Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

GELOMBANG AKUSTIK  ANALOGI ELEKTROMAGNETIK-AKUSTIK  REFLEKSI DAN TRANSMISI  REFRAKSI (PEMBIASAN)  TRANSMISI MELALUI TIGA MEDIUM  JALA-JALA TRANSMISI.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "GELOMBANG AKUSTIK  ANALOGI ELEKTROMAGNETIK-AKUSTIK  REFLEKSI DAN TRANSMISI  REFRAKSI (PEMBIASAN)  TRANSMISI MELALUI TIGA MEDIUM  JALA-JALA TRANSMISI."— Transcript presentasi:

1 GELOMBANG AKUSTIK  ANALOGI ELEKTROMAGNETIK-AKUSTIK  REFLEKSI DAN TRANSMISI  REFRAKSI (PEMBIASAN)  TRANSMISI MELALUI TIGA MEDIUM  JALA-JALA TRANSMISI AKUSTIK  ATENUASI GELOMBANG

2 ELEKTROMAGNETIKAKUSTIK Medan Listrik [V/m]EpTekanan Akustik [Pa] Medan Magnetik [A/m]HuKecepatan Partikel [m/s] Impedansi Intrinsik [Ohm]  ZImpedansi Akustik [Rayls] Gelombang Elektromagnetik :  ANALOGI ELEKTROMAGNETIK -AKUSTIK

3 Gelombang Akustik di dalam gas : c=Kecepatan gelombang longitudinal [m/s] P=Tekanan [Pa]  =Rapat massa [kg/m 3 ]  =Perbandingan panas jenis [c P /c V ]

4 Gelombang Akustik di dalam cairan : c=Kecepatan gelombang longitudinal [m/s] B=Modulus bulk [Pa]  =Rapat massa kesetimbangan [kg/m 3 ]  =Kompresibilitas [m 2 /N]

5 Gelombang Akustik di dalam padatan : VTVT =Kecepatan gelombang transversal [m/s] VLVL =Kecepatan gelombang longitudinal[m/s] G=Modulus geser [m/s] E=Modulus Young [Pa]  =Rapat massa kesetimbangan [kg/m 3 ] =Perbandingan Poisson

6 Faktor refleksi R dan Faktor transmisi T : Impedansi Akustik : Z1Z1 Z2Z2 p i, u i p t, u t p r, u r  REFLEKSI DAN TRANSMISI

7 Intensitas Akustik : Koefisien refleksi daya  R dan koefisien transmisi daya  T :

8 Contoh Soal 4.1 : Sebuah pesawat jet terbang rendah di atas laut (  udara = 1,21 kg/m 3, c udara = 343 m/s). Seorang pengamat yang sedang berada di atas perahu mengukur tingkat tekanan suaranya menggunakan Sound Pressure Level Meter (SPL Meter) dan alat ini menunjukkan 100 dB (re 20  Pa). Seorang pengamat lain yaitu seorang penyelam yang berada di dalam laut (  air laut = 998 kg/m 3, c air laut = 1480 m/s) juga mengukur tingkat tekanan suaranya menggunakan SPL Meter khusus untuk medium air (re 0,1 Pa). Berapa dB yang akan ditunjukkan oleh SPL Meter yang dibawa oleh penyelam ?

9 Jawab : PiPi PtPt Udara Air

10 PiPi PtPt Udara Air PrPr

11 PiPi PtPt PrPr IiIi IrIr ItIt

12 x prpr pipi ptpt Medium 1 Z 1 Z 2 Medium 2 x = 0 y ii rr tt  REFRAKSI (PEMBIASAN )

13 Syarat batas pada x = 0  tekanan akustik kontinyu Hukum Snellius

14 Syarat batas pada x = 0  Kecepatan partikel normal

15

16 Hal khusus 1  c 1 > c 2 Mendekati normal

17 Hal khusus 2  c 1 < c 2 Menjauhi normal cc Sudut kritis 90 o Pemantulan sempurna

18 a)Hitung sudut bias pada bidang batas baja-air. b)Hitung persentase intensitas yang diteruskan ke air Contoh Soal 4.2 Suatu gelombang akustik menjalar melalui tiga medium, yaitu plastik (  plastik = 1180 kg/m 3, c plastik = 2670 m/s), baja (  baja = 7800 kg/m 3, c baja = 5850 m/s) dan air (  air = 998 kg/m 3, c air = 1481 m/s). Bila sudut datang pada bidang batas plastik-baja adalah 20 o

