Peta Konsep

Bunyi

Efek doppler Superposisi Interferensi Resonansi Pantulan

TarafIntensitas

Audiosonik Infrasonik Ultrasonik Periode

Frekuensi

Amplitudo

Cepat Rambat

Panjang Gelombang

Fase

Daya &Intensitas

Gas

Cair

Padat

Besaran dasarnya

DiklasifikasikanBerdasarkan frekuensinya

Parameter

dipresentasikan

medium

Mengalami gejala

Sifat-sifat gelombang bunyi:a. mengalami pemantulanb. mengalami pembiasanc. mengalami interferensi

Pemantulan Bunyi

Perhatikan percobaan sederhana berikut:

Pembiasan Bunyi

Balon berisi karbondioksida

Interferensi Bunyi

F = 500 Hz – 2 kHz

Pembangkitfrekuensi

Pengeras suara Pengeras suara

lintasan

0,5 – 1 meter

Pada interferensi bunyi akan terjadi dua peristiwa, yaitu:a. penguatan bunyi ( interferensi konstruktif)b. pelemahan bunyi ( interferensi distruktif)

Contoh

Sebuah petir terdengar 4 s setelah kilat terlihat di langit. Berapakah jarak petir tersebut dari kita ? Kecepatan bunyi di udara sama dengan 330 m/s.

Jawab: s = v x t

= 330 x 4= 1320 m

The Propagation Speed of Sound Wafe (Cepat Rambat Gelombang Bunyi)

Mengukur Cepat Rambat Bunyi

a. Cepat rambat bunyi di dalam zat cair

dengan:B = modulus bulk zat cair (N/m2) = massa jenis zat cair (kg/m3)

B

v

b. Cepat rambat bunyi dalam zat padat

dengan:Y = modulus Young (N/m2) = massa jenis zat padat (kg/m3)

Yv

c. Cepat rambat bunyi dalam gas

dengan:R = tetapan umum gas = 8,3 J/mol KT = suhu mutlak (K)M = massa molekul

relatif gas (kg/mol) = konstanta Laplace

M

RTv

Contoh

Tentukan cepat rambat gelombang bunyi di dalam air dan tentukan juga panjang gelombang dari bunyi yang mempunyai frekuensi 262 Hz di dalam air. Diketahui modulus bulk air= (1/45,8) x 1011 Pa dan massa jenis air = 1000 kg/m3.

Penyelesaian:

Dari pers: maka:

smv

xv

Bv

/14781000

108,45

1 11

m

f

v

64,5262

1478

Berapakah cepat rambat gelombang bunyi dalam batang logam yang terbuat dari baja? Diketahui modulus Young baja, Y = 2,0 x 1011 Pa dan massa jenis baja = 7,8 x 103 kg/m3.

Diket: ditanya: vY = 2,0 x 1011 Pa = 7,8 x 103 kg/m3

jawab:

smv

x

xv

Yv

/5064

108,7

100,23

11

Hitunglah cepat rambat gelombang bunyi dalam udara pada temperatur absolut 300 K. Diketahui massa molekul udara, M= 28,8 x 10-3 kg/mol, konstanta Laplace udara, = 1,4, dan tetapan umum, R = 8,314 J/mol.K.

diket:T = 300 KM = 28,8 x 10-3 kg/mol = 1,40R = 8,314 J/mol.Kditanya: v

jawab:

smv

x

xxv

M

RTv

/348

108,28

300314,840,1

3

Frekuensi dan Tinggi Nada

Berdasarkan frekuensinya, bunyi dibedakan menjadi dua, yaitu:a. nada

adalah: bunyi yang frekuensinya teraturb. desah (noise)

adalah: bunyi yang frekuensinya tidak teratur

Berdasarkan tinggi-rendahnya frekuensi, bunyi dibedakan menjadi tiga, yaitu:a. infrasonik ( f 20 Hz)b. audiosonik (20 Hz f 20.000 Hz)c. ultrasonik (f 20.000 Hz)

Penggunaan gelombang ultrasonik:a. oleh kelelawar b. kacamata tunanetra untuk menentukan jarak benda.c. teknik pantulan pulsa ultrasonik untuk menentukan ke dalaman air di bawah kapal dan alatnya disebut fathometer.dirumuskan: d = ½ vt

d. untuk mengetahui keretakan pada titik- titik sambungan las.e. Di bidang industri untuk membuat bentuk atau ukuran lubang pada gelas dan baja.f. Di bidang kedokteran untuk USG (ultrasonografi)

