i
i Alhamdulillah puji syukur kehadirat Allah Swt,atas limpahan dan rahmatnya sehingga penulis dapat menyelesaikan e-modul fisika mengenai materi Getaran Dawai dan Pipa Organa yang terintegrasi STEM untuk siswa kelas XI SMA N 2 BAE KUDUS. Shalawat serta salam semoga senantiasa tercurah limpahkan kepada Nabi Muhammad Saw yang menjadi panutan seluruh umat muslim di dunia. E-modul fisika mengenai materi Getaran Dawai dan Pipa Organa yang terintegrasi STEM merupakan produk dari pengembangan bahan ajar digital. E-modul ini menyajikan konsep pengaplikasian materi Getaran Dawai dan Pipa Organa dalam STEM. Diharapkan emodul ini dapat mengembangkan kemampuan berpikir kritis siswa,memberikan motivasi kepada siswa agar tertarik belajar fisika melalui pemberian e-modul yang menarik dan mudah dipahami oleh siswa,serta membangkitkan rasa keingintahuan siswa terhadap fenomena pada dawai serta pipa organa. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam penyusunan e-modul ini. Penulis menyadari bahwa dengan keterbatasan yang dimiliki selama penyusunan e-modul ini menyebabkan adanya kekurangan dalam e-modul ini. Oleh karena itu,penulis mengharapkan kritik dan saran demi kesempurnaan dan perbaikan e-modul ini di kemudian hari. Semarang,20 April 2023 Penulis KATA PENGANTAR
ii DAFTAR ISI KATA PENGANTAR.........................................................................................i DAFTAR ISI ......................................................................................................ii PENDAHULUAN...............................................................................................1 a. Deskripsi e-modul ....................................................................................1 b. Tujuan dan sasaran e-modul .....................................................................1 c. Petunjuk penggunaan e-modul..................................................................2 KI & KD GELOMBANG BUNYI.....................................................................3 PETA KONSEP .................................................................................................4 KEGIATAN PEMBELAJARAN GETARAN DAWAI....................................5 a. Uraian materi............................................................................................5 b. Contoh soal ..............................................................................................8 c. Praktikum Sonometer dan Praktikum Percobaan Melde .......................... 11 d. Latihan soal……………………….. ....................................................... 22 e. Penilaian diri .......................................................................................... 31 f. Rangkuman materi Getaran Dawai ......................................................... 32 KEGIATAN PEMBELAJARAN PADA PIPA ORGANA............................. 33 1. Pipa Organa Terbuka........................................................................... 33 a. Uraian materi.......................................................................................... 33 b. Contoh soal ............................................................................................ 35 c. Praktikum Pipa Organa Terbuka ............................................................. 36 d. Latihan soal............................................................................................ 38 e. Penilaian dir ........................................................................................... 39 f. Engineering Project................................................................................ 40 2. Pipa Organa Tertutup.......................................................................... 41 a. Uraian materi.......................................................................................... 41 b. Contoh soal ............................................................................................ 42 c. Praktikum Pipa Organa Tertutup............................................................. 43 d. Latihan soal……………………….. ....................................................... 44 e. Penilaian diri…………………. .............................................................. 45 f. Rangkuman materi Pipa Organa ............................................................. 46 POJOK INSPIRASI......................................................................................... 47 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 48 GLOSARIUM .................................................................................................. 49 PROFIL KREATOR........................................................................................ 50
1 Deskripsi e-modul : Modul ini terdiri dari beberapa sub bagian materi yang terintegrasi STEM (Science,Technology,Engineering,and Mathematics). STEM merupakan implementasi dari konsep akademik yang erat berkaitan dengan kehidupan sehari-hari dalam konteks sekolah,komunitas dan lain sebagainya dengan menggunakan pendekatan multidisiplin. Untuk lebih mudah dalam memahami materi dalam integrasi STEM pada modul ini berikut ciri-ciri dari integrasi STEM. STEM Ciri-Ciri Sains Berisi pengetahuan terhadap hukum-hukum beserta konsep-konsep yang berlaku di alam Technology Berkaitan dengan inovasi yang diciptakan oleh manusia dalam memodifikasi lingkungan dengan tujuan mempermudah kebutuhan manusia. Engineering Pengetahuan untuk mendesain suatu prosedur yang digunakan untuk memecahkan permasalahan. Mathematics Ilmu tentang suatu pola dan hubungan antara angka dan ruang Tujuan dan sasaran: Tujuan pembuatan e-modul ini adalah untuk: 1. Mengembangkan kemampuan berpikir kritis siswa. 2. Memberikan motivasi kepada siswa agar tertarik belajar fisika melalui pemberian Emodul yang menarik dan mudah dipahami oleh siswa. 3. Membangkitkan rasa keingintahuan siswa terhadap fenomena pada dawai serta pipa organa. Sasaran pembuatan e-modul: Sasaran e-modul ini saya peruntukkan untuk memfasilitasi siswa kelas XI di SMA N 2 BAE KUDUS yang masih menggunakan kurikulum 2013 pada sub materi getaran dawai dan pipa organa dengan keadaan siswa yang heterogen. Selain itu juga e-modul ini saya kembangkan dengan pendekatan STEM agar mereka dapat dengan mudah memahami materi PENDAHULUAN
2 getaran dawai serta pipa organa,sehingga mereka akan punya pemahaman konsep yang utuh serta memberikan pengalaman yang nyata kepada siswa. Petunjuk penggunaan e-modul 1. Untuk Peserta Didik: a. Pahami dengan seksama kompetensi dasar,kompetensi inti,dan indikator,serta tujuan pembelajaran yang tertera dalam e-modul ini. b. Perhatikan dan pahami konsep yang terdapat pada emodul untuk mendukung pemahaman tentang materi. c. Dalam e-modul ini terintegrasi dengan pendekatan STEM (Science,Technology,Engineering,and Mathematics) sehingga peserta didik dapat mengasah kemampuan dalam bidang STEM dengan mengikuti instruksi dalam emodul. d. Apabila peserta didik mengalami kesulitan dalam memahami konsep dalam mengerjakan latihan,mintalah petunjuk kepada pendidik. 2. Untuk Pendidik: a. Membantu peserta didik dalam memahami konsep dan menjawab pertanyaan atau kendala dalam proses belajar peserta didik. b. Membimbing peserta didik dalam melakukan tugas-tugas yang terdapat di dalam emodul. c. Melaksanakan penilaian(kognitif,psikomotorik,dan afektif).
