GELOMBANG BUNYI dan soal aplikasinya,

2.0 GELOMBANG BUNYI
sebelum kita, mempelajari gelombang bunyi kita harus tahu tentang bunyi,, berikut ialah penjelasannya:::::: selamat menikmati!!

Bunyi atau suara adalah kompresi mekanikal atau gelombang longitudinal yang merambat melalui medium. Medium atau zat perantara ini dapat berupa zat cair, padat, gas. Jadi, gelombang bunyi dapat merambat misalnya di dalam air, batu bara, atau udara.

Kebanyakan suara adalah merupakan gabungan berbagai sinyal, tetapi suara murni secara teoritis dapat dijelaskan dengan kecepatan osilasi atau frekuensi yang diukur dalam Hertz (Hz) dan amplitudo atau kenyaringan bunyi dengan pengukuran dalam desibel.

Manusia mendengar bunyi saat gelombang bunyi, yaitu getaran 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 disebut ultrasonik dan di bawah 20 Hz disebut infrasonik


sedangkan gelombang bunyi adalah.....

Gelombang bunyi terdiri dari molekul-molekul udara yang 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. Gelombang bunyi ini menghantarkan bunyi ke telinga manusia,Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal.
jadi:
secara sederhana, gelombang didefinisikan sebagai getaran atau gangguan yang merambat dari suatu lokasi ke lokasi lainnya. Bunyi termasuk gelombang. Gelombang bunyi timbul akibat bergetarnya suatu benda, yang kemudian getarannya merambat dalam medium dari suatu lokasi menuju lokasi lainnya. Partikel medium tempat bunyi merambat akan memindahkan energi getar dengan arah sejajar ato paralel dengan arah rambat gelombang




Sifat-sifat Gelombang Bunyi

1 Pemantulan gelombang bunyi

Pemantulan gelombang bunyi dapat memberikan dampak merugikan dan menguntungkan, antara lain : timbulnya gaung/gema di dalam ruangan yang luas, pemanfaatan bunyi untuk mengukur kedalaman sumur.

Gaung/gema

Gema dapat timbul jika jarak antara sumber bunyi (biasanya sekaligus pendengar)

55 meter dari dinding pemantul. Jika diketahui kecepatan perambatan bunyi di udara rata-rata 340 m/s, sedangkan waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu suku kata ! 1/3 s, maka jarak yang ditempuh gelombang bunyi dari sumber bunyi ke dinding pemantul sampai ke pendengar sebesar

340 m/s x 1/3 s = 113,33 m

sehingga 133,33 m : 2 = 56,67 m


2 Interferensi gelombang bunyi

Dua sumber bunyi dari dua pengeras suara yang berasal dari sebuah audio generator akan menghasilkan gelombang-

gelombang bunyi yang koheren, yaitu dua gelombang dengan frekuensi sama, amplitudo sama, dan beda fase tetap. Jika rapatan bertemu rapatan atau regangan bertemu regangan maka terjadi penguatan bunyi (konstruktif) sehingga bunyi terdengar semakin keras. Jika regangan bertemu rapatan maka terjadi pelemahan bunyi (destruktif) sehingga bunyi terdengar semakin lemah.

Secara matematis penguatan terjadi jika selisih panjang gelombang sebesar 2nl dan pelemahan terjadi jika selisih panjang gelombang (2n+1)l.

Pada kegiatan paduan suara, seorang konduktor memberikan aba menyamakan suara maksudnya menyamakan tinggi-rendahnya suara atau frekuensi sehingga terjadi interferensi bunyi. Tetapi kadang-kadang suara yang terdengar tidak tepat sama tinggi-rendahnya, berarti telah terjadi pelayangan bunyi yang frekuensi pelayangannya dapat dihitung dengan persamaan

fpelayangan = ftinggi – frendah

Beberapa alat musik berbentuk pipa organa, misalnya seruling, terompet, drum, gitar akustik, dan lain-lain. Pipa organa adalah sebuah pipa yang berisi kolom udara. Terdapat dua jenis pipa organa yang masing-masing menimbulkan pola interferensi gelombang bunyi yang berbeda.

Resonansi

Resonansi adalah ikut bergetarnya molekul udara dalam kolom udara akibat getaran benda, dalam beberapa alat musik akan menimbulkan efek bunyi yang merdu. Pada alat musik berbentuk pipa organa tertutup, yaitu salah satu atau kedua ujung pipanya tertutup, resonansi terjadi jika : l = ¼ l, l, l, dst……, dengan l adalah panjang pipa dan l adalah panjang gelombang bunyi.

