Gelombang Bunyi
Gelombang Bunyi
Fisika SMA — Pengertian, Frekuensi Bunyi, Cepat Rambat, Dawai, Pipa Organa, Resonansi, Intensitas, Efek Doppler, dan Soal Literasi
Daftar Isi
A. Pengertian Gelombang Bunyi
Bayangkan situasi ini:
"Saat kamu berbicara, pita suaramu bergetar menghasilkan gelombang bunyi yang merambat melalui udara hingga sampai ke telinga temanmu. Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal yang memerlukan medium untuk merambat."
"Saat kamu berbicara, pita suaramu bergetar menghasilkan gelombang bunyi yang merambat melalui udara hingga sampai ke telinga temanmu. Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal yang memerlukan medium untuk merambat."
Definisi Gelombang Bunyi:
Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal yang merambat melalui medium (padat, cair, atau gas) dan dapat didengar oleh telinga manusia.
Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal yang merambat melalui medium (padat, cair, atau gas) dan dapat didengar oleh telinga manusia.
Frekuensi Gelombang Bunyi
Audio (Bunyi)
Frekuensi: 20 Hz - 20.000 Hz
Dapat didengar oleh manusia
Dapat didengar oleh manusia
Infrasonik
Frekuensi: < 20 Hz
Tidak dapat didengar manusia, contoh: gempa bumi
Tidak dapat didengar manusia, contoh: gempa bumi
Ultrasonik
Frekuensi: > 20.000 Hz
Tidak dapat didengar manusia, contoh: USG, kelelawar
Tidak dapat didengar manusia, contoh: USG, kelelawar
B. Kecepatan Gelombang Bunyi
Kecepatan Bunyi:
Kecepatan bunyi tergantung pada medium yang dilalui.
Kecepatan bunyi tergantung pada medium yang dilalui.
\[
v = \sqrt{\frac{E}{\rho}}
\]
\[
v = \sqrt{\frac{\gamma P}{\rho}} \quad \text{(gas)}
\]
\[
v = \sqrt{\frac{B}{\rho}} \quad \text{(zat cair)}
\]
\[
v = \sqrt{\frac{Y}{\rho}} \quad \text{(zat padat)}
\]
Kecepatan Bunyi di Berbagai Medium:
- Udara (0°C): 331 m/s
- Udara (25°C): 346 m/s
- Air: 1.500 m/s
- Besi: 5.100 m/s
- Kaca: 5.600 m/s
Faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Bunyi:
- Medium: cepat di zat padat, lambat di gas
- Suhu: semakin tinggi suhu, semakin cepat bunyi
- Tekanan: tekanan tidak mempengaruhi kecepatan bunyi dalam gas
- Kerapatan: semakin rapat medium, semakin cepat bunyi
C. Sumber Bunyi: Dawai
Pernahkah kamu memetik senar gitar?
"Senar gitar yang dipetik akan bergetar membentuk gelombang stasioner. Frekuensi nada yang dihasilkan tergantung pada panjang senar, tegangan senar, dan massa jenis senar."
"Senar gitar yang dipetik akan bergetar membentuk gelombang stasioner. Frekuensi nada yang dihasilkan tergantung pada panjang senar, tegangan senar, dan massa jenis senar."
Dawai (Senar):
Frekuensi nada pada dawai: \[ f_n = \frac{n}{2L} \sqrt{\frac{F}{\mu}} \]
dengan:
Frekuensi nada pada dawai: \[ f_n = \frac{n}{2L} \sqrt{\frac{F}{\mu}} \]
dengan:
- \(n = 1, 2, 3, ...\) (nada dasar, atas 1, atas 2, ...)
- \(L\) = panjang dawai (m)
- \(F\) = tegangan dawai (N)
- \(\mu\) = massa per satuan panjang (kg/m)
Nada Dasar (\(n=1\))
\(f_1 = \frac{1}{2L} \sqrt{\frac{F}{\mu}}\)
\(L = \frac{\lambda}{2}\)
\(L = \frac{\lambda}{2}\)
Nada Atas 1 (\(n=2\))
\(f_2 = \frac{2}{2L} \sqrt{\frac{F}{\mu}}\)
\(L = \lambda\)
\(L = \lambda\)
Nada Atas 2 (\(n=3\))
\(f_3 = \frac{3}{2L} \sqrt{\frac{F}{\mu}}\)
\(L = \frac{3\lambda}{2}\)
\(L = \frac{3\lambda}{2}\)
Hubungan Frekuensi
\(f_1 : f_2 : f_3 : ... = 1 : 2 : 3 : ...\)
Perbandingan bilangan bulat
Perbandingan bilangan bulat
D. Sumber Bunyi: Pipa Organa
Pipa Organa Terbuka:
Kedua ujung pipa terbuka (kedua ujung = perut).
\(f_n = \frac{(n+1)v}{2L}\)
\(n = 0, 1, 2, ...\)
Perbandingan: \(f_0 : f_1 : f_2 : ... = 1 : 2 : 3 : ...\)
Kedua ujung pipa terbuka (kedua ujung = perut).
\(f_n = \frac{(n+1)v}{2L}\)
\(n = 0, 1, 2, ...\)
Perbandingan: \(f_0 : f_1 : f_2 : ... = 1 : 2 : 3 : ...\)
Pipa Organa Tertutup:
Salah satu ujung pipa tertutup (ujung tertutup = simpul, ujung terbuka = perut).
\(f_n = \frac{(2n+1)v}{4L}\)
\(n = 0, 1, 2, ...\)
Perbandingan: \(f_0 : f_1 : f_2 : ... = 1 : 3 : 5 : ...\)
Salah satu ujung pipa tertutup (ujung tertutup = simpul, ujung terbuka = perut).
\(f_n = \frac{(2n+1)v}{4L}\)
\(n = 0, 1, 2, ...\)
Perbandingan: \(f_0 : f_1 : f_2 : ... = 1 : 3 : 5 : ...\)
Perbedaan Pipa Organa:
- Terbuka: Kedua ujung perut, perbandingan 1:2:3:...
- Tertutup: Satu ujung simpul, satu ujung perut, perbandingan 1:3:5:...
E. Resonansi Bunyi
Pernahkah kamu mendengar suara garpu tala?
"Jika garpu tala digetarkan di dekat lubang tabung, bunyi akan terdengar sangat keras saat terjadi resonansi — yaitu saat frekuensi sumber bunyi sama dengan frekuensi alami tabung."
"Jika garpu tala digetarkan di dekat lubang tabung, bunyi akan terdengar sangat keras saat terjadi resonansi — yaitu saat frekuensi sumber bunyi sama dengan frekuensi alami tabung."
Definisi Resonansi:
Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena frekuensi alami benda tersebut sama dengan frekuensi sumber getar.
Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena frekuensi alami benda tersebut sama dengan frekuensi sumber getar.
Contoh Resonansi:
- Garpu tala dengan kolom udara
- Senar gitar yang ikut bergetar saat dinyanyikan
- Jembatan yang runtuh karena resonansi (fenomena Angin)
- Kaca jendela bergetar saat petir
F. Intensitas dan Taraf Intensitas
Intensitas Bunyi (\(I\)):
Energi bunyi per satuan luas per satuan waktu.
\[ I = \frac{P}{A} = \frac{P}{4\pi r^2} \]
\(I\) = intensitas (W/m²)
\(P\) = daya (W)
\(r\) = jarak (m)
Energi bunyi per satuan luas per satuan waktu.
\[ I = \frac{P}{A} = \frac{P}{4\pi r^2} \]
\(I\) = intensitas (W/m²)
\(P\) = daya (W)
\(r\) = jarak (m)
Taraf Intensitas (\(TI\)):
Logaritma perbandingan intensitas dengan intensitas ambang pendengaran.
\[ TI = 10 \log \frac{I}{I_0} \]
\(TI\) = taraf intensitas (dB)
\(I_0 = 10^{-12}\) W/m²
Logaritma perbandingan intensitas dengan intensitas ambang pendengaran.
\[ TI = 10 \log \frac{I}{I_0} \]
\(TI\) = taraf intensitas (dB)
\(I_0 = 10^{-12}\) W/m²
Taraf Intensitas Beberapa Sumber Bunyi:
- Ambang pendengaran: 0 dB
- Bisikan: 20 dB
- Percakapan: 60 dB
- Lalu lintas: 80 dB
- Konser rock: 120 dB
- Ambang sakit: 140 dB
G. Interferensi Bunyi
Interferensi Bunyi:
Perpaduan dua atau lebih gelombang bunyi yang menghasilkan penguatan (konstruktif) atau pelemahan (destruktif).
Perpaduan dua atau lebih gelombang bunyi yang menghasilkan penguatan (konstruktif) atau pelemahan (destruktif).
Interferensi Konstruktif
Beda fase: \(\Delta\varphi = 0, 1, 2, ...\)
Beda lintasan: \(\Delta s = n\lambda\)
Bunyi menjadi lebih keras
Beda lintasan: \(\Delta s = n\lambda\)
Bunyi menjadi lebih keras
Interferensi Destruktif
Beda fase: \(\Delta\varphi = 0,5, 1,5, 2,5, ...\)
Beda lintasan: \(\Delta s = (n + \frac{1}{2})\lambda\)
Bunyi menjadi lebih lemah
Beda lintasan: \(\Delta s = (n + \frac{1}{2})\lambda\)
Bunyi menjadi lebih lemah
H. Efek Doppler
Pernahkah kamu mendengar suara mobil ambulans?
"Saat ambulans mendekat, suara sirine terdengar lebih tinggi (frekuensi lebih besar). Saat menjauh, suara terdengar lebih rendah (frekuensi lebih kecil). Inilah yang disebut Efek Doppler."
"Saat ambulans mendekat, suara sirine terdengar lebih tinggi (frekuensi lebih besar). Saat menjauh, suara terdengar lebih rendah (frekuensi lebih kecil). Inilah yang disebut Efek Doppler."
Efek Doppler:
Perubahan frekuensi bunyi yang diterima pendengar karena adanya gerak relatif antara sumber bunyi dan pendengar.
Perubahan frekuensi bunyi yang diterima pendengar karena adanya gerak relatif antara sumber bunyi dan pendengar.
\[
f_p = \frac{v \pm v_p}{v \pm v_s} \times f_s
\]
- \(f_p\) = frekuensi yang didengar pendengar
- \(f_s\) = frekuensi sumber bunyi
- \(v\) = cepat rambat bunyi di udara
- \(v_p\) = kecepatan pendengar
- \(v_s\) = kecepatan sumber bunyi
Konvensi Tanda:
- Pendengar mendekati sumber: \(v_p\) positif
- Pendengar menjauhi sumber: \(v_p\) negatif
- Sumber mendekati pendengar: \(v_s\) negatif
- Sumber menjauhi pendengar: \(v_s\) positif
I. Pemanfaatan Ultrasonik
USG Medis
Memeriksa organ dalam tubuh, kehamilan, janin
Kelelawar
Navigasi dan mencari mangsa dengan ekolokasi
Sonar
Mendeteksi benda di bawah laut
Pengujian Material
Mendeteksi retak pada logam tanpa merusak
Pengukur Kedalaman
Mengukur kedalaman laut dengan sonar
Sterilisasi
Membunuh bakteri dengan gelombang ultrasonik
K. Latihan Soal Interaktif
Kerjakan soal-soal berikut dengan mengisi kotak jawaban,
lalu klik Cek Jawaban untuk mengetahui kebenarannya!
