditera.

II.

Dasar Teori

2.1

Gelombang Cambridge Online Dictionary (n.d.) mendefinisikan gelombang sebagai

sebuah pola dimana bentuk-bentuk dari energi seperti suara, bunyi, dan cahaya disebarkan atau dibawa. Sejalan dengan itu, Oxford English Dictionary (n.d.) mendefinisikan gelombang sebagai sebuah gangguan secara periodik terhadap sebuah zat yang dapat menyebar tanpa pergerakan partikel penyusun zat tersebut, seperti pada pergerakan gerak bergelombang, panas, atau suara. Crundell, Goodwin, dan Mee (2014) dalam buku Cambridge International AS A Level Physics, mendefinisikan gelombang sebagai cara berpindahnya energi dari suatu tempat ke tempat lain. Berdasarkan ketiga definisi di atas, dapat disimpulkan bahwa gelombang adalah sebuah pola yang merupakan cara perpindahan energi yang secara arah perambatan terbagi menjadi gelombang transversal dan longitudinal. 2.1.1

Gelombang Mekanik Gelombang mekanik adalah sejenis gelombang yang merambat

melalui material atau zat yang disebut sebagai medium. Merambatnya gelombang mekanik melalui suatu medium menyebabkan terjadinya peristiwa perpindahan-perpindahan pada partikel yang menyusun medium tersebut berdasarkan jenis gelombang yang terdiri dari gelombang longitudinal dan gelombang transversal. (Freedman, Young dan Ford 2016)

2

2.1.2

Gelombang Longitudinal Gelombang longitudinal merupakan sejenis gelombang mekanik

yang menyebabkan perpindahan partikel pada medium searah dengan arah

gelombang. Bentuk gelombang longitudinal terdiri dari rapatan dan renggangan (Crundell, Goodwin dan Mee 2014).

Gambar 2. 1 Gelombang Longitudinal (Crundell, Goodwin dan Mee 2014)

2.1.3

Gelombang Transversal Gelombang transversal adalah sejenis gelombang mekanik yang

menyebabkan perpindahan partikel pada medium dengan arah tegak lurus dengan arah gelombang. Bentuk gelombang transversal terdiri dari puncak dan lembah (Crundell, Goodwin dan Mee 2014).

Gambar 2. 2 Gelombang Transversal (Crundell, Goodwin dan Mee 2014)

2.2

Bunyi Bunyi termasuk gelombang mekanik, karena dalam perambatannya bunyi

memerlukan medium perantara. Ada tiga syarat agar terjadi bunyi yaitu ada sumber bunyi, medium, dan pendengar. Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar, getaran itu merambat melalui medium menuju pendengar. Gelombang

3

bunyi merupakan gelombang longitudinal, karena gelombang berosilasi searah dengan gerak gelombang tersebut, membentuk daerah bertekanan tinggi dan rendah (rapatan dan renggangan). Partikel yang saling berdesakan akan menghasilkan gelombang bertekanan tinggi, sedangkan molekul yang meregang akan menghasilkan gelombang bertekanan rendah. Kedua jenis gelombang ini menyebar dari sumber bunyi dan bergerak secara bergantian pada medium. 2.3

Medium Menurut Merriam-Webster Dictionary (n.d.), medium didefinisikan

sebagai sebuah zat yang berfungsi untuk mempengaruhi atau menyampaikan sesuatu. Oxford Online Dictionary (n.d.) mendefinisikan medium sebagai sebuah zat dimana tayangan sensorik disampaikan atau kekuatan fisik dikirimkan. Selain itu, Cambridge Online Dictionary (n.d.) mendefinisikan medium sebagai sebuah zat di mana sesuatu tumbuh, tinggal, atau sebagai zat yang dilalui sesuatu dalam pergerakan. Berdasarkan definisi-definisi di atas, dapat disimpulkan bahwa medium adalah sebuah zat yang berfungsi sebagai perantara untuk menyampaikan tayangan fisik.

2.4

Cepat Rambat Bunyi Gelombang bunyi dapat bergerak melalui medium zat padat, zat cair, dan

gas, tetapi tidak bisa melalui vakum, karena di tempat vakum tidak ada partikel zat yang akan mentransmisikan getaran. Kemampuan gelombang bunyi untuk menempuh jarak tertentu dalam satu waktu disebut Kecepatan Bunyi. 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. 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. 2.4.1

Cepat Rambat Bunyi Pada Zat Gas

4

Cepat rambat bunyi di gas bergantung pada jenis partikel yang membentuk gas tersebut. Persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut: γRT 𝑣=√ 𝑀 Keterangan: γ = konstanta Laplace R = tetapan umum gas (8,314 J/mol °K) T = suhu mutlak gas (°K) M = massa molekul gas (kilogram/mol)

2.4.1

Cepat Rambat Bunyi Pada Zat Padat 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)

2.4.2

Cepat Rambat Bunyi Pada Zat Cair Di dalam zat cair, cepat rambat bunyi ditentukan oleh modulus

Bulk dan kerapatan (massa jenis) cairan tersebut. Persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut: 𝑣=√ Keterangan: B = modulus Bulk (N/m2) ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)

