FISIKA Gelombang Dan Bunyi

Yanti Fajarwati XII IPA 5 No Absen 31

a.

Pengertian Gelombang adalah getaran yang merambat. Di dalam perambatannya tidak diikuti oleh berpindahnya partikel-partikel perantaranya. Pada hakekatnya gelombang merupakan rambatan energi (energi getaran)

b.

Macam gelombang Menurut arah getarnya : -Gelombang transversal, yaitu gelombang yang arah rambatannya tegak lurus dengan arah getarannya. Contoh gelombang transversal adalah gelombang tali. Ketika kita menggerakan tali naik turun, tampak bahwa tali bergerak naik turun dalam arah tegak lurus dengan arah gerak gelombang. Perhatikan Gambar 1.1.

Gambar 1.1. Gelombang transversal pada tali

Ketika kita menggerakan tali naik turun, tampak bahwa tali bergerak naik turun dalam arah tegak lurus dengan arah gerak gelombang. Bentuk gelombang transversal tampak seperti pada Gambar 1.2.Gambar 1.2. Bentuk gelombang Tranversal pada tali

Pada Gambar 1.2, tampak bahwa gelombang merambat ke kanan pada bidang horisontal, sedangkan arah getaran naik-turun pada bidang vertikal. Garis putus-putus yang digambarkan di tengah sepanjang arah rambat gelombang menyatakan posisi setimbang medium (misalnya tali atau air). Titik tertinggi gelombang disebut puncak sedangkan titik terendah disebut lembah. Amplitudo adalah ketinggian maksimum puncak atau kedalaman maksimum lembah, diukur dari posisi setimbang. Jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada gelombang disebut panjang gelombang (disebut lambda huruf Yunani). Panjang gelombang juga bisa juga dianggap sebagai jarak dari puncak ke puncak atau jarak dari lembah ke lembah.

Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah rambatannya sejajar dengan arah getarannya (misalnya gelombang slinki). Gelombang yang terjadi pada slinki yang digetarkan, searah dengan membujurnya slinki berupa rapatan dan regangan. Jarak dua rapatan yang berdekatan atau dua regangan yang berdekatan disebut satu gelombang. Contoh: getaran sinar gitar yang dipetik

Gambar 1.3. Gelombang Longitudinal pada slinki

Pada Gambar 1.3, tampak bahwa arah getaran sejajar dengan arah rambatan gelombang. Serangkaian rapatan dan regangan merambat sepanjang pegas. Rapatan merupakan daerah di mana kumparan pegas saling mendekat, sedangkan regangan merupakan daerah di mana kumparan pegas saling menjahui. Panjang gelombang adalah jarak antara rapatan yang berurutan atau regangan yang berurutan. Salah satu contoh gelombang logitudinal adalah gelombang suara di udara. Udara sebagai medium perambatan gelombang suara, merapat dan meregang sepanjang arah rambat gelombang udara.

Menurut medium perantaranya : - Gelombang mekanik adalah gelombang yang didalam perambatannya memerlukan medium perantara. Hampir semua gelombang merupakan gelombang mekanik. - Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang didalam perambatannya tidak memerlukan medium perantara. Contoh : sinar gamma ( ), sinar X, sinar ultra violet, cahaya tampak, infra merah, gelombang radar, gelombang TV, gelombang radio. Menurut amplitudo dan fasenya : - Gelombang berjalan adalah gelombang yang amplitudo dan fasenya sama di setiap titik yang dilalui gelombang. - Gelombang diam (stasioner) adalah gelombang yang amplitudo dan fasenya berubah (tidak sama) di setiap titik yang dilalui gelombang.

a.

Gelombang BerjalanJika ujung salah satu tali kita ikatkan pada beban yang tergantung pada pegas vertikal, dan pegas kita getarkan naik turun, maka getaran pegas akan merambat pada tali seperti ditunjukkan pada Gambar 1.6. Jika kita amati secara seksama, maka amplitudo (simpangan maksimum) dari gelombang yang merambat pada tali selalu tetap (tidak berubah). Gelombang merambat yang selalu memiliki amplitudo tetap digolongkan sebagai gelombang berjalan.

