BAB
I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Gelombang adalah getaran yang merambat, baik melalui medium ataupun tidak
melalui medium. Perambatan gelombang ada yang memerlukan medium, seperti
gelombang tali melalui tali dan ada pula yang tidak memerlukan medium yang berarti
bahwa gelombang tersebut dapat merambat melalui vakum ( hampa udara ), seperti
gelombang listrik magnet dapat merambat dalam vakum. Perambatan gelombang dalam
medium tidak diikuti oleh perambatan media, tapi partikel-partikel mediumnya
akan bergetar. Perumusan matematika suatu gelombang dapat diturunkan dengan
peninjauan penjalaran suatu pulsa. Dilihat dari ketentuan pengulangan bentuk,
gelombang dibagi atas gelombang periodik dan gelombang non periodik. Gelombang
mekanik adalah sesuatu yang dapat dibentuk dan dirambatkan dalam zat perantara
bahan elastis. Sebagai contoh khusus diantaranya adalah gelombang bunyi dalam
gas, dalam zat cair dan dalam zat padat. Gelombang Elektromagnetik perambatan
secara transversal antara medan listrik dan medan magnet ke segala arah.
Gelombang didefinisikan sebagai energi getaran yang merambat. Dalam
kehidupan sehari-hari banyak orang berfikir bahwa yang merambat dalam gelombang
adalah getarannya atau partikelnya, hal ini sedikit tidak benar karena yang
merambat dalam gelombang adalah energi yang dipunyai getaran tersebut. Dari
sini timbul benarkan medium yang digunakan gelombang tidak ikut merambat?
Padahal pada kenyataannya terjadi aliran air di laut yang luas. Menurut aliran
air dilaut itu tidak disebabkab oleh gelombang tetapi lebih disebabkan oleh
perbedaan suhu pada air laut. Dalam kehidupan sehari-hari kita tidak poernah lepas
dari apa yang disebut dengan Gelombang dan Bunyi. Gelombang adalah getaran yang
merambat. Sedang Bunyi adalah salah satu gelombang, yaitu gelombang
longitudinal. Jadi gelombang dan bunyi saling berhubungan karena bunyi
merupakan salah satu bagian dari gelomnag yaitu
gelombnag Longitudinal atau gelombnag yang gelombang yang arah rambatnya
sejajar atau berimpit dengan arah getarnya.
Bayangkan
saja bila dalam kehidupan ini tidak ada Gelombang maka kita tidak akan pernah
menemui apa yang disebut dengan suara, cahaya, gelombang radio, gelombang TV,
sinar – X, dan sinar gamma. Apabila tidak ada Gelombang maka kitta tidak aka
nada kehidupan karena cahaya tidak Matahari tidak akan sampai ke Bumi,selain
itu hidup ini kan sepi tanpa suara.Oleh
karena itu, berdasarkan uraian latar belakang di atas, maka penulis bermaksud
membuat suatu tulisan mengenai Gelombang dan Bunyi agar kita lebih memahami
tentang Gelombnag dan Bunyi.
1.2 Rumusan Masalah
1. Apa
pengertian gelombang?
2. Apa
yang dimaksud gelombang transfersal dan gelombang longitudinal?
3. Apa
yang dimaksud gelombang berjalan dan gelombang stasioner?
4. Apa
sajakah sifat sifat yang dimiliki gelombang?
5. Bagaimana
gelombang bunyi dan penjelasannya ?
1.3 Tujuan Penulisan
1. Untuk
mengetahui pengertian gelombang.
2. Untuk
mengetahui gelombang transfersal dan gelombang longitudinal.
3. Untuk
mengetahui gelombang berjalan dan gelombang stasioner.
4. Untuk
mengetahui sifat sifat yang dimiliki gelombang.
5. Untuk
mengetahui gelombang bunyi dan penjelasannya.
BAB
II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Gelombang
Gelombang
merupakan suatu getaran (gangguan) yang merambat. Sedangkan getaran itu sendiri
merupakan gerakan bolak-balik dalam suatu interval waktu tertentu. Gelombang
berbeda dengan materi. Selama perambatannya (selama menjalar), gelombang hanya
memindahkan energi, sementara materi selama berpindah selalu memindahkan massa dan
energinya. Macam – macam gelombang adalah sebagai berikut :
1. Berdasarkan
arah rambat gelombang terhadap arah getarnya :
(a) Gelombang transversal yaitu arah rambatnya
tegak lurus dengan arah
rambatnya.
Contoh : gelombang pada tali yang
digetarkan naik – turun
(b) Gelombang longitudinal yaitu arah
rambatnya searah dengan arah getarnya.
Contoh : gelombang bunyi
2.
Berdasarkan perlu tidaknya medium dalam perambatannya :
(a) Gelombang mekanik yaitu memerlukan medium
dalam perambatannya
Contoh : gelombang pada slinki,
gelombang pada air, dan gelombang
bunyi.
(b)
Gelombang elektromagnetik _ tidak
memerlukan medium dalam
Perambatannya.
Contoh : gelombang cahaya, gelombang
radio, dan sinar X
3.
Berdasarkan perubahan amplitudo :
(a)
Gelombang berjalan yaitu amplitudonya tetap.
(b) Gelombang stasioner
yaitu amplitudonya berubah.
