i
i KATA PENGANTAR
ii PETUNJUK PENGGUNAAN
iii PETA KONSEP
iv DAFTAR HADIR
v KATA PENGANTAR………………………………………………...………….. i PETUNJUK PENGGUNAAN…………………………………………………… ii PETA KONSEP…………………………………………………………………. iii DAFTAR Hadir………………………………………………………………….. Error! Bookmark not defined. DAFTAR ISI……………………………………………………………………... v GELOMBANG BUNYI……………………...…………………………………... 1 A. Klasifikasi Gelombang Bunyi.......................................................................... 1 B. Karakteristik Gelombang Bunyi……………………………………….......... 2 C. Cepat Rambat Gelombang Bunyi……………………………………............ 4 D. Efek Doppler……………………………………………………………….... 5 E. Dawai dan Pipa Organa……………………………………………………… 8 F. Intensitas Bunyi dan Taraf Intensitas………………………………………. 11 G. Penerapan Gelombang Bunyi pada Teknologi di Kehidupan Sehari–hari… 12 LATIHAN SOAL……………………………………………………………….. 15 ANGKUMAN…………………………………………………………………... 16 UJI KOMPETENSI……………………………………………………………... 17 GLOSARIUM…………………………………………………………………... 18 DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………... 20 BIODATA PENULIS…………………………...……………………………… 21 DAFTAR ISI
1 Pernah merasa bingung kenapa saat berbicara di alam terbuka, suara anda bisa terdengar sampai jauh? Apalagi kalau anda berada di atas gunung, suara lantang dari penduduk bisa terdengar sampai puncak gunung. Hal tersebut bisa terjadi karena adanya karakteristik dari gelombang bunyi. Penasaran? Ayo, belajar mengenai konsep gelombang bunyi bersama-sama. Gelombang Bunyi adalah gelombang yang merambat melalui medium tertentu. Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik yang digolongkan sebagai gelombang longitudinal. Gelombang bunyi ini menghantarkan bunyi ke telinga manusia. Bunyi/suara dapat terdengar karena adanya getaran yang menjalar ke telinga pendengar. Lalu bagaimana cara menentukan cepat rambat bunyi? Simak uraian berikut. A. Klasifikasi Gelombang Bunyi Berdasarkan frekuensinya, gelombang bunyi diklasifikasi menjadi 3 yaitu Infrasonik, Audiosonik dan Ultrasonik. Apakah perbedaan ketiga jenis bunyi tersebut? 1. Infrasonik merupakan bunyi dengan frekuensi kurang dari 20 Hz. Bunyi ini tidak dapat didengar oleh telinga manusia, tetapi dapat didengar hewan seperti anjing, jangkrik dan laba–laba. Gambar Orang berteriak di puncak gunung Sumber: istockphoto
2 2. Audiosonik merupakan bunyi dengan 20 Hz sampai 20.000 Hz. Frekuensi ini dapat didengar oleh manusia. Tinggi rendah bunyi tergantung pada frekuensinya. Kuat lemah bunyi dipengaruhi oleh amplitudonya sedangkan warna bunyi dipengaruhi oleh sumber getarnya. 3. Ultrasonik merupakan bunyi yang mempunyai frekuensi diatas 20.000 Hz. Bunyi ini dapat di dengar oleh manusi. Hewan yang dapat mendengar antara lain lumba–lumba, anjing, kucing dan kelelawar. Bunyi ini memiliki banyak manfaat diantaranya untuk mengukur kedalaman laut. Selian itu digunakan untuk pemeriksaan janin di dalam kandungan/organ tubuh bagian dalam dengan menggunakan alat USG (Ultrasonografi). Jenis Bunyi Frekuensi (Hz) Contoh Infrasonik < 20 Hz Jangkrik, laba–laba Audiosonik 20 Hz – 20.000 Hz Manusia Ultrasonik > 20.000 Hz Lumba–lumba, anjing, kelelawar B. Karakteristik Gelombang Bunyi 1. Pemantulan Gelombang Bunyi (Refleksi) Bunyi dipantulkan jika mengenai medium yang keras. Jenis pemantulan bunyi ada dua yaitu gema dan gaung. Coba jelaskan perbedaan antara gema dan gaung! Prinsip pemantulan dimanfaatkan manusia untuk mengukur jarak suatu benda dengan sumber bunyi. Alat yang digunakan yaitu sonar. Jarak suatu benda dapat ditentukan dengan persamaan berikut.