Melde’s experimen

Cepat rambat gelombang bunyi pada dawai

Berdasarkan percobaan Melde, dapat disimpulkan bahwa:1. cepat rambat gelombang v berbanding

lurus dengan akar tegangan dawai F.2. cepat rambat gelombang v berbanding terbalik dengan akar massa dawai m3. cepat rambat gelombang v berbanding lurus dengan akar panjang dawai l

secara matematis dirumuskan:

Dengan :v = cepat rambat

gelombang bunyi pada dawai (m/s)

F = gaya tegangan dawai (N)

l = panjang dawai (m)m = massa dawai (kg) = massa tiap satuan

panjang (kg/m) = m/l

F

v

ataum

Flv

Sources of Sound (Sumber-Sumber Bunyi)

Dawai (String)

Pola Gelombang pada senarNada Dasar/Base Tone (fo) /harmonik pertama:

Nada atas pertama /The First Overtone (f1)/harmonik kedua:

S SP

atau

SS

S

P P

l = 1 atau 1 = l

21l l2

Nada atas kedua/ The Second Overtone (f2) / harmonik ketiga:

Nada atas ketiga (f3) / harmonik ke empat:

SSSS

P PP

atau

P P P P

S S S SS

l= 23 atau 3 = ½ l

223 l l3

22

Frekuensi yang dihasilkan:a. nada dasar

l

vvf

oo 2

b. nada atas pertama

l

v

l

vvf

22

11

c. nada atas ke kedua

l

v

l

vvf

23

3

22

2

d. nada atas ke tiga

l

v

l

v

l

vvf

242

2

13

3

sehingga perbandingan frekuensi dapat dirumuskan:

...:3:2:1...::: 21 fffo

jika:

maka frekuensi nada dasar dapat dirumuskan ( hukum Marsene):

A

F

m

FlFv

A

F

lm

Fl

l

F

lfo 2

1

2

1

2

1

dari uraian di atas dapat disimpulkan:

,...2,1,0

2

1)1(

2

11

1

2,1

n

F

l

nfnf

nl

PerutSimpulsehingga

nSimpulnPerut

on

n

Uji nyali

Dawai piano yang panjangnya 0,5 m dan massanya 10-2 kg ditegangkan 200 N, maka nada dasar piano adalah berfrekuensi……..

Known : Unknown : fo

l = 0,5 m

m = 10-2 kg

F = 200 N

Solution

Hzf

f

f

m

lF

lf

o

o

o

o

100

000.10

10

5,0200

5,02

1

.

2

1

2

Pola Gelombang pada Pipa Organa

Pipa Organa Terbuka

nada dasar (fo):

nada atas pertama (f1):

PP

S

l= ½ o atau o= 2lf0= v/2l

S S

P P P

l = 1 atau 1 = lf1 = v/l

nada atas ke dua (f2):

maka perbandingan frekuensinya:

f0 : f1 : f2: . . . : 1 : 2 : 3 : .

Hukum Bernoulli I

PPPP

SSS

223 l

l32

2 l

vf

2

32

Dari uraian di atas dapat disimpulkan:

,...2,1,02

11

1

1

2

1

0

21

nl

vnfnf

nl

SP

nP

nS

n

n

Pipa Organa Tertutupnada dasar (f0):

nada atas pertama (f1):

P

S

lataul 44

100

P P

SS

l

atau

l

3

4

4

3

1

1

nada atas ke dua (f2):

Frekuensi yang dihasilkan pada setiap pola gelombang:nada dasar:

nada atas pertama:

PPP

SSS

l

atau

l

5

4

4

5

2

2

l

vvf

400

l

vvf

43

11

nada atas ke dua (f2):

perbandingan frekuensi:

f0: f1: f2: . . . =1: 3: 5: . . .