2.2 Persamaan Dasar Gelombang
Misalkan gelombang merambat dengan
kecepatan v, maka dengan menggunakan rumus jarak s = v t diperoleh:
λ = v T
atau
v
=
Dengan v = Cepat rambat gelombang (m/s)
λ = Panjang
gelombang (m)
T = Periode (s)
Freakuensi (f) dalam
satuan Hertz (Hz) adalah kebalikan dari periode (T), sehingga diperoleh
hubungan :
Kemiripan antara
getaran dan gelombang adalah keduanya sama – sama memiliki
besaran periode,
frekuensi, dan amplitudo. Perbedaannya adalah gelombang memiliki besaran panjang
sedangkan getaran tidak.
Contoh
Sebuah
gelombang pada permukaan air dihasilkan dari suatu getaran yang frekuensinya 30
Hz. Jika jarak antara puncak dan lembah gelombang yang berturutan adalah 50 cm,
hitunglah cepat rambat gelombang tersebut!
Penyelesaian :
Diketahui : f = 30 Hz , ½ λ = 50 cm à λ = 100 cm = 1 m
Ditanya : v = ..?
Jawab : v = λ.f = 1.30 = 30 m/s
Diketahui : f = 30 Hz , ½ λ = 50 cm à λ = 100 cm = 1 m
Ditanya : v = ..?
Jawab : v = λ.f = 1.30 = 30 m/s
Latihan
Sebuah
pemancar radio bekerja pada gelombang 1,5 m. Jika cepat rambat gelombang radio
3.108 m/s, pada frekuensi berapakah stasion radio tersebut bekerja!
2.3 Gelombang Transversal
Pada gelombang transversal, yang
merambat adalah bukit dan bentuk lembah. Perambatan bukit atau lembah hanya dapat
terjadi pada zat yang kenyal/elastik. Oleh karena itu, gelombang transversal
hanya dapat merambat melalui zat padat.
Grafik simpangan – kedudukan gelombang
transversal :
Keterangan :
Ø Puncak
gelombang adalah titik – titik tertinggi pada gelombang (b dan f ).
Ø Dasar
gelombang adalah titik – titik terendah pada gelombang (d dan h).
Ø Bukit
gelombang adalah lengkungan obc atau efg.
Ø Lembah
gelombang adalah cekungan cde atau ghi.
Ø Amplitudo
(A) adalah nilai mutlak simpangan terbesar yang dapat dicapai partikel (bb1
atau dd1).
Ø Panjang
gelombang (λ) adalah jarak antara dua puncak berurutan (bf) atau jarak antara
dua dasar berurutan (dh).
Ø Keterangan
:
Periode (T) adalah
selang waktu yang diperlukan untuk menempuh dua puncak yang berurutan atau
selang waktu yang diperlukan untuk menempuh dua dasar yang berurutan.
2.4 Gelombang Longitudinal
Pada gelombang longitudinal, yang
merambat adalah bentuk rapatan dan renggangan. Rapatan dan renggangan dapat
terjadi pada semua zat. Oleh karena itu, gelombang longitudinal dapat merambat
pada semua zat (padat, cair, gas).
Gambar gelombang longitudinal
Ket
: Gelombang longitudinal berupa rapatan dan renggangan sepanjang slinki. Panjang
gelombang adalah jarak antara dua pusat rapatan yang berdekatan (AC) atau jarak
antara dua pusat renggangan yang berdekatan (BD).
Apabila kita ingin
menggambarkan gelombang longitudinal sebagai gelombang transversal (untuk
keperluan tertentu atau mempermudah pemahaman), kita dapat menggambarkannya
sebagai berikut :
Puncak gelombang
merupakan pusat rapatan dan dasar gelombang merupakan pusat renggangan.
2.5 Gelombang Berjalan Dan Gelombang
Stasioner
Jika salah satu tali kita ikatkan pada
beban yang tergantung pada pegas vertical, dan pegas kita getarkan naik turun,
maka getaran pegas akan merambat pada tali. Jika diamati secara seksama maka
amplitudo (simpangan maksimum) dari gelombang yang merambat pada tali selalu
tetap. Gelombang seperti ini disebut gelombang
berjalan.
Ada juga gelombang yang
amplitudonya selalu berubah (dalam kisaran nol sampai nilai maksimum tertentu).
Gelombang spserti ini disebut gelombang
stasioner.
2.5.1
Gelombang Berjalan
Misalkan
titik asal getaran O talah bergetar naik – turun selama t sekon. Persamaan gelombang
untuk titik O sesuai dengan Persamaan simpangan getaran harmonik sederhana
dengan sudut fase awal q0 = 00, yaitu:
(1.3)
φ
adalah fase gelombang untuk titik asal getaran O.