3 2. Pembiasan Gelombang Bunyi (Refraksi) Bunyi akan mengalami pembelokan arah rambat jika melewati dua medium yang berbeda kerapatannya. Contohnya pembelokan bunyi pada daerah bersuhu dingin ke suhu yang lebih panas. Pembelokan ini terjadi akibat perbedaan kerapatan di udara karena perbedaan suhu. Pada pembiasan bunyi berlaku hukum pembiasan gelombang. Refraksi gelombang menyebabkan petir malam hari terdengar lebih keras daripada petir siang hari. Perbedaan Siang Malam Udara di atas lebih dingin lebih panas Udara di bawah lebih panas lebih dingin Refraksi dari rapat ke kurang rapat dari kurang rapat ke rapat Bunyi petir lebih pelan lebih keras 3. Pelenturan Gelombang Bunyi (Difraksi) Contoh peristiwa difraksi dapat dipahami ketika kita dapat mendengar suara orang di ruangan berbeda dan tertutup karena gelombang bunyi mampu melewati celah-celah sempit. Gelombang bunyi sangat mudah mengalami difraksi karena gelombang bunyi di udara memiliki panjang gelombang dalam rentang sampai . 4. Pemanduan Gelombang Bunyi (Interferensi) Interferensi sendiri merupakan istilah yang digunakan untuk menjelaskan ketika dua gelombang atau lebih saling bersuperposisi. Gejala interferensi gelombang bunyi dapat dengan mudah dipahami ketika kita berada diantara dua buah loudspeaker dengan frekuensi dan amplitudo yang sama atau hampir sama, kita akan mendengar bunyi keras-lemah secara bergantian.
4 C. Cepat Rambat Gelombang Bunyi 1. Cepat Rambat Gelombang Bunyi dalam Zat Padat Berdasarkan hasil tugas mandiri akan diperole bahwa Bunyi dapat merambat melalui zat padat, misalnya benang dan kawat. Ada perbedaan kecepatan saat Bunyi merambat melalui benda yang berbeda. Laju gelombang bunyi yang merambat melalui batang padat dapat dihitung dengan persamaan berikut. 2. Cepat Rambat Gelombang Bunyi dalam Zat Cair Kelajuan gelombang bunyi yang merambat melalui zat cair dapat ditentukan dengan persamaan berikut.
5 3. Cepat Rambat Gelombang Bunyi dalam Gas Menurut Laplace, peristiwa merambatan bunyi di dalam gas termasuk peristiwa adiabatik yang menuruti persamaan berikut. Cepat rambat gelombang bunyi dalam gas ideal dituliskan dalam persamaan berikut. Tabel 1. Modulus Young dan Bulk Beberapa Bahan Bahan (⁄ 2 ) (⁄ 2 ) Besi 100 × 109 – Baja 200 × 109 – Kuningan 100 × 109 – Aluminium 70 × 109 – Nylon 5 × 109 – Air – 2 × 109 Alkohol – 1 × 109 Raksa – 2 × 109 Sumber: Giancolli C. Douglas. Physics Fifth Education. Prentire–Hall Inc. 2001 D. Efek Doppler Adanya gerak relatif antara sumber bunyi dengan pendengar akan menyebabkan terjadi perubahan frekuensi bunyi yang didengar oleh pendengar. Efek ini diamati oleh C Johann Doppler.