Cepat Rambat Bunyi

Cepat rambat bunyi dapat dicari dengan rumus :v = f . l

dengan v : cepat rambat bunyi (m/s)

f : frekuensi bunyi (Hz)

l : panjang gelombang bunyi (m).

Intensitas Bunyi

Tinggi rendahnya bunyi ditentukan oleh frekuensi sedangkan intensitas atau kuat lemahnya bunyi ditentukan oleh amplitudo. Intensitas bunyi dinyatakan dengan persamaan : I = P / A



dengan :

P = daya bunyi (watt)

A = luas bidang yang ditembus gelombang

bunyi (m2) ® A = 4pr2

I = intensitas bunyi (watt/m2)

Batas intensitas bunyi yang dapat didengar oleh manusia adalah antara 1 watt/m2 sampai dengan 10-12 watt/m2. Intensitas terkecil ini disebut intensitas ambang pendengaran.

Taraf intensitas bunyi

Taraf intensitas bunyi (TI) dinyatakan dengan persamaan : TI = 10 log (I/Io)



dengan :

I = intensitas bunyi (watt/m2)

I0 = intensitas ambang bunyi (10-12 watt/m2)

TI = taraf intensitas bunyi (deciBell atau dB)

Efek Doppler

Jika sumber bunyi relatif mendekati pendengar, frekuensi bunyi yang didengar lebih tinggi daripada frekuensi sumber bunyi sebenarnya. Sebaliknya jika sumber bunyi relatif menjauhi pendengar maka frekuensi bunyi yang didengar lebih rendah.

Perbedaan frekuensi bunyi akibat pergerakan sumber bunyi atau pendengar ini disebut efek doppler yang diamati oleh fisikawan Australia bernama Christian Johann Doppler (1803-1855), yang dapt dituliskan dengan persamaan :



dengan :

fp = frekuensi sumber bunyi yang didengar oleh pendengar (Hz)

fs = frekuensi sumber bunyi sebenarnya (Hz)

v = kecepatan gelombang bunyi di udara (m/s)

vp = kecepatan gerak pendengar (m/s)

vs = kecepatan gerak sumber bunyi (m/s)

Tanda vp dan vs :

Jika P adalah pendengar dan S adalah sumber bunyi.

1. P bergerak mendekati S, maka vp diberi tanda (+) sehingga fp > fs.

2. P bergerak menjauhi S, maka vp diberi tanda (-) sehingga fp <>3. S bergerak mendekati P, maka vs diberi tanda (+) sehingga fp > fs.

4. S bergerak menjauhi P, maka vs diberi tanda (-) sehingga fp <>5. P dan S diam, maka vp = vs = 0 sehingga fp = fs.



soal!!!!!!!!!!!!!!!!!

SOAL DAN PEMBAHASAN

1. Dua buah kawat sejenis masing-masing memiliki panjang L den 2L serta tegangan kawat F dan 4F. Jika frekuensi nada dasar dalam kawat yang pendek 60 Hz, tentukan frekuensi harmonik kedua dalam kawat yang lebih panjang !

Jawab:
f = (1/l)Ö(F/m) Þ kedua kawat sama (sejenis)

nada dasar pada kawat pendek : (syarat fo Þ L = ½ l)
fo =½ L Ö(F/m) = 60 Hz Þ F2 = 4F; L2 = 2L

nada kedua pada kawat panjang: (syarat f2 Þ L2 = 3/2l)
f2 = 3/(2 L2) Ö(F2/m) = 3/2.1/(2 L2).Ö(F/m)
f2 = 3/2.2.1/(2L) Ö(F/m) = 3.60 = 180 Hz

2. Kebisingan dari sebuah mesin tik sama dengan 70 dB. Berapa dB kebisingan suatu kantor akibat 100 buah mesin tik ?

Jawab :
Anggap intensitas satu mesin tik = I1
maka intensitas 100 mesin tik = I2 = 100 I1,

Cari penambahan kebisingan akibat 100 mesin tik :
DTI = 10 log I2/I1 = 10 log 100 I1/I1 = 20 dB
Jadi kebisingan 100 mesin tik adalah : TI2 = TI1 + DTI = 90 Db

3. Deretan gerbong kereta api yang ditarik oleh sebuah lokomotif bergerak meninggalkan stasiun Tanjung Karang dengan kelajuan 36 km/jam. Ketika itu, seorang petugas di stasiun meniup peluit dengan frekuensi 1.700 Hz. Jika kecepatan perambatan gelombang bunyi di udara 340 ms-1, tentukanlah frekuensi bunyi peluit yang didengar oleh seorang pengamat didalam kereta api.
Jawab:
Diketahui : vp = 36 Km/jam = 10ms-1 ; vs= 340 ms-1; fs = 1.700 Hz
Jadi frekuensi peluit yang terdengar oleh pengamat dalam kereta api sebesar 1.650 Hz.

SOAL GELOMBANG BUNYI :

SOAL1.Berapakah laju gelombang-gelombang kompresi di dalam air? Diketahui modulus bulk air adalah 2,2 10 N/m .
(Jawab : 1,48 km/s)

PEMBAHASAN
Diketahui : B = 2,2 10 N/m
= 1000 kg/m
Ditanyakan : ? =……… ?
Jawab :

SOAL2.Garputala bergetar (284 setaran/s) dalam udara bersuhu 25°C. Hitung ? nada yang terjadi.
(Jawab: 1,22 m)

PEMBAHASAN
Diketahui : f = 28 Hz
T = 25°C = 25°C + 273 K = 298 K
? = 1,40
R = 8,3 J/mol K
M =
Ditanyakan : ? =…………?
Jawab : (i)

(ii)

SOAL3.Helium adalah gas mono atomic (beratom tunggal) yang mempunyai massa jenis 0,179 kg/m , pada tekanan 76 cm Hg dan suhu 0°C. berapakah laju gelombang kompresi dalam helium pada suhu dan tehanan ini?
(Jawab: 970 m/s)

PEMBAHASAN
Diketahui : ? helium = 0,179 kg/m
P = 76 cm Hg = 760 mm Hg = 1 atm
T = 0°C = 0°C + 273 K = 273 K
R = 8,3 J/mol K

- Volume He pada tekanan 1 atm pada 0°C adalah 22,4 L. Maka:
22,4 L = 22,4 dm = 22,4
Ditanyakan : ? ?
Jawab : (i)

(ii)

SOAL4.Diketahui suatu bunyi dengan tingkat kebisingan 75 dB, dan bunyi kedua dengan tingkat 72 dB. Berapakah tingkat kebisingan bila kedua bunyi tadi digabungkan?
(Jawab: 76,8 dB)

PEMBAHASAN
Diketahui : TI1 : 75 dB
TI2 : 72 dB
TI0 :
Ditanyakan : TI1+2 ?
Jawab : (i) (ii)

(iii)

SOAL5.Seorang tukang ketik mengetik begitu kencang menyebabkan, tingkat suara rata-rata adalah 60 dB. Berapakah tingkatan decibel bila 3 orang tukang ketik yang gaduh bekerja?
(Jawab: 60,48 dB)

PEMBAHASAN
Diketahui : TI1 : 60 dB
n : 3
Ditanyakan : TI3 ?
Jawab : TIn = TI1 + 10 log n
TI3 = 60 + 10 log 3
TI3 = 60 + 4,8
TI3 = 64,8 dB

SOAL6.Mobil dengan ?s 20 m/s mengejar mobil lain berkecepatan ?a = 15 m/s, sambil membunyikan klakson yang berfrekuensi 1200 Hz. Jika ? bunyi = 340 m/s, berapakah frekuensi yang di dengar pengemudi yang dikejar itu?
(Jawab: 1219 Hz)
PEMBAHASAN
Diketahui : ?s : 20 m/s ?a : 15 m/s
f s : 1200 Hz ? : 340 m/s
- Sumber mendekati pendengar. Pendengar menjauhi sumber.
Ditanyakan : f p ?
Jawab :

SOAL7.Sebuah mobil dengan kecepatan 30 m/s mendekati sirine pabrik yang berfrekuensi 500 Hz. (a) Jika ? bunyi dalam udara adalah 340 m/s., berapakah frekuensi yang di dengar pengemudi? (b) Bagaimana jika mobil menjauhi pabrik dengan kecepatan yang sama?

(Jawab: (a) 544 Hz; (b) 456 Hz)

PEMBAHASAN
Diketahui : ?p : 30 m/s ? : 340 m/s
f s : 500 Hz – Pendengar Diam.
Ditanyakan : a. f p jika sumber mendekati pendengar?
b. f p jika sumber menjauhi pendengar?
Jawab : a. b.

SOAL8.Frekuensi utama pada sirene polisi adalah 1800 Hz ketika dalam keadaan diam. Berapa frekuensi yang Anda dengar jika Anda bergerak dengan kelajuan 30 m/s (a) mendekati mobil polisi, dan (b) menjauhi mobil polisi?

(Jawab: (a) 1950 Hz; (b) 1640 Hz)

PEMBAHASAN
Diketahui : ?p = 30 m/s ? = 340 m/s
f s = 1800 Hz – Sumber Diam.
Ditanyakan : a. f p jika pendengar mendekati sumber?
b. f p jika pendengar menjauhi sumber?

Jawab : a. b.

Soal Pilihan Ganda

Garpu tala berfrekuensi 220 Hz digetarkan sehingga menghasilkan gelombang bunyi dengan panjang gelombang 1,6 m, maka cepat rambat bunyi di udara sebesar……

a. 330 m/s c. 350 m/s

b. 349 m/s d. 352 m/s

e. 362 m/s

Sebuah gelombang merambat pada tali dengan persamaan : Y = 0,2sin phi (8t-2x) meter. Bila X dalam meter dan t dalam detik, maka kecepatan rambat gelombang itu ….

a. 4 m/s d. 16 m/s

b. 8 m/s e. 20 m/s

c. 12 m/s

Suatu sumber bunyi mempunyai energi persatuan waktu 4p x 10^-4 watt. Jika I₀ = 10^-12 watt/m², berapa taraf intensitas bunyi pada suatu titik yang berjarak 1 m dari sumber?

a. 80 dB c. 120 dB

b.100 dB d. 140 dB

e. 160 dB

Sebuah mesin ketik rata-rata menimbulkan taraf intensitas bunyi 60 dB. Berapa taraf intensitas yang ditimbulkan oleh 10 mesin ketik pada saat digunakan bersama-sama?

a. 70 dB c. 90 dB

b. 80 dB d. 100 dB

e. 110 dB

Pipa organa terbuka panjangnya l₁, pipa organa tertutup panjangnya l₂. Bila nada dasar pipa organa terbuka = nada atas pertama pipa organa tertutup, maka l₁/l₂ adalah…….

a. ½ c. 2/3

b. 1/3 d. ¼

e. ¾

Seutas dawai yang ujungnya terikat erat digetarkan. Pada dawai tersebut timbul empat buah perut gelombang, maka getaran dawai itu menunjukkan……

a. nada dasar c. nada atas ke-2

b. nada atas ke-1 d. nada atas ke-3

e. nada atas ke-4

Sebuah sirine mempunyai frekuensi 800 Hz, tiba-tiba ada sirine lain berbunyi. Akibatnya terdengar bunyi keras dan lemah secara periodik dengan perioda ½ detik. Ini berarti sirine kedua mempunyai frekuensi…..

a. 400 Hz c. 799,5 Hz

b. 798 Hz d. 800,5 Hz

e. 804 Hz

Sumber bunyi bergerak dengan kecepatan 10 m/s mendekati seorang pendengar yang diam sehingga pendengar seakan-akan mendengar frekuensi bunyi tersebut sebesar 1020 Hz. Bila

kecepatan bunyi di udara 340 m/s, berapa frekuensi sumber bunyi sebenarnya?

a. 990 Hz c. 1100 Hz

b. 1000 Hz d. 1200 Hz

e. 1300 Hz

1. Taraf intensitas bunyi pada sebuah titik yang ditimbulkan oleh sumber bunyi berbanding langsung dengan ….

a. intensitas bunyi di titik itu

b. kebalikan intensitas bunyi di titik itu

c. kebalikan dari logaritma intensitas bunyi di titik itu

d. logaritma perbandingan antara intensitas bunyi dan intensitas ambang bunyi

e. intensitas ambang bunyi

1. Soal Uraian

1. Suatu gelombang berjalan dengan amplitude 4 cm dan frekuensi 50 Hz. Cepat rambat gelombang 4 m/s. Simpangan titik A yang berada pada jarak 2 m dan sumber gelombang pada saat sumber bergetar 5 detik adalah ….

2. Sebuah sumber bunyi dan pengamat bergerak saling mendekati masing-masing dengan kelajuan 25 m/s dan 5 m/s. Jika frekuensi bunyi yang dikeluarkan sumber bunyi 480 Hz dan cepat rambat bunyi 345 m/s, tentukan frekuensi bunyi yang didengar pengamat!