laporan praktikum fisika dasar ii - resonansi gelombang bunyi

Laporan Praktikum Fisika Dasar 2

Judul Percobaan : Resonansi Gelombang Bunyi

Jurusan FisikaUniversitas Negeri Manado

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamProgram Studi Geothermal

NAMA : YONATHAN ANDRIANTO SUROSO

NIM : 12300041

Laporan Praktikum Fisika Dasar 2Resonansi Gelombang Bunyi

A. TUJUAN PERCOBAAN

Tujuan percobaan pada praktikum Fisika Dasar 2 tentang Resonansi Gelombang Bunyi adalah:

1. Menggunakan peralatan untuk percobaan Resonansi Gelombang Bunyi2. Menentukan kecepatan rambat gelombang bunyi yang melewati udara3. Menentukan frekuensi garpu tala

B. ALAT DAN BAHAN

Alat dan bahan yang kami gunakan dalam praktikum ini adalah:

1. Tabung resonansi dengan 1 buah reservoir2. Sinyal generator3. Garpu tala 3 buah dengan frekuensi yang berbeda4. Speaker5. Kabel dua ujung6. Pengetuk garpu tala7. Kotak bunyi tempat garpu tala8. Jangka sorong

C. DASAR TEORI

Peristiwa resonansi merupakan peristiwa bergetarnya suatu sistem fisis dengan nilai frekuensi tertentu akibat dipengaruhi oleh sistem fisis lain (sumber) yang bergetar dengan frekuensi tertentu pula dimana nilai kedua frekuensi ini adalah sama. Peristiwa ini dapat kita amati dengan menggunakan kolom udara.

Kolom udara dapat dibuat dengan menggunakan tabung yang sebagian diisi air, sehingga kita dapat mengatur panjang kolom udara dengan menaik-turunkan pemukaan air pada tabung. Sistem fisis sumber adalah audio generator yang dapat menghasilkan gelombang bunyi dengan nilai frekuensi bervariasi, sedangkan sistem fisis yang ikut bergetar adalah molekul-molekul udara yang berada dalam kolom udara yang bergetar karena variasi tekanan.

Gelombang yang terbentuk dalam kolom udara merupakan gelombang bunyi berdiri. Peristiwa resonansi terjadi saat frekuensi sumber nilainya sama dengan frekuensi gelombang bunyi pada kolom udara yang dicirikan dengan terdengarnya bunyi yang paling nyaring (amplitudo maksimum).

Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado


Bila garpu penala digetarkan diatas tabung resonansi, maka getaran garpu penala ini akan menggetarkan kolom udara di dalam tabung resonansi. Dengan mengatur panjang kolom udara di dalam tabung resonansi, maka akan terdengar dengung garpu penala lebih keras, ini berarti terjadi resonansi.

Di dalam tabung resonansi terjadi gelombang longitudinal diam (stasioner), dengan sasarannya yaitu permukaan air sebagai simpul gelombang dan untuk mulut tabung sebagai perut gelombang. Sebenarnya letak perut berada di sedikit di atas tabung. Jaraknya kira-kira 0,3 kali diameter tabung. Resonansi terjadi jika frekuensi nada dasar atau nada atas dari kolom udara sama dengan frekuensi garpu penala.

Gambar 1.1 ALAT PEMBANGKIT RESONANSI

Gelombang bunyi yang terbentuk dalam kolom udara memiliki nilai panjang gelombang tertentu yang memenuhi hubungan:

λ= vf

............... (1)

di mana:

λ : panjang gelombang

v : cepat rambat bunyi di (kolom) udara

f : frekuensi gelombang bunyi (frekuensi sumber)



Jika kita mengetahui nilai frekuensi sumber, maka pada saat resonansi tersebut kita dapat menentukan nilai cepat rambat bunyi di udara.