6 Efek Doppler yaitu perubahan frekuensi bunyi yang didengar perangkat ketika terdapat gerak relatif antara sumber bunyi dan pengamat. Efek Doppler dapat anda amati pada saat ambulans bergerak mendekati atau menjauhi Anda sambil membunyikan sirine. Bunyi sirine terdengar lebih tinggi saat mendekati pengamat dan terdengar lebih rendah saat menjauhi pengamat. Persamaan efek Doppler secara umum dapat dituliskan sebagai berikut. Persamaan efek Doppler dengan tidak mengabaikan kecepatan angin:
7 Jika pendengar mendekati sumber bunyi, maka bernilai positif, jika sumber bunyi menjauhi pendengar maka bernilai positif, jika arah angin searah dengan arah rambat bunyi, maka bernilai positif. Konsep layangan bunyi dapat diterapkan dalam penyeteman alat musik. Alat musik yang akan distem, dibunyikan bersamaan dengan frekuensi acuannya. Jika masih terdengar layangan bunyi berarti frekuensi yang diharapkan belum tercapai. Indikasi adanya beat adalah terdengarnya bunyi keras lemah secara bergantian.
8 E. Dawai dan Pipa Organa 1. Dawai Apabila senar atau dawai pada gitar petik, gelombang transversal yang menjalar pada dawai akan dipantulkan oleh kedua ujung terikatnya. Interferensi antara gelombang datang dengan gelombang pantul akan menghasilkan gelombang stasioner. Pada frekuensi tertentu akan dihasilkan pola-pola gelombang yang berbeda. Frekuensi yang dihasilkan pola-pola ini disebut frekuensi harmonik. Secara umum hubungan antara panjang dawai dan panjang gelombang untuk harmonik ke– dapat ditulis sebagai berikut.
9 2. Pipa Organa Pipa organa adalah alat yang menggunakan kolom udara sebagai sumber bunyi. Pipa organa ada dua macam yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup. • Pipa Organa Terbuka Secara umum hubungan panjang gelombang udara dengan panjang gelombang untuk harmonik ke-n pada pipa organa terbuka yaitu: Nada atau frekuensi harmonika ke-n yaitu:
10 • Pipa Organa Tertutup Secara umum hubungan panjang kolom udara dengan panjang gelombang pada pipa organa tertutup dapat ditulis: Frekuensi nada untuk harmonik ke n adalah
11 F. Intensitas Bunyi dan Taraf Intensitas Intensitas adalah besar untuk mengukur kenyaringan bunyi. Intensitas didefinisikan sebagai daya rata-rata persatuan luas. Intensitas bunyi yang dihasilkan sumber titik dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut. Persamaan jarak gelombang dari sumbernya terhadap amplitudo dan intensitas bunyi: Taraf intensitas bunyi merupakan hubungan antara kuat bunyi dengan intensitas bunyi. Secara matematis didefinisikan sebagai: Persamaan tersebut berlaku untuk satu sumber bunyi. Jika sumber bunyi identik berjumlah n buah, maka taraf intensitas totalnya:
12 Jika bunyi didengar di dua titik yang jaraknya berbeda, besar intensitas bunyi di titik kedua ditanyakan sebagai: Tabel 2. Taraf Intensitas dari Berbagai Sumber Bunyi No Sumber Bunyi () 1. Ambang pendengaran 0 2. Bisik-bisik 10 – 20 3. Perpustakaan 30 – 40 4. Rumah tinggal 50 – 60 5. Percakapan pada umumnya 60 – 70 6. Lalu lintas ramai 80 – 90 7. Suara sepeda motor dengan knalpot terbuka 90 – 100 8. Senjata mesin 120 – 130 9. Pesawat jet tinggal landas 130 – 150
