CHAPTER 2 BUNYI (SOUND WAVE)

Peta Konsep Bunyi Taraf Intensitas Periode Audiosonik Infrasonik Ultrasonik dipresentasikan Diklasifikasikan Berdasarkan frekuensinya Frekuensi Daya & Intensitas Parameter Amplitudo Besaran dasarnya Gas Bunyi Cepat Rambat medium Cair Panjang Gelombang Padat Mengalami gejala Fase Efek doppler Superposisi Interferensi Resonansi Pantulan

Sifat-sifat gelombang bunyi: a. mengalami pemantulan b. mengalami pembiasan c. mengalami interferensi

Pemantulan Bunyi Perhatikan percobaan sederhana berikut:

Pembiasan Bunyi Balon berisi karbondioksida

Interferensi Bunyi F = 500 Hz – 2 kHz Pembangkit frekuensi Pengeras suara Pengeras suara 0,5 – 1 meter lintasan

Pada interferensi bunyi akan terjadi dua peristiwa, yaitu: a. penguatan bunyi ( interferensi konstruktif) b. pelemahan bunyi ( interferensi distruktif)

Contoh Sebuah petir terdengar 4 s setelah kilat terlihat di langit. Berapakah jarak petir tersebut dari kita ? Kecepatan bunyi di udara sama dengan 330 m/s. Jawab: s = v x t = 330 x 4 = 1320 m

The Propagation Speed of Sound Wafe (Cepat Rambat Gelombang Bunyi)

Mengukur Cepat Rambat Bunyi Cepat rambat bunyi di dalam zat cair dengan: B = modulus bulk zat cair (N/m2)  = massa jenis zat cair (kg/m3)

Cepat rambat bunyi dalam zat padat dengan: Y = modulus Young (N/m2)  = massa jenis zat padat (kg/m3)

Cepat rambat bunyi dalam gas dengan: R = tetapan umum gas = 8,3 J/mol K T = suhu mutlak (K) M = massa molekul relatif gas (kg/mol)  = konstanta Laplace

Contoh Tentukan cepat rambat gelombang bunyi di dalam air dan tentukan juga panjang gelombang dari bunyi yang mempunyai frekuensi 262 Hz di dalam air. Diketahui modulus bulk air= (1/45,8) x 1011 Pa dan massa jenis air = 1000 kg/m3.

Penyelesaian: Dari pers: maka:

Berapakah cepat rambat gelombang bunyi dalam batang logam yang terbuat dari baja? Diketahui modulus Young baja, Y = 2,0 x 1011 Pa dan massa jenis baja = 7,8 x 103 kg/m3. Diket: ditanya: v Y = 2,0 x 1011 Pa  = 7,8 x 103 kg/m3

jawab:

Hitunglah cepat rambat gelombang bunyi dalam udara pada temperatur absolut 300 K. Diketahui massa molekul udara, M= 28,8 x 10-3 kg/mol, konstanta Laplace udara,  = 1,4, dan tetapan umum, R = 8,314 J/mol.K.

diket: T = 300 K M = 28,8 x 10-3 kg/mol  = 1,40 R = 8,314 J/mol.K ditanya: v jawab:

Frekuensi dan Tinggi Nada Berdasarkan frekuensinya, bunyi dibedakan menjadi dua, yaitu: a. nada adalah: bunyi yang frekuensinya teratur b. desah (noise) adalah: bunyi yang frekuensinya tidak teratur

Berdasarkan tinggi-rendahnya frekuensi, bunyi dibedakan menjadi tiga, yaitu: a. infrasonik ( f  20 Hz) b. audiosonik (20 Hz  f  20.000 Hz) c. ultrasonik (f  20.000 Hz)

Penggunaan gelombang ultrasonik: a. oleh kelelawar b. kacamata tunanetra untuk menentukan jarak benda. c. teknik pantulan pulsa ultrasonik untuk menentukan ke dalaman air di bawah kapal dan alatnya disebut fathometer. dirumuskan: d = ½ vt

d. untuk mengetahui keretakan pada titik- titik sambungan las. e. Di bidang industri untuk membuat bentuk atau ukuran lubang pada gelas dan baja. f. Di bidang kedokteran untuk USG (ultrasonografi)

Melde’s experimen

Cepat rambat gelombang bunyi pada dawai Berdasarkan percobaan Melde, dapat disimpulkan bahwa: 1. cepat rambat gelombang v berbanding lurus dengan akar tegangan dawai F. 2. cepat rambat gelombang v berbanding terbalik dengan akar massa dawai m 3. cepat rambat gelombang v berbanding lurus dengan akar panjang dawai l

secara matematis dirumuskan: Dengan : v = cepat rambat gelombang bunyi pada dawai (m/s) F = gaya tegangan dawai (N) l = panjang dawai (m) m = massa dawai (kg)  = massa tiap satuan panjang (kg/m) = m/l