19 Plastik c 1 = 2670 m/s baja c 2 = 5850 m/s air c 3 = 1481 m/s 20 o 11 o 48,6 o

20  1 =1180 kg/m 3 c 1 = 2670 m/s  2 = 7800 kg/m 3 c 2 = 5850 m/s 20 o 11 o 48,6 o  3 =998 kg/m 3 c 3 = 1481 m/s Z 1 = 3,15 MRayl Z 2 = 45,6 MRayl Z 3 = 1,48 MRayl

21 PEMANDU GELOMBANG n1n1 n2n2 n2n2 Pemantulan sempurna

22 n 3 = 1 n1n1 n2n2 n2n2 SERAT OPTIK NA = Numerical Aperture

23 Contoh Soal 4.3 Ditengah-tengah suatu deep sound channel setebal 40 m diledakan sebuah dinamit yang menghasilkan sound pressure level (SPL) sebesar 100 dB. Kecepatan gelombang akustik di dalamnya adalah 1460 m/s sedangkan koefisien atenuasinya adalah 0,001 dB/km. Kecepatan gelombang di sekitarnya adalah 1480 m/s. Gelombang akustik yang ditimbulkan akan menyebar ke segala arah. Bila perangkat akustik di stasiun penerima sanggup mendeteksi SPL sebesar 40 dB, hitung jangkauan maksimumnya untuk : a). Gelombang yang menyebar dengan sudut kritis b). Gelombang yang menyebar dengan setengah sudut kritis

24 40 m c 2 = 1480 m/s c 1 = 1460 m/s c 2 = 1480 m/s dinamit 100 dB SPL = 40 dB Deep Sound Channel Jangkauan maksimum = ? ii  i =  k Pemantulan sempurna  i = 0,5  k Jangkauan maksimum = ? Jawab :

25 40 m dinamit 100 dB ii L X = L sin  i

26 40 m dinamit 100 dB  i L X = L sin  i  t

27 H=40 m dinamit 100 dB  i X = H tg  i  t

28  TRANSMISI MELALUI TIGA MEDIUM x = 0 x = L PiPi PrPr PtPt Z 1 Z3Z3 PaPa PbPb Z2Z2 Koefisien transmisi daya : Syarat batas di x=0 dan x=L Eliminasi B 1, A2 dan B 2

29 Pada x = 0 :Pada x = L :

30

31 Contoh soal 4.4 Di atas pasir di dasar laut (  = 1700 kg/m3, c = 1600 m/s) terdapat lumpur (  = 2000 kg/m3, c = 1000 m/s) setebal 5 cm. Suatu gelombang akustik berfrekuensi 10 kHz yang datang tegak lurus dari air laut di atasnya (  = 998 kg/m3, c = 1481 m/s) mempunyai amplituda tekanan akustik sebesar 100 Pa. Tentukan intensitas gelombang yang dipantulkan Jawab :

32

33 JALA-JALA TRANSMISI AKUSTIK Zi Zi ZLZL x = - d x = 0 ZoZo 11 22

34 IMPEDANSI INPUT

35 Lapisan setengah panjang gelombang Lapisan seperempat panjang gelombang Medium 2 = Lapisan penyesuai impedansi

36 Contoh Soal 4.5 Suatu gelombang akustik berfrekuensi 20 kHz akan ditransmisikan dari air (  air = 998 kg/m 3, c ai r = 1480 m/s) ke dalam baja (  baja = 7800 kg/m 3, c baja = 5064 m/s). Hitung koefisien transmisi dayanya. Bila diinginkan agar gelombang akustik ini dapat ditransmisikan tanpa refleksi (  = 1), berapa tebal dan kecepatan dari suatu lapisan plastik (  plastik = 1500 kg/m 3 ) yang harus disisipkan diantara air dan baja tersebut ? Jawab :