Gambar.1.6. Gelombang berjalan ke kanan dengan titik asal getaran adalah titik O

Gambar.1.7. Gelombang berjalan ke kanan dengan cepat rambat v.

b. Gelombang Stationer Pada ujung bebas Gelombang stationer ujung bebas juga terbentuk dari dua gelombang berjalan yaitu gelombang datang dan gelombang pantul. Gelombang datang dan gelombang pantul di ujung bebas adalah 0, jadi = 0. Ini berarti bahwa fase gelombang datang sama dengan fase gelombang pantul. Perhatikan Gambar 1.11:

o

Dengan demikian jika gelombang datang yang merambat ke kanan dapat dinyatakan dengan Ap = 2A cos (kx) Yp = Ap sin (wt-kl) Letak simpul ke-1, ke-2, ke-3, dan seterusnya pada stasioner ujung bebas adalah:

o

Dengan (2n + 1) menunjukkan bilangan ganjil. Letak perut ke-1, ke-2, ke-3, dan seterusnya adalah:

Dengan 2 n menunjukan bilangan genap.

Pada ujung tetap Di titik pantul yang tetap gelombang datang dan gelombang pantul berselisih fase 1/2 atau gelombang pantul berlawanan dengan phase gelombang datang = . Ap = 2A sin (kx) Yp = Ap cos (wt-kl) Rumus letak simpul dan perut untuk gelombang stasioner pada ujung tetap Letak simpul

Letak perut

Besaran-besaran dalam gelombang hampir sama dengan besaran-besaran yang dimiliki oleh getaran, antara lain, periode (T), frekuensi (f), kecepatan (v), fase , amplitudo (A). Ada satu besaran yang dimiliki oleh gelombang tetapi tidak dimiliki oleh getaran, yaitu panjang gelombang ( ). Periode gelombang (T) adalah waktu yang diperlukan oleh gelombang untuk menempuh satu panjang gelombang penuh. Panjang gelombang ( ) adalah jarak yang ditempuh dalam waktu satu periode. Frekuensi gelombang adalah banyaknya gelombang yang terjadi tiap satuan waktu.Cepat rambat gelombang (v) adalah jarak yang ditempuh gelombang tiap satuan waktu.

y

Persamaan dasar gelombang Jika cepat rambat gelombang v dan periode getarannya T, maka : = v T atau = v/f, v= f Dengan : v = cepat rambat gelombang = panjang gelombang T = periode f = frekuensi

y

Persamaan Simpangan Gelombang (y) y = A sin 2 /T (t- x/v) atau y = A sin 2 (ft - x/v) Keterangan : A :Amplitudo Gelombang(m) T : Perioda Gelombang (s) f : frekuensi Gelombang (Hz) t : waktu getaran Gelombang (s) x : jarak suatu titik ke sumber getar (m)

Fase dan Sudut Fase GelombangFase gelombang dapat didefinisikan sebagai bagian atau tahapan gelombang. Perhatikan persamaan 1.2. Dari persamaan itu, fase gelombang dapat diperoleh dengan hubungan seperti berikut. Fase Gelombang ( ) = Dengan :y y y y y

= fase gelombang T = periode gelombang (s) = panjang gelombang (m) t = waktu perjalanan gelombang (s) x = jarak titik dari sumber (m)

Hukum Melde mempelajari tentang besaran-besaran yang mempengaruhi cepat rambat gelombang transversal pada tali. Melde menemukan bahwa cepat rambat gelombang pada dawai sebanding dengan akar gaya tegangan tali dan berbanding terbalik dengan akar massa persatuan panjang dawai. Percobaan Melde digunakan untuk menyelidiki cepat rambat gelombang transversal dalam dawai. Perhatikan gambar di bawah ini.

