BAB I
GETARAN, GELOMBANG DAN BUNYI
Kompetensi dasar :Memahami Konsep Dan Prinsip-Prinsip Gejala Gelombang Secara Umum
Indikator : 1. Arti fisis getaran diformulasikan
2. Arti fisis gelombang dideskripsikan sebagai energi
3. Pengertian frekuensi dan periode suatu getaran dideskripsikan melalui percobaan 4. Pengertian rambatan getaran dan gelombang didefinisikan
5. Perambatan gelombang melalui suatu medium didefinisikan 6. Frekuensi, kecepatan rambat dan panjang gelombang
Tujuan :
1. Menyebutkan pengertian getaran
2. Mendeskripsikan gelombang sebagai energi
3. Mendeskripsikan pengertian frekuensi dan eriode suatu getaran melalui percobaan 4. Mendifinisikan perambatan gelombang melalui medium
5. Menyebutkan definisi frekuensi, kecepatan rambat dan panjang gelombang
Materi
A. GETARAN
Getaran adalah gerak berkala atau gerak berulang yang dipengaruhi oleh suatu gaya dengan waktu perulangan yang tetap. Getaran dapat merambat dari sumber getarnya ke tempat lainnya dalam bentuk gelombang.
Contoh Getaran yang mudah kita amati ialah Gerak bolak balik pada ayunan bandul.
Bandul dikatakan 1 getaran : O – A – O – B – O
Periode yaitu : Waktu yang diperlukan untuk melakukan satu kali getaran
Sehingga : T = 1/f atau f = 1/T Dengan : T = periode (s), f = frekuensi (Hz)
1. Getaran harmonik : getaran yang dipengaruhi oleh gaya yang arahnya selalu menuju ke satu titik dan besarnya sebanding dengan simpangannya
a. Pada pegas Periode pada pegas : Frekuensi pegas : Keterangan : T = periode (s) f = frekuensi (Hz)
m = massa benda (kg) k = konstanta pegas (N/m) CONTOH SOAL :
Suatu beban dengan massa m = 20 gram digantung pada sebuah pegas. Dari keaddan setimbang pegas ditarik dengan gaya 0,9 N sehingga menyimpang sebesar 3 cm, kemudian dilepaskan. Hitunglah : 1. Tetapan gaya pegas
2. Periode pegas 3. Frekuensi getarnya Jawab:
Diket : m = 20 gr = 0,02 kg X = 3 cm = 0,03 m F = 0,9 N
A O B
Dit : 1. k = ...?
2. T = ...?
3. f = ...?
Jawab : 1. F = -k.x
k = - F/x
k = - 0,9/0.03 = 30 N/m (harga mutlak)
2. : = 0,162 sekon
3. f = 1/T = 1/0,162 = 6,17 Hz b. Pada ayunan bandul
Periode pada ayunan : Frekuensi pada ayunan : Keterangan : T = periode (s) f = frekuensi (Hz)
l = panjang tali (meterr) g = percepatan grafitasi (m/s2) CONTOH SOAL:
Sebuah ayunan bandul dengan massa beban 50 gram dan panjang talinya 30 cm. Apabila bandul diberi simpangan θ = 150 (g = 10 m/s2) tentukanlah :
a. Amplitudo (simpangan maksimum) getaran b. Gaya pada saat simpangan maksimum c. Periode dan frekuensi getaran
Jawab:
Diket : m = 50 gr = 0,05 kg L = 30 cm = 0,3 m θ = 150
g = 10 m/s2 Dit : a. s = ...?
b. F =... ? c. T dan f = ...?
Jawab :
a. s = l sin θ
= 0.3 sin 150 = 0,3 . 0, 26 = 7,8 m b. F = - m. g sin 150
= - 0.05. 10. 0,26
= - 0,13 N (arahnya berlawanan dengan arah simpangan menuju titik kesetimbangan ) c. = = 1,09 sekon, f = 1/T = 1/1,09 = 0,92 Hz
4. Simpangan, kecepatan dan percepatan gerak harmonik a. Simpangan : y = A sin
y = A sin t ( = ) Keterangan : y = simpangan (meter)
A = Amplitudo (simpangan maximum) = kecepatan sudut (rad/s)
b. Kecepatan = vy = c. Percepatan =
B. GELOMBANG
Gelombang merupakan salah satu cara perpindahan energi
Benda atau zat tempat merambatnya gelombang disebut medium.
