Materi Ajar Fisika Kelas XII.IPA Gelombang BunyiBAB II. GELOMBANG BUNYI DAN GELOMBANG CAHAYA

A. GELOMBANG BUNYIGelombang bunyi termasuk gelombang longitudinal. Gelombang bunyi dapat merambat melalui zat padat, zat cair dan gas.1. Klasifikasi Gelombang BunyiBerdasarkan frekuensinya gelombang bunyi diklasifikasikan menjadi :a. InfrasonikInfrasonik adalah gelombang bunyi dengan frekuensi kurang dari 20 Hz. Bunyi Infrasonik tidak dapat didengar manusia, hanya dapat didengar oleh binatang tertentu, seperti jangkrik.b. AudiosonikAudiosonik adalah gelombang bunyi dengan frekuensi berkisar antara 20 Hz sampai 20.000 Hz. Audiosonik adalah bunyi yang dapat didengar manusia. Rentang frekuensi ini dinamakan jangkauan pendengaran.c. UltrasonikUltrasonik adalah gelombang bunyi dengan frekuensi diatas 20.000 Hz. Bunyi Ultrasonik tidak dapat didengar manusia, hanya dapat didengar oleh binatang, seperti anjing dan kelelawar.2. Sumber-Sumber Gelombang BunyiBeberapa sumber bunyi yang kita kenal, yaitu :a. Dawai atau senarb. Pipa Organac. Serulingd. Terompete. Biola1. Dawai atau Senar sebagai Sumber BunyiSatu senar dapat menghasilkan berbagai frekuensi resonansi dengan pola gelombang seperti gambar berikut :a. Nada Dasar (f0)

Diketahui : λ0=2 lJadi, f 0= vλ0

= v2l

f 0=v2lb. Nada Atas Pertama (f1)

Diketahui : λ1=lMateri ini disusun Oleh La Rahamani, S.Pd Guru SMA Negeri 2 Pasarwajo 1

Materi Ajar Fisika Kelas XII.IPA Gelombang BunyiJadi, f 1= v

λ1= vl atau

f 1=2( v2l )f 1=2 f 0c. Nada Atas Kedua (f2)

Diketahui : λ2=23 lJadi, f 2= v

λ2=3¿)

f 2=3 f 0d. Nada Atas Ketiga (f3)

Diketahui : λ3=12 lJadi, f 3= v

λ3=2¿)

f 3=4 (v2l

)

f 3=4 f 0Nada terendah yang dihasilkan oleh sumber bunyi disebut nada dasar, sedangkan untuk nada yang lebih tinggi secara berurutan disebut nada atas pertama, dst.Perbandingan frekuensi-frekuensi diatas, adalah sebagai berikut :f 0: f 1: f 2 : f 3 :….=1 :2 :3: 4 :….Mengingat bahwa kecepatan gelombang transversal pada dawai yaitu :v=√ Fμ , maka :

a. Frekuensi nada dasar : f 0= v2l

=12l √ Fμ

b. Frekuensi nada atas pertama : f 1= vl =1l √ Fμc. Frekuensi nada atas kedua : f 2=32 vl = 3

2l √Fμ2. Pipa Organa sebagai Sumber BunyiPipa Organa adalah alat yang menggunakan kolom udara sebagai sumber getar, contoh seruling dan terompet. Pipa Organa ada 2 (dua) jenis, yaitu :Materi ini disusun Oleh La Rahamani, S.Pd Guru SMA Negeri 2 Pasarwajo 2

Materi Ajar Fisika Kelas XII.IPA Gelombang Bunyia. Pipa Organa TerbukaPipa Organa Terbuka merupakan alat tiup berupa tabung yang kedua penampangnya terbuka. Pola gelombang yang dihasilkan pada pipa organa terbuka, seperti gambar :1. Nada Dasar (f0)

Diketahui : λ0=2 lJadi, f 0= vλ0

= v2l

f 0=v2l2. Nada Atas Pertama (f1)

Diketahui : λ1=lJadi, f 1= vλ1

= vl atau

f 1=2( v2l )f 1=2 f 0

3. Nada Atas Kedua (f2)

Diketahui : λ2=23 lJadi, f 2= v

λ2=3¿)

f 2=3 f 0Perbandingan frekuensi yang dihasilkan oleh setiap pola gelombang pada pipa organa tertutup, adalah :f 0: f 1: f 2 :….=1 :2:3 :…. (Hukum I Bernoulli)Berdasarkan uraian diatas, untuk pola gelombang pada pipa organa terbuka berlaku hubungan :l=(n+1 ) 1

2λn

Materi ini disusun Oleh La Rahamani, S.Pd Guru SMA Negeri 2 Pasarwajo 3

Materi Ajar Fisika Kelas XII.IPA Gelombang Bunyif n=(n+1) f 0 , dengan n = 0, 1, 2, dst.

b. Pipa Organa TertutupPipa Organa Tertutup merupakan alat tiup berupa tabung yang salah satu ujungnya terbuka dan ujung lainnya tertutup. Pola gelombang yang dihasilkan pada pipa organa tertutup, seperti gambar :1. Nada Dasar (f0)