5

B ρ

2.5

Unsur-Unsur Bunyi Unsur-unsur bunyi antara lain sebagai berikut: 2.5.1

Tinggi Nada Bunyi Semakin banyak jumlah getaran yang dihasilkan dalam satu selang

waktu tertentu, bunyi yang dihasilkan akan semakin tinggi. nyaring. Pada getaran yang semakin sedikit, bunyi yang terdengar 4 bernada rendah. Hal tersebut membuktikan bahwa tinggi nada bergantung pada frekuensi sumber bunyi. 2.5.2

Kuat Bunyi Kuat bunyi yang dihasilkan bergantung pada amplitude/simpangan

getaran. Semakin besar simpangan, maka kuat bunyi yang dihasilkan semakin kuat. 2.5.3

Warna Bunyi Warna bunyi merupakan bunyi khas yang ditimbulkan oleh suatu

sumber bunyi. Bunyi gitar berbeda dengan bunyi biola, itu karena ada warna bunyi. Perbedaan tersebut terjadi karena gabungan nada atas dan nada dasar dari sumber bunyi berbedabeda walaupun frekuensinya sama. 2.5.4

Batas Pendengaran Manusia dan hewan dilengkapi dengan alat pendengaran. Namun,

kemampuan

pendengarannya

berbeda-beda.

Batas

kemampuan

pendengaran diukur berdasarkan frekuensi bunyi. Manusia normal memiliki batas pendengaran antara 20 hertz sampai dengan 20.000 hertz. Daerah frekuensi tersebut dinamakan frekuensi audio, sedangkan daerah frekuensi di bawah 20 hertz disebut infrasonik. Sementara itu, daerah di atas frekuensi dengar atau di atas 20.000 hertz disebut ultrasonik. 2.5.5

Frekuensi Bunyi KBBI (n.d.) mendefinisikan frekuensi sebagai jumlah getaran

gelombang suara per detik. Cambridge Online Dictionary (n.d.) mendefinisikan frekuensi sebagai jumlah gelombang, terutama cahaya, gelombang bunyi, atau gelombang radio, yang dihasilkan dalam waktu tertentu, terutama dalam satu detik. Buku Fundamentals of Physics 10th

6

Edition (Halliday dan Resnick 2014) mendefinisikan frekuensi sebagai jumlah yang menunjukkan berapa kali sebuah gelombang melakukan osilasi penuh dalam satu detik. Berdasarkan definisi-definisi yang telah dipaparkan oleh sumber-sumber di atas, peneliti menyimpulkan bahwa frekuensi adalah jumlah getaran dari gelombang yang dihasilkan dalam satu detik. Buku Physics Principles with Applications (Giancoli 2014) mendefinisikan frekuensi sebagai jumlah getaran gelombang yang membentuk sebuah siklus dalam satu detik. Menurut buku Fundamentals of Physics 10th Edition (Halliday dan Resnick 2014) dan Physics Principles with Application (Giancoli 2014), frekuensi secara umum dapat dirumuskan sebagai kebalikan dari nilai periode gelombang dengan rumus: 𝑓=

𝑛 1 = 𝑡 𝑇

Keterangan: f = Frekuensi (Hz) n = banyaknya gelombang yang terjadi t = waktu (sekon) T = periode (sekon) 2.5.6 Panjang Gelombang Bunyi Panjang gelombang adalah jarak antara dua titik yang berdekatan secara identik dalam gelombang. Hal ini biasanya diukur antara dua titik agar mudah diidentifikasi, seperti dua puncak yang berdekatan atau lembah dalam bentuk gelombang. Panjang gelombang berbanding terbalik dengan frekuensi. Hal ini berarti jika dua gelombang berjalan dengan kecepatan yang sama, gelombang dengan frekuensi yang lebih tinggi akan memiliki panjang gelombang yang lebih pendek. Demikian juga, jika satu gelombang memiliki panjang gelombang lebih panjang dari gelombang lain, akan memiliki frekuensi yang lebih rendah jika kedua gelombang berjalan

7

dengan kecepatan yang sama. Rumus berikut dapat digunakan untuk menentukan panjang gelombang: λ=

v f

Keterangan: λ = panjang gelombang (m) v = cepat rambat gelombang (m/s) f = frekuensi gelombang (Hz) Gelombang dalam spektrum elektromagnetik, seperti gelombang radio dan gelombang cahaya, memiliki panjang gelombang yang lebih pendek dari gelombang bunyi. Oleh karena itu, panjang gelombang ini biasanya diukur dalam milimeter atau nanometer, bukan sentimeter atau meter.

