F. Gelombang Bunyi
1. Kecepatan Perambatan Gelombang Bunyi
yang enak didengar maupun bunyi yang bising. Perlu Anda ketahui bahwa bunyi adalah gelombang longitudinal yang memerlukan medium dalam perambatannya.
1. Kecepatan Perambatan Gelombang
Bunyi
Apakah Anda masih ingat, bagaimanakah gelombang bunyi merambat? Gelombang bunyi merambat melalui medium seperti gas, cair, ataupun padat. Tanpa adanya medium,Anda tidak dapat mendengar bunyi yang ditim-bulkan oleh benda yang sedang bergerak.
Gambar 1.56 Petikan gitar menghasilkan
Biasanya Anda mendengar bunyi atau suara yang merambat di udara. Bagaimanakah bunyi atau suara ketika merambat di dalam air? Coba Anda praktikkan di sebuah kolam renang dekat rumah atau sekolah Anda. Jika Anda sedang menyelam dalam sebuah kolam, kemudian teman Anda berteriak dari pinggir kolam, tentu saja Anda dapat mendengar teriakan teman Anda tersebut. Demikian juga ketika teman Anda tersebut sedang menyelam dan memu-kul dua buah batu yang ada di tangannya, tentunya Anda dapat mendengarkan dengan jelas gelombang bunyi yang ditimbulkan oleh pukulan batu tersebut.
a. Kecepatan Perambatan Bunyi di Udara
Anda telah mengertahui, gelombang bunyi memerlukan zat perantara seperti udara. Untuk mengetahui kecepa-tan perambakecepa-tan gelombang bunyi di udara, Anda dapat melakukan kegiatan berikut ini.
Menentukan kecepatan perambatan gelombang bunyi di udara.
Coba Anda sediakan dua buah pipa, sebuah selang plastik elas-tis, air secukupnya, dan sebuah garputala yang telah diketahui frekuensinya serta sebuah mistar. Kemudian, coba Anda susun peralatan percobaan tersebut seperti yang terlihat dalam gambar berikut.
Coba kamu hubungkan pipa A dan pipa B dengan sebuah selang plastik yang telah disiapkan. Kemudian, coba tuangkan air ke dalam pipa A sehingga air akan mengisi sebagian besar pipa-pipa tersebut. Ternyata, sebagian pipa-pipa ada yang kosong. Bagian pipa B yang kosong disebut sebagai panjang kolom udara. Un-tuk mengubah poanjang kolom udara tersebut caranya adalah dengan menggeser, menaikkan, atau menurunkan posisi pipa A. Jika pipa A dinaikkan, panjang kolom udara pada pipa B akan berkurang karena sebagian air mengalir ke pipa B. Akan tetapi, apabila pipa A diturunkan, panjang kolom udara pada pipa B akan bertambah.
Langkah-Langkah Kegiatan:
1. Coba Anda atur kolom udara pada pipa B sependek mung-kin, lalu getarkan garputala di atasnya.
2. Turunkan pipa A secara perlahan-lahan sehingga panjang kolom udara pada pipa B bertambah sambil mendengarkan
Eksperimen 1.2
saat terjadinya bunyi kuat yang dihasilkan oleh kolom udara pada pipa B.
3. Ukur panjang kolom udara pada pipa B, pada saat Anda mendengar bunyi kuat pertama. Coba Anda hasilnya dalam tabel (panjang kolom udara = l1)
Jumlah Pengukuran 1 2 3 4 5 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1. Getarkan garputala kembali dan turunkan pipa A secara perlahan-lahan sehingga kolom udara pada pipa B ber-tambah panjang. Coba dengarkan kembali saat terjadinya bunyi kuat yang kedua.
2. Ukur dan catat panjang kolom udara pada pipa B pada saat terjadinya bunyi kuat kedua (panjang kolom udara = l 2).
3. Coba ulangi langkah 4 sampai Anda mendengarkan bunyi keras berikutnya, yaitu bunyi kuat ke tiga.
4. Ukur dan catat panjang kolom udara pada pipa B, pada saat terjadinya bunyi kuat ke tiga (panjang kolom udara =
Agar memperoleh hasil pengukuran yang lebih teliti, coba ulangi langkah-langkah percobaan tersebut sehingga untuk panjang kolom udara l1, l2, dan l3) didapatkan
masing-masing lima hasil pengukuran.
Nilai rata-rata: Gambar 1.58
Dari hasil pengukuran panjang kolom udara pada kegiatan di atas, Anda dapat memperoleh nilai panjang gelombang bunyi dalam kolom udara. Dari l1 diperoleh
1
L, dari l 2 diperoleh L2, dan dari l3 diperoleh L3.
Ke-mudian, dari masing-masing nilai panjang gelombang bunyi dalam kolom udara tersebut Anda memperoleh masing-masing kecepatan v1 , v2 , dan v3 . dan dan dan
Nilai kecepatan rata-ratanya yaitu v1, v2 , dan v3, Anda akan memperoleh sebuah nilai kecepatan rata-rata v, yaitu sebagai berikut.