Dalam perambatan energi melalui gelombang, hanya energi saja yang berpindah tidak disertai pindahnya materi Jenis-jenis gelombang di alam ini berdasarkan sifat fisis nya adalah :
1. Berdasarkan arah getarannya : - Gelombang transversal - Gelombang longitudinal 2. Berdasarkan amplitudonya :
- Gelombang berjalan - Gelombang diam 3. Berdasarkan mediumnya :
- Gelombang mekanik ( gelombang yang membutuhkan medium dalam perambatannya)
- Gelombang elektromagnetik (gelombang yang tidak membutuhkan medium dalam perambatannya) C. FREKUENSI, CEPAT RAMBAT, DAN PANJANG GELOMBANG
a. Panjang gelombang (λ) , untuk gelombang transversal : 1 λ = 1 bukit – 1 lembah
Untuk gelombang longitudinal : 1 λ = rapatan – renggangan – rapatan atau sebaliknya.
b. Frekuensi gelombang (f) : banyaknya gelombang yang melewati suatu titik tiap satuan waktu c. Periode gelombang (T) : waktu yang diperoleh untuk menempuh satu panjang gelombang d. Cepat rambat gelombang ( v) = s/t
Maka pada gelombang : s = λ, dan t = T, maka besar v = λ/T atau v = f. λ, Keterangan : v = cepat rambat gelombang ( m/s2)
T = periode (s)
λ = Panjang gelombang(m) f = Frekuensi gelombang (Hz)
Tugas I : (dibuat dalam buku latihan)
1. Tuliskan definisi getaran dan gelombang 2. Tuliskan jenis-jenis gelombang
3. Tuliskan besaran-besaran yang berlaku pada gelombang beserta definisinya.
4. Sebuah mobil dengan massanya 2000 kg menggunakan peredam getaran dengan 4 buah pegas memiliki tetapan sama 15000 N/m. Bila mobil dibebani penumpang dan barang yang massa totalnya 400 kg, hitunglah :
a. Frekuensi getaran
b. Waktu yang terjadi untuk 2 getaran
5. Sebuah benda dengan massa 0,5 kg digantungkan pada sebuah pegas yang konstanta pegasnya 150 N/m.
Hitunglah frekuensi getarannya.
6. Sebuah mobil dengan massanya 1800 kg menggunakan peredam getaran dengan 4 buah pegas memiliki tetapan sama 18000 N/m. Bila mobil dibebani penumpang dan barang yang massa totalnya 200 kg, hitunglah :
a. Frekuensi getaran
b. Waktu yang terjadi untuk 2 getaran
7. 2 orang siswa melakukan percobaan ayunan bandul di sebuah bukit dengan maksud ingin mengetahui percepatan grafitasi di tempat itu. Panjang tali ayunan 29,5 cm. Dengan menggunakan stopwatch mereka mendapatkan data bahwa waktu 12 sekon bandul bergetar 11 getaran. Berapa percepatan grafitasinya ?
8. Sebuah bandul digantung pada seutas tali panjangnya 2 m. hitung perode bandul tersebut ( g= 9,8 m/s2 )\
9. Hitung perceptan grafitasi di suatu tempat jika suatu bandul panjangnya 150,3 cm membuat ayunan 100 ayunan dalam 264 detik ?
10. Sebuah sumber getar menghasilkan 36 gelombang setiap detiknya.
Hitunglah frekuensi gelombang itu, dan jika panjang gelombang 0,02 m, tentukan cepat rambat gelombang itu?