2.6

Resonansi Bunyi Resonansi gelombang bunyi adalah suatu peristiwa ikut bergetarnya suatu

benda yang disebabkan oleh sumber getar yang memiliki frekuensi yang sama. Resonansi sangat bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, resonansi bunyi pada kolom udara dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan bunyi. Berdasarkan hal tersebut, maka dapat dibuat berbagai macam alat musik. Alat musik pada umumnya dibuat berlubang agar terjadi resonansi udara sehingga suara alat musik tersebut menjadi nyaring. Contoh alat musik itu antara lain: gitar, seruling, kendang, beduk, ketipung dan sebagainya. Peristiwa resonansi merupakan peristiwa bergetarnya suatu sistem fisis dengan nilai frekuensi tertentu akibat dipengaruhi oleh sistem fisis lain (sumber) yang bergetar dengan frekuensi tertentu pula dimana nilai kedua frekuensi ini adalah sama. Peristiwa ini dapat kita amati dengan menggunakan kolom udara. Kolom udara dapat dibuat dengan menggunakan tabung yang sebagian diisi air, sehingga kita dapat mengatur panjang kolom udara dengan menaik-turunkan pemukaan air pada tabung. Sistem fisis sumber adalah audio generator yang dapat menghasilkan gelombang bunyi dengan nilai frekuensi bervariasi, sedangkan

8

sistem fisis yang ikut bergetar adalah molekul-molekul udara yang berada dalam kolom.

Gelombang bunyi yang terbentuk dalam kolom udara memiliki nilai panjang gelombang tertentu yang memenuhi hubungan persamaan berikut: 𝑣 𝜆= 𝑓 Keterangan: λ = Panjang gelombang bunyi (m) v = cepat rambat bunyi (m/s) f = frekuensi (Hz) Jika nilai frekuensi sumber diketahui, maka pada saat resonansi tersebut, nilai cepat rambat bunyi di udara juga dapat diketahui. Peristiwa resonansi yang dapat terjadi lewat alat yang ditunjukkan oleh gambar di atas bisa lebih dari satu kali. Hal ini dapat dilakukan dengan cara mengubah ketinggian kolom udara dengan cara menurunkan permukaan air dalam tabung. Syarat terjadinya resonansi untuk sistem ini adalah: 𝐿=𝑛

λ 4

Dimana: L = panjang tabung (m) n = 1, 3, 5, … Peristiwa resonansi terjadi saat frekuensi sumber nilainya sama dengan frekuensi gelombang bunyi pada kolom udara yang dicirikan dengan terdengarnya bunyi yang paling nyaring (amplitudo maksimum). Hal yang perlu diperhatikan adalah letak perut simpangan yang terjadi pada gelombang bunyi dalam tabung tidak dapat ditentukan secara pasti. Oleh

9

sebab itu, ada faktor koreksi ujung tabung ∆L sehingga didapat persamaan baru sebagai berikut: 𝐿𝑛 + ∆𝐿 =

nλ 4

Keterangan: Ln = Panjang tabung pada saat resonansi ke n (m)

III.

Cara Kerja dan Alat

3.1

Alat Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut (lihat

lampiran): 1. Alat penghantar bunyi dari microphone ke headset 2. Tabung resonansi 3. Sumber bunyi dengan frekuensi variabel 4. Sumber bunyi yang akan ditera (speaker biru) 5. Headset 6. Speaker sumber bunyi dengan frekuensi variabel 7. Roll meter 8. Microphone

3.2

Cara Kerja

1. Air pada tabung resonansi diisi penuh dengan pengontrol permukaan air sampai air berada di posisi teratas yang bisa dicapai. 2. Speaker dipastikan berhadapan dengan mulut tabung resonansi dan microphone dimasukkan sedikit ke dalam tabung resonansi. 3. Headphone digunakan untuk mendengarkan frekuensi dari speaker. 4. Secara perlahan-lahan, permukaan air dalam tabung resonansi diturunkan dengan pengontrol permukaan air sampai terdengar suara dengung yang keras. Ketika terdengar dengung ini, berarti terjadi resonansi bunyi pertama.

10

5. Panjang kolom udara, yaitu jarak dari mulut tabung resonansi sampai ke permukaan air, dicatat. Rollmeter yang melekat pada tabung resonansi digunakan untuk mengukur panjang kolom udara. 6. Permukaan air dinaikkan kembali ke posisi semula, lalu langkah 4 dan 5 diulangi untuk mengukur lagi panjang kolom udara yang kedua dan ketiga kalinya. 7. Secara perlahan-lahan permukaan air, diturunkan lagi dalam tabung resonansi dengan pengontrol permukaan air sampai terdengar suara dengung yang keras kembali. Resonansi bunyi ke 2, ke 3, dan seterusnya ditunjukkan oleh dengungan keras ini. 8. Langkah 4 sampai 7 diulangi. 9. Langkah 4 sampai 8 diulangi dengan frekuensi yang berbeda. Frekuensi yang digunakan berkisar antara 400Hz sampai 900Hz dengan interval 50Hz sampai 100Hz. 10. Speaker berwarna dihidupkan dan alat di atas mulut tabung resonansi diatur sedemikian rupa sehingga mulut speaker berhadapan langsung dengan mulut tabung resonansi. Speaker diletakkan pada tempat speaker sendiri, sedangkan posisi microphone masih sedikit berada di dalam tabung resonansi. 11. Langkah 4 sampai 7 diulangi kembali. Panjang kolom udara dicari dan digunakan untuk mencari frekuensi speaker berwarna tersebut. 12. Suhu udara dan tekanan udara dicatat sebelum melakukan percobaan.