1 2 3
3
v v v
v= + +
Oleh karena nilai frekuensi f dari garputala diketahui, juga l1, l 2, dan l 3 (diperoleh dari hasil pengukuran),
kecepatan rata-rata gelombang bunyi di udara pada saat percobaan dapat ditentukan. Kolom udara yang diguna-kan untuk menentudiguna-kan kecepatan geombang di udara ini disebut tabung resonantor,
Dari percobaan dengan menggunakan tabung resonantor maka diperoleh bunyi kuat pertama, kedua, dan ketiga dengan panjang gelombang kolom udaranya masing-masing 9 cm, 24,5 cm, dan 40 cm. Jika frekuensi garputala yang digunakan 2.050 Hz, tentukan
nilai v1
, v2
, dan v3
dari masing-masing panjang kolom udara.
Penyelesaian:
Maka, panjang gelombangnya adalah sebagai berikut.
Dari hasil percobaan dengan menggunakan tabung kolom udara akan diperoleh selisih antara l 2 dan l1
, serta l 3 dan l2 yang hasilnya sama dengan setengah
panjang gelombang.
Jadi, bunyi keras berurutan akan terdengar jika perbedaan
panjang tabung udaranya
a. Kecepatan Perambatan Bunyi dalam Zat Cair, Zat Gas, dan Zat Padat
Coba kamu perhatikan gambar berikut.
Dari gambar tersebut tampak pada saat torak ditekan,
tekanan akan diteruskan ke zat cair sehingga kan timbul rapatan. Jika torak ditarik di dalam tabung akan terbentuk regangan. Seterusnya, jika dilakukan penarikan dan pene-kanan secara periodic pada zat cair akan terbentuk rapatan-rapatan dan regangan-regangan yang merambat ke kanan. Getaran dari rapatan dan regangan ini merupakan proses perambatan gelombang longitudinal di dalam zat cair.
Kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam zat cair ini bergantung pada inetraksi antara molekul dan sifat inersia medium. Interaksi antara molekul-molekul zat cair dinyatakan dengan modulus bulk (B). Modulus Bulk (B) didefinisikan sebagai berikut.
dengan: P Δ = perubahan tekanan V Δ = perubahan volume V = volume
Sifat inersia medium dinyatakan oleh massa jenis me-diumnya (R). Kecepatan perambatan gelombang bunyi di
dalam zat cair memenuhi persamaan sebagai berikut.
Tentukanlah kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam air. Jika diketahui modulus Bulk air 2,25 × 109 Nm-2 dan massa jenis air 103 kgm-3. Tentukan pula panjang gelombangnya, jika frekuensinya 4 kHz.
Jawaban: Diketahui:
B = 2,25 109 Nm-2; = 103 kgm-3; f = 4 103 Hz Kecepatan perambatan bunyi adalah sebagai berikut.
Panjang gelombang bunyi adalah sebagai berikut.
Bagimanakah jika perambatan bunyi tersebut terjadi di dalam tabung yang berisi gas? Dalam tabung yang berisi gas, modulus gas adalah B = P dengan adalah
tetapan Laplace, yaitu, merupakan besaran un-tuk menunjukkan kapasitas kalor gas pada tekanan tetap dibagi kapasitas kalornya pada volume tetap. P adalah tekanan gas. Kecepatan gelombang bunyi dalam zat gas memenuhi gelombang bunyi dalam zat gas memenuhi persamaan berikut ini.
Suatui gas ideal memiliki tekanan 7,4 × 105 Nm-2 dan rapat mas-sanya 1,5 kgm-3. Jika dikatahui tetapan Laplace untuk gas tersebut adalah 1,4, tenatukan kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam gas tersebut.
Penyelesaian:
Diketahu: P = 7,4 × 105 Nm-2; = 1,5 kgm-3; = 1,4 Kecepatan perambatan gelombang bunyi
Contoh Soal 1.14
Untuk medium berupa zat padat, modulus Bulk (B) digantikan dengan modulus Young (E) sehingga kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam sebuah batang akan memenuhi persamaan sebagai berikut.
E dalah modulus Young sebuah batang bersatuan Nm-2 dan
R adalah massa jenis batang bersatuan kgm-3.
Tabel 1.2 Modulus Young dan Modulus Bulk Beberapa Bahan
Bahan Modulus Young (Nm-2) Modulus Bulk (Nm-2)
Besi Baja Kuningan 100 × 109 200 × 109 100 × 109 90 × 109 140 × 109 80 × 109
Beton Batubara Marmer Granit Nilon Air Alkohol Raksa Udara 14 × 109 50 × 109 45 × 109 5 × 109 70 × 109 45 × 109 2 × 109 1 × 109 2,5 × 109 1,01 × 105
Tentukanlah kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam besi yang memiliki modulus Young 2 5 × 1011 Pa dan massa jenis 7,8 103 kgm-3.
Jawab: Diketahui:
E = 2 5 × 1011 Pa; R = 7,8 103 kgm-3
Kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam batang besi ada-lah
Contoh Soal 1.15