37 Contoh Soal 4.6 Persoalan utama yang harus ditanggulangi pada saat merancang suatu transduser ultrasonik yang digunakan pada bidang kedokteran adalah terlalu besarnya perbedaan impedansi akustik antara bahan transduser (33 Mrayl) dan jaringan tubuh (1,63 Mrayl). Salah satu cara untuk menanggulangi persoalan matching impedance ini adalah dengan memasang suatu lapisan penyesuai impedansi diantara transduser dan jaringan tubuh. Idealnya diinginkan agar semua daya dapat ditransmisikan tanpa ada refleksi dan hal ini dapat dicapai bila lapisan tersebut memenuhi persyaratan tertentu, baik tebalnya maupun impedansi akustiknya. Persoalan yang muncul adalah tidak tersedianya bahan yang mempunyai impedansi akustik yang tepat sebesar yang dipersyaratkan. Biasanya harus dipilih salah satu dari berbagai bahan yang mempunyai impedansi akustik diantara 1,63 Mrayl dan 33 Mrayl, misalnya empat jenis bahan di bawah ini. Jenis bahanRapat massa [kg/m 3 ]Kecepatan [m/s] Kuarsa Gelas Plastik Karet Pilih salah satu bahan yang akan memberikan koefisien transmisi daya yang paling besar

38 Z o Z in Z o Z ZLZL Z in Z o = 33 Mrayl Z L = 1,63 MRayl Jenis BahanRapat MassaKecepatanZZ in  Kuarsa ,238142,4430,61 Gelas ,88101,7760,74 Plastik ,186,20,53 Karet ,644,2760,41

39 Contoh Soal 4.7 Biasanya koefisien transmisi daya menggunakan satu lapisan penyesuai impedansi ini masih terlalu kecil dan untuk memperbesarnya dapat digunakan dua lapisan penyesuai impedansi. Pilih kombinasi dua bahan yang akan memberikan koefisien transmisi daya yang paling besar.

40 Z1Z1 Z2Z2 Z in1 Z in2  KuarsaGelas KuarsaPlastik KuarsaKaret GelasPlastik GelasKaret PlastikKaret Z o Z in2 Z o Z1Z1 ZLZL Z in1 Z2Z2 Z o Z in1 Z in2 Z1Z1

41 Z1Z1 Z2Z2 Z in1 Z in2  KuarsaGelas101,7762,280,242 KuarsaPlastik6,237,450,996 KuarsaKaret4,27654,30,941 GelasPlastik6,226,740,989 GelasKaret4,27638,80,993 PlastikKaret4,2762,3650,250

42 Contoh Soal 4.8 Sebuah transduser ultrasonik yang dipakai dalam bidang kedokteran menggunakan bahan keramik barium titanate dengan impedansi sebesar 25,8 Mrayls. Untuk mempertinggi koefisien transmisi dayanya, permukaan transduser ini dilapisi oleh dua lapisan masing-masing terbuat dari bahan kuarsa (  = 2650 kg/m 3, c = 5750 m/s) dan bahan karet (  = 1100 kg/m 3, c = 2400 m/s) yang bertindak sebagai transformator seperempat gelombang. Hitung koefisien transmisi dayanya. Jawab :

43 Z o Z in2 Z o Z1Z1 ZLZL Z in1 Z2Z2 Z o Z in1 Z in2 Z1Z1

44 Contoh Soal 4.9 Karena sering dipakai, maka tebal lapisan paling luar (karet) berkurang 20 %. Bila impedansi jaringan tubuh rata-rata adalah 1,63 Mrayls, hitung berapa dB penurunan level intensitas akibat pengurangan tebal ini.

45 V ZoZo ZLZL VoVo I

46  ATENUASI GELOMBANG  Penyebaran gelombang  Akibat ukuran berkas gelombang berubah  Pola berkas gelombang tergantung pada perbandingan antara diameter sumber gelombang dan panjang gelombang medium Gelombang bidang datar Gelombang bola  Absorbsi gelombang Akibat penyerapan energi selama menjalar di dalam medium (penurunan intensitas Tergantung pada jenis medium