Gambar 1.2 PERBEDAAN KETINGGIAN KOLOM PADA SAAT RESONANSI

Peristiwa resonansi yang dapat terjadi lewat alat yang ditunjukkan oleh gambar 1.1 bisa lebih dari satu kali. Hal ini dapat dilakukan dengan cara mengubah ketinggian kolom udara dengan cara menurunkan permukaan air dalam tabung seperti ditunjukkan pada gambar 1.2. Syarat terjadinya resonansi untuk sistem ini adalah:

L=(2 n+1) 14

λ ............. (2)

di mana n = 0, 1, 2, 3, dan seterusnya

Karena ukuran diameter tabung sangat kecil dibandingkan dengan panjang gelombang dan perut gelombang serta simpangannya tidak tepat pada ujung tabung, maka diperlukan angka koreksi e dengan syarat e = ± 0,6 R di mana R adalah jari-jari tabung.

Dengan memperhatikan faktor koreksi tersebut, maka persamaan (2) ditulis sebagai berikut:

L=(2 n+1 ) 14

λ−e



Substitusikan persamaan (1) ke dalam rumus di atas sehingga mendapatkan:

L=(2 n+1 ) v4 f

−e

D. JALANNYA PERCOBAAN

1. Mencatat suhu, tekanan, dan kelembaban ruangan laboratorium tempat pelaksanaan percobaan.

2. Mengukur diameter bagian dalam tabung dengan jangka sorong3. Menghidupkan sinyal generator agar speaker menghasilkan bunyi. Pada saat itu

juga posisi tabung reservoir diturunkan4. Sambil menurunkan tabung reservoir yang telah diisi dengan air agar air di dalam

tabung resonasi mulai turun sejak dari permukaan tabung hingga dihasilkan bunyi yang diperkeras dalam tabung panjang sebagai tanda resonansi terjadi, kemudian diamati dan diukur jarak dari permukaan tabung ke tempat resonasi tersebut

5. Menurunkan kembali tabung sehingga terjadi lagi bunyi diperkeras kedua, kemudian mengukur kembali jarak dari permukaan tabung ke tempat resonasi tersebut

6. Mengulangi langkah 3 s.d. 5 dengan cara menaikkan tabung reservoir dari posisi sedikit di bawah tempat resonansi kedua tadi

7. Mengganti speaker dengan garpu tala dan melakukan langkah 4 s.d. 5

E. DATA HASIL PENGAMATAN

Suhu ruangan : 270C 300 K

Tekanan udara : 78,5 mmHg

Kelembaban : 53% rel

Diameter tabung : 35,55 mm 0,035 m

Frekuensi pada sinyal generatorFrekuensi pada

garpu talaf1 : 70 Hz f2 : 80 Hz f3 : 90 Hz f

L1 : 7 cm 0,07 m L1 : 6,5 cm 0,065 m

L1 : 5,5 cm 0,055 m

L1 : 2 cm 0,02 m

L2 : 25,5 cm 0,255 m

L2 : 24 cm 0,24 m

L2 : 22,5 cm 0,225 m

L2 : 5,5 cm 0,055 m

L3 : 44,5 cm 0,445 m

L3 : 42,5 cm 0,425 m

L3 : 39 cm 0,39 m

L3 : 7,5 cm 0,075 m



F. PENGOLAHAN DATA

Mencari angka koreksi:

e=0,6 R

e=0,6 × 0,035=0,021

Untuk frekuensi f = 70 Hz

L1=(2 n+1 )v1

4 f−e

⟺0,07=(2 ∙0+1)v1

4 ∙ 70−0,021

⟺0,07=v1

280−0,021

⟺0,091 ×280=v1

v1=25,48 m /s

L2=(2 n+1 )v2

4 f−e

⟺0,255=(2 ∙ 1+1)v2

4 ∙70−0,021

⟺0,255=3 v2

280−0,021

⟺0,276 × 280=3v2

⟺77,28=3 v2

v2=25,76 m /sL3=(2 n+1 )v3

4 f−e

⟺0,445=(2 ∙ 2+1)v3

4 ∙ 70−0,021

⟺0,445=5 v3

280−0,021

⟺0,466 ×56=v3



v3=26,096 m /s

v70=v1+v2+v3

3

v70=25,48+25,76+26,096

3=77,336

3=25,779 m /s


L1=(2n+1 )v1

4 f−e

⟺0,065=(2 ∙ 0+1)v1

4 ∙ 80−0,021

⟺0,065=v1

320−0,021

⟺0,086 ×320=v1

v1=27,52 m/ s

L2=(2n+1 )v2

4 f−e

⟺0,24=(2∙1+1)v2

4 ∙ 80−0,021

⟺0,24=3 v2

320−0,021

⟺0,261 ×320=3v2

⟺83,52=3 v2

v2=27,84m /s

L3=(2n+1 )v3

4 f−e

⟺0,425=(2 ∙ 2+1)v3

4 ∙ 80−0,021

⟺0,425=5 v3

320−0,021



⟺0,446 × 64=v3

v3=28,544 m /s

v80=v1+v2+v3

3

v80=27,52+27,84+28,544

3=83,904

3=27,968 m /s


L1=(2 n+1 )v1

4 f−e

⟺0,055=(2 ∙ 0+1)v1

4 ∙ 90−0,021

⟺0,055=v1

360−0,021

⟺0,076 ×360=v1

v1=27,36m /s

L2=(2 n+1 )v2

4 f−e

⟺0,225=(2 ∙ 1+1)v2

4 ∙ 90−0,021

⟺0,225=3 v2

360−0,021

⟺0,246 ×120=v2

v2=29,52 m /s

L3=(2 n+1 )v3

4 f−e

⟺0,39=(2 ∙2+1)v3

4 ∙ 90−0,021

⟺0,39=5 v3

360−0,021

⟺0,411×72=v3



v3=29,592 m /s

v90=v1+v2+v3

3

v90=27,36+29,52+29,592

3=86,472

3=28,824 m /s

Mencari v rata-rata keseluruhan:

v=v70+v80+v90

3

v=25,779+27,968+28,8243

=82,5713

=27,524 m /s

Mencari harga v:

v=√ γRTM

v=√ 1,4 ∙ 8,314 ∙ 3000,00029

=√ 3491,880,00029

=√1 , 204 ∙107=3.469,87 m /s

Mencari harga v:

v=331√1+ t oC273

v=331√1+ 27273

=331√ 300273

=331√573=331 ×23,93=7 . 920,83 m /s

Mencari harga frekuensi garpu tala:

L1=(2n+1 ) v4 f 1

−e

⟺0,02=(2 ∙0+1) 27,5244 ∙ f 1

−0,021

⟺0,02=27,5244 ∙ f 1

−0,021

⟺0,041 × 4 f 1=27,524

⟺0,164 × f 1=27,524

⟺ f 1=27,5240,164

=167,82 Hz



L2=(2n+1 ) v4 f 2

−e

⟺0,055=(2 ∙ 1+1) 27,5244 ∙ f 2

−0,021

⟺0,055=3× 27,5244 ∙ f 2

−0,021

⟺0,076 × 4 f 2=82,572

⟺0,304 × f 2=82,572

⟺ f 2=82,5720,304

=271,16 Hz

L3=(2 n+1 ) v4 f 3

−e

⟺0,075=(2 ∙ 2+1) 27,5244 ∙ f 3

−0,021

⟺0,075=5 ×27,5244 ∙ f 3

−0,021

⟺0,096 × 4 f 3=137,62

⟺0,384 × f 3=137,62

⟺ f 3=137,620,384

=358,38 Hz

f=f 1+ f 2+ f 3

3

f=167,82+271,16+358,383

=797,363

=265,79 Hz

G. PEMBAHASAN

Analisis Data

Kami melakukan perhitungan dan pengolahan data mengenai penentuan cepat rambat bunyi yang melewati udara pada beberapa frekuensi tertentu serta penentuan nilai frekuensi garpu tala yang digunakan dalam praktikum Fisika Dasar II ini.



Sebelum mencari nilai kecepatan rambat bunyi udara, sesuai dengan sifat fisis yang diketahui pada praktikum ini yaitu ukuran diameter tabung sangat kecil dibandingkan dengan panjang gelombang dan perut gelombang serta simpangannya tidak tepat pada ujung tabung, maka kami mencari terlebih dahulu faktor koreksi e dengan nilai e adalah 0,6 kali jari-jari tabung.

