GELOMBANG BUNYI

GELOMBANG BUNYI

Bunyi atau Suara merupakan salah satu fenomena fisika yang selalu kita alami sehari-hari. Contoh bunyi yang sering kita nikmati adalah musik. Musik bisa memberikan inspirasi saat kita sedang belajar, bekerja atau beraktifitas.

Adakalanya bunyi itu bisa juga menjadi sumber polusi manakala yang kita dengar itu berupa musik keras yang berlebihan, suara bising knalpot kendaraan bermotor, suara mesin pesawat terbang dan aktifitas pabrik.. semuanya dapat menjadi sumber polusi suara

Dalam fisikaBunyi atau suara adalah gelombang longitudinal yang merambat melalui medium, yang dihasilkan oleh getaran mekanis dan merupakan hasil perambatan energi. Sumber bunyi sebagai sumber getar memancarkan gelombang-gelombang longitudinal ke segala arah melalui medium baik padat, cair maupun gas. Sumber getar tersebut bisa saja berasal dari dawai/kawat, pipa organa, bahkan ombak di pantai.

Penjalaran & Laju Gel Longitudinal

Manusia dapat mendengar bunyi saat gelombang bunyi merambat di udara atau medium lain sampai ke gendang telinga manusia. Batas frekuensi bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia kira-kira dari 20 Hz sampai 20 kHz pada amplitudo umum dengan berbagai variasi dalam kurva responsnya. Suara di atas 20 kHz dinamakan ultrasonik dan di bawah 20 Hz dinamakan infrasonik.

Bunyi merambat di udara dengan kecepatan 1.224 km/jam. Bunyi akan merambat lebih lambat jika suhu dan tekanan udara lebih rendah. Di udara tipis dan dingin pada ketinggian lebih dari 11 km, kecepatan bunyi 1.000 km/jam. Di air, kecepatannya 5.400 km/jam,  jauh lebih cepat daripada di udara.

Dengan meninjau gerak elemen fluida pada sebuah penghisap yang ditarik dan didorong saat  berisi fluida, diperoleh  kecepatan bunyi dalam medium fluida :

v = √ B/ρo

v = kec gel bunyi

B = modulus lenting elastis/Bulk

ρo = masaa jenis fluida

Kecepatan bunyi di dalam gas

γ =  perbandingan kalor jenis

ρo = massa jenis gas

po  = tekanan gas

Gelombang Longitudinal berjalan

Untuk gelombang longitudinal menjalar kekanan dan variasi tekanan didalam gelombang bunyi,  :

p = b k Ym sin ( k x – ω t )

Karena b sebanding dengan  ρo v2

Maka p = k ρo v2 Ym sin ( k x – ω t )

Dengan po = k ρo v2 Ym

= amplitudo tekanan

SOAL :

1. Variasi tekanan maksimum P yang dapat ditolerir oleh telinga di dalam bunyi yang nyaring adalah 28 N/m2 ( 28 Pa ). Tekanan atmosfir normal adalah 100.000 Pa. Tentukan per -geseran maksimum yang bersangku tan  untuk sebuah gelombang bunyi di udara yang mempunyai frekuensi sebesar 1000 Hz, kecepatan bunyi 331 m/dt dan ρo = 1,22 kg/m3

Jawab :

Dengan data yang ada maka didapat  Ym =  1,1 x 10 -5 m

Amplitudo-amplitudo pergeseran untuk  bunyi yang paling nyaring adalah kira-kira 10 -5 m yang sungguh merupakan sebuah nilai yang sangat kecil. Dengan demikian pada pembahasan bunyi tidak banyak membahas  amplitudo pergesaran, melainkan pada tekanan atau intensitas bunyi

Resonansi Bunyi

Gelombang bunyi terdiri dari molekul-molekul udara yang tidak pernah merambat melainkan bergetar maju-mundur. Tiap saat, molekul-molekul itu berdesakan di beberapa tempat, sehingga menghasilkan wilayah tekanan tinggi, tapi di tempat lain merenggang, sehingga menghasilkan wilayah tekanan rendah. Gelombang bertekanan tinggi dan rendah secara bergantian bergerak di udara, menyebar dari sumber bunyi. Itulah alasannya mengapa Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal. Bunyi mengalami gejala gelombang seperti  interferensi, pemantulan, pembiasan dan difraksi. Bunyi merupakan gelombang mekanik karena hanya dapat merambat melalui medium (zat padat, cair atau gas) dan tidak dapat merambat dalam vakum.