Pada saat titik asal
getaran O telah bergetar selama t sekon, berapa lamakah titik P pada tali yang
berjaraj x dari O telah bergetar ? karena gelombang merambat ke kanan, maka tentu
saja O bergetar lebih dahulu dari P. Bila cepat rambat gelombang adalah v, maka
waktu yang diperlukan gelombang untuk merambat dari O ke P adalah jarak OP
dibagi v. Jadi, jika titik O telah bergetar selama t sekon, maka titik P telah
bergetar selama tp = t – x/v. Fase getaran naik – turun di P akibat gelombang
dari O adalah :
Karena vT = λ, maka (1.5)
Dengan memasukkan φp dari Persamaan
(1.5) ke Persamaan (1.3) kita peroleh :
Tetapkan
, dengan
k disebut bilangan gelombang dan
=
disebut frekuensi
sudut, maka Persamaan di atas dapat kita tulis dalam bentuk :
y = A sin (
Dengan
A =
amplitudo getran di titik asal O (m)
t =
lama titik asal O telah bergetar (s)
k =
bilangan gelombang (m-1)
x =
jarak titik sembarang P dari titik asal O
y =
simpangan getaran di titik sembarang P
secara umum, Persamaan
simpangan getaran di suatu titik sembarang pada tali (misalnya titik P). yang
berjarak x dari titik asal getaran ada dua bentuk, yaitu:
y
= ±A sin 2(
(1.6)
y
=
) (1.7)
=
Dengan fase gelombang (
)
Catatan :
• Tanda negatif dalam
sinus diberikan untuk gelombang berjalan yang merambat ke kanan, sedang tanda
positif diberikan untuk gelombang berjalan yang merambat ke kiri
• Tanda positif pada A
diberikan jika titik asal getaran O untuk pertama kalinya bergerak ke atas,
sedang tanda negatif pada A diberikan jika titik asal getaran O untuk pertama
kalinya bergerak ke bawah
• Untuk titik asal
getaran berlaku x = 0
Rumus cepat untuk menghitung
cepat rambat gelombang. Misalkan Persamaan umum gelombang adalah y = A sin (
t − kx) dengan :
Contoh
Persamaan simpangan
gelombang berjalan y = 10 sin
(0,5t-2x). Jika x dan y dalam meter dan t
dalam secon, cepat rambat gelombangnya ?
Dik = y
= 10 sin
(0,5t-2x).
Dit = v...?
Jawab :
V=
V = 0,5/2=0,25m/s
Soal : persamaan
simpangan gelombang berjalan memenuhi y = 0,05 sin(16
t+4x). Cepat rambat gelombangnya adalah ?
2.5.2
Gelombang Stasioner
Seringkali
dua atau lebih gelombang bunyi hadir
pada tempat yang sama seperti pada saat dua orang sedang bercakap – cakap.
Contoh
gambar pertemuan dua gelombang:
Keterangan :
a)
Dua buah gelombang dengan amplitudo yang sama dan kedua pulasanya mengarah ke
atas. Tampak kedua gelombang saling mendekati.
b)
Kedua pulsa bertindihan sempurna sehingga amplitudonya menjadi 2x amplitudo masing
– masing pulsa semula
c)
Kedua pulsa saling menjauh kembali dan amplitudonya kembali ke amplitudo semula.
Keterangan :
d)
Dua buah gelombang dengan amplitudo yang sama, pulsa pertama mengarah keatas
sedangkan pulsa kedua mengarah ke bawah.
e)
Kedua pulsa bertindihan sempurna, sehingga sesaat saling meniadakan dan gelombang
menjadi lurus.
f)
Kedua pulsa saling menjauh kembali dan amplitudonya kembali ke amplitudo semula,
namun dalam hal ini arah pulsanya merupakan kebalikan dari arah pulsa semula,
seperti tampak pada gambar.
Penjumlahan bersama
dari masing – masing pulsa adalah satu contoh dari sebuah konsep umum yang
dikenal sebagai Prinsip Superposisi
Linear, yaitu:
Ketika dua gelombang
atau lebih datang secara bersamaan pada tempat yang sama, resultan gangguan
adalah jumlah gangguan dari masing – masing gelombang.
Prinsip ini dapat
diaplikasikan pada semua jenis gelombang, termasuk gelombang bunyi, gelombang
permukaan air, dan gelombang elektromagnetik seperti cahaya.
Gelombang
Stasioner / Gelombang Berdiri / Gelombang Diam
adalah hasil pertemuan antara gelombag datang dengan gelombang pantul yang memiliki
frekuensi dan amplitudo yang sama.
Seperti yang telah kita
ketahui bahwa gelombang datang yang merambat ke kanan dinyatakan oleh y1 = A
sin (kx - w t), sedangkan gelombang pantul yang merambat kekiri dan dibalik
(berlawanan fase) dapat dinyatakan oleh y2 = A sin (kx + w t).
Pertemuan dua gelombang
ini menghasilkan gelombang stasioner seperti yang dapat
dilihat pada gambar.
Garis yang tidak terputus menunjukka
gelombang datang, sedangkan garis yang terputus-putus menunjukkan gelombang
pantul.
Untuk menghitung simpangan di titik
sembarang P yang terletak sejauh x dari ujung tetap digunkanan cara sebagai
berikut :
Keterangan :
y = simpangan partikel pada gelombag
stasioner oleh ujung tetap.
A = amplitudo gelombang berjalan.
As= amplitudo gelombang stasioner.
x = jarak partikel dari ujung tetap.
2.6 Sifat-Sifat Gelombang
2.6.1
Dispersi Gelombang
Dispersi
Gelombang adalah perubahan bentuk gelombang ketika gelombang merambat melalui
suatu medium.