Hukum Bernoulli II

berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan:

l

vvf

45

22

l

vnfnf

nl

nperutsimpul

n

n

41212

4

1)12(

1

0

Resonansi ialah : peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena ada benda lain bergetar.syarat terjadinya resonansi : kedua frekuensi sama atau frekuensi yang satu merupakan kelipatan frekuensi yang lain.contoh peristiwa resonansi:a. dua garpu tala yang kotak bunyinya dipasang berhadapan akan menyebabkan garpu lain bergetar ketika salah satu garpu digetarkan.b. senar gitar yang digetarkan akan menggetarkan udara yang ada di dalam kotak .c. Udara yang ada di dalam kolom udara akan bergetar jika garpu tala di atasnya digetarkan.

Perhatikan gambar:

dirumuska:P P

PS

S

Sl0=(1/4)

l1= (3/4)

air

air

,...2,1,0

12 41

n

nln

Iki contohe rek

Sepotong dawai yang kedua ujungnya terikat memiliki panjang l = 5 m, massa jenis linear = 40 g/m menghasilkan frekuensi nada dasar f0 = 20 Hz.a. Hitung gaya tegangan dawai!b. Berapa besar frekuensi dan panjang gelombang pada nada dasar atas pertama?c. Tentukan frekuensi dan panjang

gelombang pada dawai untuk nada atas kedua.

Penyelesaian :

diket:l = 5 m = 40g/m = 40 x 10-

3kg/mf0 = 20 Hz

ditanya:a. Fb. f1 dan 1

c. f2 dan 2.

jawab :a. gaya tegangan tali

NF

xF

flF

F

lf

1600

1042054

4

2

1

322

20

2

0

b. frekuensi nada atas pertama (n =1)

fn = (n +1)f0

f1 = (1 +1)20

f1 = 40 Hz

l =(n +1)½n

5 = (1 + 1) ½1

1 = 5 m

c. frekuensi nada atas kedua (n =2)

fn = (n +1)f0

f2 = (2 + 1)20

f2 = 60 Hz

l =(n +1)½n

5 = (2 + 1) ½2

2 = (2/3)5 m

2 = 3,33 m

Sebuah pipa organa terbuka yang panjangnya 2 m menghasilkan dua frekuensi harmonik yang berturut-turut adalah 410 Hz dan 495 Hz. Berapa cepat rambat bunyi pada pipa organa tersebut?

diket:l = 2 mfn = 410 Hz

fn+1 = 495 Hz

ditanya: v

jawab:

smv

xxlxvl

vl

vnn

l

vn

l

vnff nn

/340

22852852

85

2)12(410495

2)1(

2)2(1

Sebuah pipa organa tertutup memiliki panjang 50 cm. Jika cepat rambat bunyi di udara saat itu 340 m/s, tentukan frekuensi nada dasar f0, nada atas pertama f1 dan nada atas ke dua f2.

diket: ditanya: f0, f1, f2

l = 50 cm = 0,5 m

v = 340 m/s

nada atas pertama (n=1)fn = (2n + 1)f0

f1 = (2x1 + 1) 170

f1 = 3 x 170 = 510 Hz

nada atas kedua (n=2)f2 = (2x2 + 1)170

f2 = 5 x 170

f2 = 850 Hz

jawab: nada dasar (n = 0)

l

vnf n 4

12

Hzf

xxf

170

5,04

340102

0

0

Sebuah pipa organa terbuka (A) dengan panjang 45 cm terjadi 3 buah simpul. Nada pipa organa ini beresonansi dengan pipa organa lain yang tertutup (B) serta membentuk 2 buah simpul. Tentukan panjang pipa organa tertutup.

diket: pipa organa terbuka (A):lA = 45 cm; ∑ simpul : 3

pipa organa tertutup (B):∑ simpul : 2ditanya: lB

jawab: pipa organa

terbuka (A):∑ simpul = 3n + 1 = 3

n = 2maka:

A

n l

vnf

21

vf

vf

x

vf

30

190

3452

12

2

2

2

pipa organa tertutup (B):

∑ simpul = 2n + 1 = 2

n = 1maka:

B

n l

vnf

412

B

B

l

vf

l

vxf

4

3

4112

1

1

karena terjadi resonansi maka:

cml

xl

l

vv

ff

B

B

B

5,22

304

3

4

3

30

112

Intensitas dan Taraf Intensitas Bunyi

Intensitas Gelombang Bunyiadalah: energi yang dipindahkan per satuan luas per satuan waktu atau daya per satuan luas.secara matematis dirumuskan:

A

PI

dengan:I = intensitas gelombang bunyi (W/m2) P = daya gelombang (W)A = luas penampang bola (m2)

Sumber bunyi

12

pengurangan intensitas sumber bunyi akibat pertambahan jarak dari sumber bunyi dirumuskan:

21

22

2

1

22

21

21 4:

4:

r

r

I

I

r

P

r

PII

karena intensitas berbanding lurus dengan kuadrat amplitudo ym, maka diperoleh:

2

1

1

2

r

r

y

y

m

m

jika terdapat n sumber bunyi maka intensitas total sumber bunyi dirumuskan:

Itot = I1 + I2 +…… + In = nI

Taraf Intensitas Bunyiadalah logaritma perbandingan antara intensitas bunyi dengan intensitas ambang pendengaran.Dirumuskan:

dengan:TI : taraf intensitas (dB)I : intensitas bunyi (W/m2)I0 : intensitas ambang pendengaran :10-12 W/m2

0

log10I

ITI

Contoh:

Taraf intensitas bunyi yang dihasilkan oleh nyamuk di suatu tempat adalah 40 dB.a. Apabila ada n ekor nyamuk yang indentik, tentukan hubungan jumlah nyamuk terhadap taraf intensitas secara matematik.b. Berapa taraf intensitas yang baru jika ada 20 ekor nyamuk?

Penyelesaian:

jawab:a.

b. n = 20 ekorTIn = TI1 + 10 log n

= 40 + 10 log 20= 53 dB

nTITI

nI

ITI

nI

I

I

nITI

I

ITI

n

n

n

totn

log10

log10log10

log10log10

log10

1

0

00

0

Hubungan antara taraf intensitas dan jarak sumber bunyi:dari pers:

maka:

122

21

2

22

21

1

2

Ir

rI

r

r

I

I

1

212

2

112

2

2

1

0

12

220

211

2

0

22

log20

log20

log10log10

log10

log10

r

rTITI

r

rTITI

r

r

I

ITI

rI

rITI

I

ITI

Pelayangan Bunyi:adalah: interferensi yang terjadi akibat superposisi dua buah gelombang dengan frekuensi yang sedikit berbeda dan merambat dalam arah yang sama sehingga menghasilkan kenyaringan bunyi yang berubah-ubah secara periodik.Satu layangan bunyi terdiri dari: dua bunyi keras atau dua bunyi lemah yang terjadi secara berurutan.1 layangan: keras–lemah-keras atau

lemah-keras-lemah

Frekuensi pelayangan dirumuskan:

fp = f1 – f2

dengan:fp = frekuensi pelayangan (banyak

layangan/sekon)f1 = frekuensi gelombang 1 (Hz)f2 = frekuensi gelombang 2 (Hz)

Contoh:

Dua buah senar yang indentik memberikan nada dasar dengan frekuensi 400 Hz. Bila tegangan salah satu dawai ditambah 2 % , berapa frekuensi pelayangan yang terjadi ?

Diket:f1 = 400 Hz; F1 = F

F2 = 102 %F = 1,02F

Ditanya: fp

Jawab:dari pers:

Diperoleh:

Maka:fp = f1 – f2

= 400 – 404= 4 Hz

F

l

lf

2

1

2

1

2

F

F

f

f

Hzff

F

F

f

f

40440001,101,1

01,102,1

12

1

2

Efek Doppler

Secara umum dirumuaskan:

dengan:fp = frekuensi yang diterima pendengarfs = frekuensi sumber bunyiv = cepat rambat bunyivs= kecepatan sumber bunyivp = kecepatan pendengar

s

s

p

p

ss

pp

vv

f

vv

f

atau

fvv

vvf

bila terdapat angin yang berhembus dengan kecepatan va, maka efek doppler dirumuskan:

s

sa

pap f

vvv

vvvf

Contoh:

Sebuah ambulans bergerak dengan kecepatan 33,5 m/s sambil membunyikan sirenenya pada frekuensi 400 Hz. Seorang pengemudi truk yang bergerak berlawanan arah dengan dengan kecepatan 24,6 m/s mendengar bunyi sirene ambulan. Berapa frekuensi yang dia dengar saat mobil saling mendekat ?