Panduan Menambahkan Soal Baru & Gambar:
1. Menambahkan Gambar:
Ganti URL gambar pada tag
Ganti URL gambar pada tag
<img src="URL_GAMBAR_ANDA" alt="Deskripsi Gambar">
2. Menambahkan Soal Baru:
Copy blok
Copy blok
<div class="soal-interaktif" id="soalX">, ganti X dengan nomor soal,
dan tambahkan fungsi JavaScript sesuai pola di bagian bawah.
Skor Anda
0 / 30
1
Batasan Pendengaran Manusia
Perhatikan diagram spektrum gelombang bunyi!
Berdasarkan batasan pendengaran manusia, gelombang bunyi dibagi menjadi tiga jenis:
1. Infrasonik: frekuensi < 20 Hz (tidak terdengar manusia)
2. Audiosonik: frekuensi 20 Hz - 20.000 Hz (terdengar manusia)
3. Ultrasonik: frekuensi > 20.000 Hz (tidak terdengar manusia)
Contoh: anjing dapat mendengar bunyi ultrasonik, jangkrik menghasilkan bunyi audiosonik, dan gempa bumi menghasilkan infrasonik.
Berdasarkan batasan pendengaran manusia, gelombang bunyi dibagi menjadi tiga jenis:
1. Infrasonik: frekuensi < 20 Hz (tidak terdengar manusia)
2. Audiosonik: frekuensi 20 Hz - 20.000 Hz (terdengar manusia)
3. Ultrasonik: frekuensi > 20.000 Hz (tidak terdengar manusia)
Contoh: anjing dapat mendengar bunyi ultrasonik, jangkrik menghasilkan bunyi audiosonik, dan gempa bumi menghasilkan infrasonik.
✅ Jawaban: ultrasonik
Ultrasonik adalah gelombang bunyi dengan frekuensi > 20.000 Hz yang tidak dapat didengar oleh manusia.
Ultrasonik adalah gelombang bunyi dengan frekuensi > 20.000 Hz yang tidak dapat didengar oleh manusia.
2
Tinggi Rendahnya Bunyi
Perhatikan gambar gelombang dengan frekuensi berbeda!
Tinggi rendahnya bunyi yang kita dengar tergantung pada frekuensi bunyi tersebut. Semakin tinggi frekuensi, semakin tinggi nada bunyi. Semakin rendah frekuensi, semakin rendah nada bunyi. Contoh: suara anak kecil memiliki frekuensi lebih tinggi daripada suara orang dewasa.
Tinggi rendahnya bunyi yang kita dengar tergantung pada frekuensi bunyi tersebut. Semakin tinggi frekuensi, semakin tinggi nada bunyi. Semakin rendah frekuensi, semakin rendah nada bunyi. Contoh: suara anak kecil memiliki frekuensi lebih tinggi daripada suara orang dewasa.
✅ Jawaban: frekuensi
Nada bunyi ditentukan oleh frekuensi. Semakin besar frekuensi, semakin tinggi nada yang terdengar.
Nada bunyi ditentukan oleh frekuensi. Semakin besar frekuensi, semakin tinggi nada yang terdengar.
3
kecepatan Bunyi di air dan baja
Diketahui massa jenis air dan baja masing-masing 1.000 kg/m³ dan 7.800 kg/m³, modulus Bulk air 2,0 × 109 N/m², dan modulus elastisitas baja 2 x 10¹¹ N/m².
Hitung cepat rambat bunyi pada
a. air, dan
b. baja.
Hitung cepat rambat bunyi pada
a. air, dan
b. baja.
✅ Jawaban:
va = 1414 m/s
vb = 5064 m/s
Penyelesaian:
v_a = √(B/ρ) = √(2.10^9/1000) = √2.10^6 = 1414 m/s
v_a = √(E/ρ) = √(2.10^11/7800) = √0,256.10^8 = 5064 m/s
va = 1414 m/s
vb = 5064 m/s
Penyelesaian:
v_a = √(B/ρ) = √(2.10^9/1000) = √2.10^6 = 1414 m/s
v_a = √(E/ρ) = √(2.10^11/7800) = √0,256.10^8 = 5064 m/s
4
Frekuensi Nada pada Dawai
Seutas dawai panjang 80 cm memiliki massa 9 gr. Jika kedua ujungnya dijepit dan ditegangkan dengan tegangan 200 N maka tentukan:
a. frekuensi nada dasar
b. frekuensi nada atas pertama
c. frekuensi nada atas kedua
d. perbandingan f₀ : f₁ : f₂ !
a. frekuensi nada dasar
b. frekuensi nada atas pertama
c. frekuensi nada atas kedua
d. perbandingan f₀ : f₁ : f₂ !
