1. GELOMBANG BUNYI Bunyi merupakan salah satu bentuk gelombang mekanik. Bunyi dapat merambat dalam zat cair, padat, maupun gas. Bunyi dapat terdengar keras, dapat pila terdengar lemah. Seperti apakah karakteristik gelombang bunyi? Apakah manfaatnya dalam kehidupan sehari-hari? Mari kita pelajari! BAB 2 Tujuan pembelajran Setelah mempelajari bab ini kamu diharapkan dapat 1.mendekskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang bunyi dan 2.menerapkan konsep dan prinsip gelombang Bunyi dalam teknologi

2. Peta Konsep Gelombang Bunyi Gelombang mekanik Gelombang Longitudinal Kolom udara UltrasonikInfrasonik Dawai Audiosonik Pipa Organa Gitar, Biola GasZat PadatZat Cair Seismik Musik,Alam Sistem USG merupakan Merambat pada Ditimbulkan oleh getaran Berdasarkan frekuensinya dikelompokkan menjadi Kata Kunci Audiosonik Bunyi Infrasonik Intensitas Layangan Melde Pipa Organa Sonometer Ultrasonik 3. Kita dapat mendengar bunyi karena adanya getaran yang merambat ke telinga kita. Getaran ini menyebabkan selaput gendang telinga kita bergetar. Selanjutnya, getaran itu diubah menjadi sinyal listrik yang diteruskan ke otak kita melalui syaraf pendengaran. Otak kita memiliki persepsi tertentu tentang berbagai jenis dan karakteristik bunyi. Ada bunyi tinggi, bunyi rendah, bunyi keras, serta bunyi lemah. Ada bunyi teratur (nada), ada bunyi tak teratur (desah), ada bunyi melengking ada pula bunyi menggelegar, semua itu merupkan gelombang yang mampu ditangkap indera pendengaran kita. Adakah gelombang bunyi yang tak bisa ditangkap indera pendengaran kita? Bagaimanakah cara menghasilkan bunyi teratur? Apa sajakah menfaat gelombang bunyi dalam kehidupan kita? Kita akan mempelajarinya di bab ini. A. Cepat Rambat Gelombang Bunyi Bunyi dirambatkan sebagai gelombang mekanik longitudinal pada medium padat, cair, maupun gas. Medium uang dilalui bunyi bergetar dalam bentuk rapatan dan renggangan. Telinga manusia mampu mendeteksi gelombang bunyi berfrekuensi 20 Hz hingga 20.000 Hz, yang disebut audiosonik. Gelombang bunyi berfrekuensi kurang dari 20 Hz disebut infrasonik tidak dapat terdeteksi telinga manusia. Gelombang bunyi berfrekuensi lebih dari 20.000 Hz yang disebut ultrasonik juga tak dapat terdeteksi telinga manusia. Gelombang bunyi merambat energi. Pada gelombang bunyi, energi merambat melalui tumbukan antarpartikel mediumnya. Dalam zat padat yang susunan partikelnya lebih rapat daripada zat cair dan gas, tumbukan antarpartikel jauh lebih mudah dan cepat. Oleh karena itu, cepat rambat bunyi pada zat padat jauh lebih besar daripada cepat rambat bunyi pada zat cair dan gas. Tabel 2.1 cepat rambat Bunyi dalam Berbagai medium Gas Cairan pada 25C Padat Bahan v (m/s) Bahan v(m/s) Bahan v(m/s) Hydrogen (0C) 1.286 Gliserol 1.904 Intan 12.000 Helium (0C) 972 Air Laut 1.533 Kaca Pyrex 5.640 Udara (25C) 343 Air 1.493 Besi 5.130 Udara (0C) 331 Raksa 1.450 Aluminium 5.100 Kerosin 1,324 Emas 3.240 Timbal 1.322 Sumber: Serway/Beichner Cepat rambat gelombang bunyi pada medium dapat ditentukan secara eksperimen. Salah satu eksperimen pengukuran cepat rambat gelombang bunyi adalah eksperimen Melde. Gambar 2.1 bunyi ditangkap oleh telinga manusia dalam bentuk perambatan energi 4. Eksperimen Melde dilakukan untuk menahan cepat rambat gelombang pada dawai. Dalam percobaan ini