Setelah itu, kami menentukan nilai cepat rambat bunyi di udara pada masing-masing frekuensi dan pada ketinggian kolom udara yang berbeda pada saat resonasi terjadi, yakni frekuensi yang timbul dari sinyal generator (dalam praktikum ini digunakan nilai f1 = 70 Hz, f2 = 80 Hz, dan f3 = 90 Hz) dan ketinggian kolom udara pada saat resonansi terjadi. Ketinggian kolom udara diukur pada 3 kali resonansi (L1, L2, dan L3). Kami menentukan nilai cepat rambat bunyi di udara dengan menggunakan metode aljabar matematis sehingga didapatkan nilai v untuk masing-masing nilai ketinggian kolom udara pada masing-masing frekuensi. Nilai v tersebut dirata-ratakan untuk mendapatkan satu nilai v pada tiap frekuensi. Kemudian, nilai v pada tiap frekuensi tersebut dirata-rata kembali sehingga mendapatkan nilai v keseluruhan.

Untuk bahan perbandingan, maka kami menghitung nilai cepat rambat bunyi menggunakan dua rumus, yaitu:

o Rumus cepat rambat bunyi pada medium gas:

v=√ γRTM

dengan:R : tetapan molar gas (J/mol K)M : massa satu mol gas (kg/mol) untuk udara bernilai 2,9 x 10-4 kg/molT : suhu termodinamika (K)v : cepat rambat bunyi (m/s) Sementara itu, γ merupakan konstanta yang bergantung pada jenis gas, untuk udara mempunyai nilai 1,4.

o Rumus lainnya:

v=331√1+ T oC273

dengan konstanta 331 adalah nilai kecepatan rambat bunyi di udara pada suhu 0oC dan T adalah suhu dalam derajat Celcius.

Kami menemukan bahwa perbandingan antara nilai cepat rambat bunyi dari pengolahan data frekuensi resonansi dengan kedua rumus di atas menunjukkan hasil yang sangat jauh berbeda satu sama lain. Dalam literatur-literatur lainnya, kecepatan rambat bunyi di udara diketahui adalah 340 m/s. Perbedaan hasil yang



sangat jauh berbeda dengan patokan nilai untuk cepat rambat bunyi, yakni 340 m/s, kemungkinan besar disebabkan oleh nilai frekuensi yang digunakan dalam praktikum terbilang kecil dan kolom udara yang berukuran sangat kecil. Untuk mendapatka nilai seperti itu, membutuhkan frekuensi yang besar dengan kolom udara yang besar pula.

Untuk mencari frekuensi garpu tala, kami menggunakan rumus superposisi pada salah satu ujung tabung yang terbuka, sama dengan metode untuk mencari cepat rambat bunyi di udara, yaitu:

L=(2 n+1 ) v4 f

−e

Harga n dalam rumus itu terkait kepada jumlah resonansi bunyi yang muncul dalam percobaan. Oleh karena kami mendapatkan 3 kali resonansi dengan ketinggian kolom udara L1, L2, dan L3, maka:o Untuk L1 atau ketinggian kolom udara pada resonansi pertama, harga n

adalah 0 sehingga:

L=(2 ∙ 0+1 ) v4 f

−e= v4 f

−e

o Untuk L2 atau ketinggian kolom udara pada resonansi kedua, harga n adalah 1 sehingga:

L=(2 ∙ 1+1 ) v4 f

−e=3 v4 f

−e

o Untuk L3 atau ketinggian kolom udara pada resonansi ketiga, harga n adalah 2 sehingga:

L=(2 ∙ 2+1 ) v4 f

−e=5 v4 f

−e

Kesalahan Dalam Percobaan

Konsekuensi dalam menentukan cepat rambat bunyi di udara adalah nilai yang didapat harus bernilai 340 m/s atau mendekati 340 m/s, sehingga dalam praktikum tentang resonansi gelombang bunyi ini, baik dalam pelaksanaan praktikum maupun dalam pengolahan data yang telah dikumpul, terdapat kesalahan-kesalahan tertentu yang mungkin terjadi, yaitu:

o Ketidakjelian dalam menentukan ketinggian kolom udara pada saat gelombang

bunyi yang keluar baik dari sinyal generator maupun garpu tala menimbulkan resonansi, yang dicirikan oleh dengungan yang terdengar paling keras.

