gelombang dan bunyi dan thermodinamika
TRANSCRIPT
1
LAPORAN
GELOMBANG BUNYI DAN THERMODINAMIKA
Teman kelompok : Ummi lailatun N
: Sutriani
: Faridah
: Erika Iskandar A
: Agus Umaeza
: Azzahrotul Fadhilatul H
Dosen pembimbing : Dra. Hj Hidayati M.pd
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SARJANAWIYATA TAMANSISWA
YOGYAKARTA
2011
2
Gelombang dan Bunyi
Pelayangan Bunyi (BEAT)
Bila gelombang bunyi yang amplitudonya sama tetapi frekuensinya sedikit berbeda
merambat dalam daerah yang sama, maka energi yang kita dengar akan berubah-ubah
kenyaringannya secara periodik. Peristiwa inilah yang dinamakan pelayangan gelombang.
Contoh:
Jika kita menggetarkan 2 garputala yang frekuensinya sedikit berbeda.
2 senar gitar yang tidak dibunyikan bersamaan.
Secara sistematis dituliskan, 2 gelombang bunyi Y1 dan Y2 menjalar dalam medium dengan
kecepatan amplitudo dan waktu yang sama, sedangkan untuk frekuensinya untuk
Y1 = W1 dan Y2 = W2
Kecepatan amplitudo waktu yang sama = (Y1 = W1 atau Y2 = W2)
Ket. F1 ≠ f2
Resultan gelombang:
y = y1 + y2
= +
= ( )
+
( )
t
= ( ) ( )
f1 + f2 dan f1 + f2 besarnya hampir sama, sehingga frekuensi yang ditimbulkan antara bagian
1 dan bagian 2 sedikit berbeda.
Gelombang y1 dan y2 dengan frekuensi yang sedikit berbeda
-y1.........................y2
Rapat Renggang
3
T = periode gelombang
T1 = perioda pelayangan
T1 = 1 layangan = keras – lemah – keras
= lemah – keras – lemah
= ½ T
Padahal frekuensi gelombang y1 = w1 / y2 = w2
Maka = w1 = w + ∆w
w2 = w
-
w1 – w2 = ∆w
(
)
F = frekuensi layangan (sejumlah layangan per detik) atau f2 = f1 – f2
Contoh: 2 garputala digetarkan yang punya f1 = 240 dan f2 = 230, berapa banyak jumlah
layangan yang terjadi dalam 5 detik.
Diketahui ; f1 = 240 Hz
f2 = 238 Hz
t = 5 s
jawaban:
f = f1 – f2
= 240 – 238
= 2,5 Hz
Garputala menghasikan nada tetap 400 hertz, garputala tadi digetarkan dan didekatkan pada
senar gitar hingga terjadi 200 bayangan dalam 5 detik. Berpa frekuensi yang mungkin dihasilkan
oleh senar gitar?
T
4
Diketahui: 400 Hz
Jumlah layangan = 20
t = 5 s
f1 =
=
= 4
f2 = f1 – f2
f2 = f1 – f2
= 400 – 4
= 396 Hz
Getaran pada tongkat / zat padat
L = ½
λ / λ= 2 λ
Pada tongkat pula dapat ditimbulkan getaran longitudinal yaitu degan cara menyepit
tongkat di satu titik lalu mengesutnya cepat-cepat kesuatu arah dengan kulit halus dan tipis yang
sudah ditaburi serbuk damar hingga timbul bunyi yang nyaring.
Pada ujung yang dijepit pasti merupakan simpul gelombang dan pada kedua ujung yang
lain merupakan perut gelombang. Dengan menjepit tongkkat di seperempat bagiannya diperoleh
nada atas yang sama.
V = λ f f =
(nada atas)
Kecepatan gelombang longitudinal dalam zat padat lebih besar dibanding kecepatan
gelombang longitudinal dalam udara. Vudara = 340 m
/s. Sehingga frekuensi dasar tongkat akan
lebih tinggi dibanding frekuensi nada dasar pada pipa organa.
Serbuk gabus mula-mula menyebar keseluruh tabung, setelah tabung bergetar menimbukan
bunyi nyaring, maka serbuk gabus akan membentuk gundukan-gundukan perut dan simpul
seperti pada gambar.
Tabung kaca
Serbuk gabus
di udara
5
Setelah didapat frekuensi yang cukup besar, sehingga partikel-partikel gas akan meliputi serbuk
gabus sepanjang pipa dan akan menimbulkan tumpukan berupa perut dan simpul saat terjadi
resonansi.
Fbt = Fgas
Interperensi gelombang longitudinal percobaan quincks
Sebuah gelombang yang ditimbulkan oleh sumber bunyi masuk kedalam sebuah pipa logam.