IV.

Data Hasil Pengukuran 

Suhu udara



Tekanan udara : 756 mmHg

: 25,8 ˚C

11

4.1

Menentukan Kecepatan Bunyi Di Udara

Tabel Hasil Pengukuran 4.1.1

Frekuensi sumber bunyi f1 = 400 Hz Pengukuran ke:

Panjang kolom udara (cm)

1

2

3

L1

19,0

18,7

18,8

L2

61,4

61,2

61,4

L3

104,4

104,6

104,7

4.1.2

Frekuensi sumber bunyi f2 = 485 Hz Pengukuran ke:

Panjang kolom udara (cm)

1

2

3

L1

15,1

15,3

15,3

L2

51,6

51,5

51,6

L3

86,2

85,8

85,9

4.1.3

Frekuensi sumber bunyi f3 = 570 Hz Pengukuran ke:

Panjang kolom udara (cm)

1

2

3

L1

12,3

12,2

12,3

L2

42,3

42,3

42,4

L3

72,7

72,8

72,7

4.1.4

Frekuensi sumber bunyi f4 = 655 Hz Pengukuran ke:

Panjang kolom udara (cm)

1

2

3

L1

10,2

10,4

10,2

L2

36,8

36,7

36,9

L3

63,0

63,1

63,1

12

4.1.5

Frekuensi sumber bunyi f5 = 740 Hz Pengukuran ke:

Panjang kolom

4.2

udara (cm)

1

2

3

L1

8,8

9,0

9,1

L2

32,0

32,1

32,2

L3

55,3

55,4

55,3

Menentukan Frekuensi Sumber Bunyi yang akan Ditera

Tabel Hasil Pengukuran Sumber bunyi yang akan ditera: Speaker biru dengan fliteratur = 532 Hz Pengukuran ke:

Panjang kolom udara (cm)

1

2

3

L1

13,2

13,1

13,2

L2

45,8

46,1

46,0

L3

79,1

79,0

79,2

V.

Analisa Data

5.1

Menentukan Kecepatan Bunyi Di Udara

Tabel Analisis Data untuk menentukan kecepatan bunyi di udara Frekuensi (Hz)

Panjang kolom

2

3

L2

0,614

0,612

0,614

L3

1,044

1,046

1,047

0,430

0,434

0,433

L2

0,516

0,515

0,516

L3

0,862

0,858

0,859

0,346

0,343

0,343

L2

0,423

0,423

0,424

L3

0,727

0,728

0,727

ΔL (m) 485 ΔL (m) 570

̅̅̅̅ 𝜟𝑳

1

udara (m)

400

Pengukuran ke:

13

(m)

v (m/s)

0,432

345,600

0,344

333,680

0,304

346,560

ΔL (m) 655

0,304

0,305

0,303

L2

0,368

0,367

0,369

L3

0,630

0,631

0,631

0,262

0,264

0,262

L2

0,320

0,321

0,322

L3

0,553

0,554

0,553

0,233

0,233

0,231

ΔL (m) 740 ΔL (m)

0,263

344,530

0,232

343,360

Contoh Perhitungan: Sebagai contoh, untuk menghitung nilai ΔL, diambil data dari pengukuran ke 1 pada frekuensi 400 Hz, sedangkan untuk menghitung nilai ̅̅̅ 𝛥𝐿̅ dan v, diambil dari keseluruhan data pada frekuensi 400 Hz. 

1𝑚

L2 pada frekuensi 400 Hz pengukuran 1 = 61,4 cm = 61,4 𝑐𝑚 × 100 𝑐𝑚 = 0,614 m



ΔL = L3 – L2 = 1,044 – 0,614 = 0,430 m



̅̅̅̅ = ΣΔL = ΔL1+ ΔL2+ ΔL3 = 0,430+0,434+0,433 = 0,43233.. ≈ 0,432 m 𝛥𝐿



v = λ × f = 2 × ̅̅̅ 𝛥𝐿̅ × f = 2 × 0,432 × 400 = 345,600 m/s



vteori = √

𝑛

3

γRT 𝑀

=√

3

1,4 .8,314 .(273+25,8) 28,8 1000

= 347,50661.. ≈ 347,507 m/s

Tabel Pembuatan Grafik Regresi Penentuan Kecepatan Bunyi di Udara y (m-1)

x (Hz)

xy (Hz/m)

x2 (Hz2)

400

2,313

925,212

160.000

485

2,907

1409,884

235.225

570

3,289

1875

324.900

655

3,807

2493,655

429.025

740

4,304

3185,079

547.600

Σx = 2850

Σy = 16,621

Σxy = 9888,829

Σx2 = 1.696.750

Keterangan: 

x=f

14



1

y = 𝛥𝐿 ̅̅̅̅

Perhitungan Tabel Pembuatan Grafik Regresi Sebagai contoh perhitungan, semua data perhitungan diambil dari data dengan frekuensi 400Hz. 1

1



y = 𝛥𝐿 = 0,432 = 2,31303... ≈ 2,313 /m ̅̅̅̅



xy = f × ̅̅̅̅ = 400 × 2,313 = 925,212 Hz/m 𝛥𝐿



x2 = f2 = 4002 = 160000 = 1,6 × 105 Hz2

1

Persamaan garis regresi yaitu sebagai berikut: 

1 ̅̅̅̅ 𝛥𝐿



A=

= A + Bf 2 𝛴𝑦 − 𝛴𝑥 𝛴𝑥 𝑦 𝛴𝑥𝑛 𝑛 𝑛 𝑛 𝑛 2 −(𝛴𝑥 )2 𝑁𝛴𝑥𝑛 𝑛

=

1.696.750×16,621 – 2850 ×9888,829 (5 × 1.696.750)−(2850)2

= 0.05008..