Kebanyakan
medium nyata dimana gelombang merambat dapat kita dekati sebagai medium
nondispersi yang maksudnya apabila gelombang melaluinya, tidak akan mengalami
perubahan bentuk gelombang. Contih dari medium nondispersi adalah udara dan
ruang vakum.
2.6.2
Pemantulan Gelombang
Pemantulan
gelombang adalah pembalikan arah rambat gelombang karena membentur suatu medium
atau pembatas. Pada peristiwa pemantulan
gelombang, ada dua kemungkinan yang dapat terjadi pada fase
gelombang pantul. Apabila gelombang itu merambat dalam medium yang kurang rapat
dan sampai pada batas medium yang lebih rapat, maka fase gelombang pantul akan
berbeda 0,5 dengan fase gelombang datang. Dalam hal ini gelombang datang
dikatakan mengalami perubahan fase 0,5. Misalnya gelombang yang merambat di
dalam udara akan mengalami perubahan fase pada saat dipantulkan oleh permukaan
air (batas antara air dan udara), sehingga fase gelombang pantul berbeda 0,5
dengan fase gelombang datang. Sebaliknya, apabila gelombang itu merambat di
dalam medium yang lebih rapat dan sampai pada bidang batas medium yang kurang rapat,
maka fase gelombang pantul akan sama dengan fase gelombang datang. Dalam hal
ini gelombang datang dikatakan tidak mengalami perubahan fase. Misalnya, cahaya
yang merambat di dalam air tidak akan mengalami perubahan fase pada saat
terjadinya pemantulan oleh udara (bidang batas antara air dengan udara),
sehingga fase gelombang pantul sama dengan fase gelombang datang.
2.6.3
Pembiasan Gelombang
Pembiasan
gelombang adalah pembelokan rambat gelombang karena melalui dua medium yang
memiliki kerapatan yang berbeda. Perubahan panjang gelombang menyebabkan
pembelokan gelombang, seperti diperlihatkan pada foto pembiasan gelombang lurus
sewaktu gelombang lurus mengenai bidang batas antara tempat yang dalam ke
tempat yang dangkal dalam suatu tangki riak. Pembelokan gelombang dinamakan
pembiasan.
Persamaan
umum yang berlaku untuk pembiasan gelombang adalah :
Dengan : i =
sudut datang,
r =
sudut bias,
v1 =
cepat rambat gelombang dalam medium 1 (m/s),
v2 =
cepat rambat gelombang dalam medium 2 (m/s),
n =
indeks bias medium 2 relatif terhadap medium 1.
Perhatikan persamaan
(1-22), jika sinar dating dari tempat yang dalam ke tempat yang dangkal maka :
v1
< v2
Sin i > sin r atau
sin r < sin i
r < i
Pengertian indeks bias
:
Besaran pada persamaan
(1-22) adalah indeks bias medium 2 relatif terhadap medium 1. Jika indeks bias
medium 2 adalah n2 dan indeks bias medium 1 adalah n1,
maka n dapat kita tulis sebagai :
Jika n dalam persamaan
(1-22) kita gantikan dengan n di atas, dan ambil sudut datang i =
dan sudut bias r =
,
kita peroleh
Soal
Jika gelombang cahaya
datang dari udara menuju air. Hitung sudut bias jika sudut datang 30⁰ dan indeks bias air
1.33 !
Diketahui :
i= 30⁰
n2 = 1.33
n1 = 1 (indeks bias udara = 1)
ditanya :
r . . . ?
Diketahui :
i= 30⁰
n2 = 1.33
n1 = 1 (indeks bias udara = 1)
ditanya :
r . . . ?
sin 30/ sin
r = 1,33/1
r = 22,1⁰
jadi sudut
bias sebesar 22,1 ⁰
2.6.4
Difraksi Gelombang
Difraksi
gelombang adalah lenturan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang
berupa celah sempit. Celah bertindak sebagai sumber gelombang berupa titik, dan
muka gelombang yang melalui celah dipancarkan berbentuk lingkaran – lingkaran
dengan celah tersebut sebagai pusatnya.
2.6.5
Interferensi Gelombang
Interferensi
gelombang adalah pengaruh yang ditimbulkan oleh gelombang-gelombang yang
berpadu. Pada saat dua gelombang membentuk gelombang stasioner, pada titik –
titik tertentu yang disebut perut, kedua gelombang saling memperkuat
(interferensi konstruktif), dan pada titik – titik tertentu yang disebut
simpul, kedua gelombang saling memperlemah atau meniadakan (interferensi
destruktif) Interferensi konstruktif apabila kedua gelombang sefase, sedangkan
interferensi destruktif terjadi jika kedua gelombang berlainan fase.
2.6.6
Polarisasi Gelombang
Polarisasi
gelombang hanya terjadi pada gelombang transversal, jadi polarisasi tidak terjadi
pada gelombang bunyi yang merupakan gelombang longitudinal. Gelombang
terpolarisasi linear jka getaran dari gelombang tersbut selalu terjadi dalam
satu arah saja. Arah ini disebut arah polarisasi. Pada gelombang longitudinal (misalnya
gelombang bunyi), arah getarnya selalu sama dengan arah merambatnya sehingga
arah memanjang celah tidak akan mempengaruhi gelombang, berbeda halnya pada
gelombng transversal yang akan terserap sebagian rambatnya apabila melalui
celah memanjang.