digunakan sumber getaran yang dapat menimbulkan gelombang pada kawat. Kawat tersebut dihubungkan dengan beban melalui katrol. Dalam eksperimen modern, skema eksperimen Melde secara prinsip ditunjukkan pada Gambar 2.3. Penggetar elektrik menggetarkan dawai dengan membentuk berbagai variasi panjang gelombang. Pada panjang gelombang tertentu (), frejuensi bunyi yang timbul diukur menggunakan frekuensimeter, diperoleh nilai f. Cepat rambat bunyi pada dawai diperoleh dengan rumus umum, v = f. Dari eksperimen yang dilakukannya, Melde mendapatkan suatu kesimpulan, yaitu: Cepat rambat gelombang bunyi pada dawai berbanding lurus dengan akar dari panjang dawai dan akar dari nilai gaya tegang dawai, serta berbanding terbalik dengan akar dari massa dawai. Bentuk matematis dari hasil eksperimen Melde itu adalah v = [2.1] dengan: v = kecepatan gelombang bunyi pada dawai m = massa dawai (kg) F = mg = besar tegangan dawai (N), g = besar percepatan gravitasi bumi. = panjang dawai (m) Nilai m/ adalah nilai massa dawai per satuan panjang dawai yang disimbolkan dengan . Dengan demikian, cepat rambat gelombang bunyi pada dawai berdasarkan eksperimen Melde dapat dinyatakan dengan v = [2.2] 5. Seorang siswa melakukan eksperimen Melde. Panjang dawai yang digunakan adalah 1 meter dan penggetar menghasilkan pola 2 gelombang. Massa dawai tiap 1 m adalah 10 gram, sedangkan frekuensi bunyi yang terukur adalah 60 Hz (g = 10 m/s2 ). Hitunglah massa beban yang digantungkan! Jawab: Pada tali sepanjang 1 meter terdapat 2 gelombang, berarti panjang gelombangnya atau panjang 1 gelombang adalah = 0,5 m. Dengan frekuensi sebesar f = 60 Hz, cepat rambat bunyi pada dawai itu adalah v =f = (0,5 m)(60 Hz) = 30 m/s Massa dawai tiap 1 m adalah 10 gram berarti rapat massa dawai itu adalah = 10g/1m = 0,01 kg/m Berdasarkan persamaan [2.2] diperoleh F = v2 = (0,01 kg/m)(30m/s)2 = 9 N. Dengan F = mg, kita peroleh m = F/g = (9 N)/(10 m/s2 ) = 0,9 kg. B. Sumber-Sumber Bunyi Apa sajakah yang bisa menghasilkan bunyi? Banyak sekali. Peluit yang ditiup, besi yang dipukul, dan tepukan tangan, semua itu dapat menghasilkan bunyi. Contoh alat musik yang menghasilkan gelombang bunyi. Tidak semua bunyi enak didengar. Bunyi yang teratur lebih enak didengar. Bunyi yang teratur disebut nada. Nada memiliki pola frekuensi tertentu. Nada bisa dihasilkan oleh alat musik dawai, seperti gitar, biola, cello, dan kecapi, maupun alat musik lain seperti seruling, terompet, saksofon, piano, dan organ. Contoh 2.1 LATIHAN 2.1 1. Berdasarkan hasil eksperimen Melde, dipengaruhi oleh apa sajakah nilai cepat rambat gelombang pada dawai ? 2. Seutas dawai homogen sepanjang 75 cm memiliki ketegangan 30 N. Massa dawai itu 25 g. tentukan cepat rambat gelombang bunyi pada dawai itu dalam satuan m/s! 6. Disubbab ini kita akan mempelajari pembentukkan pola frekuensi pada dua tipe sumber bunyi teratur, yaitu dawai dan pipa organa. 