3 Kompetensi Inti Kompetensi Dasar KI 1 : Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya. KD 1.1: Mengagumi ketertarikan dan kompleksitas ciptaan Tuhan tentang aspek fisik dan kimiawi,kehidupan dalam ekosistem,dan peranan manusia dalam lingkungan serta mewujudkannya dalam pengamalan ajaran agama yang dianutnya. KI 2 : Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur,disiplin,tanggungjawab, peduli(gotong royong,kerjasama,toleran,damai),santun,r esponsif dan pro-aktif dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia. KD 2.1 : Menunjukkan perilaku ilmiah(memiliki rasa ingin tahu;objektif;jujur;teliti;cermat;te kun;hatihati;bertanggungjawab;terbuka;kritis;kreatif;in ovatif,dan peduli lingkungan)dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi sikap dalam melakukan pengamatan,percobaan,dan berdiskusi. KD 2.2 : Menghargai kerja individu dan kelompok dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi melaksanakan percobaan dan melaporkan hasil percobaan. KI 3 : Memahami dan menerapkan pengetahuan faktual,konseptual,prosedural,dalam ilmu pengetahuan dan teknologi,seni,budaya,dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan,kebangsaan,kenegaraan,dan peradaban terkait fenomena dan kejadian serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah. KD 3.1 : Menerapkan konsep dan prinsip dasar gelombang bunyi dalam teknologi KI 4 : Mengolah,menalar,dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri dan mampu menggunakan metode sesuai kaidah keilmuan. KD 4.1 : Melakukan hasil percobaan tentang gelombang bunyi berikut presentasi hasil percobaan dan makna fisisnya misalnya sonometer dan kisi difraksi. KOMPETENSI INTI DAN KOMPETENSI DASAR
4 PETA KONSEP GELOMBANG BUNYI GETARAN DAWAI PIPA ORGANA PIPA ORGANA TERBUKA PIPA ORGANA TERTUTUP
5 1. Siswa mampu menjelaskan dan memahami getaran dawai. 2. Siswa mampu melaksanakan praktikum yang diuji cobakan yaitu praktikum sonometer dan praktikum melde. 3. Siswa mampu mengerjakan contoh dan latihan soal tentang getaran dawai. Scan barcode QR di bawah ini !!! KEGIATAN PEMBELAJARAN GETARAN DAWAI KEMAMPUAN AKHIR YANG DIHARAPKAN Mengapa pemain gitar selalu memindah-mindahkan letak jari tangannya pada senar gitar? Science Problem SCAN HERE
6 Kalau kita potret dawai yang sedang dipetik akan tampak seperti Gambar 1. Tampak terbentuknya sejumlah perut dan simpul. Karena dua ujung dawai diikat pada titik tetap maka ujung dawai selalu memiliki simpangan nol. Mengapa polanya demikian? Sebenarnya dawai gitar dapat dianggap sebagai sejumlah elemen yang berosilasi. Bayangkan dawai gitar dipotong-potong atas sejumlah elemen yang sangat pendek. Jumlah elemen menuju tak berhingga karena panjang tiap elemen mendekati nol. Tiap elemen bersosilasi dengan frekuensi yang sama tetapi dengan amplitudo yang berbeda. Jadi, amplitudo osilasi elemen-elemen dawai merupakan fungsi posisi. Gambar 1. Pola simpangan dawai yang digetarkan. Terbentuk sejumlah perut dan simpul. Karena dua ujung dawai diikat pada titik tetap maka ujung dawai selalu memiliki simpangan nol. Kita akan meninjau dawai yang panjangnya L yang kedua ujungnya diikat pada penopang (tetap). Dawai semacam ini terdapat pada alat musik gitar, piano, dan biola. Bila dawai gitar dipetik, pada dawai akan terjadi gelombang. Gelombang ini dipantulkan pada kedua ujungnya yang tidak bergerak, sehingga diperoleh gelombang berdiri. Selanjutnya, gelombang berdiri pada dawai ini akan menghasilkan gelombang bunyi di udara dengan frekuensi tertentu. Untuk dawai yang kedua ujungnya diikat pada penopang, gelombang berdiri yang dihasilkan harus memiliki titik simpul pada kedua ujungnya. Kita telah mempelajari bahwa jarak antara dua titik simpul yang berdekatan adalah setengah panjang gelombang atau /2.Dengan demikian, untuk dawai yang panjangnya L berlaku = 2 , ( = 1,2,3, …) (1.1) Artinya, jika dawai yang panjangnya L dan kedua ujungnya diikat pada penopang, maka gelombang berdiri hanya dapat terjadi jika panjang gelombang memenuhi persamaan (1.1). Dengan menuliskan nilai-nilai panjang gelombang yang dapat terjadi sebagai , n berdasarkan persamaan (1.1) diperoleh = 2 , ( = 1,2,3, …) Theory
7 Setiap panjang gelombang n terdapat frekuensi sesuai dengan persamaan umum gelombang = Frekuensi paling kecil terjadi jika panjang gelombangnya paling besar. Hal ini terjadi ketika n 1, yaitu 1 = 2. Dengan demikian, 1 2 0 atau 0 = 2 0 0 = 2 atau 0 = 1 2 √ Besaran 0 dikenal sebagai frekuensi dasar Harmonik kedua (nada atas pertama) terdapat 3 simpul dan 2 perut, = 1 1 0 = 2 atau 1 = 1 √ Harmonik ketiga (nada atas kedua) terdapat 4 simpul dan 3 perut 3 2 λ2 atau 2 = 2 3 2 3 2 = 3 2 √ Frekuensi nada atas ke-n = (+)
8 Contoh soal: Sebuah biola alto memiliki beberapa dawai yang panjangnya 5m diantara dua titik tetap. Salah satu dawai memiliki massa per satuan panjang 40 g/m dan frekuensi dasar 20 Hz. Hitunglah(a)tegangan dawai,(b)frekuensi dan panjang gelombang dawai pada harmonik kedua,dan (c)frekuensi dan panjang gelombang dawai pada nada atas kedua. Pembahasan: a) Diket: Panjang dawai L=5m Massa per satuan panjang dawai =40g/m=40 × 10−3kg/m Frekuensi dasar 1= 20 Hz Ditanya: … . ? Jawab: = 4 21 2 = 4(40 × 10−3/)(5) 2 (20) 2 = 1600 b) Frekuensi harmonik kedua ( =2) adalah 2 = 21 = 2(20) = 40 Panjang gelombang dawai pada harmonik kedua adalah λ2 = 2 2 = 2(5) 2 = 5 c) Nada atas kedua merupakan nada kedua diatas nada dasar,yaitu = 3. Jadi frekuensinya adalah 3 = 31 = 3(20) = 60. Panjang gelombang untuk nada atas kedua adalah λ3 = 2 3 = 2(5) 3 = 3,3
9 Alat yang digunakan untuk menentukan cepat rambat gelombang pada dawai disebut sonometer. Percobaan tersebut dinamakan percobaan melde. Cepat rambat gelombang pada dawai sebanding dengan akar gaya tegang tali dan berbanding terbalik dengan akar massa per satuan panjang dawai Gambar 2. Percobaan Melde Perumusan dari hasil Percobaan Melde adalah sebagai berikut: Keterangan: = Cepat rambat (m/s) = Gaya tegang tali (N) = Massa per satuan panjang tali (kg/m) = Panjang tali (m) = Massa tali (kg) = Luas penampang (2 ) = Volume (3 ) = Massa jenis dawai (kg/3 ) Technology,Engineering,and Mathematics Theory = √ = = = () = √
10 Pindai kode QR berikut untuk mengetahui percobaan melde dan percobaan sonometer Percobaan Melde Percobaan Sonometer SCAN HERE Setelah menyaksikan video percobaan tersebut,mari kita lakukan percobaan tersebut secara berkelompok! Information
11 MODUL 1 PERCOBAAN MELDE 1. LATAR BELAKANG Salah satu materi fisika yang sangat sulit divisualisasikan adalah pada materi gelombang. Pada materi ini hanya bisa divisualisasikan gejalanya saja. Sebuah gelombang yang merambat adalah energinya. Padahal energi tidak dapat dilihat hanya bisa dirasakan saja. Pada percobaan ini berusaha semaksimal mungkin untuk mempelajari gejala-gejala gelombang tersebut. Peserta didik akan ditunjukkan secara nyata bentuk dari gelombang datar,bentuk satu gelombang dari gelombang tegak. Sedangkan untuk menentukan cepat rambat gelombang dipakai formulasi gaya tegang tali/kawat dan rapat massa tali/kawat. Mengingat penggetarnya adalah frekuensi listrik rumah tangga yang disalurkan lewat power supply,maka jika frekuensi rumah tangga berubah-ubah mengakibatkan hasil percobaan tidak bagus. 2. TUJUAN Tujuan dari percobaan ini adalah: 1. Dengan cara menentukan cepat rambat gelombang transversal pada tali,peserta didik belajar secara nyata untuk mengetahui dan menentukan yang mana rapat massa tali dan besaran apa yang mewakili gaya tegang tali. 2. Dengan cara menentukan frekuensi gelombang transversal pada tali,peserta didik tahu persis yang disebut satu gelombang pada gejala gelombang tegak. 3. Peserta didik mampu menerapkan metode grafik yang menyatakan hubungan antara gaya tegang tali dengan kuadrat panjang gelombangnya. 4. Peserta didik mampu menurunkan persamaan matematis/rumus empiris yang sesuai dengan gafik yang dibuat (butir 3) tersebut. 5. Peserta didik mampu menentukan frekuensi sumber getar berdasarkan grafik. 3. PRINSIP A. Dasar Teori 1. Pelajari materi cepat rambat gelombang transversal pada tali. 2. Pelajari materi gelombang stasioner. B. Prinsip Percobaan 1. Cepat rambat gelombang transversal pada tali Cepat rambat gelombang berdiri dari suatu kawat/tali yang digetarkan adalah: = √ Dengan : = Gaya tegang tali (N) = Rapat massa tali (kg/m)
12 P-01 : Jika pada seutas tali yang panjangnya ,massanya diberi tegangan sebesar kemudian digetarkan membentuk gelombang. Tentukan cepat rambat gelombangnya,nyatakan dalam , , dan 1. Gelombang Stasioner Gambar 1. Pola gelombang tali Jika salah satu ujung tali digetarkan dengan frekuensi tertentu,misalnya Hz,maka panjang gelombang (λ) adalah : λ= Penjalaran gelombang tersebut setelah mengenai ujung yang terikat akan dipantulkan kembali. Gelombang pantulan ini mempunyai arah rambatan yang berlawanan sedangkan frekuensi dan panjang gelombang tetap sama. P-02 : Jelaskan mengapa gelombang pantulan tersebut mempunyai frekuensi dan panjang gelombang yang tetap sama. P-03 : Adakah perbedaan antara gelombang yang dipantulkan dengan gelombang datang. Jelaskan! Jika telah tercapai keadaan yang stasioner dan panjang tali tertentu,maka setiap bagian kawat mempunyai simpangan tertentu antara nol (simpul) sampai dengan simpangan maksimum (perut). P-04 : Jelaskan pengertian simpul dan perut! Jarak antara dua simpul yang berurutan sama dengan setengah panjang gelombang atau 1 2 λ P-05 : Bagaimana keadaan gelombang yang terjadi jika ujung tali tidak terikat.Jelaskan! P-06 : Jelaskan terjadinya gelombang berdiri/stasioner pada tali! 2. Percobaan Melde a. Susunlah peralatan yang ada sesuai dengan bagan dibawah ini. Gambar 2.Set Percobaan Melde b. Aturlah arus listrik power supply yang digunakan sehingga penunjuk amperemeter sebesar 0,5A.