2.6.7
Efek Dopller
Efek
Doppler : bila sumber bunyi dan pengamat saling bergerak relative satu terhadap
lainnya (mendekati atau menjauhi) maka frekuensi yang diterima pengamat tidak
sama dengan frekuensi yang dipacarkan oleh sumber.
Apabila
sumber gelombang dan pengamat bergerak relative saling mendekati, pengamatakan
menerima frekuensi gelombang yang lebih tinggi daripada frekuensi yang dipancarkan
sumber gelombang.
Apabila
sumber gelombang dan gelombang bergerak relative saling menjauhi, pengamat akan
menerima frekuensi gelombang yang lebih rendah daripada frekuensi yang
dipancarkan sumber gelombang.
2.7 Pengertian Gelombang Bunyi
Bunyi merupakan
gelombang mekanik yang dalam perambatannya arahnya sejajar dengan arah getarnya
(gelombang longitudinal).Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanis
longitudinal”. Hal ini berarti bahwa bunyi memerlukan medium untuk merambat.
Medium perambatan bunyi dapat berupa zat padat ataupun fluida(zat alir,
meliputi zat cair dan gas).Partikel-partikel bahan yang mentransmisikan sebuah
gelombang seperti itu berosilasi di dalam arah penjalaran gelombang itu
sendiri. Gelombang bunyi juga merupakan gelombang longitudinal. Jadi, arah
getaran partikel medium gelombang bunyi sejajar dengan arah perambatannya.
Ada suatu jangkauan frekuensi yang
besar dimana dapat dihasilkan gelombang mekanis longitudinal dan gelombang
bunyi adalah dibatasi oleh jangkauan frekuensi yang dapat merangsang telinga
dan otak manusia kepada sensasi pendengaran. Jangkauan ini adalah kira- kira 20
siklus/ detik ( atau 20 Hz) sampai kira- kira 20.000 Hz dan dinamakan jangkauan
suara yang dapat didengar (audible range).Persepsi manusia terhadap bunyi
terkait dengan karakteristik bunyi yang dapat dirasakan. Secara umum ada dua
karakteristik bunyi yang mampu dirasakan oleh manusia, yaitu keras–lemahnya
bunyi dan tinggi rendahnya bunyi. keras–lemahnya bunyi terkait dengan amplitude
dan energy gelombang bunyi tersebut.
2.8 Syarat-Syarat Adanya Gelombang Bunyi
2.8.1 Sumber Bunyi
Benda-benda yang dapat menghasilkan bunyi disebut
sumber bunyi. Contoh sumber bunyi adalah berbagai alat musik, seperti gitar,
biola, piano, drum, terompet dan seruling.
2.8.2 Zat Perantara (Medium)
Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal yang
tidak tampak. Bunyi hanya dapat merambat melalui medium perantara. Contohnya
udara, air, dan kayu. Tanpa medium perantara bunyi tidak dapat merambat
sehingga tidak akan terdengar. Berdasarkan penelitian, zat padat merupakan
medium perambatan bunyi yang paling baik dibandingkan zat cair dan gas.
2.8.3 Pendengar
Bunyi dapat didengar apabila ada pendengar. Manusia
dilengkapi indra pendengar, yaitu telinga sebagai alat pendengar.
Getaran yang berasal dari benda-benda yang bergetar, sampai ke telinga kita pada umumnya melalui udara dalam bentuk gelombang. Karena gelombang yang dapat berada di udara hanya gelombang longitudinal, maka bunyi merambat melalui udara selalu dalam bentuk gelombang longitudinal. Kita perlu ingat bahwa gelombang longitudinal adalah perapatan dan perenggangan yang dapat merambat melalui ketiga wujud zat yaitu : wujud padat, cair dan gas.
Getaran yang berasal dari benda-benda yang bergetar, sampai ke telinga kita pada umumnya melalui udara dalam bentuk gelombang. Karena gelombang yang dapat berada di udara hanya gelombang longitudinal, maka bunyi merambat melalui udara selalu dalam bentuk gelombang longitudinal. Kita perlu ingat bahwa gelombang longitudinal adalah perapatan dan perenggangan yang dapat merambat melalui ketiga wujud zat yaitu : wujud padat, cair dan gas.
2.9 Macam-Macam Gelombang Bunyi
Menurut Ruwanto(2007)menuyimpulkan
bahwa,”gelombang bunyi dapat dikelompokkan menjadi tiga yaitu gelombang
infrasonik, gelombang audio (audiosonik) dan gelombang ultrasonik”.
1. Gelombang Infrasonik
Gelombang infrasonik adalah
gelombang bunyi yang frekuensinya kurang dari 20 Hz. Gelombang ini tak dapat
dideteksi oleh telinga manusia. sebagai contoh sumber-sumber gelombang
infrasonic yaitu gempa bumi ( aktivitas seismik ) dan aktivitas gunung berapi
(aktivitas vulkanik ). Gelombang infrasonik dari aktivitas seismik ataupun
vulkanik juga mampu dideteksi oleh binatang – binatang di sekitarnya. Oleh
karena itu biasanya sebelum terjadinya bencana berupa gunung meletus ataupun
gempa bumi, binatang-binatang itu lebih dulu bermigrasi atau berpindah dari
lokasi tersebut. Meskipun tak mampu mendeteksinya, ternyata manusia memiliki
reaksi tertentu terhadap adanya gelombang infrasonic. Beberapa penelitian para
ahli menunjukkan bahwa seseorang yang berada di sekitar gelombang infrasonik
akan cenderung merasa cemas, gelisah, ngeri dan merasakan sesuatu keanehan
emosi.