≈ 5, 008 × 10−2 𝑁𝛴𝑥𝑛 𝑦𝑛 −𝛴𝑥𝑛 𝛴𝑦𝑛 2 −(𝛴𝑥 )2 𝑁𝛴𝑥𝑛 𝑛

((5 × 9888,829)−(2850 ×16,621))



B=



Sehingga persamaan garis regresi dapat dituliskan sebagai berikut:

=

((5 × 1.696.750)−(2850)2 )

0.005744..≈ 5,744 × 10-3

1 = 5,008 × 10−2 + 5,744 × 10−3 𝑓 ̅̅̅̅ 𝛥𝐿 Dengan ditemukannya nilai B, maka dapat ditentukan nilai vgrafik dengan cara: 2

2



𝑣𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑘 = 𝐵 = 5,744 × 10−3 = 348,189415. . ≈ 348,189 m⁄𝑠



Error = |

𝑣𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑘 − 𝑣𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 𝑣𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖

348,189−347,507

| × 100% = |

347,507

0,196% 

Akurasi = 100% - error = 100% - 0,196% = 99,803%

15

| × 100% = 0,1963..% ≈

Satu per Panjang Kolom Udara (m-1)

Grafik Regresi Grafik Regresi Antara Frekuensi dengan Satu per Rata-rata Panjang Kolom Udara Resonansi

1 ̅̅̅̅ 𝛥𝐿

5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0

3.807 3.289 2.907 2.313

Data Hasil Percobaan Garis Regresi Linear

f

0

5.2

4.304

y = 0.005744x + 0.05008

100

200

300 400 500 Frekuensi Bunyi (Hz)

600

700

800

Menentukan Frekuensi Sumber Bunyi yang akan Ditera

Tabel Analisis Data untuk menentukan frekuensi sumber bunyi yang akan ditera Frekuensi literatur dari sumber bunyi yang akan ditera = 532 Hz vgrafik

2 δ𝑓𝑛 (Hz) δ𝑓𝑛 (Hz2)

L2 (m)

L3 (m)

ΔL(m)

λ (m)

f (Hz)

348,189

0,458

0,791

0,333

0,666

521,305

-3,645

13,286

348,189

0,461

0,790

0,329

0,658

529,163

4,213

17,749

348,189

0,460

0,792

0,332

0,664

524,381

-0,569

0,324

(m/s)

𝑓 ̅ = 524,950 Hz

Contoh Perhitungan: Data pertama (L2 = 0,458 dan L3 = 0,791) digunakan dalam contoh perhitungan: 

ΔL = L3 – L2 = 0,791 – 0,458 = 0,333 m



λ = 2 × ΔL = 2 × 0,333 = 0,666 m



𝑓=

𝑣𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑘 λ

=

𝑣𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑘 2ΔL

=

348,189 0,666

= 521,3048048. . ≈ 521,305 Hz

16

𝛴𝑓𝑖

521,305+529,163+524,381



𝑓̅ =



δ𝑓𝑛 = 𝑓𝑛 − 𝑓 ̅ = 521,305 − 524,950 = −3,645 Hz



2 δ𝑓𝑛 = (−3,645)2 = 13,286025 ≈ 13,286 Hz 2



𝑛 𝑆𝑓̅ = √𝑛(𝑛−1) =√



𝑓 = 𝑓 ̅ ± 𝑆𝑓̅ = 524,950 ± 2,286Hz

𝑛

=

3

𝛴δ2

= 524,950 Hz

13,286+17,749+0.324 3(3−1)

= 2,28615. . ≈ 2,286 Hz

𝑓𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 = 532𝐻𝑧 

𝑓̅ 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛 − 𝑓𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟

error = |

𝑓𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟

| × 100% = |

524,950−532 532

| × 100% = 1,32518. . ≈

1,325% 

akurasi = 100% - error = 100% - 1,325% ≈ 98.675%

VI.

Pembahasan Pada praktikum fisika kali ini, peneliti melakukan dua macam percobaan.