13 C. Bahan Pustaka Kamajaya , Linggih, S., 1985. Penuntun Pelajaran Fisika Semester 3 dan 4,Bandung : Ganeqa Exact. Alonso, M.,and Finn,E.J.,1992. Dasar-Dasar Fisika Universitas,Jilid 2,Jakarta: Erlangga. 4. SUSUNAN ALAT a. Set percobaan melde. b. Beban. c. Tali/benang. d. Sumber tegangan. e. Neraca teknis. f. Kabel penghubung. g. Kawat email. h. Penggaris Hal yang perlu diperhatikan tentang alat yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Set percobaan melde dilengkapi dengan alat penggetar yang berupa lilitan. Dengan demikian lilitan tersebut mempunyai keterbatasan arus. Jika arus terlalu rendah tidak bergetar tetapi kalau terlalu tinggi bisa terbakar. Dengan demikian disarankan arus yang mengalir sekitar 0,5 A. Disamping itu dekat dan jauhnya pelat penggetar juga perlu diset terlebih dahulu. 2. Beban yang digunakan jangan terlalu ringan tetapi juga jangan terlalu berat. Usahakan ada penelitian awal yang menentukan interval berat beban. 5. PENGUKURAN a. Hidupkan sumber tegnagan listrik (power supply),maka nampak bahwa sumber getar bergetar. b. Aturlah beban sehingga terbentuk gelombang diam pada tali. c. Ukurlah panjang tali yang terisi oleh × 1 2 gelombang. Catat pula banyaknya tersebut. d. Ulangi kegiatan diatas untuk beban-beban lain yang berbeda massanya. e. Ukurlah panjang tali yang digunakan dan timbanglah massanya. f. Ulangi kegiatan diatas untuk jenis tali yang berbeda. 6. ANALISIS DATA,PEMBAHASAN,DAN TUGAS PENYUSUNAN LAPORAN 1. Hitunglah panjang gelombang yang terjadi untuk setiap pemberian beban pada tali. 2. Hitunglah rapat massa tali. 3. Hitunglah cepat rambat gelombang transversal pada tali. 4. Berdasarkan perhitungan 1,2,dan 3 hitunglah frekuensi sumber penggetarnya. 5. Buatlah grafik yang menyatakan hubungan antara gaya tegangan tali dengan kuadrat panjang gelombangnya. 6. Tuliskan suatu persamaan matematis yang sesuai dengan grafik yang telah dibuat pada butir 5. 7. Jika koefisien arah garis grafik itu adalah 1 2 hitunglah frekuensi sumber penggetar itu berdasarkan grafik diatas. 8. Buatlah suatu kesimpulan tentang hasil percobaan ini.
14 LEMBAR PENGAMATAN Nama / No.absen : 1. / 2. / 3. / Kelompok : Hari/Tgl.Percobaan : A. Tali 1 Panjang tali =…..m Massa tali=…kg No. Beban (kg) Jumlah gelombang yang terjadi (n) Panjang tali untuk × gelombang (m) 1. ….. ….. ….. 2. ….. ….. ….. 3. ….. ….. ….. 4. ….. ….. ….. 5. ….. ….. ….. 6. ….. ….. ….. 7. ….. ….. ….. 8. ….. ….. ….. 9. ….. ….. ….. 10. ….. ….. ….. B. Tali II Panjang tali=….m Massa tali=…kg No. Beban (kg) Jumlah gelombang yang terjadi (n) Panjang tali untuk × gelombang (m) 1. ….. ….. ….. 2. ….. ….. ….. 3. ….. ….. ….. 4. ….. ….. ….. 5. ….. ….. ….. 6. ….. ….. ….. 7. ….. ….. ….. 8. ….. ….. ….. 9. ….. ….. ….. 10. ….. ….. …..