✅ Jawaban:
a. f₀ = 250 Hz
b. f₁ = 500 Hz
c. f₂ = 750 Hz
d. f₀ : f₁ : f₂ = 1 : 2 : 3
Penyelesaian:
L = 0,8 m, m = 0,009 kg, F = 200 N
μ = m/L = 0,009/0,8 = 0,01125 kg/m
v = √(F/μ) = √(200/0,01125) = √17777,78 = 133,33 m/s
f₀ = v/(2L) = 133,33/(1,6) = 83,33 Hz
f₁ = 2f₀ = 166,67 Hz
f₂ = 3f₀ = 250 Hz
f₀ : f₁ : f₂ = 1 : 2 : 3
a. f₀ = 250 Hz
b. f₁ = 500 Hz
c. f₂ = 750 Hz
d. f₀ : f₁ : f₂ = 1 : 2 : 3
Penyelesaian:
L = 0,8 m, m = 0,009 kg, F = 200 N
μ = m/L = 0,009/0,8 = 0,01125 kg/m
v = √(F/μ) = √(200/0,01125) = √17777,78 = 133,33 m/s
f₀ = v/(2L) = 133,33/(1,6) = 83,33 Hz
f₁ = 2f₀ = 166,67 Hz
f₂ = 3f₀ = 250 Hz
f₀ : f₁ : f₂ = 1 : 2 : 3
5
Frekuensi Nada Atas ke-2 pada Dawai
Sebuah kawat yang panjangnya 180 cm, kedua ujungnya diikat kuat-kuat. Cepat rambat gelombang pada kawat tersebut adalah 330 m/s.
Bila kawat tersebut dipetik sehingga menghasilkan nada atas ke-2, hitunglah frekuensi nada yang dihasilkan kawat tersebut!
✅ Jawaban: 550 Hz
Penyelesaian:
L = 1,8 m, v = 330 m/s
Nada atas ke-2: f₂ = 3v/(2L) = 3×330/(2×1,8) = 990/3,6 = 275 Hz
Penyelesaian:
L = 1,8 m, v = 330 m/s
Nada atas ke-2: f₂ = 3v/(2L) = 3×330/(2×1,8) = 990/3,6 = 275 Hz
6
Pipa Organa Terbuka
Sebuah pipa organa terbuka dari bambu panjangnya 20 cm. Cepat rambat bunyi di udara saat itu 320 m/s.
Tentukan panjang gelombang dan frekuensi nada dasar dan nada atas keduanya saat ditiup!
✅ Jawaban:
λ₀ = 0,4 m
f₀ = 800 Hz
λ₂ = 0,133 m
f₂ = 2400 Hz
Penyelesaian:
L = 0,2 m, v = 320 m/s
λ₀ = 2L = 0,4 m
f₀ = v/λ₀ = 320/0,4 = 800 Hz
λ₂ = 2L/3 = 0,4/3 = 0,133 m
f₂ = 3f₀ = 2400 Hz
λ₀ = 0,4 m
f₀ = 800 Hz
λ₂ = 0,133 m
f₂ = 2400 Hz
Penyelesaian:
L = 0,2 m, v = 320 m/s
λ₀ = 2L = 0,4 m
f₀ = v/λ₀ = 320/0,4 = 800 Hz
λ₂ = 2L/3 = 0,4/3 = 0,133 m
f₂ = 3f₀ = 2400 Hz
7
Pipa Organa Terbuka - Perbandingan Frekuensi
Sebuah pipa organa terbuka panjangnya 30 cm. Pada saat ditiupkan udara ternyata kecepatan bunyinya 340 m/s. Tentukan:
a. panjang gelombang dan frekuensi nada dasar, atas pertama dan atas kedua.
b. perbandingan f₀ : f₁ : f₂!
a. panjang gelombang dan frekuensi nada dasar, atas pertama dan atas kedua.
b. perbandingan f₀ : f₁ : f₂!
✅ Jawaban:
λ₀ = 0,6 m
f₀ = 566,67 Hz
f₁ = 1133,33 Hz
f₂ = 1700 Hz
f₀ : f₁ : f₂ = 1 : 2 : 3
Penyelesaian:
L = 0,3 m, v = 340 m/s
λ₀ = 2L = 0,6 m
f₀ = v/λ₀ = 340/0,6 = 566,67 Hz
f₁ = 2f₀ = 1133,33 Hz
f₂ = 3f₀ = 1700 Hz
λ₀ = 0,6 m
f₀ = 566,67 Hz
f₁ = 1133,33 Hz
f₂ = 1700 Hz
f₀ : f₁ : f₂ = 1 : 2 : 3
Penyelesaian:
L = 0,3 m, v = 340 m/s
λ₀ = 2L = 0,6 m
f₀ = v/λ₀ = 340/0,6 = 566,67 Hz
f₁ = 2f₀ = 1133,33 Hz
f₂ = 3f₀ = 1700 Hz
8
Perbandingan Pipa Organa Terbuka dan Dawai
Nada dasar yang dihasilkan oleh sebuah pipa organa terbuka adalah sama dengan nada atas kedua yang dihasilkan oleh sebuah dawai.
Tentukan berapa perbandingan antara panjang pipa organa dengan panjang dawai!
✅ Jawaban: 3 : 2
Penyelesaian:
Pipa terbuka: f₀ = v/(2Lp)
Dawai (nada atas ke-2): f₂ = 3v/(2Ld)
f₀pipa = f₂dawai
v/(2Lp) = 3v/(2Ld)
1/Lp = 3/Ld
Lp : Ld = 1 : 3
Penyelesaian:
Pipa terbuka: f₀ = v/(2Lp)
Dawai (nada atas ke-2): f₂ = 3v/(2Ld)
f₀pipa = f₂dawai
v/(2Lp) = 3v/(2Ld)
1/Lp = 3/Ld
Lp : Ld = 1 : 3
9
Pipa Organa Terbuka dan Tertutup
Nada atas ke-3 pipa organa terbuka tepat sama dengan nada atas ke-2 dari pipa organa tertutup. Bila panjang pipa organa tertutup adalah 50 cm.