2. Gelombang audio
Gelombang audio merupakan gelombang
bunyi yang frekuensinya 20 Hz hingga 20.000 Hz. Gelombang audio ini misalnya
dihasilkan oleh alat musik, percakapan, tumbukan antar benda, serta semua
getaran bunyi yang bunyinya mampu didengar manusia.
3. Gelombang ultrasonik
Gelombang ultrasonik merupakan
gelombang bunyi dengan frekuensi diatas 20.000 Hz. Gelombang bunyi ini juga tak
mampu terdengar oleh manusia. Beberapa binatang mampu mendeteksi gelombang
ultrasonic ini, seperti, anjing, tikus, lumba-lumba dan kelelawar. Ada banyak
manfaat gelombang ultrasonic misalnya di bidang medis dan industry. Di bidang
medis gelombang ini dapat digunakan untuk mencitrakan janin yaitu dengan
ultrasonografi (USG ) dan juga untuk membersihkan gigi. Di bidang industri ,
gelombang ini dapat digunakan untuk melakukan uji tak rusak atau Non
Destructive Testing (NDT)
2.10 Cepat Rambat Gelombang Bunyi
Cepat rambat
bunyi ialah jarak yang ditempuh oleh gelombang bunyi setiap satu satuan waktu.
Cepat rambat bunyi diselidiki oleh ilmuwan Belanda yang bernama Van Beek dan
Moll. VanBeek dan Moll menghitung besarnyacepat rambat bunyi yang dirumuskan :
V = s/t
Dimana :
V =cepat rambat bunyi (m/s)
S = jarak (m)
t= waktu (s)
jika diketahui frekuensi (f),
panjang gelombang (λ) atauun periode (T) dari suatu gelombang bunyi. Maka cepat
rambat gelombang bunyi dapat ditentukan menggunakan persamaan :
V = λ x f,
atau V = λ / T
cepat rambat bunyi berbeda pada
masing-masing medium. Cepat rambat bunyi paling besar pada zat padat, dan
paling kecil pada zat gas. Cepat rambat bunyi bergantung pada suhu. Contoh
Cepat rambat bunyi pada rel kereta api 6000 m/s, cepat rambat bunyi pada air
yang bersuhu 0 ⁰C 1500 m/s, cepat rambat bunyi pada udara yang bersuhu
0 ⁰C 330m/s, sepat rambat bunyi pada udara yang
bersuhu 25 ⁰C 340 m/s.
Pada malam hari suara kereta api terdengar lebih jelas
daripada pada siang hari, hal ini disebabkan pada malam hari suhu permukaan
bumi lebih kecil daripada suhu di udara. Bunyi merambat lebih lambat pada suhu
rendah sehingga pada malam hari suara kereta api tidak menyebar ke atas tetapi
menyebar di permukaan bumi.
Cepat rambat bunyi dimanfaatkan untuk mengukur kedalaman air laut, bisa di hitung dengan rumus:
S = ½ Vt
Dimana
S = kedalaman laut (m)
V = kecepatan rambat bunyi dalam air (m/s)
t = waktu yang diperlukan (s).
Jika gelombang bunyi merambat melalui fluida seperti udara atau air, cepat rambat bunyi dihitung menggunakan rumus :
Jika gelombang bunyi merambat melalui batang padat dan panjang maka cepat rambat bunyi dihitung menggunakan rumus :
Contoh
soal :
Jika
cepat rambat bunyi 320 m/s, tentukan frekuensi dan periode gelombang bunyi jika
panjang gelombang 10 meter.
diketahui : ν = 320 m/s
λ = 10 m
ditanya : a. f. . . ?
b. T . . . ?
jawab :
a. V = λ x f
f= V / λ
f= 320/10
f= 32Hz
b. V = λ / T
T = λ / V
T = 10/320
T = 1/32 sekon
Soal latihan :
Sebuah
kapal akan mengukur kedalaman laut menggunakan perangkat suara. Jika bunyi ditembakkan
ke dasar laut, bunyi pantul diterima setelah 4 detik. Tentukan kedalaman laut tersebut
jika cepat rambat bunyi 2000 m/s?
2.11 Efek Doppler
Fenomena
perubahan frekuensi karena pengaruh gerak relatif antara sumber bunyi dan
pendengar, pertama kali diamati oleh Christian Doppler. Jika antara sumber
bunyi dan pendengar tidak ada gerakan relatif, maka frekuensi sumber bunyi dan
frekuensi bunyi yang didengar oleh seseorang adalah sama. Namun, jika antara
sumber bunyi dan si pendengar ada gerak relatif, ternyata antara frekuensi
sumber bunyi dan frekuensi bunyi yang didengar tidaklah sama. Suatu contoh,
misalnya ketika Anda naik bis dan berpapasan dengan bis lain yang sedang
membunyikan klakson, maka akan terdengar suara yang lebih tinggi, berarti
frekuensinya lebih besar dan sebaliknya ketika bis menjauhi anda, bunyi klakson
terdengar lebih rendah, karena frekuensi bunyi yang didengar berkurang. Peristiwa
ini dinamakan Efek Doppler.
