BAB 2. GELOMBANG MEKANIK 2.1 GELOMBANG PADA TALI ATAU KAWAT C = kecepatan gelombang T = tegangan tali [N] L = rapat massa per satuan panjang [kg/m]

Contoh Soal 2.1 Pada sebuah kawat, yang mempunyai rapat massa persatuan panjang sebesar 30 gram/m dan mendapat tegangan sebesar 120 N, merambat sebuah gelombang dengan amplituda 10 mm dan frekuensi sebesar 5 Hz. a). Tentukan kecepatan gelombangnya b). Hitung simpangan dan kecepatan partikelnya pada x = 0,5 m dan t = 3 detik

Jawab : a). b).

2.2 GELOMBANG SUARA Fluktuasi tekanan akustik   = p p = P - Po p = tekanan akustik [Pa] P = tekanan udara sesaat [Pa] Po = tekanan udara kesetimbangan [Pa] Po = 1 atm. = 1.013x105 Pa  105 Pa

SATUAN DESIBEL [dB] pref = tekanan akustik acuan =20 Pa = 20x10-6 Pa = batas ambang telinga manusia (0 dB)

CONTOH-CONTOH SKALA DESIBEL Type of sound sources Level [dB] Threshold of hearing Rustle of leaves 10 Whisper (at 1 m ) 20 City street, no traffic 30 Office, classroom 40 Normal conversation (at 1 m) 50 Jackhammer (at 1 m) 60 Rock group 110 Threshold of pain 120 Jet engine (at 50 m) 130 Saturn rocket (at 50 m) 200

ANALOGI AKUSTIK - LISTRIK V =Tegangan [Volt] p =Tekanan akustik [Pa] I = Arus [Ampere] v =Kecepatan partikel [m/s] Z = impedansi [Ohm] Z = impedansi =  c [Rayl]  = rapat massa [kg/m3] c = kecepatan gelombang [m/s] W = [Watt] I = Intensitas [W/m2]

Daya Listrik : Intensitas akustik :

Contoh Soal 2.2 Sebuah nada suara berfekuensi 300 Hz mempunyai intensitas sebesar 1 W/m2. a). Hitung amplituda simpangannya ( = 1,21 kg/m3, c = 340 m/s) b). Hitung tingkat tekanan suaranya

Jawab : a). b).

Penyebaran Gelombang Daya = Energi per satuan waktu [J/s = W] Intensitas = Daya per satuan luas [W/m2] R P

2.3 Efek Doppler Perioda gelombang = T  = c T c = f  Frekuensi sumber = f 5 T S = sumber 4 T D = detektor 3 T 2 T D T c c S  Panjang gelombang = 

SUMBER DAN DETEKTOR DIAM c SUMBER DAN DETEKTOR DIAM Jumlah gelombang c t 

SUMBER DIAM DAN DETEKTOR BERGERAK c Panjang gelombang tetap VD Kecepatan berubah c + VD Jumlah gelombang c t VD t 

Panjang gelombang berubah SUMBER BERGERAK DAN DETEKTOR DIAM ’ VS

SUMBER DAN DETEKTOR BERGERAK + Detektor mendekati sumber - Detektor menjauhi sumber - Sumber mendekati detektor + Sumber menjahui detektor

Contoh Soal 2.3 : Sebuah ambulan menyusul seorang pembalap sepeda sambil membunyikan sirine dengan frekuensi 1600 Hz. Setelah dilewati oleh ambulan pembalap sepeda tadi mendengarkan sirine dengan frekuensi sebesar 1590 Hz. Hitung kecepatan dari ambulan bila kecepatan dari sepeda adalah 8,78 km/jam. Jawab : Sumber (ambulan) bergerak menjauhi dan detektor (pembalap sepeda) bergerak mendekati

Contoh Soal 2.4 : Seekor kelelawar yang sedang terbang dengan kecepatan Vk akan memancarkan gelombang akustik berfrekuensi tinggi (ultrasonik). Bila gelombang ultrasonik ini menemui seekor mangsanya yang juga sedang bergerak dengan kecepatan Vm, maka gelombang tersebut akan dipantulkan kembali dan diterima oleh kelelawar. Frekuensi yang dipancarkan dapat diubah-ubah dan biasanya kelelawar akan memancarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu sedemikian rupa sehingga frekuensi yang diterimanya fkt adalah sebesar 83 kHz, yaitu frekuensi yang telinganya mendengar paling baik (sensitif). Bila kelelawar dan mangsanya saling mendekat dengan kecepatan masing-masing adalah 9 m/s dan 8 m/s, a). Tentukan frekuensi yang didengar oleh mangsanya (fm) b). Tentukan frekuensi yang dipancarkan oleh kelelawar (fkp)

Jawab : Persoalan ini terdiri dari dua kasus, yang pertama gelombang ultrasonik dipancarkan oleh kelelawar (sebagai sumber) dan didengar oleh mangsanya (sebagai pendengar) sedangkan yang kedua gelombang dipantulkan oleh mangsanya (sebagai sumber) dan didengar oleh kelelawar (sebagai pendengar). a) Kasus kedua : b) Kasus pertama :

Contoh Soal 2.5 : Sebuah kapal selam Perancis dan sebuah kapal selam Amerika bergerak saling mendekati dengan kecepatan masing-masing sebesar 50 km/jam dan 70 km/jam seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Kapal selam Perancis mengirimkan sinyal sonar (gelombang suara di dalam air laut) berfrekuensi 1000 Hz. Bila ternyata terdapat pergeseran frekuensi sebesar 4,5 % pada sinyal sonar yang diterima kembali, tentukan kecepatan gelombang suara di dalam air laut.

Jawab : Kapal selam Perancis bertindak sebagai sumber Kapal selam Amerika bertindak sebagai pendengar Kapal selam Amerika bertindak sebagai sumber Kapal selam Perancis bertindak sebagai pendengar

Contoh soal 2.6 : Informasi yang diperoleh mengenai pemakaian alat doppler ultrasonik dalam diagnosa medis adalah sebagai berikut : Untuk setiap milimeter per detik gerakan organ-organ di dalam tubuh akan menyebabkan terjadinya pergeseran frekuensi sebesar 1,3 Hz/MHz. Dari data tersebut di atas, perkirakan besarnya kecepatan gelombang ultrasonik di dalam jaringan tubuh manusia.

Jawab : Alat doppler bertindak sebagai sumber dan organ tubuh bertindak sebagai detektor Organ tubuh bertindak sebagai sumber dan alat doppler bertindak sebagai detektor