Didalam pipa ini gelombang dibagi menjadi 2, yang lewat lintasan Sbr dan yang satu ikut
lintasan Sar yang dapat diubah-ubah dengan menarik pipa b kekanan.
Misal : frekuensi sumber bunyi 340 Hz, rambat gelombang bunyi di udara 340 m/s, maka
panjang gelombang :
Jika kedua lintasan sama panjang, maka kedua gelombang akan sampai di R pada saat
bersamaan dan getaran yang ditimbulkan oleh kedua gelombang akan sefase.
Hasil getaran yang memiliki amplitudo sama besar dengan jumlah amplitudo kedua
gelombang disebut interferensi saling memperkuat.
Jika tabung digeser kekanan sejauh 25 cm berarti membuat lintasan sebesar Sbr 50 cm
lebih panjang daripada lintasan Sar akan menempuh jarak setengah λ lebih panjang dari pada
gelombang disebelah kiri.
λ = 1 m digeser 50 cm = 1/2 λ hasil dari R akan memiliki interferensi yang saling meniadakan
akan terjadi pelemahan, ditunjukan lemahnya suara di R
s
B
R
A
6
Bila pipa B digeser lagi ke kanan sejauh 25 cm sehingga lintasan Sbr-Sar = 1 m, artinya
1λ lebih panjang dibanding Sar dan getaran di R akan saling memperkuat.
Kesimpulan interferensi akan saling memperkuat jika : ∆s = 0, 1λ, 2λ, 3λ dan interferensi saling
meniadakan bila ∆s = 1/2 λ, 1
1/2 λ, 2
1/2 λ
Contoh:
Sebatang besi panjang 1 cm dijeppit di tengahnya dan dihubungkan dengan pipa..., bila
besi dikesut cepat-cepat hingga menimbulkan gelombang longitudinal stasioner pada pipa kun
dan menimbulkan tumpukan-tumpukan serbuk gabus pada pipa jarak anatara gundukan-
gundukan serbuk gabus 6,9 cm jika frekuensi batang besi 2480 Hz, tentukan:
Kec. Gelombang dalam batang Vb
Kec. Gelombang dalam pipa Vp
L = 1/2 λ
λ= 2L = 2.1 = 2 m
fb = 2480 Hz
Vbatang= fb. λ
= 2480 Hz.2 = 4960 m
/s
Terjadi
Fb = fgas
Vgas = Vbt
= 4960
m/s .
= 342,24
m/s
Pada percobaan quin digunakan sumber bunyi dengan frekuensi 680 Hz, cepat rambat
gelombang bunyi di udara 340 m/s, mula-mula terdengar bunyi yang saling meniadakan. Berapa
jarak minimum tabung harus digeser, agar kita dapat mendengar bunyi karena terjadinya
inteferensi yang saling memperkuat.
P P
5
7
Diketahui: f = 680 Hz
V = 340 m
/s
∆s = 2d
Dit = λ...?
V = λ.t
λ =
Karena dari ke kuat maka digeser sebesar: ∆s = 1/2 λ =
1/2 .50 cm = 25 cm
Karena digeser atas dan bawah maka dibagi 2: d.
Efek Doppler
Jika antara sumber bunyi dan pendengar bergetar saling mendekati, maka frekuensi yang
diterima pendengar, rasanya lebih tinggi daripada frekuensi sesungguhnya. Sebaliknya jika
antara sumber bunyi dan pendengar bergerak saling menjauhi maka frekuensi yang diterima
pendengar rasanya lebih rendah daripada frekuensi sesungguhnya.
FP =
P : pendengar
S : sumber bunyi
P mendekati S (+), P menjauhi S (-)
S mendekat P (+), S menjauhi (-)
Diam (0)
Fp =
삄
Fp =
Fp =
Fb =
Fp =
Jika arah angin diperhitungkan misal dari S ke P maka V + Va, P ke S = V - Va
Frekuensi gelombang bunyi dibedakan menjadi 3:
Infrasonik adalah frekuensi gelombang bunyi dibawah 20 Hz. Contohnya, suara jangkrik,
anjing dan gajah.
8
Audiosonik adalah frekuensi gelombang bunyi dari 20 Hz sampai 20.000 Hz. Contohnya
suara manusia.
Ultrasonik adalah frekuensi gelombang bunyi yang mencapai lebih dari 20.000 Hz.