Diketahui : λ0=4 lJadi, f 0= vλ0

= v4 l

f 0=v4 l2. Nada Atas Pertama (f1)

Diketahui : λ1=43 lJadi, f 1= v

λ1=34vl atau

f 1=3( v4 l )f 1=3 f 0

3. Nada Atas Kedua (f2)

Diketahui : λ2=45 lJadi, f 1= v

λ2=54vl atau

f 1=5( v4 l )f 1=5 f 0Perbandingan frekuensi-frekuensi diatas, yaitu :f 0: f 1: f 2 :….=1 :3 :5:…. (Hukum II Bernoulli)

Materi ini disusun Oleh La Rahamani, S.Pd Guru SMA Negeri 2 Pasarwajo 4

Materi Ajar Fisika Kelas XII.IPA Gelombang BunyiBerdasarkan uraian diatas, untuk pola gelombang pada pipa organa tertutup berlaku hubungan :

l=(2n+1 ) 14λ0

f n=(2n+1) f 0 , dengan n = 0, 1, 2, dst.Latihan Soal :1. Sepotong dawai panjangnya 80 cm dan massanya 6,4 gram, ditegangkan dengan gaya 8.000 N. Berapa frekuensi nada atas pertama, kedua dan ketiga ?2. Seutas senar harpa memiliki panjang 1,10 m dan massa 9,0 gram. Berapa tegangan yang harus diberikan pada senar agar senar bergetar dengan frekuensi dasar 130 Hz ?3. Sebuah pipa organa terbuka panjangnya 30 cm. Berapa nada dasar yang dihasilkan pipa itu apabila cepat rambat bunyi diudara 336 m/s ?4. Pipa organa tertutup panjangnya 50 cm, ditiup agak keras sehingga menghasilkan nada atas kedua. Berapa frekuensi dari nada atas keduanya jika cepat rambat bunyi diudara 340 m/s ?5. Tentukan frekuensi nada atas pertama atau harmonik kedua pada pipa organa terbuka dan tertutup jika panjang pipa 26 cm dan cepat rambat bunyi diudara suhu 200C sebesar 343 m/s !Soal Tugas Rumah 3 :1. Sepotong dawai panjangnya 1,5 m dan massanya 1,6 gram, ditegangkan dengan gaya 54 N. Berapa frekuensi nada dasar yang dihasilkan ?2. Pipa organa terbuka panjangnya 40 cm, ditiup agak keras sehingga menghasilkan nada atas kedua. Berapa frekuensi dari nada atas keduanya jika cepat rambat bunyi diudara 340 m/s ?3. Pipa organa tertutup menghasilkan nada atas kedua dengan frekuensi 2.800 Hz. Jika cepat rambat gelombang bunyi diudara 336 m/s, berapakah panjang pipanya ?4. Sebuah pipa organa tertutup panjangnya 45 cm, menghasilkan nada dasar.a. Berapa frekuensinya jika cepat rambat bunyi diudara 342 m/s ?b. Berapa frekuensinya untuk nada atas ketiga ?

Materi ini disusun Oleh La Rahamani, S.Pd Guru SMA Negeri 2 Pasarwajo 5

Materi Ajar Fisika Kelas XII.IPA Gelombang Bunyi

3. Pelayangan BunyiApabila dua buah gelombang dengan frekuensi sedikit berbeda merambat dalam arah yang sama dan mengalami superposisi, akan terjadi interferensi yang menghasilkan kenyaringan bunyi yang berubah-ubah secara periodic. Peristiwa ini disebut pelayangan bunyi. Satu layangan didefinisikan sebagai gejala dua bunyi keras atau dua bunyi lemah yang terjadi secara berurutan.1 layangan = keras – lemah – keras atau= lemah – keras – lemah Banyaknya layangan tiap detik atau frekuensi layangan fp dirumuskan sebagai berikut :fp = |f 1− f 2|Keterangan :fp = frekuensi pelayangan (banyak layangan/sekon)f1 = frekuensi layangan y1 (Hz)f2 = frekuensi layangan y2 (Hz) 4. ResonansiResonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena adanya getaran benda lain dengan frekuensi yang sama atau frekuensi yang satu merupakan kelipatan frekuensi yang lain.5. Intensitas BunyiKenyaringan bunyi dapat ditentukan dengan besaran intensitas. Intensitas yaitu daya rata-rata per satuan luas yang datang tegak lurus terhadap arah perjalanan. Intensitas bunyi yaitu energy bunyi tiap sekon (daya bunyi) yang menembus bidang setiap satuan luas permukaan secara tegak lurus. Intensitas bunyi yang dihasilkan sumber titik dapat ditentukan dengan rumus berikut ini :I= PAatau I=

Prata−rata4 π r2Keterangan :