1. Dawai Seutas dawai sepanjang terikat kedua ujungnya (Gambar 2.5). Jika dawai itu dipetik, gelombang usikan akan bergabung dengan gelombang pantulan di kedua ujungnya membentuk gelombang stasioner atau gelombang berdiri. Dawai yang dipetik akan menghasilkan bunyi dengan frekuensi tertentu. Frekuensi bunyi yang timbul dapat diperhitungkan dengan mengamati pola- pola harmonik yang terbentuk. a. Nada Dasar Jika dawai dipetik dan terbentuk pola seperti Gambar 2.6, dikatakan bahwa dawai menghasilkan pola nada dasar atau pola harmonik pertama. Pada pola itu terbentuk setengah gelombang. Jadi, panjang dawai bernilai setengah panjang gelombang, = atau = 2 . Frekuensi nada dasar pada dawai itu (f1) dapat ditentukan dengan rumus: f1 = = [2.3] b. Nada Atas Pertama Jika pola gelombang yang terbentuk seperti pada Gambar 2.7, berarti dawai itu menghasilkan nada atas (overtone) pertama atau harmonik kedua. Pada pola itu terbentuk satu gelombang. Jadi, panjang dawai bernilai satu panjang gelombang, = . Frekuensi nada atas pertama atau frekuensi harmonik kedua pada dawai itu (f2) adalah f2 = = [2.4] c. Nada Atas Kedua Jika pola gelombang yang terbentuk seperti pada Gambar 2.8, berarti dawai itu menghasilkan nada atas kedua atau harmonik ketiga. Pada pola itu, terbentuk satu setengah gelomban. Jadi, panjang dawai bernilai satu setengah panjang gelombang, = 3/2 atau = . Frekuensi nada atas kedua atau frekuensi harmonik ketiga pada dawai itu (f3) adalah f3 = = [2.5] 7. Berdasarkan pembahasan di atas, frekuensi-frekuensi harmonik pada dawai yang panjangnya secara umum dapat dirumuskan dengan fn = n atau fn = nf1 [2.6] dengan n = orde harmonik, fn = frekuensi harmonik ke-n, v = cepat rambat bunyi dalam dawai. Nada atas ke-2 pada sebuah dawai memiliki frekuensi 1.320 Hz. Tentukan frekuensi nada dasarnya! Jawab : Nada atas kedua merupakan harmonik ketiga yang frekuensinya adalah: f3 = 3f1. Dengan demikian diperoleh f1 = f1/ 3 = 1.320 Hz/3 = 440 Hz. 2. Pipa Organa Selain pada dawai, pola-pola harmonik bisa juga terbentuk pada kolom udara, seperti pada pipa organa. Pipa organa digunakan pada alat musik organa. Ada dua macam pipa organa yang akan kita pelajari, yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup. Kita akan mempelajari pola-pola harmonik pada pipa organa tersebut. a. Pipa Organa Terbuka Contoh gambar pipa organa Pipa organa terbuka mkerupakan tabung atau kolom udara yang kedua ujungnya terbuka. Kita akan mempelajari pola-pola harmonik yang terbentuk pada pipa organa terbuka ini. 1) Nada Dasar Polagelombang seperti Gambar 2.10 menghasilkan nada dasar. Panjang kolom udara sama dengan setengah gelombang, = atau = 2 . Frekuensi nada dasar atau harmonik pertamanya (f1) adalah f1 = = [2.7] 2) Nada Atas Pertama Pola gelombang seperti Gambar 2.11 menghailkan nada atas pertama. Panjang kolom udara sama dengan satu gelombang, = . Frekuensi nada atas pertama atau harmonik keduanya (f2 ) adalah f2 = = [2.8] Contoh 2.2 8. 3) Nada Atas Kedua Pola gelombang seperti Gambar 2.12 menghasilkan nada atas kedua atau harmonik ketiga. Panjang kolom udara sama dengan satu setengah gelombang, = 3/2 atau = Frekuensi nada atas kedua atau harmonik ketiga adalah f3 = = [2.9] Frekuensi-frekuensi harmonik pada pipa organa terbuka yang panjangnya secara umum dapat dirumuskan dengan fn = n atau fn = nf1 [2.10] dengan n = orde harmonik, fn = frekuensi harmonik ke-n, v = cepat rambat bunyi dalam kolom udara pipa organa. Rumus umum ini mirip dengan rumus umum frekuensi harmonik pada dawai. Pada sebuah pipa organa terbuka, frekuensi nada dasarnya adalah f. Tentukan frekuensi harmonik ke-3 dan ke-4! Jawab : Dengan menggunakan rumus umum fn = nf1 , diperoleh f3 = 3f dan f4 = 4f b. Pipa Organa Tertutup Pipa organa tertutup merupakan kolom udara (tabung) yang salah saru ujungnya tertutup. Sedangkan ujung lainnya terbuka. Pola harmonik pada pipa organa tertutup berbeda dengan pola harmonik pada pipa organa terbuka. 