15 MODUL 2 SONOMETER 1. LATAR BELAKANG Salah satu materi fisika yang sangat sulit divisualisasikan adalah pada materi gelombang. Pada materi ini hanya bisa divisualisasikan gejalanya saja. Sebuah gelombang yang merambat adalah energinya. Padahal energi tidak dapat dilihat hanya bisa dirasakan saja. Pada percobaan ini berusaha semaksimal mungkin untuk mempelajari gejala-gejala gelombang tersebut. Peserta didik akan ditunjukkan secara nyata bentuk dari gelombang datar,bentuk satu gelombang dari gelombang tegak. Sedangkan untuk menentukan cepat rambat gelombang dipakai formulasi gaya tegang tali/kawat dan rapat massa tali/kawat. Mengingat penggetarnya adalah frekuensi listrik rumah tangga yang disalurkan lewat power supply,maka jika frekuensi rumah tangga berubah-ubah mengakibatkan hasil percobaan tidak bagus. 2. TUJUAN Tujuan dari percobaan ini adalah: 1. Dengan cara menentukan cepat rambat gelombang transversal pada kawat, peserta didik belajar secara nyata untuk mengetahui dan menentukan yang mana rapat massa kawat dan besaran apa yang mewakili gaya tegang kawat. 2. Dengan cara menentukan frekuensi gelombang transversal pada kawat, peserta didik tahu persis yang disebut setengah gelombang pada gejala gelombang tegak. 3. Peserta didik mampu menerapkan metode grafik yang menyatakan hubungan antara gaya tegang kawat dengan panjang kawat yang bergetar. 4. Peserta didik dapat menentukan frekuensi sumber getar berdasarkan grafik tersebut butir 3 di atas. 5. Disamping itu peserta didik juga mengetahui secara nyata bahwa untuk membuat setengah gelombang diperlukan arus bolak-balik dan magnet U sebagai pembentuk medan magnet homogen. 3. PRINSIP A. Dasar Teori 1. Pelajari materi cepat rambat gelombang transversal pada kawat. 2. Pelajari materi gelombang stasioner. B. Prinsip Percobaan 1. Cepat rambat gelombang transversal pada kawat Cepat rambat gelombang berdiri dari suatu kawat/tali yang digetarkan adalah: = √ Dengan : F= Gaya tegang tali (N) μ= Rapat massa tali (kg/m) P-01 : Jika pada seutas tali yang panjangnya L ,massanya M diberi tegangan sebesar T kemudian digetarkan membentuk gelombang. Tentukan cepat rambat gelombangnya,nyatakan dalam L ,M, dan T
16 2. Gelombang Stasioner Gambar 1. Pola 1 2 gelombang pada kawat Jika salah satu ujung tali digetarkan dengan frekuensi tertentu,misalnya Hz,maka panjang gelombang (λ) adalah : λ= Penjalaran gelombang tersebut setelah mengenai ujung yang terikat akan dipantulkan kembali. Gelombang pantulan ini mempunyai arah rambatan yang berlawanan sedangkan frekuensi dan panjang gelombang tetap sama. P-02 : Jelaskan mengapa gelombang pantulan tersebut mempunyai frekuensi dan panjang gelombang yang tetap sama. P-03 : Adakah perbedaan antara gelombang yang dipantulkan dengan gelombang datang. Jelaskan! Jika telah tercapai keadaan yang stasioner dan panjang tali tertentu,maka setiap bagian kawat mempunyai simpangan tertentu antara nol (simpul) sampai dengan simpangan maksimum (perut). P-04 : Jelaskan pengertian simpul dan perut! Jarak antara dua simpul yang berurutan sama dengan setengah panjang gelombang atau 1 2 λ P-05 : Jelaskan terjadinya gelombang berdiri/stasioner pada kawat! 2. Percobaan Sonometer a. Susunlah peralatan yang ada sesuai dengan bagan dibawah ini. b. Aturlah posisi power supply pada listrik AC. Aturlah arus listrik yang dialirkan pada kawat email sekitar 0,5A. Gambar 2. Set percobaan sonometer c. Letakkan magnet U pada posisi tengah-tengah kawat.
17 C. Bahan Pustaka Kamajaya , Linggih, S., 1985. Penuntun Pelajaran Fisika Semester 3 dan 4,Bandung : Ganeqa Exact. Alonso, M.,and Finn,E.J.,1992. Dasar-Dasar Fisika Universitas,Jilid 2,Jakarta: Erlangga. 4. SUSUNAN ALAT a. Set sonometer b. Neraca pegas c. Power supply d. Magnet U e. Hambatan geser f. Kabel penghubung Hal yang perlu diperhatikan tentang alat yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Pada percobaan sonometer,usahakan penyekat (soket) yang agak tinggi agar efektif getarannya bagus. Gelombang yang dibentuk benar-benar sempurna. Perhatikan bahwa letak soket demikian spesifik sehingga waktu menggeser soket harus pelan-pelan. 2. Arus yang disarankan pada percobaan ini sekitar 0,5 A. 5. PENGUKURAN a. Periksa kembali rangkaian yang anda susun,jika sudah sesuai dengan bagan periksakan pada pembimbing. b. Nyalakan power supply agar kawat email mendapat aliran listrik. c. Aturlah tarikan neraca pegas pada nilai tertentu dan aturlah letak penumpu sampai terjadi gelombang diam pada kawat. Amati sampai terjadi setengah gelombang saja. d. Ukurlah panjang kawat yang bergetar tersebut. e. Catatlah angka yang ditunjukkan oleh neraca pegas. Angka ini menunjukkan besarnya gaya tegang kawat. Tabelkan semua data yang diperoleh. 6. ANALISIS DATA , PEMBAHASAN , DAN TUGAS PENYUSUNAN LAPORAN 1. Hitunglah massa per satuan panjang kawat (rapat massa kawat). 2. Buatlah grafik hubungan antara gaya tegang kawat dengan 4 kali kuadrat panjang kawat yang bergetar. 3. Dari grafik tersebut,hitunglah frekuensi listrik AC. 4. Mengapa jika magnet U tersebut tidak dipasang pada kawat tidak terjadi gelombang. Jelaskan jawaban anda! 5. Mengapa kita harus menggunakan magnet U untuk dapat mengamati terjadinya gelombang tersebut. Jelaskan! 6. Mengapa jika kita meletakkan dua magnet U yang sama kekuatannya secara simetris sepanjang kawat yang bergetar kawat tersebut tidak lagi bergetar. Jelaskan! 7. Bagaimana jika kawat yang digunakan kita ganti dengan kawat yang lain dan luas penampangnya berbeda. Jelaskan jawaban anda!
18 LEMBAR PENGAMATAN Nama / No.absen : 1. / 2. / 3. / Kelompok : Hari/Tgl.Percobaan : Panjang kawat : …m Massa kawat : ….kg No. Gaya tegang kawat (N) Panjang kawat yang bergetar(m) 1. ….. ….. 2. ….. ….. 3. ….. ….. 4. ….. ….. 5. ….. ….. 6. ….. ….. 7. ….. ….. 8. ….. ….. 9. ….. ….. 10. ….. …..
19 Percobaan Melde dipakai untuk menilik cepat rambat gelombang dalam dawai. Gambar Percobaan Melde Pada salah satu ujung tangkai garpu tala diikatkan erat-akrab sehelai kawat halus lagi berpengaruh. Kawat halus tersebut ditumpu pada sebuah katrol dan ujung kawat diberi beban, misalnya sebesar g (gram). Garpu tala digetarkan dengan elektromagnet secara terus menerus, sampai amplitudo yang ditimbulkan oleh garpu tala konstan. Untuk menggetarkan ujung kawat A mampu pula dipakai alat vibrator. Getaran tersebut akan membentuk contoh gelombang stasioner dalam kawat dan jikalau diamati akan tampak adanya simpul dan perut sepanjang kawat tersebut. Secara umum untuk memilih cepat rambat gelombang dalam dawai dapat dituliskan selaku berikut: = ∙ Percobaan Melde menunjukkan bahwa massa beban menciptakan gaya berat atau tegangan dawai. Tegangan dawai secara matematis dinyatakan selaku berikut: = ∙ Dengan: F = Gaya berat (N) m = massa benda (kg) g = percepatan gravitasi bumi (m/ 2 ) Setelah melakukan percobaan melde dan percobaan sonometer akhirnya kita menemukan sebuah hukum yaitu Hukum Melde dan Hukum Marsenne. Apa itu Hukum Melde dan Hukum Marsenne? Yuk cari tahu Hukum Melde
