Kegiatan Belajar I

KEGIATAN BELAJAR I

Karakteristik gelombang bunyi

          Gelombang bunyi merupakan gelombang yang di dalam perambatannya memerlukan perantara (medium), sehingga termasuk gelombang mekanik. Gelombang bunyi termasuk gelombang longitudinal (terdiri atas rapatan dan renggangan). Sedang perantaranya bisa berupa gas, zat cair, dan zat padat. Gelombang bunyi tidak dapat merambat dalam ruang hampa udara. Kecepatan perambatannya di dalam zat padat lebih besar jika dibandingkan dengan zat cair atau gas. Hal ini disebabkan oleh molekul-molekul pada zat padat memiliki jarak yang lebih kecil dari pada zat cair atau gas, sehingga perpindahan energi kinetiknya lebih cepat.

          Pada sape’, proses aktivasi bunyi sama seperti gitar. Secara sederhana, senar sape’ yang dipetik menghasilkan getaran akibat simpangan yang diberikan. Gelombang yang dihasilkan akan beresonansi di tabung resonansi sape’. Frekuensi gelombang bunyi yang dihasilkan akan sama dengan frekuensi getaran senar. Bunyi dari sape’ merambat melalui udara ke telinga pemainnya atau orang lain yang terjangkau oleh radius bunyi tersebut.

Zat Cepat Rambat Bunyi (m/s)
Udara 340
Helium 977
Air 1500
Mamer 3810
Kayu 3850
Alumunium 5000
Besi 5120

Tabel 1. Cepat rambat bunyi di berbagai medium pada suhu 15o C

 

Gelombang bunyi berdasarkan frekuensinya dibedakan menjadi tiga:

Infrasonik (f < 20 Hz)

Audiosonik (20 Hz ≤ f ≤ 20.000 Hz). Frekuensi inilah yang dapat didengar oleh manusia.

Ultrasonik (f > 20.000 Hz), dapat didengar oleh anjing dan kelelawar.

 

Cepat rambat gelombang bunyi

a) Cepat rambat bunyi dalam zat padat bergantung pada modulus Young dan massa jenis zat padat tersebut. Pada sape’, zat padat dapat berupa kayu sebagai bahan utama pembuatan sape’.

\inline \LARGE \nu = \sqrt{\frac{E}{\rho}}              (1)

Keterangan:

\inline \LARGE \nu = cepat rambat bunyi (m/s)

 = modulus Young (N/m2)

 = massa jenis zat padat (Kg/m3)

b) Cepat rambat bunyi dalam zat cair bergantung pada modulus Bulk dan massa jenis zat cair.

             (2)

Keterangan:

= cepat rambat bunyi (m/s)

= modulus Bulk (N/m2)

= massa jenis zat padat (Kg/m3)

c) Cepat rambat bunyi dalam gas bergantung pada suhu dan jenis gasnya

                   (3)

Keterangan:

 = cepat rambat bunyi (m/s)

 = konstanta Laplace

 = konstanta gas umum (J/mol K)

 = suhu gas (K)

 = massa molekul relatif gas

d) Cepat rambat gelombang bunyi pada senar sape’. Percobaan Melde dilakukan untuk menentukan cepat rambat gelombang pada dawai. Kita bisa menganggap dawai tersebut adalah senar sape’. Alat yang digunakan disebut sonometer. Mendel menemukan bahwa cepat rambat gelombang pada dawai sebanding dengan akar gaya tegangan tali dan berbanding terbalik dengan akar massa persatuan panjang senar.

              (4)

jika ,  maka

           (5)

Keterangan:

 = cepat rambat bunyi (m/s)

 = gaya tegangan pada senar (N)

 = massa persatuan panjang senar (Kg/m)

 = massa senar (Kg)

 = panjang senar (m)

Agar lebih memahami, mari perhatikan contoh berikut:

Pertanyaan

Mengapa cepat rambat bunyi pada besi dan aluminium berbeda? Sedangkan kita mengetahui bahwa kedua medium tersebut termasuk zat padat. Jelaskan dengan menggunakan data dibawah ini:

EBesi = 210 x 109 N/m2;

EAluminium = 70 x 109 N/m2;

ρBesi = 7,9 x 103 Kg/m3;

ρAluminium = 2,7 x 103 Kg/m3

 

Diketahui:

EBesi = 210 x 109 N/m2

EAluminium = 70 x 109 N/m2

ρBesi = 7,9 x 103 Kg/m3

ρAluminium = 2,7 x 103 Kg/m3

Ditanya: Besi  dan  Aluminium

Jawab:

Persamaan untuk menentukan cepat rambat bunyi pada zat padat adalah sebagai berikut:

Pada besi

\LARGE \nu = \sqrt{\frac{210\times 10^{3}N/m^{2}}{7,5\times 10^{3}Kg/m^{3}}}

\large \nu = \sqrt{26,58\times 10^{6}}\; m/s

\large \nu = 5155\; m/s

Pada aluminium

Ternyata cepat rambat bunyi pada besi lebih besar daripada aluminium. Hal ini dibuktikan dengan perhitungan di atas. Cepat rambat bunyi pada sebuah medium ditentukan oleh modulus elastisitas (E) dan massa jenis (ρ) medium tersebut.

 

Soal-soal latihan

Tes Formatif 1

 

1.1 Sebuah gelombang longitudinal merambat dalam air yang memiliki modulus Bulk 4×109 N/m2. Menurut perhitungan Budi, besarnya cepat rambat bunyi dalam air adalah 1.500 m/s. Tepatkah perhitungan Budi tersebut? (ρair = 1000 kg/m3)

 

1.2 Diperoleh data dari sebuah senar yang memiliki massa m dan panjang saat ditegangkan dengan gaya F maka akan menghasilkan cepat rambat v.

Perhatikan grafik hubungan v dan F berikut:

 

Dengan melihat bentuk grafik di atas maka lengkapilah tabel berikut dan jelaskan hubungan v dan F

 

F (N) v (m/s)
10 ….
20 ….
30 ….
40 ….
50 ….
60 ….
70 ….