o Kesalahan pada saat menurunkan atau menaikkan permukaan air dalam tabung

resonansi, umumnya karena cara menurunkan/menaikkan tabung reservoir tidak dengan perlahan.



o Kerusakan pada alat pembangkit bunyi, dalam hal ini adalah sinyal generator

dan/atau speaker.o Penempatan garpu tala yang salah serta cara membunyikan garpu tala yang

salah. Garpu tala seharusnya ditempatkan pada kotak bunyi tempat garpu tala dengan salah satu sisi yang terbuka sebagai tempat keluarnya bunyi. Sisi yang terbuka itulah yang ditempatkan sedikit di atas bibir tabung resonansi dan garpu tala dibunyikan dengan menggunakan pengetuk. Kesalahan yang umum dalam hal ini adalah garpu tala yang dibunyikan tidak menggunakan pengetuk dan/atau garpu tala yang dibunyikan langsung pada bibir tabung resonansi, tidak ditempatkan terlebih dahulu pada kotak bunyi tempat garpu tala.

o Ketidaktelitian dalam pengukuran diameter tabung dengan menggunakan

jangka sorong.o Ketidaktelitian dalam membaca data pengamatan dan menghitung cepat

rambat bunyi serta frekuensi garpu tala.

H. KESIMPULAN

Setelah kami melakukan percobaan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan:

1. Resonansi adalah peristiwa bergetarnya suatu sistem fisis dengan nilai frekuensi tertentu akibat dipengaruhi oleh sistem fisis lain (sumber) yang bergetar dengan frekuensi tertentu pula dimana nilai kedua frekuensi ini adalah sama

2. Peristiwa resonansi dicirikan dengan terdengarnya bunyi (dengungan) yang paling nyaring

3. Peristiwa resonansi dapat diamati dengan menggunakan kolom udara yang terisi dengan air

4. Cepat rambat bunyi dipengaruhi oleh ketinggian kolom udara pada tabung dan frekuensi gelombang bunyi. Semakin besar ketinggian kolom udara, maka cepat rambat bunyi di udara semakin besar, dan sebaliknya. Semakin besar frekuensi gelombang bunyi, maka cepat rambat bunyi di udara semakin besar, dan sebaliknya.

5. Cepat rambat bunyi juga dapat dipengaruhi oleh suhu ruang dan massa molekul gas di udara.

6. Untuk mencari nilai cepat rambat bunyi di udara, dapat digunakan:a. Rumus superposisi gelombang bunyi pada salah satu ujung terbuka

L=(2 n+1 ) v4 f

−e

b. Rumus cepat rambat bunyi dalam medium gas



v=√ γRTM

c. Rumus hubungan cepat rambat bunyi pada suhu 0oC

v=331√1+ T oC273

7. Perbandingan yang sangat jauh berbeda antara cepat rambat bunyi yang dicari dengan menggunakan ketiga rumus di atas dengan patokan nilai untuk cepat rambat bunyi (340 m/s) kemungkinan besar disebabkan oleh nilai frekuensi yang digunakan dalam praktikum terbilang kecil dan kolom udara yang berukuran sangat kecil.

I. DAFTAR PUSTAKA

----. 2013. Penuntun Praktikum Fisika Dasar 2. Tondano: Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Manado

Budiyanto, Joko. 2009. Fisika :Untuk SMA Kelas XII. Jakarta : Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.

5_resonansi.pdf

http://liza-akbar.blogspot.com/2010/04/laporan-gelombang-resonansi-bunyi.html diakses 7 Maret 2013 jam 13.48

http://coretan-bermanfaat.blogspot.com/2011/10/resonansi-gelombang-bunyi.html diakses 14 Maret 2013 jam 08.23


laporan praktikum fisika dasar ii - resonansi gelombang bunyi

Documents