20 Frekuensi gelombang sama dengan frekuensinya sumbernya, sedangkan laju gelombang pada dawai ditentukan oleh tegangan dan kerapatan massa linier dawai. Secara matematik laju gelombang pada dawai dalam bentuk persamaan berlaku berikut: Dengan: =cepat rambat gelombang dalam dawai (m/s) = Tegangan dalam dawai (N) = rapat massa dawai (kg/m) Hasil Percobaan Melde Hasil dari percobaan Melde dapat disimpulkan bahwa kecepatan merambat gelombang transversal pada dawai ialah mirip berikut: – kecepatan berbanding lurus dengan akar panjang dalam dawai – kecepatan berbanding terbalik dengan akan massa dalam dawai – kecepatan berbanding lurus dengan akar gaya tegangan dalam dawai – kecepatan berbanding dengan akar rapat massa dawai = √
21 Contoh soal Diketahui sebuah tali dengan rapat massa tali = 3kg/m diberi gaya tegangan tali sebesar 27N. Berapakah cepat rambat gelombangnya? Pembahasan: Diketahui: = 3/ = 27 Ditanya : =…? Jawab: = √ = √ 27 3 / = 3/ Maka cepat rambat gelombang adalah 3 m/s
22 1. Pada percobaan Melde, diperoleh gelombang tali seperti tampak pada gambar berikut. Jika panjang tali yang digunakan 1,5 m maka panjang gelombang pada tali tersebut adalah …. A. 0,75 m B. 0,80 m C. 1,50 m D. 2,25 m E. 3,00 m 2. Kecepatan merambatnya gelombang transversal pada dawai : (1) berbanding lurus dengan akar gaya tegang dawai (2) berbanding terbalik dengan akar massa persatuan panjang dawai (3) berbanding lurus dengan akar panjang dawai (4) berbanding terbalik dengan akar panjang gelombangnya Pernyataan yang benar adalah …. A. (1) dan (2) B. (1), (2), dan (3) C. (1), (2), dan (4) D. (2) dan (4) E. (3) dan (4) 3. Kawat yang panjangnya 2,5 m mempunyai massa 10 gram. Kawat dibentangkan dengan gaya tegang 10 N. Jika kawat digetarkan maka cepat rambat gelombang pada kawat tersebut adalah …. A. 5 m/s B. 50 m/s C. 250 m/s D. 500 m/s Latihan Soal Hukum Melde
23 E. 2.500 m/s 4. Tali yang panjangnya 5 m dan ditegangkan dengan gaya 2 N, dirambati gelombang transversal. Jika cepat rambat gelombang itu 40 m/s, maka massa tali tersebut adalah …. A. 6,25 gram B. 6,50 gram C. 6,75 gram D. 6,85 gram E. 6,90 gram 5. Dawai sepanjang 0,98 m ditegangkan dengan beban sebesar 0,64 kg yang digantungkan secara vertikal. Apabila massa dawai 9,604 x 10-2 kg, kecepatan rambat gelombang yang dihasilkan dawai tersebut adalah …. A. 14 m/s B. 12 m/s C. 10 m/s D. 8 m/s E. 6 m/s 6. Pada percobaan melde, kecepatan rambat gelombang tali akan bertambah 5%, jika tali dipendekkan sebanyak 25%. Prediksi tersebut . . . A. Benar, karena tali yang semakin pendek akan memperkecil besar kerapatan tali B. Benar, karena tali yang semakin pendek akan memperbesar kerapatan kali C. Salah, karena besar kerapatan tali tetap walaupun dipendekkan D. Salah, karena tali yang semakin pendek akan memperkecil besar kerapatan tali E. Salah, karena tali yang semakin pendek akan memperbesar kerapatan kali 7. Tali yang memiliki kerapatan 0,05 kg/m digerakkan dengan gaya sebesar 20 N, sehingga terbentuk gelombang stasioner ujung terikat. Jika jarak perut terdekat dari ujung pantul teramati sejauh 5 cm, maka frekuensi vibrator adalah . . . A. 100 Hz B. 10 Hz C. 1 Hz D. 0,1 Hz E. 0,01 Hz 8. Gelombang stasioner ujung terikat terbentuk pada tali sepanjang 1 m yang memiliki kerapatan 0,05 kg/m akibat digerakkan oleh gaya sebesar 45 N. Jika jarak perut terdekat dari ujung pantul teramati sejauh 75 cm, maka periode vibrator adalah . . . A. 100 s B. 10 s C. 1 s
24 D. 0,1 s E. 0,01 s 9. Perhatikan pernyataan berikut! 1) Memberi gaya sebesar 2 kali semula dengan tali yang sama 2) Memberikan gaya sebesar 4 kali semula dengan tali yang sama 3) Mengubah jenis tali dengan kerapatan 4 kali semula dan gaya tetap 4) Mengubah gaya 2 kali semula dan tali dengan kerapatan ½ kali semula Jika kita ingin membuat kecepatan rambat tali percobaan melde menjadi dua kali semula, maka cara yang tepat ditunjukkan oleh nomor . . . A. 1, 2, dan 3 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 4 saja E. semua benar 10. Percobaan Melde dilakukan dengan menggunakan tali yang memiliki kerapatan 0,0025 kg/m, sehingga menghasilkan kecepatan gelombang tali sebesar 12 m/s. Jika tali diganti dengan tali yang memiliki kerapatan 0,0001 kg/m, maka kecepatan gelombang menjadi . . . A. 1,2 m/s B. 2,4 m/s C. 6,0 m/s D. 24 m/s E. 60 m/s
25 Kunci Jawaban 1. A 2. B 3. B 4. A 5. D 6. C 7. A 8. D 9. C 10. E
26 Hukum Mersenne muncul ketika seorang fisikawan asal Perancis membuat alat untuk menyelidiki hubungan antara frekuensi dengan tinggi nada yang dinamakan sonometer. Mersenne mencoba alat tersebut dengan penampang kawat yang berbeda-beda serta panjang tumpuan kawat yang bermacam-macam. Berikut ini adalah bunyi hukum mersenne yang menarik untuk diketahui. 1. Semakin panjang jarak tumpuan senar, frekuensi senar makin rendah. Dengan demikian, frekuensi senar berbanding terbalik dengan panjang tumpuan senar. 2. Semakin besar luas penampang senar, frekuensi senar makin rendah sehingga frekuensi senar berbanding terbalik dengan akar luas penampang senar. 3. Semakin besar tegangan senar, frekuensi senar semakin besar. Dengan demikian, frekuensi senar berbanding lurus dengan akar tegangan senar. 4. Semakin besar massa jenis senar, frekuensi senar semakin kecil. Dengan demikian, frekuensi senar berbanding terbalik dengan akar massa jenis. Sedangkan untuk rumus menghitung hukum mersenne adalah sebagai berikut. Dengan: =frekuensi dawai (Hz) = panjang dawai (m) = tegangan dawai (N) = massa jenis dawai (kg/m³) = luas penampang dawai (m²) = √ Hukum Mersenne
27 Seutas senar panjangnya 50 cm. Ketika senar tersebut dipetik,senar menghasilkan frekuensi 160 Hz. Tentukan frekuensi senar dari bahan yang sama yang panjangnya 3 kali panjang senar tersebut jika tegangan senar keduanya sama besar! Pembahasan: Diket Seutas senar panjangnya 50 cm. Ketika senar tersebut dipetik,senar menghasilkan frekuensi 160 Hz. Tentukan frekuensi senar dari bahan yang sama yang panjangnya 3 kali panjang senar tersebut jika tegangan senar keduanya sama besar! Pembahasan: Diket: 1 = 50 2 = 31 1 = 2 1 = 2 1 = 2 1 = 160 Ditanya : 2 = ⋯ ? Jawab: 1 2 = 1 21 √ 1 22 √ 1 2 = 1 2 = 1 31 = 1 3 Dengan demikian frekuensi senar kedua adalah: 1 2 = 1 3 2 = 3 ∙ 1 2 = 3 ∙ 160 2 = 480 Jadi frekuensi senar yang panjangnya 3 kali panjang senar pertama adalah 480 Hz : Contoh Soal