13 Peneapan Gelombang Bunyi pada Teknologi di Kehidupan Sehari–hari 1. Pemasangan souns system yang memanfaatkan sifat interferensi bunyi Sound system pada gedung yang besar tidak dapat menggunakan loudspeaker sentral karena membutuhkan daya yang sangat besar. Selain itu area yang dekat dengan posisi loudspeaker akan menerima suara dengan amplitudo yang sangat besar. Solusinya adalah dengan memasang sistem loudspeaker pararel. Pemasangan sound system di gedung-gedung pertunjukan dan aula perlu perhitungan dengan matang. Pemasangan sound system yang kurang tepat akan menimbulkan interferensi yang kurang baik. Jika terjadi interferensi destruktif (interferensi yang saling melemahkan) akan dijumpai area yang tidak mampu menerima suara dengan baik. 2. Penyeteman nada pada gitar berdasarkan pelayangan bunyi Penyetem gitar biasa dilakukan dengan alat bernama tuner atau dapat juga dengan sonometer. Prinsip dari penyeteman alat musik petik adalah kesesuaian nada. Dawai gitar dipetik bersamaan dengan memetik dawai sonometer. Jika masih ada layangan bunyi, frekuensi dawai gitar belum tepat. 3. Pembuatan gamelan memanfatkan prinsip resonansi bunyi Gamelan sebagai besar terdiri dari pelat yang dipukul seperti saron dan gender. Di bawah pelat–pelat gender terdapat rongga yang terbuat dari bamboo yang berfungsi sebagai tabung resonansi. Sementara pada saron terdapat kayu yang dilubangi. Kayu tersebut memiliki fungsi sama yaitu sebagai kotak resonansi. 4. Sonar bekerja berdasarkan prinsip Efek Doppler Efek Doppler digunakan dalam system radar polisi untuk mengukur kelajuan kendaraan bermotor. 5. Pencitraan medis menggunakan gelombang ultrasonic Citra medis dengan gelombang ultrasonic dengan USG (ultasonografi). Teknik ini memanfaatkan koefisien transmisi dan refleksinya semakin besar. Teknik ini lebih disukai karena tidak menimbulkan efek samping
14 berupa kerusakan haringan di sekitarnya. USG biasanya digunakan untuk mengetahhui fisik janin, usia janin dan kelainan–kelaianan kandungan. 6. Terapi dengan gelombang ultrasonic Ultrasound therapy adalah metode pengobatan yang digunakan untuk mengobati penyakit fisik dan penyembuhan jaringan. Tidak semua penyakit dapat disembuhkan dengan ultrasound therapy. Penyakit yang dapat disembuhkan antaranya osteo arthritis (radang tulang), rdang kandungan lender dam nyeri tungkai. Gelombang frekuensi tinggi dibangkitkan untuk rangkaian pembangkit arus frekuensi 0,75 − 3 , arus ini berjalan menembus kabel koaksial pada transduccer elektroda. Kemudian arus dikonversi menjadi vibrasi (getaran) oleh adanya efek piezo elektrik. 7. Gelombang ultrasonic digunakan untuk autofokus kamera Teknologi autofocus memanfaatkan kekuatan lensa yang secara otomatis bergerak dan memfokuskan cahya agar jatuh tepat di permukaan sensor. Teknologi autofocus ada yang menggunakan laser, inframerah dan ultrasonic. Autofocus iltrasonik biasa diggunakan dalam kamera DSLR (Digital Single Lens Reflex). Sensor ultrasonic dalam kamera DSLR dapat disematkan dalam lensa kamera.