Jadi, Effek Doppler adalah peristiwa berubahnya harga frekuensi bunyi yang diterima oleh pendengar (P) dari frekuensi suatu sumber bunyi (S) apabila terjadi gerakan relatif antara P dan S. Oleh Doppler dirumuskan sebagai :
Dengan :
fP = frekuensi yang
didengar oleh pendengar (Hz)
fS = frekuensi yang
dipancarkan oleh sumber bunyi (Hz)
vP = kecepatan pendengar
(m/s)
vS = kecepatan sumber bunyi
(m/s)
v = kecepatan bunyi di udara (340
m/s)
Tanda + untuk vP dipakai bila pendengar
bergerak mendekati sumber bunyi.
Tanda - untuk vP dipakai bila
pendengar bergerak menjauhi sumber bunyi.
Tanda + untuk vS dipakai bila
sumber bunyi bergerak menjauhi pendengar.
Tanda - untuk vS dipakai bila
sumber bunyi bergerak mendekati pendengar.
Vp = 0, pendengar diam.
Vs = 0, sumber bunyi diam.
.png){kind=link}
dimana νa
adalah kelajuan angin dengan perjanjian tanda sebagai berikut:
+ νa jika angin mengarah dari sumber bunyi menuju pendengar
− νa jika angin mengarah dari pendengar ke sumber bunyi
+ νa jika angin mengarah dari sumber bunyi menuju pendengar
− νa jika angin mengarah dari pendengar ke sumber bunyi
Contoh
saol:
Mobil ambulan memancarkan sirine dengan
frekuensi 500 Hz bergerak denan kecepatan 20 m/s berjalan sepanjang jalan raya.
Jika cepat rambat bunyi di udara 330 Hz dan kelajuan angin 5 m/s searah gerak
ambulan. Tentukan frekuensi yang di dengar oleh pengamat yang duduk di tepi
jalan ketika ambulan bergerak menjauhi pengamat ?
Diketahui: fs
= 500 Hz
V = 330 m/s
Vs = 20 m/s
Vp = 0 m/s
(pengamat diam)
Va = 5 m/s
Ditanya : fp. . . ?
Jawab :
=
=
=
471.83Hz
Soal latihan :
Ani berdiri di tepi jalan. Dari kejauhan
datang sebuah mobil ambulan bergerak mendekati Ani, kemudian lewat di depannya,
lalu menjauhinya dengan kecepatan tetap 20 m/s. Jika frekuensi sirine yang
dipancarkan mobil ambulan 8.640 Hz, dan kecepatan gelombang bunyi di udara 340m/s,
tentukanlah frekuensi sirine yang didengarkan Ani ?
2.12
Gelombang Bunyi Pada Dawai Dan Pipa Organa
2.11.1 Dawai
Pada senar atau dawai pada gitar
kedua ujungnya terikat dan jika digetarkan akan membentuk suatu gelombang
stasioner. Getaran ini akan menghasilkan bunyi dengan nada tertentu,
tergantung pada jumlah gelombang yang terbentuk pada dawai tersebut. Pola
gelombang stasioner ketika terjadi nada dasar (harmonik pertama), nada atas
pertama (harmonik kedua) dan nada atas kedua (harmonik ke tiga) ditunjukkan
pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Pola Panjang Gelombang pada Dawai.
Keterangan : a).
Nada dasar
b).
Nada atas 1
c).
Nada atas 2 dst...
Frekuensi nada yang dihasilkan tergantung pada
pola gelombang yang terbentuk. Secara umum, ketiga panjang gelombang di atas
dapat dinyatakan dengan persamaan :
|
|
(3.8)
|
Dengan demikian, frekuensi nada yang dihasilkan
dawai memenuhi persamaan :
|
|
(3.9)
|
Keterangan :
|
v
|
:
|
Cepat rambat gelombang pada dawai (m/s)
|
|
fn
|
:
|
Frekuensi nada ke-n (Hz)
|
|
λn
|
:
|
Panjang gelombang ke-n (m)
|
|
L
|
:
|
Panjang dawai (m)
|
|
n
|
:
|
Bilangan yang menyatakan nada dasar, nada atas ke-1,
dst. (0, 1, 2, ...)
|
Contoh
soal :
Seutas dawai panjangnya 80 cm. Berapakah
panjang gelombang nada atas pertama, kedua dan ketiga ?
Diketahui : L = 80 cm = 0,8 m
Ditanya:
Jawab :
a.
λ
= L
= 0,8 m
b.
c.
2.11.2 Pipa Organa Terbuka
Jika pipa organa ditiup, maka
udara-udara dalam pipa akan bergetar sehingga menghasilkan bunyi. Gelombang
yang terjadi merupakan gelombang longitudinal. Kolom udara dapat
beresonansi, artinya dapat bergetar. Kenyataan ini digunakan pada alat
musik yang dinamakan Organa, baik organa dengan pipa tertutup
maupun pipa terbuka. Pola gelombang untuk nada dasar ditunjukkan pada
Gambar 3.7. Panjang kolom udara (pipa) sama dengan ½ (jarak antara perut
berdekatan).