Peristiwa resonansi bunyi ditemukan pada :

  • Gitar / dawai
  • Pipa Organa terbuka
  • Pipa organa tertutup

Untuk seutas tali yang terikat, maka resonansi bunyi terjadi pada frekuensi – frekuensi :

n = 1, 2, 3…….

v = laju gelombang

f = frekuensi

f1 = frekuensi nada dasar/fundamental

f2 = frekuensi nada atas pertama

f3 = frekuensi nada atas kedua, dst

Sedangkan resonansi pada pipa organa dengan kedua ujung terbuka  akan berlaku hubungan :

n = 1, 2, 3…….

v = laju gelombang

f = frekuensi

f1 = frekuensi nada dasar/fundamental

f2 = frekuensi nada atas pertama

f3 = frekuensi nada atas kedua, dst

SOAL :

2. Dawai banyo panjang 30 cm beresonansi dengan frejuensi dasar 256 Hz.  Kalau diketahui bahwa  sebuah dawai sepanjang 80 cm, berat 0,75 gr dilewati gelombang dengan kecepatan  bunyi yang sama, tentukan tegangan dalam dawai banyo

TINGKAT INTENSITAS BUNYI

Kebanyakan suara merupakan gabungan berbagai sinyal, tetapi suara murni secara teoritis dapat dijelaskan dengan kecepatan getar atau frekuensi yang diukur dalam Hertz (Hz). Bunyi tunggal  yang frekuensinya teratur dinamakan nada, sedangkan bunyi tunggal  yang frekuensinya tidak teratur dinamakan desis. Amplitudo gelombang menentukan kuat-lemahnya suatu bunyi atau kenyaringan bunyi dengan pengukuran dalam decibel (dB). Semakin tinggi amplitudoya semakin nyaring bunyi tersebut. Bunyi pesawat yang lepas landas mencapai sekitar 120 dB. Sedang bunyi desiran daun sekitar 33 dB.

Tingkat Intensitas bunyi adalah perbandingan intensitas bunyi terhadap intensitas ambang

Intensitas Ambang  adalah  Intensitas minimum gelombang bunyi yang masih dapat terdengar cukup jelas

I

TI = 10 log —-          dB ( desi Bell )

Io

Io = Intensitas ambang

= 10-12 W/m2

I  = Intensitas bunyi

TI = Tingkat intensitas

Soal :

3. Tentukan tingkat intensitas bunyi yang mempunyai intensitas 2 x 10 -8 W/m2

TI = 10 log I/Io

= 10 log 2 x 10 -8 / 10-12

 = 10 log 2 x 0 +4

= 10 log 2 + 10 log 10 +4

= 10 x 0.3  +  10 x 4

= 3 + 40

= 43 dB

4.Tentukan tingkat intensitas  dari  intensitas bunyi ambang

5.Tentukan intensitas bunyi yang  mempunyai tingkat intensitas 80 dB

EFEK DOPPLER (Christian Johanes Doppler)

Adakalanya frekuensi yang didengar oleh pengamat mengalami perubahan sacara tiba-tiba manakala sumber bunyi (misal klakson mobil) bergerak mendekati atau menjauhi menurut pengamat yang diam. Fenomena ini dikenal sebagai Efek Doppler, yaitu perbedaan frekuensi yang diterima oleh pendengar dengan frekuensi asli sumber getarnya relatif antara  pendengar dan sumber bunyi. Bila kedudukan antara pengamat dan sumber saling mendekat, maka pengamat mendengar frekuensi yang lebih tinggi, dan bila kedudukannya saling menjauh maka pengamat mendengar frekuensi yang lebih rendah. Dan fenomena ini berhasil dijelaskan oleh fisikawan Christian Johann Doppler (1803-1855) pada tahun 1842.

v  ± Vp

fp = fs————–

v ± Vs

fp = frekuensi yang terdengar

fs = frekuensi sumber

v = kecepatan bunyi

vp = kecepatan pendengar

vs = kecepatan sumber

Penentuan +/ – kecepatan

  • + Vp  dan – Vs :

Sumber dan pengamat didalam arah yang menuju satu sama lain

  • – Vp  dan + Vs :

Sumber dan pengamat di dalam arah yang menjauh satu sama lain

Jika kecepatan angin diperhitungkan :

fp = fo

Vm = kecepatan medium angin

+  Jika searah pendengar

–   Jika tidak searah

Soal

6. Mobil dengan kecepatan 30 m/dt mendekati sirine pabrik yang berfrekuensi 500 Hz

a. Jika laju rambat bunyi dalam udara 340 m/dt, berapa frekuensi yang didengar

pengemudi

b. Bagaimana kalau mobil menjauh

c. Jika kecepatan angin 50 m /dt ( searah dengan sumber bunyi), berapa frekuensi yang

didengar untuk kasus a

Jawab :

v + vp

a. fp = fs ————–

v + Vs

dengan memasukkan data yang diketahui, dapat dihitung  fp > 500

Leave a comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *