Materi ini merupakan pelajaran Fisika kelas 12, disini akan dibahas mengenai konsep dan prinsip gelombang bunyi yang meliputi cepat rambat bunyi, bunyi pada dawai, pipa organa, intensitas, dan efek doppler.
Namun yang paling penting adalah kita mampu mengidentifikasi ataupun menerapkan pembahasan gelombang bunyi ini dalam kehidupan sehari-hari. Ayo kita mulai.
Definisi
Mungkin kita pernah merasa bingung pada saat berbicara di alam terbuka, suara kita bisa terdengar sampai jauh. Apalagi apabila kita berada di atas gunung, sangat jelas mendengar teriakan orang dari bawah. Hal itu bisa terjadi karena adanya karakteristik dari gelombang bunyi.
Apa yang dimaksud dengan gelombang bunyi? Gelombang bunyi merupakan gelombang yang merambat melalui medium tertentu, dan merupakan gelombang mekanik yang digolongkan sebagai gelombang longitudinal.
Gelombang bunyi ini menghantarkan bunyi ke telinga manusia. Bunyi atau suara bisa terdengar karena adanya getaran yang menjalar ke telinga pendengar.
Klasifikasi
Berdasar dari rentang frekuensinya, gelombang bunyi dapat diklasifikasikan menjadi:
- Infrasonik, merupakan gelombang bunyi dengan frekuensi < 20 Hz.
- Audiosonik, yaitu gelombang bunyi dengan frekuensi antara 20--20.000 Hz, merupakan frekuensi yang bisa didengar oleh telinga manusia.
- Ultrasonik, merupakan gelombang bunyi yang dengan frekuensi > 20.000 Hz. Adapun yang mampu mendengar gelombang bunyi ini adalah anjing dan kelelawar.
Lalu bagaimana caranya kita menentukan cepat rambat bunyi?
Cepat Rambat Bunyi
Seperti dikatakan diatas, bunyi merupakan gelombang longitudinal yang bisa merambat dalam medium padat, cair, dan gas. Cepat rambat bunyi sangat tergantung pada sifat-sifat dari medium rambat. Oleh karenanya cepat rambat bunyi dipengaruhi oleh dua faktor, diantaranya:
- Kerapatan partikel medium. Semakin rapat susunan partikel medium yang dilalui bunyi, maka semakin cepat bunyi merambat. Oleh karenanya bunyi merambat paling cepat ketika melalui zat padat.
- Suhu medium. Hal ini berkaitan dengan suhu pada medium yang dilalui bunyi. Semakin panas suhu pada medium yang dilalui maka semakin cepat pula bunyi merambat.
Cepat rambat bunyi bisa dihitung menggunakan persamaan :
Keterangan:
V = cepat rambat bunyi
λ = panjang gelombang bunyi
f = frekuensi bunyi
Cepat rambat bunyi sangat berpengaruh dengan mediumnya, yang dibedakan berdasarkan kerapatannya.
a. Cepat rambat bunyi pada medium gas
Cepat rambat bunyi pada medium gas, bisa ditulis dengan persamaan.
.png)
|
v : cepat rambat bunyi (m/s)
γ : tetapan Laplace
R : tetapan gas umum (J/mol K)
T : suhu mutlak (K)
Mr : massa molekul relatif (kg/ mol) |
b. Cepat rambat bunyi pada medium zat cair
Pada medium zat cair persamaan cepat rambat bunyi bisa dituliskan dengan.
 |
v = cepat rambat bunyi (m/s)
B = modulus Bulk (N/ )
ρ = massa jenis zat cair (kg/ ) |
c. Cepat rambat bunyi pada medium zat padat
Pada medium zat padat, persamaan cepat rambat bunyi bisa dituliskan.
.png) |
v = cepat rambat bunyi (m/s)
E = modulus Young (N/)
ρ = massa jenis zat cair (kg/) |
Contoh Soal:
Coba tentukan berapa kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam air, bila diketahui
modulus Bulk air
dan massa jenisnya
. Tentukan pula panjang
gelombangnya, bila frekuensinya 1 kHz.
Jawaban:
Diketahui B =
; ρ =
; f =
Hz
Maka, kecepatan perambatan bunyi:
Sifat-sifat Gelombang Bunyi
Sifat dari gelombang bunyi sangat dipengaruhi oleh medium dan kondisi ketika bunyi tersebut dikeluarkan, sehingga terjadi perbedaan karakteristik. Seperti dibawah ini.
1. Pemantulan (Refleksi)
Pemantulan adalah suatu keadaan dimana gelombang bunyi yang datang mengenai suatu permukaan medium keras, lalu kembali ke asal bunyi dengan sudut yang sama.
Hal ini yang menjadikan bunyi pada ruangan tertutup bisa terdengar lebih keras, karena dinding dan sumber bunyi berada pada posisi terlalu dekat. Sehingga bunyi pantul tidak punya waktu cukup untuk merambat, oleh karenanya bunyi datang dan bunyi pantul terdengar bersamaan.