15 1. Bagaimana prinsip kerja sonar berkaitan dengan karakteristik gelombang bunyi? Jelaskan! 2. Seutas dawai sepanjang 80 . Tegangan dawai diatur sedemikian hingga kecepatan gelombang transversal yang dihasilkan 400 ⁄. Berapakah frekuensi harmonic pertama dawai tersebut? 3. Cepat rambat bunyi dalam sebuah pipa organa tertutup 340 ⁄. Diketahui frekuensi nada atas ketiga pipa organa 960 . Tentukan Panjang minimum pipa organa tersebut! 4. Seorang pengendara mototr melintas di jalan. Ia memacu kendaraan dengan kecepatan 20 ⁄. Seorang polisi sedang patrol mengendarai mobil di belakang pengendara motor sambal membunyikan sirene dengan kecepatan 24 ⁄. Jika frekuensi sirene 640 dan cepat rambat bunyi di udara saat itu 340 ⁄, tentukan frekuensi yang didengar pengendara motor! 5. Motor pembalap di garis start menimbulkan taraf intensitaas 80 . Apabila di arena balap ada 25 motor balap yang akan meluncur, berapakah taraf intensitas di sekitar garis start? (ℎ log 5 = 0,7)
16 Gelombang Bunyi adalah gelombang mekanik yang merambat melalui medium tertentu dengan arah sejajr dengan arah rambatannya. Klasifikasi bunyi berdasarkan frekuensi sebagai berikut a. (< 20 ) b. (20 − 20) c. (> 20) Bunyi memiliki karakteristik seperti gelombang secara umum yaitu dapat dipantulkan, dibiaskan, dilenturkan dan dipadukan. Cepat rambat gelombang bunyi Medium Perambatan Padat Cair Gas Cepat rambat () √ √ √ Pada Efek Doppler, frekuensi yang didengar pendengar mengikuti persamaan: = ± ± Frekuensi harmonic ke– pada dawai mengikuti persamaan: = 2ℓ √ = 2ℓ = 1, 2, 3, …. Frekuensi harmonic ke– pada pipa organa mengikuti persamaan: Terbuka Tertutup = ℷ0 = 2ℓ = 1, 2, 3, …. = ℷ0 = (2−1) 4ℓ = 1, 2, 3, …. Intensitas dan taraf intensitas a. Intensitas didefisikan sebagai tekanan rata – rata per satuan luas = − 42 b. Taraf intensitas = 10 log 0
17 1. Sebuah kapal laut sedang mencari harta karun dalam laut memancarkan gelombang sonar ke dalam laut dengan cepat rambat bunyi dalam laut adalah sebesar 1500 ⁄. Jika gelombang tersebut ditangkap kembali oleh alat penerima setelah 4 , tentukan berapakah kedalaman laut tersebut. 2. Pada suhu 200℃ kecepatan merambat bunyi di udara adalah sebesar 340 ⁄. Jika suhu naik menjadi 37℃, tentukan kecepatan gelombang bunyi tersebut. 3. Seorang pilot pesawat menerbangkan pesawatnya menuju ke menara bandara mendengar bunyi sirine menara dengan frekuensi 3600 . Jika sirine memancarkan bunyi dengan 2040 dan cepat rambat bunyi di udara 340 ⁄. Tentukan besar kecepatan pesawat tersebut. 4. Intensitas bunyi mesin jahit yang sedang bekerja adalah 10−9−2 . Untuk intensitas ambang bunyi 10−12−2 , tentukan taraf intensitas bunyi dari 10 mesin jahit identik yang sedang bekerja. 5. Bunyi klakson sebuah sepeda motor saat dibunyikan menghasilkan taraf intensitas 40 , sedangkan bunyi klakson sebuah mobil saat dibunyikan menghasilkan taraf intensitas 60 , (0 = 10−12−2 ). Jika 100 klakson sepeda motor dan 10 klakson mobil serentak dibunyikan, tentukan perbandingan taraf intensitas sepeda motor dengan mobil tersebut 6. Dawai piano yang panjangnya 0,5 dan massanya 10 ditegangkan 200 , maka saat dipetik akan menghasilkan nada-nada. Tentukan frekuensi nada atas ketiga yang dihasilkan piano tersebut. 7. Suatu gelombang bunyi dihasilkan oleh garpu tala yang memiliki tetapan sebesar 243 Hz. Tentukan besar perioda getaran dari garpu tala tersebut 8. Siti menyalakan speaker yang menghasilkan suatu frekuensi tertentu dan terdengar oleh teman-temannya, jika panjang gelobang bunyi yang dihasilkan adalah 80 dan cepat rambat bunyi diudara 340 ⁄, berapakah besarnya frekuensi yang dihasilkan oleh speaker tersebut? 9. Sebuah senar panjangnya 60 cm kedua ujungnya diikat dan kemudian digetarkan sehingga menghasilkan gelombang stasioner dengan 2 buah perut dengan cepat rambat pada senar dawai adalah 300 m/s. Tentukan frekuensi nada yang dihasilkan! 10. Tentukan kecepatan bunyi pada batang logam tembaga jika diketahui nilai modulus Young 11 × 1010 2 ⁄ dan massa jenisnya 8,92 × 1010 3 ⁄ !
