Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung FI-1201 Fisika Dasar IIA Kuliah-15 Bunyi dan Efek Doppler PHYSI S

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Bunyi Bunyi adalah gelombang longitudinal dalam sejumlah bahan Bahan dapat berupa padat, cair, atau gas Bunyi bergerak dalam 3-dimensi Tetapi banyak persoalan fisika dapat dianalisis dalam 1-dimensi Kita sudah tahu semua tentang gelombang longitudinal 1-dimensi All we need to find out is the linear mass density  l and the elastic modulus K

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Bunyi dalam zat padat Sebuah batang dapat dipandang sebagai pegas yg sangat kaku (very stiff spring) Dapat tertekan & terregang oleh gaya Berapa modulus elastic K? Modulus elastic didefinisikan sebagai K bergantung pada material dan ketebalan batang Sebanding dengan penampang lintang batang F l ll

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Modulus Young Dapat ditulis K = YA A adalah penampang lintang (m 2 ) Y adalah modulus Young dari material satuannya Newtons/m 2 Hooke’s law dapat dituliskan sebagai LHS: gaya persatuan penampang lintang RHS: modulus Young  deformasi relatif Ini adalah hukum microscopic dari elastisitas, yang mana tidak bergantung pada bentuk spesifik dari batang

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Rapat Massa Rapat massa linier  l Asumsikan rapat massa volume  v Massa batang  v  A  l Bagi dengan panjang   l =  v  A Sekarang kita dapat menghitung semuanya.

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Kecepatan bunyi dalam zat padat Ini adalah tetapan material Contoh: besi Y = 2  N/m 2,  v = 7800 kg/m 3 Lihat di referensi Young’s modulus Volume mass density

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Bunyi dalam zat cair Cairan meneruskan bunyi dgn cara yg sama dengan zat padat Tinjau suatu pipa yang diisi dengan cairan Gaya F mengubah volume dari penampang kecil cairan F l ll A

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Modulus Bulk Elastisitas cairan dijelaskan oleh perubahan volume sebagai respon terhadap tekanan. Cairan tidak memiliki bentuk yg tetap  Can’t use “length” or “area” M B adalah “modulus bulk” dari cairan K dapat dihitung dari M B

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Bunyi dalam zat cair… Modulus elastik K = M B A Rapat massa linier  l =  v A Kecepatan gelombang Contoh: air F l ll A Bulk modulus Volume mass density

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Bunyi dalam gas Bunyi dalam gas dapat dianalisis dengan cara yg sama Gas sangat compressible, dan sangat ringan Untuk gas, kita tahu banyak ttg. konstanta- konstanta Banyak gas pada T & P normal dekat dengan gas ideal gas ideal terdiri dari molekul2 yg sangat kecil yg tidak berinteraksi satu sama lain Sifat-sifat gas ideal ditentukan oleh massa molekular M B dan  v dapat dihitung.

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Rapat Volume dari Gas Ideal 1 mole gas ideal terdiri dari 22.4 liter pada STP. Jika tidak STP, mass of 1 mole 0°C 1 atm gas constant 8.31 J/K pressure (N/m 2 ) temperature (K) volume (m 2 ) amount (moles)

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Kompressibilitas dari Gas Ideal Bagaimana tekanan gas bereaksi terhadap kompresi? Hk. Gas Ideal PV = nRT implikasi Temperatur naik ketika gas ditekan Kenaikan temperatur kadang lebih tinggi  = 5/3 for monoatomic gasses (He, Ne, etc.)  = 7/5 for diatomic gasses (H 2, N 2, O 2, etc.) Wrong  = ratio of specific heats > 1

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Modulus Bulk dari Gas Ideal Modulus bulk M B didefinisikan sebagai gunakan

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Kecepatan Bunyi di Udara Udara: 80% N % O 2 Berat 1 mol  v pada STP N 2 dan O 2 adalah diatomic  sehingga udara

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Kecepatan Bunyi di Udara Jika tidak pada STP? M mol = kg/m 3,  = 7/5 gives Kecepatan bunyi pada suatu (ideal) gas Tidak bergantung pada tekanan P Dalam penerbangan, periksa suhu di luar pesawat Jika T =  60°C,

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Intensitas Bunyi Intensitas bunyi (how “loud”) diberikan oleh energi yang dibawa oleh bunyi. Karena bunyi menyebar ke segala arah, kita membutuhkan rapat energi per satuan luas How much power (in Watts) goes through this area?

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Intensitas bunyi… Satuan SI untuk intensitas bunyi adalah Watt per meter kuadrat (W/m 2 ) Intensitas bunyi diukur dalam skala desibel (dB), yang merupakan skala logaritmik perbandingan antara intensitas suatu gelombang bunyi (I) dengan intensitas minimum yang dapat dideteksi (I 0 ) I 0 = (W/m 2 )

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Sensitivitas Manusia terhadap Bunyi Manusia dapat mendengar bunyi: 20 Hz – 20 kHz Rentang intensitas: W/m 2 – 1 W/m 2 Pembicaraan normal ~10 -6 W/m 2 Kita merasakan frekuensi dan intensitas dalam skala log (  antara 0 – 120 dB) Relatif terhadap 400 Hz 800 Hz adalah 1 oktaf lebih tinggi 1600 Hz adalah 1 oktaf lebih tinggi lagi Relatif terhadap W/m W/m 2 adalah nyaring W/m 2 adalah dua kali lebih nyaring

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S kecepatan sumber lebih rendah dari kecepatan bunyi Subsonic: Supersonic: - kecepatan sumber lebih tinggi dari kecepatan bunyi Bilangan Mach = Kecepatan bunyi Kecepatan benda (sumber) Bilangan Mach (Mach Number)

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Frekuensi dari beberapa sumber bunyi

Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung Efek Doppler Doppler & Son

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Efek Doppler Muncul karena perubahan frekuensi akibat gerakan Gejala ini dapat terjadi pada gelombang bunyi maupun cahaya

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Sumber bunyi & pendengar diam Mobil van dalam keadaan diam Suara mesin terdengar pada pola titik nada yang tetap

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Sumber bunyi mendekati pendengar Mobil van mendekati pendengar Pola titik nada mesin meningkat v = kecepatan bunyi v s = kecepatan sumber = panjang gel. Awal f 0 = frekuensi awal

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Sumber bunyi mendekati pendengar… Mobil van mendekati pendengar Cahaya dari mobil van terlihat “bluer”

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Sumber bunyi menjauhi pendengar Cahaya dari mobil van terlihat “redder”

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Efek Doppler pada Cahaya o  Increasing wavelength

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Contoh soal Sebuah kapal selam (Kapal A) bergerak dalam air dengan laju 8,0 m/s, memancarkan gelombang sonar pada frekuensi 1400 Hz. Kecapatan suara dalam air adalah 533 m/s. Kapal selam kedua (Kapal B) terletak sedemikian sehingga kedua kapal tersebut bergerak mendekat satu sama lain. Kapal B bergerak dengan laju 9,0 m/s. a). Tentukan frekuensi yang dideteksi oleh pengamat yang berada di Kapal B ketika kapal saling mendekat. b). Kedua kapal saling melewati. Tentukan frekuensi yang dideteksi oleh pengamat yang berada di Kapal B ketika kapal saling menjauhi satu sama lain.

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Contoh soal … a). Kapal selam saling mendekat b).Kapal selam saling menjauh