λ
Kompetensi dasar : Membedakan jenis-jenis gelombang
Indikator : - Karakteristik gelombang transversal dan longitudinal ditemukan melalui percobaan - Perambatan gelombang melalui suatu medium diperlihatkan melalui percobaan - Efek Doppler dirumuskan dari percobaan
- Kecepatan rambat gelombang bunyi dihitung dengan menggunakan rumusan efek Doppler Tujuan Pembelajaran :
1. Menemukan karakteristik gelombang transversal 2. Merumuskan efek dopler
3. Mengetahui perambatan gelombang
4. Menghitung kecepatan rambat gelombang bunyi
Materi
A. JENIS-JENIS GELOMBANG
Jenis-jenis gelombang di alam ini berdasarkan sifat fisis nya adalah : 1. Berdasarkan arah getarannya :
- Gelombang transversal
Yaitu gelombang yang arah rambatanya tegak lurus dengan arah getarnya Gelombang longitudinal
Yaitu gelombang yang arah rambatannya sejajar dengan arah getarnya 2. Berdasarkan amplitudonya :
- Gelombang berjalan
Persamaan gelombang ini : y = A sin (2 ft kx), + = arah rambatan kekanan, - = arah rambatan kekiri Keterangan : k = bilangan gelombang (m-1 ), k =
x = jarak titik ujung dari titik asal getaran (m) t = lama getaran (sekon)
f = frekuensi gelombang (Hz) A = amplitudo gelombang (m) y = simpangan gelombang Sudut fase gelombang : θ = 2 ft x
Fase gelombang : keadaan simpangan dan arah gerak suatu titik (benda)pada gelombang Persamaannya : φ = t/T x/λ
CONTOH SOAL
Sebuah gelombang berjalan memiliki persamaan y = 0,20 sin 0,40 t x), y dalam cm tentukanlah : a. Amplitudo
b. Bilangan gelobang c. Panjang gelombang d. Frekuensi getaran e. Cepat rambat gelombang
Jawab :
y = 0,20 sin t x) a. A = 0.20 cm
b. k = 0,40 cm-1
c. k = , λ = 2 /0,40 = 5 d. 2 ft = t
2f = 24 f = 12 Hz
e. v = fλ, v = 12.5 =60 cm/s
i
- Gelombang diam 3. Berdasarkan mediumnya :
- Gelombang mekanik ( gelombang yang membutuhkan medium dalam perambatannya)
- Gelombang elektromagnetik (gelombang yang tidak membutuhkan medium dalam perambatannya)
B. SIFAT-SIFAT UMUM GELOMBANG 1. Pemantulan gelombang (refleksi)
gel datang gelombang pantul
garis normal pada setiap pemantulan berlaku : a. Sudut datang (i) = sudut pantul (r)
b. Gelombang datang, gelombang pantul dan garis normal terletak pada satu bidang datar
2. Pembiasaan (refraksi)
Sebuah gelombang melewati 2 medium, maka gelombang akan mengalami pembelokan yang disebut pembiasan
Pada pembiasan ini berlaku HUKUM SNELLIUS sebagai berikut :
a. Bila suatu gelombang datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat, maka gelombang tersebut dibiaskan mendekati gas normal
renggang v1
rapat r v2
b. Bila suatu gelombang datang dari medium lebih rapat ke medium lebih renggang maka gelombang tersebut dibiaskan menjauhi gas normal
r (v2)
i
persamaan : = , f1 = f2 , maka = indeks bias gelombang : n = v1 /v2
maka indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1 n2-1 =
keterangan : i = sudut datang r = sudut pantul
v1 = cepat rambat medium 1(m/s) v2 = cepat rambat medium 2 (m/s) = panjang gelombang 1 (m)
= panjang gelombang 2 (m) 3. Penggabungan atau perpaduan (interferensi)
Yaitu saling berpadunya dan saling mempengaruhi antara 2 atau lebih gelombang 4. Pelenturan (difraksi)
Yaitu peristiwa pembelokan gelombang yang disebabkan oleh adanya celah sempit 5. Polarisasi
Yaitu hilangnya sebagian arah getar cahaya karena pengaruh absorpsi (penyerapan ) oleh 2 bidang batas zat optik
i
C. BUNYI DAN INTENSITAS BUNYI
- Bunyi dihasilkan oleh benda-benda yang bergetar
- Bunyi sampai ke telingga dalam bentuk gelombang longitudinal - Bunyi tidak dapat merambat pada ruang hampa
- Frekuensi bunyi dikelompokkan menjadi 3 : a. Infrasonik ( < 20 Hz) contoh : anjung, ayam
b. Audisonik ( 20 Hz s.d 20000 Hz), contoh pendengaran manusia c. Ultrasonik (> 20000 Hz) contohnya : kelelawar
- Bunyi juga dapat mengalami interferensi
- Resonansi yaitu peristiwa ikut bergetarnya benda karena benda lain yang bergetar. Syaratnya : f benda yang ikut bergetar = frekuensi benda yang bergetar
- Intensitas bunyi : tinggi rendahnya bunyi ditentukan oleh frekuensi, kuat lemahnya bunyi ditentukan oleh amplitudo
- Definisi intensitas bunyi : jumlah ehergi yang tiap detiknya menembus tegak lurus bidang persatuan luas bidang tersebut.