Berbeda dengan gema atau suara pantulan yang berada diruang terbuka, seperti di tebing. Jarak antara tebing dan sumber bunyi cukup jauh, sehingga bunyi pantul butuh waktu cukup lama untuk merambat sampai pendengaran. Alhasil, bunyi pantul akan terdengar setelah bunyi asli (bersautan).
2. Pembiasan (Refraksi)
Refraksi terjadi manakala gelombang bunyi dari suatu medium memasuki medium lain dengan sudut tertentu, maka gelombang bunyi tersebut akan dibelokkan.
Contohnya suara petir pada malam hari terdengar lebih keras bila dibandingkan siang hari. Hal itu dikarenakan pada malam hari, lapisan udara di bagian bawah lebih rapat dibandingkan di bagian atas sehingga suara petir dari lapisan udara akan dibiaskan mendekati permukaan tanah di bawahnya.
3. Pelenturan (Difraksi)
Difraksi merupakan peristiwa pelenturan gelombang pada saat melewati celah yang memiliki ukuran setara dengan panjang gelombangnya. Contohnya difraksi seperti seseorang yang bisa mendengar suara dari ruangan di sebelahnya.
4. Interferensi
Interferensi merupakan perpaduan dua gelombang berbeda yang saling berinteraksi pada medium yang sama. Interferensi ada yang konstruktif dan ada juga interferensi destruktif.
Interferensi konstruktif terjadi ketika kedua gelombang yang berinterferensi sefase, sehingga saling memperkuat. Sebaliknya, interferensi destruktif terjadi pada saat kedua gelombang berbeda fase 180° sehingga saling melemahkan.
5. Pelayangan
Pelayangan bunyi merupakan dua bunyi keras atau dua bunyi lemah yang terjadi secara berurutan. Manakala kedua gelombang bunyi merambat secara bersamaan, bunyi paling kuat akan dihasilkan pada saat fase keduanya sama. Namun, bila kedua getaran berlawanan fase, maka akan menghasilkan bunyi paling lemah.
Gelombang Bunyi dalam Kehidupan Sehari-hari
Setelah mampu memahami karakteristik gelombang bunyi, barulah para ilmuwan Fisika bisa membuat teknologi yang dapat membantu pekerjaan manusia.
Teknologi SONAR
Teknologi SONAR digunakan pada kapal selam sebagai sistem navigasi dengan bunyi pantul ultrasonik. Pada kamera, teknologi SONAR bermanfaat untuk mendeteksi jarak benda yang akan difoto. Pada kendaraan, teknologi SONAR bisa digunakan untuk mendeteksi jarak benda-benda yang berada di sekitar mobil.
Teknologi SONAR menggunakan prinsip kerja berdasarkan pemantulan gelombang ultrasonik. SONAR punya dua bagian alat, bagian pertama yang memancarkan gelombang ultrasonik yang disebut transmitter (emitter) dan bagian kedua alat yang bisa mendeteksi datangnya gelombang pantul (gema) yang disebut sensor (receiver).
Cara kerjanya, gelombang ultrasonik dipancarkan oleh transmitter (pemancar) yang diarahkan pada sasaran, lalu akan dipantulkan kembali dan kemudian ditangkap oleh pesawat penerima (receiver). Dengan mengukur waktu yang diperlukan pada saat gelombang dipancarkan hingga gelombang diterima kembali, alhasil bisa ditentukan jarak atau kedalaman laut.
Ultrasonografi
Ultrasonografi (USG) merupakan teknologi yang digunakan untuk memberikan gambaram bagian dalam tubuh manusia. Biasanya USG digunakan untuk mengetahui perkembangan janin didalam kandungan.
Prinsip kerja USG menggunakan konsep pemantulan bunyi, dan memiliki 3 bagian utama, yaitu; Transducer, Monitor, dan Mesin USG. Cara kerjanya, transducer ditempelkan pada organ yang ingin dilihat citra bagian dalamnya. Di dalam transducer sendiri ada kristal yang bisa digunakan untuk menangkap gelombang yang disalurkan.
Gelombang yang diterima berupa gelombang pantulan, selanjutnya diubah ke dalam bentuk gelombang elektronik, lalu masuk ke mesin USG. Data elektronik yang ditangkap, lalu diubah menjadi data gambar yang ditampilkan pada Monitor.
Echocardiogram
Echocardiogram merupakan teknologi yang bisa digunakan untuk mengukur kecepatan aliran darah dengan menggunakan efek Doppler. Prinsip kerjanya, bunyi ultrasonik diarahkan menuju pembuluh nadi, dan pergerakan gelombang bunyi tersebut mengikuti kecepatan aliran darah.
Demikian pembahasan kita mengenai gelombang bunyi kali ini. Lain waktu akan dibahas benda-benda lain yang menghasilkan gelombang bunyi.
.png)