18 GLOSARIUM Audio : Frekuensi gelombang bunyi yang dapat diterima telinga manusia normal berkisar antara 20 Hz sampai dengan 20.000 Hz. Bunyi : Sebuah gelombang longitudinal yang merambatkan energi di suatu medium sampai terdengar oleh reseptor pendengaran. Celat Rambat Bunyi : Jarak yang ditempuh gelombang Difraksi : Pembelokan cahaya ketika melewati celah sempit. Dispersi : Peristiwapenguraian cahaya polikromatik menjadi cahaya monokromatik melalui pembiasan atau pembelokan. Efek Doppler : Peristiwa naik atau turunnya frekuensi gelombang bunyi yang terdengar penerima bunyi ketika sumber bunyi bergerak mendekat/menjauh. Frekuensi : Banyaknya getaran dalam tiap sekon. Gelombang Bunyi : Gelombang mekanik yang merambat melalui medium tertentu dengan arah sejajr dengan arah rambatannya. Gelombnag Infrasonik : Gelombang bunyi yang dapat didengar oleh manusia dengan jangkauan frekuensi antara 20 Hz – 20000 Hz. Gelombang Longitudinal : Gelombang dengan arah osilasinya sama dengan arah rambat gelombang. Gelombang Mekanik : Gelombang yang membutuhkan medium dalam perambatannya. Gelombang Ultrasonik : Gelombang bunyi yang frekuensinya diatas 20000 Hz. Intensitas : Energi bunyi yang tiap detik (daya bunyi) yang menembus bidang setiap satuan luas permukaan secara tegak lurus. Interferensi : Paduan dua gelombang atau lebih menjadi satu gelombang baru ketika memiliki beda fase yang sama. Pelayangan Bunyi : Peristiwa penguatan dan pelemahan bunyi akibat superposisi dua gelombang yang memiliki frekuensi berbeda dengan perbedaan yang relative kecil. Periode : Waktu yang diperlukan dalam mellakukan satu kali getaran atau gelombang. Pipa Organa : Alat yang menggunakan kolom udara sebagai sumber bunyi. Pipa Organa Terbuka : Pipa yang ujung – ujungnya terbuka dan terhubung dengan udara luar.
19 Pipa Organa Tertutup : Pipa yang memiliki ujung yang tertutup sehingga tidak terhubung dengan udara luar. Refleksi : atau pemantulan adalah pembalikan arah cahaya karena mengenai sebuah permukaan benda. Refraksi : Perubahan arah rambat cahaya ketika berpindah dari satu medium ke medium lain karena kerapatan optiknya berbeda. Resonansi : Peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena ada benda lain yang bergetar. Taraf Intensitas : Logaritma perbandingan antara intensitas bunyi dengan intensitas ambang pendengaran.
20 DAFTAR PUSTAKA Anissa, I. (2020). Modul Pembelajaran Fisika SMA Kelas XI. Handayani, S., & Damari, A. (2009). Fisika Untuk SMA dan MA Kelas XII. Jakarta: Pusat Perbukuan. Pujianto. (2016). Fisika untuk SMA//MA Kelas XI Peminatan Matematika dan Ilmu-Ilmu Alam. Klaten: PT. Intan Pariwara. Suharyanto. (2009). Fisika untuk Kelas XII SMA dan MA. Jakarta: CV. Sahabat.
21 BIODATA PENULIS
22