Tentukan berapa panjang pipa organa terbukanya!
✅ Jawaban: 37,5 cm
Penyelesaian:
Pipa terbuka: f₃ = 4v/(2Lt) = 2v/Lt
Pipa tertutup: f₂ = 5v/(4Ltert)
f₃terbuka = f₂tertutup
2v/Lt = 5v/(4×0,5)
2/Lt = 5/2
Lt = 4/5 = 0,8 m = 80 cm
Penyelesaian:
Pipa terbuka: f₃ = 4v/(2Lt) = 2v/Lt
Pipa tertutup: f₂ = 5v/(4Ltert)
f₃terbuka = f₂tertutup
2v/Lt = 5v/(4×0,5)
2/Lt = 5/2
Lt = 4/5 = 0,8 m = 80 cm
10
Pipa Organa Tertutup
Pipa organa tertutup memiliki panjang 18 cm. Pada saat ditiup terjadi nada atas pertama. Jika cepat rambat bunyi di udara saat itu 330 m/s maka
tentukan panjang gelombang dan frekuensi nada tersebut!
✅ Jawaban:
λ = 0,24 m
f = 1375 Hz
Penyelesaian:
L = 0,18 m, v = 330 m/s
Nada atas ke-1: L = 3λ/4 → λ = 4L/3 = 0,24 m
f = v/λ = 330/0,24 = 1375 Hz
λ = 0,24 m
f = 1375 Hz
Penyelesaian:
L = 0,18 m, v = 330 m/s
Nada atas ke-1: L = 3λ/4 → λ = 4L/3 = 0,24 m
f = v/λ = 330/0,24 = 1375 Hz
11
Perbandingan Pipa Organa Terbuka dan Tertutup
Pada pipa organa terbuka nada atas pertama dihasilkan panjang gelombang sebesar 60 cm dan pada pipa organa tertutup nada atas pertama dihasilkan panjang gelombang sebesar L.
Bila kedua pipa panjangnya sama, maka berapakah nilai L?
✅ Jawaban: 40 cm
Penyelesaian:
Pipa terbuka nada atas ke-1: L = λ → λ = 60 cm
Pipa tertutup nada atas ke-1: L = 3λ/4 → λ = 4L/3
Karena panjang pipa sama: 60 = 4L/3 → L = 45 cm
Penyelesaian:
Pipa terbuka nada atas ke-1: L = λ → λ = 60 cm
Pipa tertutup nada atas ke-1: L = 3λ/4 → λ = 4L/3
Karena panjang pipa sama: 60 = 4L/3 → L = 45 cm
12
Pipa Organa Tertutup dan Terbuka
Pada suatu hari ketika laju rambat bunyi sebesar 345 m/s, frekuensi dasar suatu pipa organa yang tertutup salah satu ujungnya adalah 220 Hz.
Jika nada atas kedua pipa organa tertutup ini panjang gelombangnya sama dengan nada atas ketiga suatu pipa organa yang terbuka kedua ujungnya,
maka berapakah panjang pipa organa terbuka itu?
✅ Jawaban: 0,5 m
Penyelesaian:
Pipa tertutup: f₀ = v/(4L) → L = v/(4f₀) = 345/(4×220) = 0,392 m
Nada atas ke-2 tertutup: λ = 4L/5 = 4×0,392/5 = 0,314 m
Nada atas ke-3 terbuka: λ = 2L/4 = L/2
L/2 = 0,314 → L = 0,628 m
Penyelesaian:
Pipa tertutup: f₀ = v/(4L) → L = v/(4f₀) = 345/(4×220) = 0,392 m
Nada atas ke-2 tertutup: λ = 4L/5 = 4×0,392/5 = 0,314 m
Nada atas ke-3 terbuka: λ = 2L/4 = L/2
L/2 = 0,314 → L = 0,628 m
13
Intensitas Bunyi
Sebuah sumber bunyi memiliki daya 10π watt dipancarkan secara sferis ke segala arah. Tentukan intensitas bunyi yang terukur oleh pendeteksi yang diletakkan di titik:
a. A berjarak 10 m dari sumber,
b. B berjarak 20 m dari sumber!
a. A berjarak 10 m dari sumber,
b. B berjarak 20 m dari sumber!
✅ Jawaban:
a. IA = 2,5 × 10⁻² W/m²
b. IB = 6,25 × 10⁻³ W/m²
Penyelesaian:
P = 10π W
I = P/(4πr²)
IA = 10π/(4π×10²) = 10/400 = 0,025 = 2,5×10⁻² W/m²
IB = 10π/(4π×20²) = 10/1600 = 0,00625 = 6,25×10⁻³ W/m²
a. IA = 2,5 × 10⁻² W/m²
b. IB = 6,25 × 10⁻³ W/m²
Penyelesaian:
P = 10π W
I = P/(4πr²)
IA = 10π/(4π×10²) = 10/400 = 0,025 = 2,5×10⁻² W/m²
IB = 10π/(4π×20²) = 10/1600 = 0,00625 = 6,25×10⁻³ W/m²
14
Intensitas dan Daya Sumber Bunyi
Sebuah alat ukur intensitas menunjukkan nilai 2×10⁻⁶ watt/m² saat berada pada jarak 5 m. Tentukan:
a. daya sumber bunyi,
b. intensitas pada titik yang berjarak 15 m dari sumber!
a. daya sumber bunyi,
b. intensitas pada titik yang berjarak 15 m dari sumber!