Percobaan pertama bertujuan untuk menentukan kecepatan rambat bunyi di udara dan percobaan kedua bertujuan untuk menentukan frekuensi suatu sumber bunyi yang akan ditera. Sumber bunyi tersebut berupa speaker berwana biru. Kedua macam percobaan ini dilakukan dengan tabung resonansi sebagai alat utamanya. Peneliti mencari panjang kolom udara resonansi dengan mengatur tinggi rendahnya permukaan air pada tabung resonansi. Peneliti melakukan pengukuran hal yang sama sebanyak tiga kali untuk mendukung keakuratan data yang diambil. Selama melakukan percobaan, peneliti dapat melihat bahwa semakin besar frekuensi yang digunakan, maka semakin kecil panjang kolom udara resonansinya. Hal serupa juga terjadi pada selisih panjang kolom udara resonansi yang makin kecil ketika frekuensi makin besar. Dari nilai selisih panjang kolom udara resonansi ketiga dan kedua, diambillah nilai rata-ratanya yang akan digunakan peneliti untuk mencari panjang gelombang dengan cara mengkalikan dua sebab panjang kolom udara resonansi adalah setengah panjang gelombang,

17

λ

sesuai dengan rumus 𝐿 = (2𝑛 + 1) 4. Dalam hal ini, panjang kolom udara resonansi pertama tidak digunakan sebab ketika resonansi pertama terjadi, perut gelombang tidak terdapat tepat pada mulut tabung resonansi., melainkan berada sedikit di atas mulut tabung, yaitu 0,3× 𝑑𝑡𝑎𝑏𝑢𝑛𝑔 . Kecepatan bunyi di udara dapat ditentukan ketika ada nilai frekuensi dan nilai panjang gelombang menurut rumus v = λ × f. Di percobaan ini, peneliti mendapatkan beberapa nilai kecepatan bunyi di udara dengan sedikit perbedaan. Untuk menyatukan beberapa nilai kecepatan bunyi tersebut, peneliti membuat grafik regresi dan dapat ditentukan satu nilai kecepatan bunyi di udara menurut grafik, yaitu sebesar 348,189 m/s. Kecepatan ini 2

didapat menurut rumus 𝑣𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑘 = 𝐵, dimana B merupakan konstanta pada grafik regresi yang akan dibahas lebih lanjut pada bagian analisa grafik. Peneliti menentukan pula seberapa akurat percobaan kali ini dengan mencari eror dari nilai ini terhadap nilai kecepatan bunyi secara teoretis. Eror yang terjadi yaitu sebesar 0,196%. Nilai kecepatan bunyi di udara ini juga digunakan peneliti untuk menentukan frekuensi dari sumber bunyi yang ditera. Langkah kerja percobaan penentuan frekuensi sumber bunyi sama dengan langkah kerja percobaan penentuan cepat rambat bunyi di udara. Namun, peneliti menggunakan kecepatan bunyi di udara tadi pada rumus v = λ × f untuk dapat mencari frekuensi dari sumber bunyi yang ditera. Selain menentukan frekuensi, peneliti juga menentukan standar deviasi untuk mengetahui persebaran variasi data selama percobaan menentukan frekuensi sumber bunyi ini. Standar deviasi dapat dihitung dengan menentukan terlebih dahulu nilai kuadrat dari selisih frekuensi masing-masing data dengan frekuensi rata-rata. Peneliti menemukan rata-rata frekuensi dari sumber bunyi adalah sebesar 524,950 Hz dengan standar deviasi sebesar 2,286 Hz. Hasil ini memiliki keakuratan sebesar 98,675% terhadap nilai frekuensi literatur. Sesuai vgrafik, maka nilai kecepatan bunyi di udara sebesar 348,189 m/s. Sedangkan perhitungan kecepatan rambat bunyi di udara secara teoretis membutuhkan data berupa; tetapan laplace gas diatomik (1,4), Tetapan gas ideal (8,314

𝐽⁄ 𝑚𝑜𝑙°𝐾 ),

suhu ruangan saat percobaan berlangsung (298,8 °K), dan massa

18

molekul udara (28,8× 10−3 𝑘𝑔/𝑚𝑜𝑙). Dengan menggunakan data tersebut, peneliti dapatkan cepat rambat bunyi di udara secara teoretis sebesar 347,507 m/s. Terdapat sedikit perbedaan antara kedua nilai tersebut, yaitu sebesar 0,682 m/s. Tidak hanya terjadi dalam hal kecepatan bunyi di udara, frekuensi sumber bunyi dengan frekuensi literatur juga menunjukkan adanya perbedaan. Pada percobaan penentuan frekuensi sumber bunyi berupa speaker berwarna biru, peneliti menggunakan rumus 𝑣 = 𝜆 × 𝑓. Sesuai dengan ketentuan yang diberikan, cepat rambat bunyi di udara diambil dari vgrafik, yaitu sebesar 348,189

m

/s. Panjang

gelombang dapat peneliti rumuskan dengan 2 kali selisih panjang kolom udara resonansi ke-2 dan resonansi ke-3, yakni 0,666 m (pengukuran pertama), 0,658 m (pengukuran kedua), dan 0,664 m (pengukuran ketiga). Maka dari itu, peneliti mendapatkan rata-rata frekuensi sumber bunyi dari speaker warna biru sebesar 524,950 Hz. Selanjutnya perhitungan ralat (standar deviasi) memerlukan data total penjumahan dari kuadrat selisih frekuensi pada masing-masing resonansi terhadap frekuensi rata-ratanya. Selanjutnya, data tersebut dapat diolah dengan rumus 𝑆𝑓̅ = 𝛴δ2𝑛

√

𝑛(𝑛−1)

, dimana n merupakan jumlah data frekuensi resonansi percobaan.