47 Penyebaran gelombang bidang datar (D >> ) A 2 A 1 d2d2 d1d1 D

48 Penyebaran gelombang bola A2A2 A1A1 R2R2 R1R1

49 Absorbsi Gelombang

50 Contoh Soal 4.10 Sebuah grup musik sedang melakukan pertunjukan di atas panggung. Seseorang yang menonton pada jarak 10 m mendengarnya dengan tingkat tekanan suara sebesar 90 dB. Karena suara yang didengarnya dianggap terlalu keras, maka ia mundur sampai jaraknya menjadi 50 m dari panggung. Tetapi ternyata suara musik yang didengarnya sekarang menjadi terlalu lemah, yaitu sebesar 65 dB. Pada jarak berapa dari panggung ia harus menonton agar suara yang didengarnya mempunyai tingkat tekanan sebesar 75 dB ?. Pada suatu saat ia harus pergi meninggalkan panggung karena ada keperluan lain yang harus dilakukan. Pada jarak berapa dari panggung ia mulai tidak mendengar suara musik tersebut ?

51 Jawab : R 1 = 10 m R 2 = 50 m R3R3 R4R4

52 Jawab : R 1 = 10 m R 2 = 50 m R3R3 R4R4

53 Soal Latihan 4.1 Sebuah silinder yang dinding-dindingnya terbuat dari membran tipis berisi suatu gas oksigen ( c 1 =400 m/s). Silinder ini berada di dalam silinder membran tipis yang lebih besar seperti terlihat pada gambar di bawah ini yang berisi gas hidrogen (c 2 = 1200 m/s). Suatu gelombang akustik datang dari udara (c 3 = 343 m/s) membentuk sudut  terhadap normal dari permukaan atas silinder. Agar terjadi pemantulan sempurna pada dinding membran yang lebih kecil, berapa harga minimum dari sudut  dinyatakan dalam c 1, c 2 dan c 3.  H2H2 O2O2 Udara

54 Soal Latihan 4.2 Suatu gelombang akustik berfrekuensi 20 kHz akan ditransmisikan dari air (  air = 998 kg/m 3, cair = 1480 m/s) ke dalam baja (  baja = 7800 kg/m 3, c baja = 5064 m/s). Soal Latihan 4.3 Suatu lapisan karet (  = 950 kg/m3, Y = 5 MPa) setebal 5 mm mengambang di atas air (  = 998 kg/m3, c = 1481 m/s). Suatu gelombang suara yang datang dari udara (  = 1,21 kg/m3, c = 343 m/s) diatasnya mempunyai tingkat tekanan suara sebesar 100 dB re 20  Pa. Hitung tingkat tekanan suara dari gelombang yang ditransmisikan ke dalam air (re 0,1 Pa). a). Agar gelombang akustik ini dapat ditransmisikan tanpa refleksi (  T = 1), berapa tebal dan kecepatan dari suatu lapisan plastik (  plastik = 1500 kg/m 3 ) yang harus disisipkan diantara air dan baja tersebut ? b). Bila yang akan ditransmisikan adalah gelombang akustik dengan frekuensi sebesar 8 kHz, berapa koefisien transmisi dayanya sekarang ?

55 Soal Latihan 4.4 Sebuah perangkat SONAR (SOund NAvigation and Ranging) yang dipasang di bawah kapal laut digunakan untuk mengukur kedalaman laut. Perangkat SONAR ini terdiri dari sebuah pemancar yang dapat memancarkan gelombang akustik berfrekuensi 54 kHZ sebesar 80 dB ke dalam laut dan sebuah penerima yang mampu mendeteksi simpangan sebesar 88 pm dari gelombang akustik yang dipantulkan oleh dasar laut. Air laut mempunyai rapat massa 998 kg/m 3 dan kecepatan 1481 m/s sedangkan pasir di dasar laut mempunyai rapat massa 1700 kg/m 3 dan kecepatan 1600 m/s. Tekanan acuan untuk akustik bawah air (Underwater Acoustic) adalah 0,1 Pa. Bila air laut mempunyai atenuasi sebesar 0,05 dB/m tentukan kedalaman laut maksimum yang masih dapat diukur oleh perangkat SONAR ini. (Abaikan atenuasi akibat penyebaran gelombang)


Download ppt "GELOMBANG AKUSTIK  ANALOGI ELEKTROMAGNETIK-AKUSTIK  REFLEKSI DAN TRANSMISI  REFRAKSI (PEMBIASAN)  TRANSMISI MELALUI TIGA MEDIUM  JALA-JALA TRANSMISI."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google