Contohnya: suara lumba-lumba, anjing laut, dan ikan paus
Manfaat:
Kedalaman laut
Pengawet bahan makanan dalam kaleng
Mengaduk/mencampur susu supaya homogen
Meratakan campuran timah atau besi saat dilebur
Menghambat pertunasan pada kentang
Membantu orang buta dengan kacamata ultrasonik
Tongkat tunanetra
Mengetahui letak sel kanker
Mengetahui janin bayi
Membunuh sel kanker
Nada :
Nada adalah bunyi yang memiliki keteraturan frekuensi yang dihasilkan oleh sumber
getar. Jumlah getarannya setiap satuan waktu selalu tetap. Deret nada adalah urutan nada-nada
berdasarkan besarnya frekuensi dari yang terkecil sampai yang terbesar
Deret Nada = 1 2 3 4 5 6 7 i
Persamaan = do re mi fa so la si do
Nada = c d e f g a b c’
Frek = 264 297 330 352 396 440 495 528
Perub = 24 27 30 31 36 40 45 48
Interval Nada = c/c
d/c
e/c
f/c
g/c
a/c
b/c
c’/c
Nilai Interval = 1 9/8
5/4
4/3
3/2
5/3
15/8 2 oktat
Istilah = prime second terto kuarts quint sect septo
Contoh menghitung frekuensi nada yang perbandingannya memakai oktaf dirumuskan
sebagai berikut:
9
Nada 1 oktaf = 2:1
2 oktaf = 22
: 1
3 oktaf = 23 : 1
Perbandingan nada C dan A 24:40 jika nada A = 440 Hz. Tentukan frekuensi nada C
c = a = 3:5
a = 440
c = 3/5. 440 = 264 Hz
Tentukan frekuensi nada F, yang 1 oktaf lebih tinggi 3 oktaf lebih tinggi, 1 oktaf lebih
rendah = f1
= f = 2:1
f1
= 2f = 2.352 Hz = 704 Hz
Desah adalah bunyi yang memiliki frekuensi yang tidak teratur. Contohnya: air terjun dan
daun yang terkena angin.
Dentum adalah bunyi yang memiliki perubahan frekuensi yang sangat cepat. Contohnya,
letusan bom.
Timber adalah bunyi yang memiliki frekuensi sama tetapi kedengarannya berbeda.
10
TERMODINAMIKA
A. Efisiensi mesin (Daya Guna Mesin yang Sesunggushnya)
Efisiensi mesin digunakan untuk menyatakan taraf berhsilnya pengubahan kalor
oleh sutu mesin, Rumus efisiensi:
Efisiensi mencapai maksimum bila ᶯ = 1 atau 100%. Tetapi tidak mungkin ada
mesin kalor yang berefisiensi 100%, karena pasti ada kalor yng dilepas lagi.
Efisien mesin carnot adalah:
ᶯ =
=
Untuk siklus Carnot berlaku hubungan
sehingga
B. Mesin Pendingin
Clausius menyatakan bahwa
“Tidaklah mungkin
memindahkan kalor tendon
bersuhu rendah ketandon bersuhu
lebih tinggi tanpa dilakukan
usaha.”
Perumusan Clausius ini
sehubung dengan prinsip kerja
refrigerator (mesin pendingin)
(T1)
Q1
W
Q2
(T2)
Tendon suhu rendah T1 > T2
W =Q1- Q2
ᶯ =
×
100%
ᶯ = (1 -
)
ᶯ = (1 -
)
11
yaitu untuk memindah kalor dari dalam refrigerator yang bersuhu rendah keluar
refrigerator yang bersuhu tinggi. Koefisien pendinginnya dirumuskan dengan:
kp =
dengan gas ideal sebagai fluida kerja, maka:
CONTOH SOAL
1. Sebuah mesin carnot menyerap kalor 100 kalori dari reservoir yang bersuhu 400 k
dan melakukan usaha 50 kalori tentukan:
a. Suhu reservoir rendah
b. Efisien mesin carnot
Penyelesaian:
a. Diketahui:
Q1 = 100 kalori
T1 = 400 K
W = 50 kalori
Ditanyakan : T2 =
T2 = 200K
b. ᶯ = (1-
)
ᶯ = (1 –
)
ᶯ = (1 -
)
= 50%
kp =
12
C. Entropi
Merupakan suatu ukuran banyaknya energi/kalor yang tidak diubah menjadi suatu
usaha, atau bagian kalor yang hilang. Secara matematis, entropi adalah perbandingan
antara panas yang ditansfer selama proses reversible dengan temperature absolute
system.
Menurut hukum Thermodinamika 1
dQ dihubungkan perubahan energy dalam gas dan usaha yang dilakukan:
untuk gas ideal dapat dituliskan dalam kapasitas panas
Jadi perubahan entropi system bila berubah dari keadaan satu dari keadaan lain hanya tergantung
dari keadaan awal saja. Tidak pada proses terjadinya perubahan itu, untuk dzat yang dipanaskan pada
takanan konstan dari temperature T1 dan T2 maka jumlah panas dQ yang diserap pada tekanan konstan
jika dihubungkan dengan perubahan temperature diperoleh :
Jika panas diserap secara seversibel maka perubahan entroinya
Maka
dQ = Cp dT
13
Dengan mengintregrasikan T1 dan T2 titik perubahan entropinya total dzat:
Karena entropi adalah fungsi keadaan maka perubahannya tidak tergantung proses. Jika tekanan
akhir sama dengan tekanan awal maka perubahan entropi dzat bila dipanaskan lewat proses apapun baik
reversible juga memberikan perubahan entropi dzat yang diinginkan artinya jika T1 lebih kecil T2 maka
akan bernilai negative dan akan menghasilkan entropi negatife.
Jika proses ekspansi esotermal evosibel
gas ideal temperature T dari V1 sampai Vakhir V2
maka uasaha W. yang dilakukan oleh gas panas
Q sama dengan W yang diserap tendon panas
pada temperature T.
Perubahan entropi gas
berubah negative
denagan:
Dalam proses ini sejumlah panas Q
meninggalkan tendon dan memasuki gas jumlah
panas sama dengan usaha yang dilakukan
sehingga:
∫
∫ ∫
14
Jika Vakhir V2 pada ekspansi bebas lebih kecil dari V1 maka entropi semesta tetapi tidak mungkin
terjadi sebab gas tidak secara bebas menyusut dengan sendirinya menjadi volume yang lebih kecil. Inilah
menjadi hukum Thermodinamika II.
Untuk sembarang proses entropi semesta tak pernah berkurang ini digunakan pada system pemanas dan
pendingin panas Q1 diambil dari tendon panas Q1dari tendon dingin Q2 keadaan tendon panas tentukan
hanya oleh temperature energy dalamnya. Perubahan entropi tendon panas yang disebabkan pertukaran
panas bernilai sama jika panas Q dimasukkan kedalam tendon T maka entropi tendon
. jika panas Q
dikeluarkan maka entropi tendon berkurang menjadi –
sehingga perubahan entropinya
perubahan entropi adalah
karena jumlah panas yang sama meninggalkan tendon pada temperature T
maka perubahan entropi tendon adalah –
, berubah entropi netro yang gas dan tendon sama dengan 0 jadi
kesimpulannya; pada proses reversible adalah 0. Untuk mendapatkan perubahan entropi pada proses
irreversible yang menghubungkan pada keadaan irreversible sama jika perubahan entropi pada ekspansi
bebas karena system terisolasi terhadap sekelilinggnya terhadap perubahan entropi ini juga perubahan
entropi semests. Maka ∫
Perubahan entropi semesta untuk proses irreversible bernilai kess:
Tendon dingin menyerap panas, sehingga perubahan entropinya
. perubahan entropi
semesta (system + energi)
. Menurut hasil umum rugi usaha = perubahan entropi tetap.
Tendon paling dingin yang tersedia. Jadi rugi usaha dalam proses ini adalah
(
)
Rumusan ini usaha sebenarnya dari tendon panas Q1 dari tendon panas dan melakukan usaha
W = ᶯ Q2 dan invesiensi thermodinamika
ᶯ =
ᶯ = 1-
s
+
Pada proses irreversible entropi semesta naik
(
)
ᶯ hukum II =
15
CONTOH SOAL
1. Hitung perubahan entropi jika 3,00 mol benzena menguap pada titik
didih normalnya yaitu 80,1˚C. Entropi penguapanPengukuran panas
reaksi,
Penyelesaian :
Diketahui
∆S= 3,00 mol
Tb =1mol benzena diuapkan pada suhu 80,1˚C (353,25 K)
∆Hvap = 30,8 KJ mol -1
= 30.800 J mol-1
ΔSvap =
=
= 87,2 JK
-1mol
-1
ΔS = (3,00 mol)(87,2 JK-1
MOL-1
) = 262 J K-1
2. Mesin carnot memindahkan 100 J energy dari tendon panas bersuhu 1270C
melakukan usaha dan membuang panas ketandon yang bersuhu 270C
tentukan perubahan entropi tendon untuk setiap siklus, tentukan perubahan
entropi semestanya.
Penyelesainnya :
Diketahui
Q = 100 J
T1 = 1270C + 273
0C = 400k
T2 = 27
0C + 273
0C = 300k
a. ∆S1 =
=
∆S2 =
ᶯcornot =1-
1-
= 400/400 – 300/400
= 100/400
= ¼
16
ᶯ = 1-
4(100- ) = 100
400- 4Q2 = 100
-4Q2 =
b. ∆Su = ∆s1 + ∆s2
= -0,25 + 0,25 = 0