Sources of Sound (Sumber-Sumber Bunyi)

Dawai (String) l = 1 atau 1 = l Pola Gelombang pada senar Nada Dasar/Base Tone (fo) /harmonik pertama: Nada atas pertama /The First Overtone (f1)/harmonik kedua: P P S S S P S S l = 1 atau 1 = l atau

Nada atas kedua/ The Second Overtone (f2) / harmonik ketiga: Nada atas ketiga (f3) / harmonik ke empat: P P P P P P P S S S S S S S S S l= 23 atau 3 = ½ l atau

Frekuensi yang dihasilkan: a. nada dasar

b. nada atas pertama

c. nada atas ke kedua

d. nada atas ke tiga

sehingga perbandingan frekuensi dapat dirumuskan:

jika: maka frekuensi nada dasar dapat dirumuskan ( hukum Marsene):

dari uraian di atas dapat disimpulkan:

Uji nyali Dawai piano yang panjangnya 0,5 m dan massanya 10-2 kg ditegangkan 200 N, maka nada dasar piano adalah berfrekuensi…….. Known : Unknown : fo l = 0,5 m m = 10-2 kg F = 200 N

Solution

Pola Gelombang pada Pipa Organa Pipa Organa Terbuka nada dasar (fo): nada atas pertama (f1): P P P P P S S S l = 1 atau 1 = l f1 = v/l l= ½ o atau o= 2l f0= v/2l

maka perbandingan frekuensinya: nada atas ke dua (f2): maka perbandingan frekuensinya: f0 : f1 : f2: . . . : 1 : 2 : 3 : . Hukum Bernoulli I P P P P S S S

Dari uraian di atas dapat disimpulkan:

Pipa Organa Tertutup nada dasar (f0): nada atas pertama (f1): P P P S

Frekuensi yang dihasilkan pada setiap pola gelombang: nada atas ke dua (f2): Frekuensi yang dihasilkan pada setiap pola gelombang: nada dasar: nada atas pertama: P P P S S S

nada atas ke dua (f2): perbandingan frekuensi: f0: f1: f2: . . . =1: 3: 5: . . . Hukum Bernoulli II berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan:

Resonansi ialah : peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena ada benda lain bergetar. syarat terjadinya resonansi : kedua frekuensi sama atau frekuensi yang satu merupakan kelipatan frekuensi yang lain. contoh peristiwa resonansi: a. dua garpu tala yang kotak bunyinya dipasang berhadapan akan menyebabkan garpu lain bergetar ketika salah satu garpu digetarkan. b. senar gitar yang digetarkan akan menggetarkan udara yang ada di dalam kotak . c. Udara yang ada di dalam kolom udara akan bergetar jika garpu tala di atasnya digetarkan.

Perhatikan gambar: dirumuska: P P l0=(1/4) S l1= (3/4) S P air S air

Iki contohe rek Sepotong dawai yang kedua ujungnya terikat memiliki panjang l = 5 m, massa jenis linear  = 40 g/m menghasilkan frekuensi nada dasar f0 = 20 Hz. a. Hitung gaya tegangan dawai! b. Berapa besar frekuensi dan panjang gelombang pada nada dasar atas pertama? c. Tentukan frekuensi dan panjang gelombang pada dawai untuk nada atas kedua.

Penyelesaian : diket: l = 5 m  = 40g/m = 40 x 10-3kg/m f0 = 20 Hz ditanya: a. F b. f1 dan 1 c. f2 dan 2. jawab : a. gaya tegangan tali

b. frekuensi nada atas pertama (n =1) fn = (n +1)f0 f1 = (1 +1)20 f1 = 40 Hz l =(n +1)½n 5 = (1 + 1) ½1 1 = 5 m c. frekuensi nada atas kedua (n =2) fn = (n +1)f0 f2 = (2 + 1)20 f2 = 60 Hz l =(n +1)½n 5 = (2 + 1) ½2 2 = (2/3)5 m 2 = 3,33 m

Sebuah pipa organa terbuka yang panjangnya 2 m menghasilkan dua frekuensi harmonik yang berturut-turut adalah 410 Hz dan 495 Hz. Berapa cepat rambat bunyi pada pipa organa tersebut?

diket: l = 2 m fn = 410 Hz fn+1 = 495 Hz ditanya: v jawab:

Sebuah pipa organa tertutup memiliki panjang 50 cm Sebuah pipa organa tertutup memiliki panjang 50 cm. Jika cepat rambat bunyi di udara saat itu 340 m/s, tentukan frekuensi nada dasar f0, nada atas pertama f1 dan nada atas ke dua f2. diket: ditanya: f0, f1, f2 l = 50 cm = 0,5 m v = 340 m/s

nada atas pertama (n=1) fn = (2n + 1)f0 f1 = (2x1 + 1) 170 f1 = 3 x 170 = 510 Hz nada atas kedua (n=2) f2 = (2x2 + 1)170 f2 = 5 x 170 f2 = 850 Hz

jawab: nada dasar (n = 0)

Sebuah pipa organa terbuka (A) dengan panjang 45 cm terjadi 3 buah simpul. Nada pipa organa ini beresonansi dengan pipa organa lain yang tertutup (B) serta membentuk 2 buah simpul. Tentukan panjang pipa organa tertutup.

diket: pipa organa terbuka (A): lA = 45 cm; ∑ simpul : 3 pipa organa tertutup (B): ∑ simpul : 2 ditanya: lB

jawab: pipa organa terbuka (A): ∑ simpul = 3 n + 1 = 3 n = 2 maka:

pipa organa tertutup (B): ∑ simpul = 2 n + 1 = 2 n = 1 maka:

karena terjadi resonansi maka:

Intensitas dan Taraf Intensitas Bunyi Intensitas Gelombang Bunyi adalah: energi yang dipindahkan per satuan luas per satuan waktu atau daya per satuan luas. secara matematis dirumuskan:

I = intensitas gelombang bunyi (W/m2) P = daya gelombang (W) dengan: I = intensitas gelombang bunyi (W/m2) P = daya gelombang (W) A = luas penampang bola (m2) 2 1 Sumber bunyi

pengurangan intensitas sumber bunyi akibat pertambahan jarak dari sumber bunyi dirumuskan:

karena intensitas berbanding lurus dengan kuadrat amplitudo ym, maka diperoleh:

jika terdapat n sumber bunyi maka intensitas total sumber bunyi dirumuskan: Itot = I1 + I2 +…… + In = nI

Taraf Intensitas Bunyi adalah logaritma perbandingan antara intensitas bunyi dengan intensitas ambang pendengaran. Dirumuskan: dengan: TI : taraf intensitas (dB) I : intensitas bunyi (W/m2) I0 : intensitas ambang pendengaran :10-12 W/m2

Contoh: Taraf intensitas bunyi yang dihasilkan oleh nyamuk di suatu tempat adalah 40 dB. a. Apabila ada n ekor nyamuk yang indentik, tentukan hubungan jumlah nyamuk terhadap taraf intensitas secara matematik. b. Berapa taraf intensitas yang baru jika ada 20 ekor nyamuk?

Penyelesaian: jawab: a. b. n = 20 ekor TIn = TI1 + 10 log n = 53 dB

Hubungan antara taraf intensitas dan jarak sumber bunyi: dari pers: maka:

Pelayangan Bunyi: adalah: interferensi yang terjadi akibat superposisi dua buah gelombang dengan frekuensi yang sedikit berbeda dan merambat dalam arah yang sama sehingga menghasilkan kenyaringan bunyi yang berubah-ubah secara periodik. Satu layangan bunyi terdiri dari: dua bunyi keras atau dua bunyi lemah yang terjadi secara berurutan. 1 layangan: keras–lemah-keras atau lemah-keras-lemah

Frekuensi pelayangan dirumuskan: fp = f1 – f2 dengan: fp = frekuensi pelayangan (banyak layangan/sekon) f1 = frekuensi gelombang 1 (Hz) f2 = frekuensi gelombang 2 (Hz)

Contoh: Dua buah senar yang indentik memberikan nada dasar dengan frekuensi 400 Hz. Bila tegangan salah satu dawai ditambah 2 % , berapa frekuensi pelayangan yang terjadi ? Diket: f1 = 400 Hz; F1 = F F2 = 102 %F = 1,02F Ditanya: fp

Jawab: dari pers: Diperoleh: Maka: fp = f1 – f2 = 400 – 404 = 4 Hz

Efek Doppler Secara umum dirumuaskan: dengan: fp = frekuensi yang diterima pendengar fs = frekuensi sumber bunyi v = cepat rambat bunyi vs= kecepatan sumber bunyi vp = kecepatan pendengar

bila terdapat angin yang berhembus dengan kecepatan va, maka efek doppler dirumuskan:

Contoh: Sebuah ambulans bergerak dengan kecepatan 33,5 m/s sambil membunyikan sirenenya pada frekuensi 400 Hz. Seorang pengemudi truk yang bergerak berlawanan arah dengan dengan kecepatan 24,6 m/s mendengar bunyi sirene ambulan. Berapa frekuensi yang dia dengar saat mobil saling mendekat ?