28 1. Sepotong senar gitar menghasilkan nada dengan frekuensi 250 Hz. Hitunglah frekuensi nada yang dihasilkan oleh senar tersebut jika panjang senar diperpanjang menjadi 5 4 dari panjang senar mula-mula…. 2. Sepotong senar bila diberi tegangan 120 N menghasilkan nada berfrekuensi 300 Hz. Nada yang dihasilkan bila senar diberi tegangan 480 N adalah…Hz 3. Senar sepanjang 60 cm diberi tegangan 5,76× 103N. Massa senar itu 60 gram. Berapa frekuensi nada dasar senar? 4. Senar sepanjang 50 cm diberi tegangan 6000 N menghasilkan nada dasar berfrekuensi 400 Hz. Berapa massa senar? 5. Frekuensi nada sebuah senar 1000 Hz. Panjang senar itu 50 cm. Berapa panjang senar agar dihasilkan nada berfrekuensi 1250 Hz pada tegangan tetap? Kunci Jawaban 1. f2 = 200 Hz 2. f2=600 Hz 3. f=200 Hz 4. m=0,01875 kg 5. l2=40 c Latihan Soal Hukum Mersenne
29 1. Tali yang panjangnya 5 m dan ditegangkan dengan gaya 2 N,dirambati gelombang transversal. Jika cepat rambat gelombang transversal adalah 40 m/s,maka massa tali tersebut adalah? A. 6,25 gram B. 6,50 gram C. 6,75 gram D. 6,85 gram E. 6,90 gram 2. Harmonik nada dawai pada gambar tersebut adalah… A. Harmonik pertama B. Nada ketiga C. Nada atas kedua D. Nada atas pertama E. Frekuensi dasar 3. Sebuah gelombang transversal menjalar dengan laju pada sebuah tali yang memiliki tegangan tali . Berapakah tegangan tali yang diperlukan agar gelombang menjalar dengan laju 2 3 ? A. 9 4 B. 5 4 C. 11 9 D. 7 9 E. 4 9 4. Sepotong dawai yang panjangnya 80 cm dan massanya 16 gram dijepit kedua ujungnya dan terentang tegang dengan tegangan 800 N. Frekuensi nada atas kesatu yang dihasilkan adalah… A. 125 Hz B. 150 Hz C. 250 Hz D. 300 Hz E. 375 Hz 5. Dawai piano yang panjangnya 0,5 dan massanya 10−2 ditegangkan 200 N,maka frekuensi nada dasar piano adalah? A. 100 Hz B. 200 Hz Evaluasi Formatif
30 C. 400 Hz D. 600 Hz E. 800 Hz Kunci Jawaban 1. A 2. D 3. E 4. C 5. A
31 Setelah selesai mengerjakan latihan soal dan evaluasi formatif dalam kegiatan pembelajaran getaran dawai,cocokkan jawaban kamu dengan kunci jawaban yang terletak di bagian akhir modul. Selanjutnya hitunglah jawaban yang benar dan gunakan rumus dibawah ini untuk mengetahui tingkat kemampuan kamu! Tingkat penguasaan : ℎ ℎ × 100% Keterangan: 90%-100% : sangat baik 80%-90% : baik 70%-80% : cukup baik 60%- 70% : sedang <60% : kurang Jika tingkat penguasaan ≥70% ,maka kamu bisa melanjutkan kegiatan belajar selanjutnya. Namun jika tingkat penguasaan≤70% maka kamu harus mengulang kegiatan belajar ini terutama pada bagian yang belum dipahami. Penilaian Diri
32 1. Dawai terdapat pada alat musik gitar,piano,dan biola. Bila dawai gitar dipetik,pada dawai akan terjadi gelombang. Gelombang ini dipantulkan pada kedua ujungnya yang tidak bergerak sehingga diperoleh gelombang berdiri. Selanjutnya,gelombang berdiri pada dawai ini akan menghasilkan gelombang bunyi di udara dengan frekuensi tertentu. 2. Untuk dawai yang kedua ujungnya diikat pada penopang,gelombang berdiri yang dihasilkan harus memiliki titik simpul pada kedua ujungnya. 3. Untuk dawai yang panjangnya berlaku = 2 4. Nilai panjang gelombang yang dapat terjadi sebagai λ adalah λ = 2 5. Frekuensi berbanding terbalik dengan panjang dawai . Hal ini ditunjukkan pada piano atau biola dimana bagian bass(memiliki frekuensi rendah) memiliki dawai yang lebih panjang daripada bagian trebel (memiliki frekuensi tinggi) 1 = 1 2 √ 6. Percobaan Melde menunjukkan bahwa massa beban menciptakan gaya berat atau tegangan dawai. Tegangan dawai secara matematis dinyatakan selaku berikut: = ∙ Secara matematik laju gelombang pada dawai dalam bentuk persamaan berlaku berikut: = √ = = √ 7. Hukum Mersenne merupakan hukum yang menyelidiki hubungan frekuensi yang dihasilkan oleh senar yang bergetar dengan panjang senar, tegangan,dan jenis senar. Rumus menghitung hukum mersenne adalah sebagai berikut. = √ Rangkuman
33 KEGIATAN PEMBELAJARAN PADA PIPA ORGANA 1. Siswa mampu menjelaskan tentang pipa organa baik terbuka maupun tertutup. 2. Siswa mampu melaksanakan praktikum baik pada pipa organa terbuka maupun tertutup. 3. Siswa mampu mengerjakan contoh soal dan latihan pipa organa baik terbuka maupun tertutup Scan barcode QR di bawah ini!!! KEMAMPUAN AKHIR YANG DIHARAPKAN SCAN HERE
34 Gelombang berdiri longitudinal dapat menghasilkan bunyi pada alat musik tiup. Salah satu contoh alat musik tiup yang paling sederhana adalah pipa organa. Ketika pipa organa ditiup, getaran bibir peniup membantu membangun getaran kolom udara dalam pipa. Udara dalam pipa bergetar dalam bentuk gelombang berdiri longitudinal. Ketika peniup pipa organa memasukkan udara ke mulut pipa organa, udara bergetar sehingga pada mulut pipa organa selalu terjadi titik perut karena di mulut pipa ini udara dapat bergerak bebas. Selanjutnya, pola gelombang yang terbentuk pada kolom udara di dalam pipa organa tergantung pada jenis pipa. Ada dua jenis pipa organa, yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa tertut 1. Pipa Organa Terbuka Pipa organa terbuka adalah sebuah kolom udara yang kedua ujung penampangnya terbuka. Apabila pipa ini ditiup, udara dalam pipa organa itu membentuk pola gelombang stasioner. Ciri dari pipa ini adalah kedua ujungnya langsung berhubungan dengan udara luar, dan pola gelombang yang dhasilkan sebagai berikut: Gambar 1.4 Frekuensi pada pipa organa terbuka (1) Nada dasar 0 (harmonik pertama) = 1 2 λ0 atau λ0 = 2 0 = λ0 = 2 (2) Nada pertama 1 (harmonik kedua) = λ1 1 = λ1 = (3) Nada kedua 2 (harmonik ketiga) = 3 2 λ2 atau λ2 = 2 3 2 = λ2 = 2 3 = 3 2 Theory
35 (4) Nada atas ke-n = ( + ) Dengan n=1,2,3,dst…. Sebuah pipa organa panjangnya 26 cm. Hitunglah frekuensi dasar dan tiga nada harmonik yang pertama untuk pipa organa terbuka.Laju gelombang bunyi di udara 345 m/s Pembahasan: Untuk pipa organa terbuka,frekuensi dasar dapat dihitung dengan persamaan: 0 = λ0 = 2 = 345 / 2(0,26) = 663 Oleh karena itu,tiga nada harmonik yang pertama adalah 2 = 21 = 1326 , 3 = 31 = 1989, dan 4 = 41 = 2326
36 PRAKTIKUM PIPA UDARA 1. TUJUAN Tujuan dari percobaan ini adalah: a. Memahami konsep pipa udara terbuka. b. Menentukan panjang gelombang dan frekuensi dari tinggi kolom pipa udara. c. Mengetahui hubungan tinggi kolom pipa udara dengan frekuensi bunyi. 2. ALAT DAN BAHAN a. Botol kaca (3 buah) dengan ukuran besar,sedang,dan kecil. b. Aplikasi spectroid pada ponsel pintar. c. Air. d. Mistar. 3. PROSEDUR PERCOBAAN 1) Mengunduh aplikasi spectroid pada ponsel pintar android. Mempelajari dan menjelaskan cara kerja aplikasi tersebut. Tes dengan bersiul dan catat berapa Hz frekuensi yang terukur. 2) Mengumpulkan tiga botol kaca kosong dengan ukuran yang berbeda-beda (besar,sedang,dan kecil). 3) Meniup bibir botol secara kosntan,mengukur,dan mencatat frekuensi nada dasarnya dengan spectroid. 4) Menentukan panjang gelombang bunyi bila botol dianggap sebagai kolom udara tertutup. 5) Dari frekuensi dan panjang gelombang pada nada dasar yang terukur,menentukan kecepatan rambat bunyi di udara dan kesesatannya. 6) Mengulangi untuk ukuran botol kaca lain dan botol yang diisi air sebagian. Dan catat di dalam tabel yang telah disediakan. 7) Setelah semuanya tercatat di tabel pengamatan kemudian lakukan analisis data tersebut dan buatlah kesimpulan. 4. RUMUS YANG DIGUNAKAN a. Tinggi botol ± ∆ b. Frekuensi nada atas ke-n untuk pipa organa terbuka = ( + ) Keterangan : 0 = didapatkan dari aplikasi spectroid c. Panjang gelombang nada dasar untuk pipa organa terbuka = d. Panjang gelombang ke-n untuk pipa organa terbuka = + e. Cepat rambat gelombang ke-n = ∙ f. KSR dan KP = ቚ − ቚ 100% = 100% − = 340 /