✅ Jawaban:
a. P = 6,28 × 10⁻⁴ W
b. I = 2,22 × 10⁻⁷ W/m²
Penyelesaian:
I = P/(4πr²) → P = I×4πr² = 2×10⁻⁶ × 4π × 25 = 6,28×10⁻⁴ W
I15 = P/(4π×15²) = 6,28×10⁻⁴/(2827,43) = 2,22×10⁻⁷ W/m²
a. P = 6,28 × 10⁻⁴ W
b. I = 2,22 × 10⁻⁷ W/m²
Penyelesaian:
I = P/(4πr²) → P = I×4πr² = 2×10⁻⁶ × 4π × 25 = 6,28×10⁻⁴ W
I15 = P/(4π×15²) = 6,28×10⁻⁴/(2827,43) = 2,22×10⁻⁷ W/m²
15
Pergeseran Alat Ukur Intensitas
Sebuah alat ukur intensitas diletakkan pada 3 m dari suatu sumber bunyi, intensitas yang diterima pada jarak ini adalah 5×10⁻² watt/m².
Agar intensitas bunyi yang diterima menjadi 1,25×10⁻² watt/m², maka tentukan pergeseran alat ukur tersebut!
✅ Jawaban: 3 m (menjauh dari sumber)
Penyelesaian:
I₁r₁² = I₂r₂²
5×10⁻² × 9 = 1,25×10⁻² × r₂²
0,45 = 0,0125 × r₂²
r₂² = 36 → r₂ = 6 m
Pergeseran = 6 - 3 = 3 m
Penyelesaian:
I₁r₁² = I₂r₂²
5×10⁻² × 9 = 1,25×10⁻² × r₂²
0,45 = 0,0125 × r₂²
r₂² = 36 → r₂ = 6 m
Pergeseran = 6 - 3 = 3 m
16
Taraf Intensitas Bunyi Tawon
Seekor tawon yang berjarak 2 m dari pendeteksi memiliki taraf intensitas 40 dB. Tentukan:
a. intensitas bunyi tawon pada tempat itu,
b. taraf intensitas jika ada 1000 tawon,
c. taraf intensitas jika seekor tawonnya berjarak 20 m!
a. intensitas bunyi tawon pada tempat itu,
b. taraf intensitas jika ada 1000 tawon,
c. taraf intensitas jika seekor tawonnya berjarak 20 m!
✅ Jawaban:
a. I = 1 × 10⁻⁸ W/m²
b. TI = 70 dB
c. TI = 20 dB
Penyelesaian:
TI = 10 log(I/I₀) → 40 = 10 log(I/10⁻¹²) → I = 10⁻⁸ W/m²
TI1000 = 40 + 10 log 1000 = 40 + 30 = 70 dB
TI20m = 40 + 10 log(2/20)² = 40 + 10 log(0,01) = 40 - 20 = 20 dB
a. I = 1 × 10⁻⁸ W/m²
b. TI = 70 dB
c. TI = 20 dB
Penyelesaian:
TI = 10 log(I/I₀) → 40 = 10 log(I/10⁻¹²) → I = 10⁻⁸ W/m²
TI1000 = 40 + 10 log 1000 = 40 + 30 = 70 dB
TI20m = 40 + 10 log(2/20)² = 40 + 10 log(0,01) = 40 - 20 = 20 dB
17
Taraf Intensitas Mesin Tik
Taraf intensitas yang dihasilkan oleh sebuah mesin tik sama dengan 70 dB. Jika pada suatu kantor terdapat 100 mesin tik dan dibunyikan secara bersamaan maka tentukan:
a. intensitas satu mesin ketik,
b. taraf intensitas 100 mesin ketik,
c. taraf intensitas 100 mesin ketik saat pendeteksinya dijauhkan pada jarak 10 kali lebih jauh!
a. intensitas satu mesin ketik,
b. taraf intensitas 100 mesin ketik,
c. taraf intensitas 100 mesin ketik saat pendeteksinya dijauhkan pada jarak 10 kali lebih jauh!
✅ Jawaban:
a. I = 1 × 10⁻⁵ W/m²
b. TI = 90 dB
c. TI = 70 dB
Penyelesaian:
70 = 10 log(I/10⁻¹²) → I = 10⁻⁵ W/m²
TI100 = 70 + 10 log 100 = 70 + 20 = 90 dB
TIjauh = 90 + 10 log(1/10)² = 90 - 20 = 70 dB
a. I = 1 × 10⁻⁵ W/m²
b. TI = 90 dB
c. TI = 70 dB
Penyelesaian:
70 = 10 log(I/10⁻¹²) → I = 10⁻⁵ W/m²
TI100 = 70 + 10 log 100 = 70 + 20 = 90 dB
TIjauh = 90 + 10 log(1/10)² = 90 - 20 = 70 dB
18
Taraf Intensitas Sepeda Motor
Jika sebuah sepeda motor melewati seseorang, maka ia menimbulkan taraf intensitas sebesar 90 dB. Bila sekaligus orang itu dilewati 10 sepeda motor seperti itu,
maka berapakah taraf intensitas yang ditimbulkannya?