1) Nada Dasar Pola gelombang seperti Gambar 2.13, menghasilkan nada dasar. Panjang kolom udara sama dengan seperempat gelombang, = atau = 4 . Frekuensi nada dasar atau harmonik pertamanya adalah f1 = = [2.11] 2) Nada Atas Pertama Pola gelombang seperti Gambar 2.14 menghasilkan nada atas pertama atau harmonik kedua. Panjang kolom udara sama dengan tiga perempat gelombang, = atau = 4 /3. Frekuensi nada atas pertama atau harmonik keduanya adalah f2 = = = [2.12] Contoh 2.3 9. 3) Nada Atas Kedua Pola gelombang seperti Gambar 2.15 menghasilkan nada atas kedua atau harmonik ketiga. Panjang kolom udara sama dengan satu seperempat gelombang, = 5/4 atau = 4 /5. Frekuensi nada atas pertama atau harmonik keduanya adalah f3 = = = [2.13] Frekuensi-frekuensi harmonik pada pipa organa tertutup yang panjangnya secara umum dapat dirumuskan dengan fn =(2n 1) atau fn = (2n 1)f1 , n =1,2,3, [2.14] dengan v = cepat rambat bunyi dalam kolom udara pipa organa dan n = orde harmoniknya. Nada atas pertama pada pipa organa tertutup memiliki frekuensi 1.320 Hz. Tentukan frekuensi nada dasarnya! Jawab: Nada atas pertama merupakan harmonik kedua yang frekuensinya adalah f2 = ((2)(2) 1)f1 = 3f1 Dengan demikian diperoleh f1 = f2/3 = 1.320 Hz/3 = 440 Hz. C. Efek Doppler, Resonasi, dan Pelayangan pada Bunyi 1. Efek Doppler pada Bunyi Efek Doppler merupakan fenomena pergeseran frekuensi hasil pengamatan yang terjadi akibat adanya gerak relatif antara sumber gelombang dengan pengamat. Contoh 2.4 LATIHAN 2.2 1. Sebuah dawai bermassa 40 g yang dipetik, memiliki panjang gelombang nada dasar sebesar 20 cm. jika frekuensi harmonik ketiga pada dawai itu adalah 60 Hz, hitunglah laju gelombang pada dawai itu! 2. Sebuah pipa organa terbuka dapat menghasilkan bunyi nada dasardengan frekuensi kHz. Jika pipa organa itu panjangnya 30 cm, hitunglah cepat rambat gelombang bunyi dalam pipa itu! 10. Jika frekuensi sumber bunyi adalah fs, frekuensi yang teramati oleh pengamat adalah fp, cepat rambat bunyi di udara adalah v, kecepatan gerak sumber bunyi adalah vs, dan kecepatan gerak pengamat adalah vp, rumus umum pergeseran frekuensi pada efek Doppler dapat dinyatakan dengan fp = fs [2.15] Keterangan: vs positif jika sumber bergerak menjauhi pengamat, dan bernilai negatif jika sumber bergerak mendekati pengamat, vp positif jika pengamat bergerak mendekati pengamat, dan bernilai negatif jika pengamat menjauhi sumber, vp = 0 jika pengamat diam di tempatnya, vs = 0 jika sumber diamdi tempatnya. Jika vs = 0 dan vp = 0, maka fp = fs. Persamaan [2.15] menunjukkan bahwa: jika salah satu atau kedua pihak mendekat, frekuensi yang diterima pengamat akan lebih tinggi daripada frekuensi sumber, fp > fs jika salah satu atau kedua pihak menjauh, frekuensi yang diterima pengamat akan lebih rendah daripada frekuensi sumber, fp < fs. Marwan berdiri diam di tepi jalan yang membujur dari timur ke barat. Markum mengendarai sepeda dari arah timur ke tempat Marwan berdiri dengan kelajuan 12 m/s. Sementara itu, dari tempat Marwan berdiri, sebuah mobil polisi meluncur ke timur