I = P/A atau I = P / 4 r2
Ket : I = intensitas bunyi (watt/m2 ) P = daya bunyi (watt) r = jari-jari bola (m) kesimpulan :
a. Besarnya intensitas bunyi sebanding dengan energi bunyi persatuan waktu b. Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pendengar dengan sumber bunyi c. I max = 100 watt /m2 atau 1 watt/m2
d. I terkecil yang masinh didengar = 10-12 watt /m2 (intensitas ambang bunyi) - Taraf intensitas bunyi : TI = 10 log I/I0 (dB)
- TI total = TI + 10 Log n Atau TI2 = TI1 + 20 log r12/r12
CONTOH SOAL
Sebuah mesin tik rata-rata menimbulkan taraf intensitas bunyi 60 dB, berapa banyak taraf intensitas yang ditimbulkan oleh 10 mesin ketik pada saat beramaan
JAWAB : TI = 10 log I/I0
60 = 10 log I/I0
Log I/I0 = 6 I/I0 = 106 I = 106 I0
10 mesin tik = I = 10 .106 Ip=107I0
TI = 10 log 107 I0 / I0 = 10 .7 70 dB D. EFEK DOPPLER
Bila bunyi bergerak relatif satu sama lain maka frekuensi yang didengar oleh pendengar tidak sama dengan frekuensi sumber bunyi., dikenal dengan gejala efek doppler (penemu : Christian Johann Doppler (1803 – 1855) Persamaan :
Keterangan : fp = frekuensi pendengar (Hz) fs = frekuensi sumber bunyi (Hz) v = cepat rambat medium (m/s) vp = cepat rambat medium(m/s) vs = cepat rambat medium (m/s) ketentuan :
1. Jika pendengar (p) mendekati sumber bunyi ( s) = Vp = + 2. Jika pendengar (p) menjauhi sumber bunyi ( s) = vp = - 3. Jika sumber bunyi (s) mendekati pendengar (p) = vs = - 4. Jika sumber bunyi (s) menjauhi pendengar (p) = vs = +
CONTOH SOAL :
Sebuah mobil membunyikan klakson dan bergerak menjauhi pendengar yang diam. Kecepatan mobil 72 km/jam dan frekuensi klaksonnya 150 Hz. Bial cepat rambat udaranya 340 m/s, berapak fekuensi yang terdengar oleh
pendengar?
Jawab :
Vp= 0
Vs = 72000/3600 = 20 m/s
V = 340 m.s
fs = 150 Hz
fp = fs
= 340 + 0/340 +20 .150 = 142 Hz
Tugas :
1. Jelaskan karakteristik gelong transversal dan longitudinal 2. Jelaskan sifat-sifat gelombang dengan bahasa mu sendiri
3. Sebuah mesin bubut menimbulkan taraf intensitas bunyi 70 dB, berapa banyak taraf intensitas yang ditimbulkan oleh 20 mesin ketik pada saat beramaan ?
4. Pada saat anda berdiri ditepi jalan tiba-tiba sebuah mobil mendekati anda dengan kecepatan 72 km/jam sambil membunyikan klakson. Jika cepat rambat udara = 340 m/s ternyata frekuensi bunyi yang ditangkap = 680 Hz. Berapa frekuensi klakson mobil sebenarnya?
5. Mencari bahan di internet mengenai Gelombang sonar,Supersonik dan sonic boom,Ultrasonik dan infrasonik, Gelombang radio, TV dan RADAR