✅ Jawaban: 100 dB
Penyelesaian:
TI10 = 90 + 10 log 10 = 90 + 10 = 100 dB
Penyelesaian:
TI10 = 90 + 10 log 10 = 90 + 10 = 100 dB
19
Efek Doppler - Mobil Ambulan
Mobil ambulan bergerak dengan kecepatan 20 m/s sambil membunyikan sirinenya yang memiliki frekuensi 1080 Hz. Pada saat itu ada seseorang yang mengendarai sepeda motor sedang berpapasan dengan ambulan.
(v = 340 m/s). Tentukan frekuensi yang didengar pengendara motor jika motor bergerak dengan kecepatan 15 m/s!
✅ Jawaban: 1196,3 Hz
Penyelesaian:
vs = 20 m/s, vp = 15 m/s, fs = 1080 Hz
fp = fs × (v + vp)/(v - vs)
fp = 1080 × (340 + 15)/(340 - 20) = 1080 × 355/320 = 1196,25 Hz
Penyelesaian:
vs = 20 m/s, vp = 15 m/s, fs = 1080 Hz
fp = fs × (v + vp)/(v - vs)
fp = 1080 × (340 + 15)/(340 - 20) = 1080 × 355/320 = 1196,25 Hz
20
Efek Doppler - Sumber Mendekati Pendengar
Sebuah sumber bunyi dengan frekuensi 1024 Hz bergerak mendekati pendengar dengan kecepatan 34 m/s. Kecepatan rambat bunyi di udara 340 m/s.
Jika pendengar menjauhi sumber bunyi dengan kecepatan 17 m/s, maka berapa frekuensi bunyi yang diterima pendengar?
✅ Jawaban: 918 Hz
Penyelesaian:
fp = fs × (v - vp)/(v - vs)
fp = 1024 × (340 - 17)/(340 - 34) = 1024 × 323/306 = 1080,68 Hz
Penyelesaian:
fp = fs × (v - vp)/(v - vs)
fp = 1024 × (340 - 17)/(340 - 34) = 1024 × 323/306 = 1080,68 Hz
21
Frekuensi Layangan
Si X berdiri di samping sumber bunyi yang frekuensinya 676 hertz. Sebuah sumber bunyi lain dengan frekuensi 676 hertz mendekati Si X dengan kecepatan 2 m/detik.
Bila kecepatan merambat bunyi di udara adalah 340 m/detik, maka berapakah frekuensi layangan yang didengar si X?
✅ Jawaban: 4 Hz
Penyelesaian:
f1 = 676 Hz
f2 = 676 × 340/(340 - 2) = 676 × 340/338 = 680 Hz
flayangan = f2 - f1 = 680 - 676 = 4 Hz
Penyelesaian:
f1 = 676 Hz
f2 = 676 × 340/(340 - 2) = 676 × 340/338 = 680 Hz
flayangan = f2 - f1 = 680 - 676 = 4 Hz
22
Efek Doppler - Mobil Polisi
Sebuah mobil patroli polisi bergerak dengan kelajuan 72 km/jam sambil membunyikan sirine yang mempunyai frekuensi 800 Hz.
Tentukan berapa frekuensi bunyi sirine yang diterima oleh seseorang yang diam di pinggir jalan pada saat mobil tersebut bergerak mendekatinya!
Apabila diketahui cepat rambat gelombang bunyi di udara 340 m/s.
✅ Jawaban: 850 Hz
Penyelesaian:
vs = 72 km/jam = 20 m/s
fp = 800 × 340/(340 - 20) = 800 × 340/320 = 850 Hz
Penyelesaian:
vs = 72 km/jam = 20 m/s
fp = 800 × 340/(340 - 20) = 800 × 340/320 = 850 Hz
23
Percobaan Resonansi
Pada percobaan resonansi dipakai garpu tala yang frekuensinya 512 Hz. Resonansi yang pertama terjadi saat panjang kolom udaranya 16 cm dan resonansi yang kedua terjadi pada saat panjang kolom udaranya 48 cm.
Tentukan berapa kecepatan rambat gelombang bunyi pada saat itu!
✅ Jawaban: 327,68 m/s
Penyelesaian:
ΔL = L₂ - L₁ = 48 - 16 = 32 cm = 0,32 m
ΔL = λ/2 → λ = 0,64 m
v = f × λ = 512 × 0,64 = 327,68 m/s
Penyelesaian:
ΔL = L₂ - L₁ = 48 - 16 = 32 cm = 0,32 m
ΔL = λ/2 → λ = 0,64 m
v = f × λ = 512 × 0,64 = 327,68 m/s
24
Resonansi - Menentukan Frekuensi
Pada percobaan resonansi, terjadi resonansi yang pertama pada saat panjang kolom udaranya 20 cm dan resonansi yang kedua terjadi pada saat panjang kolom udaranya 60 cm.
Jika laju bunyi di udara saat itu 300 m/s, tentukan frekuensi garputala yang digunakan!
✅ Jawaban: 375 Hz
Penyelesaian:
ΔL = L₂ - L₁ = 60 - 20 = 40 cm = 0,4 m
ΔL = λ/2 → λ = 0,8 m
f = v/λ = 300/0,8 = 375 Hz
Penyelesaian:
ΔL = L₂ - L₁ = 60 - 20 = 40 cm = 0,4 m
ΔL = λ/2 → λ = 0,8 m
f = v/λ = 300/0,8 = 375 Hz
25
Pelayangan Bunyi
Pipa organa A menghasilkan frekuensi fA = 1005 Hz, pipa organa B menghasilkan frekuensi fB = 1000 Hz dan pipa organa C menghasilkan frekuensi fC = 500 Hz.