Gambar: 3.7. Organa Terbuka
Pipa organa terbuka merupakan sebuah
pipa yang terbuka di kedua ujungnya. Hubungan antara Lb (panjang
pipa organa terbuka) dan
(panjang gelombang) bisa dirumuskan ?
Lb = (n+1)
Ket : dengan n adalah 0 jika terjadi nada
dasar, 1 jika terjadi nada atas 1, 2 ika terjadi nada atas 2 dst.
2.11.2 Pipa Organa Tertutup
jika ujung pipa organa
tertutup, maka pipa organa itu disebut pipa organa tertutup. Pada
ujung pipa tertutup, udara tidak bebas bergerak, sehingga pada ujung pipa
selalu terjadi simpul. Tiga keadaan resonansi di dalam pipa organa tertutup
ditunjukkan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8. Organa Tertutup
Pipa organe tertutup adalah pipa yang
salah satu ujungnya tertutup. Hubungan antara Lt (panjang pipa
organa tertutup) dan
(panjang gelombang) bisa dirumuskan ?
Lt = (2n+1)
Ket : dengan n adalah 0 jika terjadi nada
dasar, 1 jika terjadi nada atas 1, 2 ika terjadi nada atas 2 dst.
2.13 Intensitas Bunyi
Intensitas
didefinisikan sebagai energi yang dipindahkan tiap satuan luas tiap satuan
waktu. Karena energi tiap satuan waktu kita ketahui sebagai pengertian daya,
maka intensitas bisa dikatakan juga daya tiap satuan luas. Secara matematis :
I =
Keterangan :
|
I
|
:
|
Intensitas
bunyi (W/m2)
|
|
P
|
:
|
Energi
tiap waktu atau daya (W)
|
|
A
|
:
|
Luas (m2)
|
|
R
|
:
|
Jarak dari
sumber bunyi (m)
|
2.14 Taraf Intensitas Bunyi
Taraf intensitas
bunyi adalah tingkat kenisingan sumber bunyi yang terdengar oleh pengamat pada
jarak tertentu. Telinga manusia adalah detektor bunyi yang peka yang
mampu mendengar bunyi dengan selang intensitas yang lebar yaitu sekitar
. Secara matematis, taraf intensitas
bunyi didefinisikan sebagai :
|
|
(3.24)
|
Keterangan :
|
TI
|
:
|
Taraf
intensitas bunyi (desiBell disingkat dB)
|
|
I
|
:
|
Intensitas
bunyi (W/m2)
|
|
I0
|
:
|
Intensitas
ambang pendengaran manusia (10-12 W/m2
|
Untuk n buah sumber bunyi identik, misalnya ada
n sirine yang dinyalakan bersama-sama, maka besarnya taraf intensitas
bunyi dinyatakan sebagai :
|
|
(3.25)
|
TI1 adalah taraf intensitas bunyi untuk satu buah sumber.
Jika didengar di dua titik yang jaraknya berbeda,
besar intensitas bunyi di titik ke-2 bisa dinyatakan sebagai :
|
|
(3.26)
|
Contoh
Sebuah sumber bunyi
bergetar dengan daya 10π watt, berapakah intensitas dan taraf intensitasnya
pada jarak 10 cm? L0 = 10-12watt.m-2.
Dik = P = 10
watt
R
= 10 Cm = 10-1
L0 = 10-12watt.m-2.
Dit = A. I = ?
A.
.
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
1.
Gelombang merupakan suatu getaran (gangguan)
yang merambat. Sedangkan getaran itu sendiri merupakan gerakan bolak-balik
dalam suatu interval waktu tertentu.
2.
Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik
longitudinal yang artinya gelombang bunyi membutuhka medium untuk merambat
secara sejajar getarannya.
3.
Gelobambang paling baik merambat pada medium
padat dan paling buruk pada medium gas. Cepat rambat ini dipengaruhi oleh
kerapatan medium-medium tersebut.
4.
Cepat rambat bunyi di laut (medium cair)
dipengaruhi oleh suhu, salinitas, tekanan dan kedalaman, serta densitas atau
kerapatan.
5.
Secara umum, kecepatan gelombang ditentukan
oleh panjang gelombang dan frekuensinya atau jarak tempuh dan waktu (v = λ.f).
Dalam zat cair, kecepatan ini dipengaruhi oleh modulus axial dan densitas.
DAFTAR PUSTAKA
Kanginan, Marthen. 2006. IPA FISIKA UNTUK
SMP KELAS VIII. Jakarta : Erlangga
Yahya, Iwan. 2005. Pengantar Akustik.
Surakarta : UNS
Adiwarsito.
2009. Gelombang Bunyi. http://www.adiwarsito.files.wordpress.com.
Diakses tanggal 20/05/2015/pukul 21.00
WIB
Anonim. 2009. Cepat
Rambat Gelombang Bunyi. http://www.crayonpedia.org. Diakses tanggal
20/05/2015/pukul 20.00 WIB
Anonim. 2011. Cepat
Rambat Gelombang. http://www.blogger.com. Diakses tanggal 20/05/201/
pukul 21.00 WIB
Comments
Post a Comment