37 TABEL PENGAMATAN a. Tabel tinggi botol No. Botol Tinggi(m) 1. Kosong(kecil) 2. Kosong(sedang) 3. Kosong(besar) 4. Berisi air(kecil) 5. Berisi air(sedang) 6. Berisi air(besar) b. Tabel pipa organa terbuka Nada Dasar Pipa Organa Terbuka No. Botol (Hz) (m) (m) (m/s) 1. Kosong(kecil) 2. Kosong(sedang) 3. Kosong(besar) 4. Berisi air(kecil) 5. Berisi air(sedang) 6. Berisi air(besar) c. Tabel kesalahan relatif pada pipa organa terbuka = ቚ − ቚ 100% = 100% − = 340 / No. Botol (m/s) (%) (%) 1. Kosong(kecil) 2. Kosong(sedang) 3. Kosong(besar) 4. Berisi air(kecil) 5. Berisi air(sedang) 6. Berisi air(besar)
38 1. Pada percobaan pipa organa terbuka,resonansi pertama terdengar pada ketinggian kolom udara 30 cm. Manakah pernyataan berikut yang benar? 1) Panjang gelombangnya adalah 30 cm. 2) Frekuensi resonansi adalah 400 Hz. 3) Resonansi pertama akan terdengar pada ketinggian kolom udara 60 cm. 4) Resonansi kedua akan terdengar pada ketinggian kolom udara 60 cm. 2. Sebuah pipa organa memiliki resonansi berturut-turut pada frekuensi 136 Hz, 272 Hz,dan 408 Hz. Pipa organa tersebut adalah? 3. Dua buah pipa organa terbuka A dan B ditiup bersama-sama. Pipa A menghasilkan nada dasar yang sama tinggi dengan nada atas kedua pipa B. Perbandingan panjang pipa organa A dengan pipa organa B adalah 4. Sebuah pipa organa terbuka dengan panjang 75 cm ditiup sehingga menghasilkan gelombang stasioner dengan 3 buah perut. Jika cepat rambat bunyi di udara 300 m/s maka frekuensi yang dihasilkan adalah 5. Jika sebuah pipa organa terbuka ditiup sampai timbul nada atas ketiga maka akan terjadi? Evaluasi Formatif
39 Kunci Jawaban 1. 4 2. Terbuka 3. 1:3 4. 600 Hz 5. 5 perut dan 4 simpul Setelah selesai mengerjakan latihan soal dan evaluasi formatif dalam kegiatan pembelajaran getaran dawai,cocokkan jawaban kamu dengan kunci jawaban yang terletak di bagian akhir modul. Selanjutnya hitunglah jawaban yang benar dan gunakan rumus dibawah ini untuk mengetahui tingkat kemampuan kamu! Tingkat penguasaan : ℎ ℎ × 100% Keterangan: 90%-100% : sangat baik 80%-90% : baik 70%-80% : cukup baik 60%- 70% : sedang <60% : kurang Jika tingkat penguasaan ≥70% ,maka kamu bisa melanjutkan kegiatan belajar selanjutnya. Namun jika tingkat penguasaan ≤70% maka kamu harus mengulang kegiatan belajar ini terutama pada bagian yang belum dipahami. Penilaian Diri Adapun percobaan yang dapat Anda lakukan secara mandiri sehingga Anda dapat menguasai kegiatan pembelajaran pipa organa terbuka. Cobalah untuk melakukan percobaan mandiri di rumah untuk bisa lebih memahami gelombang bunyi. Percobaan ini merupakan integrasi Engineering STEM. Ikuti langkah-langkah sesuai dengan petunjuk dan lakukan dengan teliti serta tanggungjawab. Selamat mencoba.
40 Engineering Project Percobaan Membuat Seruling 1. Alat dan Bahan a. Paralon 1 4 inch, panjang paralon 66 cm,berdiameter 2 cm. b. Pisau atau cutter. c. Pensil. d. Amplas. e. Penggaris. f. Busa. g. Alat bor lubang. 2. Langkah Kerja a. Buatlah lubang tiup dengan jarak dari ujung pipa ke lubang tiup sejauh 14 cm. b. Lalu lubangi sampai diameternya 0,9 cm. c. Rapikan lubang menggunakan amplas atau pisau atau cutter. d. Pasang penyumpalnya (busa) dengan jarak ± 1 cm dari lubang tiup. e. Setelah itu tentukan nadanya,Nada G=Do dan nada lain menggunakan ketentuan sebagai berikut: Nada dasar Jarak nada dari lubang tiup (cm) Diameter lubang nada (cm) Do G 38,4 1 Re A 32,2 0,9 Mi B 28,4 1 Fa C 26,4 0,8 Sol D 23,1 0,9 La E 21,1 0,9 Si F## 17,5 0,9 f. Perhatikan sketsa dibawah ini agar anda mudah mengetahui letak lubang tiupnya! g. Kemudian anda analisa untuk menarik kesimpulannya serta presentasikan pada guru anda.
41 Scan barcode QR di bawah ini!!! Pipa organa tertutup adalah sebuah kolom udara yang salah satu ujungnya tertutup dan ujung yang lain terbuka, dan pola gelombang yang dihasilkan sebagai berikut: Gambar 1.5 Frekuensi pada pipa organa tertutup (1) Nada dasar 0 (harmonik pertama) = 1 4 λ0 atau λ0 = 4 0 = λ0 = 4 Bagaimana bunyi yang dihasilkan oleh terompet diatas?terlihat indah bukan?Lalu bagaimana terompet bisa menghasilkan bunyi?Apakah terompet termasuk contoh dari pipa organa tertutup? Yuk cari tahu!!! SCAN HERE
42 (2) Nada pertama 1 (harmonik kedua) = 3 4 λ1 atau λ1 = 4 3 1 = λ1 = 3 4 (3) Nada kedua 2 (harmonik ketiga) = 5 4 λ2 atau λ2 = 4 5 2 = λ2 = 5 4 (4) Nada atas ke-n = ( + ) Sebuah pipa organa panjangnya 26 cm. Hitunglah frekuensi dasar dan tiga nada harmonik yang pertama untuk pipa organa tertutup. Laju gelombang bunyi di udara 345 m/s Pembahasan: Untuk pipa organa tertutup,frekuensi dasar dapat dihitung dengan persamaan : 0 = λ0 = 4 = 345/ 4(0,26) = 332 Dalam pipa organa tertutup hanya harmonik gasal yang muncul. Oleh karena itu,tiga nada harmonik yang pertama adalah 3 = 31 = 996 , 5 = 51 = 1660 ,dan 7 = 71 = 2324
43 PRAKTIKUM PIPA ORGANA TERTUTUP a. Tujuan Praktikum: 1. Menentukan panjang gelombang sumber bunyi. 2. Menentukan cepat rambat bunyi di udara. b. Alat dan Bahan: 1. Pipa organa 2. Microphone probe 3. Kotak baterai 4. Osiloskop 5. Pembangkit sumber bunyi c. Prosedur Praktikum: 1. Rangkailah alat-alat seperti gambar dibawah ini dan pastikan alat telah terkalibrasi Gambar 1. Skema rangkaian pipa organa tertutup 2. Atur modulator menggunakan sinyal FM,pilih frekuensi dengan range 100 Hz,pilih bentuk gelombang sinus atur amplitudo di bagian amplifier. 3. Atur frekuensi sumber getar pada posisi 500 Hz. 4. Nyalakan loudspeaker,atur panjang kolom udara dengan cara menggeserkan microphone probe secara perlahan sampai tabung resonansi merespon getaran loudspeaker sehingga terdengar bunyi yang paling nyaring. Ukur panjang kolom udara dalam tabung (0) sebagai nada dasar. 5. Geser posisi microphone probe untuk mendapatkan bunyi paling nyaring kedua,ukur panjang kolom udara dalam tabung (1) sebagai nada atas pertama. 6. Geser posisi microphone probe untuk mendapatkan bunyi paling nyaring ketiga ,ukur panjang kolom udara dalam tabung (2) sebagai nada atas kedua. 7. Lakukan pengulangan untuk frekuensi yang berbeda. d. Tabel Hasil Pengamatan: Frekuensi Nada Dasar Ke- Panjang Kolom Udara e. Pertanyaan: 1. Bagaimanakah perbandingan kecepatan yang Anda peroleh berdasarkan data-data literatur. Perhatikan juga suhu udara. 2. Berikan kesimpulan perilaku perubahan frekuensi sumber bunyi terhadap panjang gelombang dan cepat rambat bunyi.