Materi ini disusun Oleh La Rahamani, S.Pd Guru SMA Negeri 2 Pasarwajo 6

Materi Ajar Fisika Kelas XII.IPA Gelombang BunyiI = Intensitas bunyi (watt/m2)P = Daya bunyi (watt)A = Luas bidang (m2)6. Taraf Intensitas BunyiSelang intensitas gelombang bunyi yang mampu diterima telinga tanpa rasa sakit yaitu 10-12 watt/m2 sampai 1 watt/m2. Oleh karena itu, digunakan skala logaritmik bukan skala linier. Logaritma perbandingan intensitas gelombang bunyi dengan intensitas gelombang bunyi ambang pendengaran disebut taraf intensitas gelombang bunyi (TI), dirumuskan :

TI=10 log II oatauTI n=¿TI+10 log n¿

Keterangan :TI = Taraf intensitas bunyi (dB)I = Intensitas Bunyi (watt/m2)I0 = Intensitas ambang (10-12 watt/m2)7. Efek DopplerEfek Doppler yaitu gejala-gejala pada saat pendengar bergerak menjauhi sumber bunyi frekuensi yang didengar akan bertambah kecil dan apabila pendengar bergerak mendekati sumber bunyi frekuensi yang didengar pendengar akan menjadi lebih besar. Besar kecilnya frekuensi gelombang yang diterima pendengar dapat dihitung dengan rumus berikut :f p=

v ± v pv ±vs

. f s

Keterangan :fp = Frekuensi yang diterima pendengar (Hz)fs = Frekuensi yang diterima sumber bunyi (Hz)v = Cepat rambat bunyi diudara (m/s)vp = Kecepatan pendengar (m/s)vs = Kecepatan sumber bunyi (m/s)Aturan-aturan :- vs positif jika sumber bunyi bergerak menjauhi pendengar- vs negative jika sumber bunyi bergerak mendekati pendengar- vs = 0, jika sumber bunyi dalam keadaan diam- vp positif jika pendengar bergerak mendekati sumber bunyi- vp negative jika pendengar bergerak menjauhi sumber bunyi- vp = 0, jika pendengar dalam keadaan diam

Contoh Soal : 1. Dua buah garpu tala masing-masing frekuensinya 175 Hz dan 179 Hz, dibunyikan bersamaan. Tentukan jumlah layangan yang terjadi !2. Diketahui intensitas suatu gelombang gempa di suatu lokasi yang jaraknya 100 km dari sumber gempa adalah 8,0 x 106 watt/m2. Berapakah intensitas gelombang tersebut pada jarak 400 km dari sumber ?3. Sebuah sirene rata-rata menimbulkan taraf intensitas bunyi sebesar 80 dB. Berapa taraf intensitas bunyi yang ditimbulkan oleh 10 buah sirene sejenis pada saat yang bersamaan ?Materi ini disusun Oleh La Rahamani, S.Pd Guru SMA Negeri 2 Pasarwajo 7

Materi Ajar Fisika Kelas XII.IPA Gelombang Bunyi4. Seorang sekretaris yang mengetik begitu gaduh menyebabkan tingkat intensitas bunyi 60 dB. Berapakah taraf intensitas bunyi untuk 3 orang yang mengetik dengan intensitas sama secara bersamaan ?5. Suatu sumber bunyi bergerak dengan kecepatan 20 m/s menjauhi seorang pendengar yang diam. Jika frekuensi sumber bunyi 800 Hz dan kecepatan perambatan gelombang bunyi diudara 380 m/s, tentukan frekuensi gelombang bunyi yang didengar oleh pendengar !Latihan Soal :1. Dua buah garpu tala, masing-masing dibunyikan dengan frekuensi f1 = 402 Hz dan f2 = 400 Hz. Tentukan jumlah layangan yang terjadi !2. Seratus buah sirene yang identik dibunyikan serentak menghasilkan taraf intensitas bunyi 60 dB. Jika intensitas ambang 10-12 watt/m2, maka tentukan intensitas sebuah sirene tersebut !3. Suatu radio memiliki intensitas bunyi 3.10-8 watt/m2. Berapakah taraf intensitasnya (I0 = 10-12 watt/m2) ?4. Bunyi klakson sebuah sepeda motor saat dibunyikan menghasilkan taraf intensitas 40 dB, sedangkan bunyi klakson sebuah mobil saat dibunyikan menghasilkan taraf intensitas 60 dB (I0 = 10-12 watt/m2). Jika 100 klakson sepeda motor dan 10 klakson mobil serentak dibunyikan, maka tentukan perbandingan taraf intensitas sepeda motor dengan mobil !5. Seorang penerbang yang pesawatnya menuju menara bandara mendengar bunyi sirene menara dengan frekuensi 2.000 Hz. Jika sirene menara memancarkan bunyi dengan dengan frekuensi 1.700 Hz dan cepat rambat bunyi diudara 340 m/s, berapakah kecepatan pesawat tersebut ?

Materi ini disusun Oleh La Rahamani, S.Pd Guru SMA Negeri 2 Pasarwajo 8

Materi Ajar Fisika Kelas XII.IPA Gelombang Bunyi

Materi ini disusun Oleh La Rahamani, S.Pd Guru SMA Negeri 2 Pasarwajo 9