Pipa organa mana yang saat dibunyikan bersama-sama dapat menimbulkan pelayangan? Berapakah frekuensi pelayangannya?
✅ Jawaban:
Pipa A dan B
flayangan = 5 Hz
Penyelesaian:
Pelayangan terjadi jika selisih frekuensi ≤ 10 Hz
|fA - fB| = |1005 - 1000| = 5 Hz
Pipa A dan B
flayangan = 5 Hz
Penyelesaian:
Pelayangan terjadi jika selisih frekuensi ≤ 10 Hz
|fA - fB| = |1005 - 1000| = 5 Hz
26
Pelayangan Pipa Organa Terbuka
Dua pipa organa terbuka masing-masing panjangnya 1,00 meter dan 1,02 meter berbunyi pada nada dasarnya. Jika cepat rambat bunyi di udara 306 m/s,
maka tentukan pelayangan yang akan terjadi!
✅ Jawaban: 3 Hz
Penyelesaian:
f₁ = v/(2L₁) = 306/(2×1,00) = 153 Hz
f₂ = v/(2L₂) = 306/(2×1,02) = 150 Hz
flayangan = f₁ - f₂ = 153 - 150 = 3 Hz
Penyelesaian:
f₁ = v/(2L₁) = 306/(2×1,00) = 153 Hz
f₂ = v/(2L₂) = 306/(2×1,02) = 150 Hz
flayangan = f₁ - f₂ = 153 - 150 = 3 Hz
27
Kedalaman Laut dengan Sonar
Sebuah kapal peneliti hendak mengukur kedalaman laut pada suatu tempat dengan menggunakan sonar (Sound Navigation and Ranging).
Pantulan sinyal diterima 4 detik setelah sinyal dipancarkan. Jika cepat rambat bunyi di air 1.450 m/s, kedalaman laut di tempat itu adalah...
✅ Jawaban: 2900 m
Penyelesaian:
d = v × t/2 = 1450 × 4/2 = 2900 m
Penyelesaian:
d = v × t/2 = 1450 × 4/2 = 2900 m
28
Ultrasonik dalam Mesin Cuci
Perhatikan gambar mesin cuci ultrasonik!
Gelombang ultrasonik dimanfaatkan dalam mesin cuci untuk membersihkan benda-benda seperti perhiasan, komponen elektronik, dan peralatan medis. Prinsip kerjanya adalah gelombang ultrasonik menimbulkan gelembung-gelembung kecil (kavitasi) yang memecah kotoran pada permukaan benda. Frekuensi yang digunakan biasanya antara 20-40 kHz.
Gelombang ultrasonik dimanfaatkan dalam mesin cuci untuk membersihkan benda-benda seperti perhiasan, komponen elektronik, dan peralatan medis. Prinsip kerjanya adalah gelombang ultrasonik menimbulkan gelembung-gelembung kecil (kavitasi) yang memecah kotoran pada permukaan benda. Frekuensi yang digunakan biasanya antara 20-40 kHz.
✅ Jawaban: kavitasi
Kavitasi adalah proses terbentuknya gelembung-gelembung kecil akibat gelombang ultrasonik yang dapat membersihkan kotoran.
Kavitasi adalah proses terbentuknya gelembung-gelembung kecil akibat gelombang ultrasonik yang dapat membersihkan kotoran.
29
Ultrasonik dalam Kedokteran - USG
Perhatikan gambar USG janin!
Dalam bidang kedokteran, gelombang ultrasonik digunakan untuk USG (Ultrasonografi) untuk melihat perkembangan janin dalam kandungan. Gelombang ultrasonik dipancarkan dan dipantulkan oleh jaringan tubuh, kemudian ditangkap oleh sensor untuk membentuk gambar. USG aman karena tidak menggunakan radiasi seperti sinar-X.
Dalam bidang kedokteran, gelombang ultrasonik digunakan untuk USG (Ultrasonografi) untuk melihat perkembangan janin dalam kandungan. Gelombang ultrasonik dipancarkan dan dipantulkan oleh jaringan tubuh, kemudian ditangkap oleh sensor untuk membentuk gambar. USG aman karena tidak menggunakan radiasi seperti sinar-X.
✅ Jawaban: janin
USG (Ultrasonografi) digunakan untuk melihat dan memantau perkembangan janin dalam kandungan secara aman.
USG (Ultrasonografi) digunakan untuk melihat dan memantau perkembangan janin dalam kandungan secara aman.
30
Ultrasonik dalam Pertanian
Perhatikan ilustrasi penggunaan ultrasonik dalam pertanian!
Gelombang ultrasonik dimanfaatkan dalam pertanian untuk:
1. Pengendalian hama: mengusir tikus dan serangga dengan frekuensi tertentu
2. Pemacuan pertumbuhan: merangsang perkecambahan biji
3. Pengawetan: membunuh bakteri pada hasil panen
4. Pengukuran kadar air: menentukan kualitas biji-bijian
Gelombang ultrasonik dimanfaatkan dalam pertanian untuk:
1. Pengendalian hama: mengusir tikus dan serangga dengan frekuensi tertentu
2. Pemacuan pertumbuhan: merangsang perkecambahan biji
3. Pengawetan: membunuh bakteri pada hasil panen
4. Pengukuran kadar air: menentukan kualitas biji-bijian
✅ Jawaban: hama
Gelombang ultrasonik dapat digunakan untuk mengusir hama seperti tikus dan serangga dalam pertanian.
Gelombang ultrasonik dapat digunakan untuk mengusir hama seperti tikus dan serangga dalam pertanian.