44 1. Sebuah garputala dengan frekuensi sebesar 550 Hz digetarkan diatas sebuah tabung berisi air yang tingginya dapat diatur. Jika kecepatan bunyi di udara 330 m/s dan maka tinggi kolom udara saat resonansi ke-3 adalah… a. 30 cm b. 45 cm c. 60 cm d. 75 cm e. 90 cm 2. Cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s. Jika sebuah pipa organa tertutup ditiup menghasilkan nada atas ke-3 dengan tinggi kolom udara sebesar 70 cm,maka frekuensi yang terjadi sebesar… a. 450 Hz b. 550 Hz c. 650 Hz d. 750 Hz e. 850 Hz 3. Jika sebuah pipa organa tertutup memiliki panjang 50 cm. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s,maka frekuensi pipa organa saat terjadi nada atas kedua adalah… a. 600 Hz b. 700 Hz c. 850 Hz d. 650 Hz e. 800 Hz 4. Jika sebuah pipa organa tertutup salah satu ujungnya memiliki nada dasar dengan frekuensi sebesar 300 Hz,maka besar frekuensi dari nada atas pertama,nada atas kedua,dan nada atas ketiga berturut-turut adalah… a. 400 Hz , 500 Hz , dan 600 Hz b. 700 Hz , 900 Hz, dan 1200 Hz c. 1000 Hz, 1500 Hz, dan 1700 Hz d. 600 Hz , 700 Hz , dan 900 Hz e. 900 Hz , 1500 Hz, dan 2100 Hz 5. Diberikan dua buah pipa organa yang pertama tertutup salah satu ujungnya,satu lagi terbuka kedua ujung dengan panjang 30 cm. Jika nada atas kedua pipa organa tertutup sama dengan nada atas ketiga pipa terbuka,tentukan panjang pipa organa tertutup adalah… a. 17,25 cm b. 18,25 cm c. 20,25 cm d. 17,75 cm e. 18,75 cm Evaluasi Formatif
45 Kunci Jawaban 1. d 2. e 3. c 4. e 5. e Setelah selesai mengerjakan latihan soal dan evaluasi formatif dalam kegiatan pembelajaran getaran dawai,cocokkan jawaban kamu dengan kunci jawaban yang terletak di bagian akhir modul. Selanjutnya hitunglah jawaban yang benar dan gunakan rumus dibawah ini untuk mengetahui tingkat kemampuan kamu! Tingkat penguasaan : ℎ ℎ × 100% Keterangan: 90%-100% : sangat baik 80%-90% : baik 70%-80% : cukup baik 60%- 70% : sedang <60% : kurang Jika tingkat penguasaan ≥70% ,maka kamu bisa melanjutkan kegiatan belajar selanjutnya. Namun jika tingkat penguasaan≤70% maka kamu harus mengulang kegiatan belajar ini terutama pada bagian yang belum dipahami. Penilaian Diri
46 Rangkuman 1. Gelombang berdiri longitudinal dapat menghasilkan bunyi pada alat musik tiup. Salah satu contoh alat musik tiup yang paling sederhana adalah pipa organa. Ketika pipa organa ditiup,getaran bibir peniup membantu membangun getaran kolom udara dalam pipa. Udara dalam pipa bergetar dalam bentuk gelombang berdiri longitudinal. 2. Ada dua jenis pipa organa,yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup. 3. Pipa organa yang terbuka pada kedua ujungnya dinamakan pipa organa terbuka. Frekuensi nada harmonik pipa organa terbuka memenuhi persamaan: = ( + ) 4. Pipa organa tertutup adalah pipa organa yang salah satu ujungnya tertutup. Frekuensi-frekuensi harmonik pipa organa tertutup diperoleh persamaan: = ( + ) Setelah kalian mempelajari materi tersebut,langkah selanjutnya adalah evaluasi diri kalian dengan mengerjakan quiz yang ada di link di bawah ini SCAN HERE
47 Jabir Ibnu Hayyan/Gebert Jabir Ibnu Hayyan lahir di Irak pada tahun 712 Masehi. Ia dikenal di Eropa dengan nama Gebert. Gebert merupakan penemu ilmu kimia. Awalnya Gebert melakukan eksperimen mengenai kuantitas zat yang berhubungan dengan reaksi kimia yang terjadi. Dari keberhasilan praktikumnya tersebut,ia menemukan hukum perbandingan tetap terhadap reaksi kimia. Gebert juga menemukan reaksi kimia lainnya seperti penguapan,sublimasi,dan kristalisasi yang kemudian ilmu kimia tersebut masih digunakan hingga saat ini. Muhammad Ibnu Musa Al-Khawarizmi Al-Khawarizmi lahir di Uzbekistan pada tahun 780 Masehi. Ia merupakan penulis buku tentang Al-Jabar yang menjadi buku pertama mengenai ilmu aljabar,solusi sistematik dari linear dan notasi kuadrat. Ia juga disebut sebagai bapak aljabar. Pada abad ke-12,Al-Khawarizmi memperkenalkan sistem penomoran bilangan desimal ke dunia barat. Ia juga merevisi ilmu geografi Ptolomeus dan membuat tulisan mengenai astronomi. Abu Yusuf Yakub Ibnu Ishab Al-Kindi Al-Kindi merupakan ilmuan yang telah menulis 270 ensiklopedia mengenai berbagai macam bidang ilmu. Ilmuan yang lahir pada tahun 801 ini merupakan ahli matematika,kedokteran,geografi,dan fisika. Selain di bidang sains,ia juga mendalami ilmu filsafat,musik,dan Yunani kuno. Al-Kindi dikenal sebagai seorang ilmuan yang serba bisa dan filsuf pertama yang beragama Islam dan mahir berbahasa Yunani. Semasa hidupnya,ia juga mendalami ilmu pengobatan,farmasi,optik,astrologi,dan masih banyak lagi. Fatimah Al-Fihri Beliau merupakan permata mahkota dan simbol kuat aspirasi perempuan dan pemimpin kreatif dalam sejarah muslim. Seorang wanita muslim mendirikan universitas pertama di dunia yaitu Universitas Al-Qarawiyyin di Maroko. Fatimah Al-Fihri telah meninggalkan karya monumental yang menjadi karya sejarah besar dalam peradaban dunia. Namanya tercatat sebagai sosok perempuan yang memiliki cita-cita besar dan kukuh dengan prinsip yang dipegangnya. Wanita muslim ini meneguhkan darma baktinya bagi umat dan peradaban Pojok Inspirasi