Hasilnya, peneliti mendapatkan frekuensi sumber bunyi beserta ralatnya (standar deviasi) sebesar 524,950 ± 2,286 Hz. Data literatur speaker biru adalah 532Hz Selisih kedua nilai frekuensi tersebut sebesar 7,05 Hz. Perbedaan nilai yang ada ini disebabkan oleh berbagai faktor, seperti faktor peneliti maupun faktor alat itu sendiri. Peneliti memiliki kapasitas pendengaran yang terbatas sehingga tidak dapat menentukan dimanakah bunyi terkuat pada saat resonansi terjadi. Tak hanya itu, peneliti juga memiliki keterbatasan penglihatan untuk menentukan panjang kolom udara resonansi secara pasti dan akurat, ditambah dengan rollmeter yang memiliki ketelitian terbatas mengakibatkan data yang didapat tidak mungkin sempurna. Selain itu, alat yang digunakan untuk menghasilkan frekuensi tertentu tidak dapat menghasilkan frekuensi yang diinginkan dengan stabil sehingga menambah ketidaksempurnaan penelitian kali ini. Faktor lain yang mempengaruhi yaitu headphone yang berulang kali menghasilkan suara yang tidak jelas membuat peneliti tidak yakin dalam menentukan panjang kolom udara resonansi dengan

19

benar. Beberapa faktor penyebab error inilah yang membuat kecepatan bunyi di udara secara percobaaan memiliki nilai yang sedikit berbeda dengan perhitungan secara teori. Setelah mendapatkan berbagai data tentang kecepatan bunyi di udara, peneliti membuat suatu grafik untuk menentukan hubungan sebab akibat antara variabel bebas dengan variabel terikat. Grafik yang diciptakan peneliti ialah grafik yang menentukan hubungan antara frekuensi tertentu dengan rata-rata kebalikan dari selisih panjang kolom udara resonansi. Sebagaimana dapat dilihat pada grafik, sumbu X menunjukkan variabel bebas, yaitu frekuensi yang dapat diubahubah oleh peneliti. Sementara itu, sumbu Y merupakan rata-rata kebalikan dari selisih panjang kolom udara resonansi sebagai variabel terikat yang bergantung pada variabel bebasnya. Dapat dilihat pula pada grafik, semakin besar nilai frekuensi, semakin besar pula nilai rata-rata kebalikan dari selisih panjang kolom udara resonansi. Pada grafik juga terdapat suatu garis linear yang disebut dengan garis regresi, yaitu garis yang membantu peneliti untuk meramalkan pengaruh suatu variabel bebas terhadap variabel terikat yang diteliti. Seperti persamaan garis linear pada umumnya, garis regresi juga memiliki persamaan Y = Ax + B 1

dengan y adalah 𝛥𝐿 dan x adalah f. Sementara itu, A dan B adalah konstanta yang ̅̅̅̅ didapatkan dari perhitungan melalui tabel pembuatan garis regresi. Dari perhitungan, didapatkan nilai A sebesar 5,744 × 10−3 dan nilai B sebesar 5,008 × 10−2 sehingga persamaan garis regresi yang terbentuk pada grafik regresi adalah

1 ̅̅̅̅ 𝛥𝐿

= 5,744 × 10−3 𝑓 + 5,008 × 10−2 . Dengan persamaan ini,

peneliti dapat menentukan berapa nilai variabel terikat ketika mengubah variabel bebas ke nilai tertentu. Di sekitar garis regresi tersebut, terdapat titik-titik yang menjelaskan hasil percobaan. Kedudukan titik-titik ini dapat dibandingkan terhadap garis regresi pada grafik. Semakin jauh titik yang ada dari garis regresi, maka data hasil percobaan semakin tidak sesuai dengan ramalan garis regresi. Sebaliknya, apabila titik pada grafik mendekati garis regresi, atau bahkan tepat kedudukannya pada garis regresi, maka data hasil percobaan semakin mencerminkan kebenaran dari ramalan garis regresi. Pada penelitian ini, peneliti

20

menemukan bahwa data hasil percobaan berada dekat dengan garis regresi yang tertera pada grafik sehingga dapat disimpulkan bahwa data hasil percobaaan mendekati ramalan garis regresi. Pada percobaan untuk menentukan cepat rambat bunyi di udara, faktor frekuensi mempengaruhi hasil percobaan peneliti. Nilai frekuensi berbanding terbalik dengan panjang kolom udara ketika terjadi resonansi. Secara tidak langsung, semakin besar frekuensi, semakin kecil jarak panjang kolom udara antar 2 resonansi. Terkait dengan nilai cepat rambat bunyi di udara, pada percobaan pertama tidak ada faktor-faktor dari percobaan yang mempengaruhi nilai cepat rambat bunyi di udara. Frekuensi tidak mempengaruhi cepat rambat bunyi di udara karena besar nilai frekuensi berbanding terbalik dengan panjang gelombang, sehingga perubahan frekuensi sumber bunyi akan menyeimbangkan nilai cepat rambat bunyi di udara. Meskipun demikian, cepat rambat bunyi yang berbedabeda peneliti dapatkan karena adanya faktor error eksternal di luar sistem percobaan yang mempengaruhi hasil data percobaan, seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya. Faktor-faktor yang mampu mempengaruhi nilai cepat rambat bunyi di udara antara lain; suhu ruangan, tekanan udara ruangan, dan γRT