Pada salah satu ujung tangkai garpu tala diikatkan erat-erat sehelai kawat halus lagi kuat. kawat halus tersebut ditumpu pada sebuah katrol dan ujung kawat diberi beban, misalnya sebesar g gram. Garpu tala digetarkan dengan elektromagnet secara terus menerus, hingga amplitudo yang ditimbulkan oleh garpu tala konstan.

Untuk

mencari cepat rambat gelombang :

Dengan: v = cepat rambat gelombang dalam kawat (tali, dawai) F = gaya tegangan kawat m = massa persatuan panjang kawat k = faktor pembanding, yang dalam SI harga k = 1.

y

Pada senar atau dawai pada gitar kedua ujungnya terikat dan jika digetarkan akan membentuk suatu gelombang stasioner. Getaran ini akan menghasilkan bunyi dengan nada tertentu, tergantung pada jumlah gelombang yang terbentuk pada dawai tersebut. Pola gelombang stasioner ketika terjadi nada dasar (harmonik pertama), nada atas pertama (harmonik kedua) dan nada atas kedua (harmonik ke tiga) ditunjukkan pada Gambar 3.6. Frekuensi nada yang dihasilkan dawai memenuhi persamaan :

Keterangan : v:Cepat rambat gelombang pada dawai (m/s) fn:Frekuensi nada ke-n (Hz)n :Panjang

gelombang ke-n

L:Panjang dawai n:Bilangan yang menyatakan nada dasar, nada atas ke-1, dst. (0, 1, 2, ...)

y

Pipa organa merupakan sejenis alat musik tiup. Bisa dicontohkan sebagai seruling bambu. Demikian juga dengan karakteristik pipa organa. Ada pipa organa terbuka (kedua ujungnya terbuka) dan pipa organa tertutup (salah satu ujungnya tertutup). Pipa organa merupakan semua pipa yang berongga di dalamnya, bahkan Anda dapat membuatnya dari pipa paralon. Pipa organa ini ada dua jenis yaitu pipa organa terbuka berarti kedua ujungnya terbuka dan pipa organa tertutup berarti salah satu ujungnya tertutup dan ujung lain terbuka. Kedua jenis pipa ini memiliki pola gelombang yang berbeda.

y

Pipa Organa Terbuka Jika pipa organa ditiup, maka udara-udara dalam pipa akan bergetar sehingga menghasilkan bunyi. Gelombang yang terjadi merupakan gelombang longitudinal. Kolom udara dapat beresonansi, artinya dapat bergetar. Kenyataan ini digunakan pada alat musik yang dinamakan Organa, baik organa dengan pipa tertutup maupun pipa terbuka. Pola gelombang untuk nada dasar ditunjukkan pada Gambar 3.7. Panjang kolom udara (pipa) sama dengan (jarak antara perut berdekatan).

Dengan demikian L = f1 = v/1

1 /2

atau

1= 2L

Dan frekuensi nada dasar adalah = v/2L

y

Pipa Organa Tertutup Jika ujung pipa organa tertutup, maka pipa organa itu disebut pipa organa tertutup. Pada ujung pipa tertutup, udara tidak bebas bergerak, sehingga pada ujung pipa selalu terjadi simpul. Tiga keadaan resonansi di dalam pipa organa tertutup ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Pola gelombang untuk nada dasar ditunjukkan pada gambar 3.8a, yaitu terjadi 1 perut dan 1 simpul. Panjang pipa sama dengan (jarak antara simpul dan perut berdekatan). Dengan demikian, L = 1 /4 atau 1 = 4L, dan frekuensi nada dasar adalah : f1 = v/ 1 = v/4L

Fenomena perubahan frekuensi karena pengaruh gerak relatif antara sumber bunyi dan pendengar, pertama kali diamati oleh Christian Doppler. Jika antara sumber bunyi dan pendengar tidak ada gerakan relatif, maka frekuensi sumber bunyi dan frekuensi bunyi yang didengar oleh seseorang adalah sama. Namun, jika antara sumber bunyi dan si pendengar ada gerak relatif, ternyata antara frekuensi sumber bunyi dan frekuensi bunyi yang didengar tidaklah sama. Suatu contoh, misalnya ketika Anda naik bis dan berpapasan dengan bis lain yang sedang membunyikan klakson, maka akan terdengar suara yang lebih tinggi, berarti frekuensinya lebih besar dan sebaliknya ketika bis menjauhi anda, bunyi klakson terdengar lebih rendah, karena frekuensi bunyi yang didengar berkurang. Peristiwa ini dinamakan Efek Doppler.

y

Jadi, Effek Doppler adalah peristiwa berubahnya harga frekuensi bunyi yang diterima oleh pendengar (P) dari frekuensi suatu sumber bunyi (S) apabila terjadi gerakan relatif antara P dan S. Oleh Doppler dirumuskan sebagai :

Dengan : y fP adalah frekuensi yang didengar oleh pendengar. y fS adalah frekuensi yang dipancarkan oleh sumber bunyi. y vP adalah kecepatan pendengar. y vS adalah kecepatan sumber bunyi. y v adalah kecepatan bunyi di udara.y y y y

Tanda + untuk vP dipakai bila pendengar bergerak mendekati sumber bunyi. Tanda - untuk vP dipakai bila pendengar bergerak menjauhi sumber bunyi. Tanda + untuk vS dipakai bila sumber bunyi bergerak menjauhi pendengar. Tanda - untuk vS dipakai bila sumber bunyi bergerak mendekati pendengar.

y

Jika dua buah bunyi yang bertemu di suatu titik mempunyai amplitudo yang sama, namun frekuensinya sedikit berbeda, maka akan menghasilkan bunyi yang kuat dan lemah secara berulang dengan frekuensi tertentu. Hal ini dikenal sebagai pelayangan bunyi. Besar frekuensi layangan :

y

y

Jumlah bunyi layangannya :

Frekuensi sumber bunyi 1 dan 2 dinyatakan sebagai f1 dan f2.

y

Intensitas Intensitas didefinisikan sebagai energi yang dipindahkan tiap satuan luas tiap satuan waktu. Karena energi tiap satuan waktu kita ketahui sebagai pengertian daya, maka intensitas bisa dikatakan juga daya tiap satuan luas. Secara matematis :

Keterangan : I:Intensitas bunyi (W/m2) P:Energi tiap waktu atau daya (W) A:Luas (m2). Jika sumber bunyi memancarkan ke segala arah sama besar (isotropik), luas yang dimaksud sama dengan luas permukaan bola, Intensitas bunyi terendah yang umumnya didengar manusia memiliki nilai 10-12 W/m2. Biasanya disebut sebagai intensitas ambang (I0). Jangkauan intensitas bunyi ini sangat lebar berkaitan dengan kuat bunyi, sehingga secara tidak langsung kuat bunyi sebanding dengan intensitasnya.

y

Taraf Intensitas Bunyi Hubungan antara kuat bunyi dan intensitas bunyi diberikan oleh Alexander Graham Bell dengan mendefiniskannya sebagai taraf intensitas bunyi. Taraf Intensitas Bunyi adalah logaritma perbandingan intensitas bunyi terhadap intensitas ambang. Secara matematis, taraf intensitas bunyi didefinisikan sebagai :

Keterangan : TI:Taraf intensitas bunyi (desiBell disingkat dB) I:Intensitas bunyi (W/m2) I0:Intensitas ambang pendengaran manusia (10-12 W/m2 Untuk n buah sumber bunyi identik, misalnya ada n sirine yang dinyalakan bersama-sama, maka besarnya taraf intensitas bunyi dinyatakan sebagai :

TI1 adalah taraf intensitas bunyi untuk satu buah sumber. Jika didengar di dua titik yang jaraknya berbeda, besar intensitas bunyi di titik ke-2 bisa dinyatakan sebagai :

SELESAI Sekian dan Terima KasihSemoga Power Point ini dapat bermanfaat dan bisa menambah nilai saya Pa