massa molekul udara sesuai dengan dalil (𝑣 = √

𝑀

). Namun, faktor tersebut

tidak termasuk dalam variabel bebas percobaan pertama. Pada percobaan kedua, faktor yang mempengaruhi hasil percobaan peneliti adalah kecepatan rambat bunyi grafik dan 2 kali panjang kolom udara saat terjadinya resonansi. Sesuai dengan dalil 𝑣 = 𝜆 × 𝑓, kecepatan berbanding lurus dengan frekuensi sumber bunyi, sedangkan panjang gelombang berbanding terbalik dengan frekuensi sumber bunyi yang akan ditera.

VII.

Kesimpulan Gejala resonansi bunyi adalah gejala yang terjadi ketika frekuensi getaran

suatu benda sama dengan atau kelipatan bilangan bulat dari frekuensi sumbernya. Pada percobaan kali ini, gejala resonansi terjadi ketika pada kolom udara terdengar dengungan yang cukup keras. Pada saat itu terjadi gelombang

21

longitudinal stasioner. Pada permukaan air terdapat simpul gelombang, sedangkan pada mulut tabung resonansi terdapat perut gelombang. Sehubungan dengan ini, berarti jarak kolom udara antar 2 resonansi yang berdekatan ialah setengah panjang gelombang. Melalui hasil percobaan yang peneliti lakukan, peneliti dapat merumuskan bahwa cepat rambat bunyi di udara sebesar 348,189 m/s. Berbeda dengan nilai cepat rambat bunyi di udara secara teoretis sebesar 347,507 m/s. Sesuai hasil analisis percobaan, sumber bunyi yang akan ditera dari speaker berwarna biru adalah 524,950 Hz, sedangkan frekuensi literatur yang peneliti terima ialah 532 Hz.

22

VIII.

Daftar Pustaka Cambridge University Press. “Wave.” Cambridge Dictionary. n.d. diakses 9 September, 2018 dari http://dictionary.cambridge.org/dictionary/english/wave. _____. “Medium.” Cambridge Dictionary. n.d. diakses 9 September, 2018 dari http://dictionary.cambridge.org/dictionary/english/medium. _____. “Frequency.” Cambridge Dictionary. n.d. diakses 9 September, 2018 dari http://dictionary.cambridge.org/dictionary/english/frequency. Crundell, Mike, Geoff Goodwin, dan Chris Mee. Cambridge International AS and A Level Physics. London: Hodder Education, 2014. Freedman, Roger A., Hugh D. Young, dan A. Lewis Ford. University Physics with Modern Physics. 14th ed. Santa Barbara: Pearson Education, 2016. Giancoli, Douglas C. Physics Principles with Applications. N.p.: Pearson Education, 2014. Gunadarma University. Bab6 Gelombang Bunyi. n.d. diakses pada 8 September 2018 dari http://tri_surawan.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/40818/ Bab6_Gelombang+Bunyi.pdf Halliday, David, Jearl Walker, dan Robert Resnick. Fundamentals of Physics. 10th ed. N.p.: John Wiley & Sons, 2014. Mulyadi, Tedi. Pengertian Panjang Gelombang. n.d. diakses pada 8 September 2018 dari http://budisma.net/2015/03/pengertian-panjang-gelombang.html Universitas Sumatera Utara. Resonansi-Gelombang Bunyi. n.d. diakses pada 8 September 2018 dari http://repository.usu.ac.id/bitstream/handle/12345678 9/39301/Chapter%20II.pdf;jsessionid=8113F4E11901A8CE91691D0259FF 44DF?sequence=4

23

Setiawan, Ebta. “Frekuensi.” Kamus Besar Bahasa Indonesia. n.d. diakses 9 September 2018 dari http://kbbi.web.id/frekuensi. Oxford English Dictionary Editors. Medium. n.d. diakses diakses 9 September, 2018 dari https://en.oxforddictionaries.com/definition/medium. _____.

Wave.

n.d.

diakses

diakses

9

September,

https://en.oxforddictionaries.com/definition/wave.

24

2018

dari

IX. No. 1

Lampiran Nama Alat

Alat penghantar bunyi

Jumlah 1 buah

dari microphone ke headphone

2

Tabung resonansi

1 buah

3

Sumber bunyi dengan

1 buah

frekuensi variabel

25

Gambar

4

Sumber bunyi yang

1 buah

akan ditera (speaker biru)

5

Headphone

1 buah

6

Speaker sumber bunyi

1 buah

dengan frekuensi variabel

7

Rollmeter

1 buah

26

8

Microphone

1 buah

27