denganlaju 72 km/jam sambil membunyikan sirene berfrekuensi 720 Hz. Jika kecepatan bunyi di udara adalah 340 m/s, tentukan frekuensi sirene yang teramati oleh (a) Marwan dan (b) Markum! Jawab: (a) sudut pandang Marwan, sumber bergerak menjauhi pengamat vp = 0, vs = 72 km/jam = 20 m/s, fs = 720 Hz fp = (720 Hz) = 680 Hz (b) sudut pandang Markum, sumber bergerak mendekat pengamat vp = 12 m/s, vs = 72 km/jam = 20 m/s, fs = 720 Hz Contoh 2.5 11. fp = (720 Hz) = 792 Hz 2. Resonasi Bunyi Reonasi merupakan peristiwa ikut bergeraknya suatu benda akibat adanya getaran yang frekuensinya sama dengan frekuensi ilmiah benda itu. Contoh resonasi dapat kamu amati dengan mengamati dua garputala yang frekuensinya sama. Jika salah satu garputala dibunyikan dan didekatkan pada garputala yang masih didiamkan, garputala yang semula diam itu akan ikut bergetar. Hal ini karena frekuensi ilmiah kedua garputala itu sama. Pada alat musik biasanya terdapat bagian yang berfungsi sebagai tempat resonasi agar suara yang dihasilkan jernih dan kuat. Gitar akustik merupakan alat musik dengan kotak resonasi. Coba kamu sebutkan beberapa alat musik lain yang menggunakan resonasi! 3. Pelayangan Bunyi Jika ada dua gelombang bunyi yang frekuensinya berbeda sedikit mucul bersama-sama, kita akan mendengar suara kuat dan lemah secara bergantian. Hal ini merupakan fenomena pelayangan. Jika kedua frekuensi yang berbeda sedikit itu diketahui, frekuensi pelayangannya dapat dihitung dengan rumus: fpelayngan = ftinggi frendah [2.16] Proses terjadinya pelayangan dapat kamu pahami dengan menyimak Gambar 2.18 secara teliti. Satu siklus pelayangan terjadi di antara dua bunyi lemah atau di antara dua bunyi kuat yang berurutan. Sebuah sirene berbunyi dengan frekuensi 800 Hz. Tiba-tiba sirene lain berbunyi. Akibatnya terdengar bunyi keras dan lemah secara periodik dengan periode 0,5 sekon. Tentukan frekuensi dari sirene yang kedua! Jawab: Periode pelayangan (Tp) = 0,5 s, maka fp = 1/Tp = 2 Hz fp = ftinggi - frendah Ada 2 kemungkinan jawaban. Jika sirene kedua frekuensinya lebih tinggi, berarti frekuensi sirene kedua adalah (800 + 2) Hz = 802 Hz. Jika sirene kedua frekuensinya lebih rendah, berarti frekuensi kedua adalah (800 2) Hz = 798 Hz. Contoh 2.6 12. D. Intensitas dan Taraf Intensitas Bunyi 1. Intensitas Bunyi Intensitas bunyi adalah banyaknya energi bunyi per sekon per satuan luas bidang per sekon. Energi per sekon adala daya (P). Jadi, intensitas bunyi (I) yang menembus luasan A dapat dinyatakn dengan I =P/A [2.17] Satuan SI untuk intensitas bunyi adalah W/m2 . Jika sumber bunyi berupa titik, kedudukan titik-titik yang mengalami intensitas yang sama berupa kulit bola. Intensitas bunyi pada jarak R dari sumber bunyi titik yang memilki daya P dirumuskan dengan I = = [2.18] Telinga manusia memiliki kemampuan. Telinga manusia hanya mampu menerima bunyi dalam batas-batas nilai intensitas tertentu. Nilai intensitas terkecil yang masih mampu dideteksi oleh telinga manusia normal disebut intensitas ambang pendengaran. Nilai intensitas ambang pendengaran sekitar 10-12 W/m2 pada frekuensi 1 kHz. Intensitas terbesar yang masih dapat diterima telinga manusia tanpa merasa sakit disebut ambang rasa sakit. Nilai intensitas ambang rasa sakit sekitas 1 W/m2 pada frekuensi 1 kHz. 2. Taraf Intensitas Bunyi Oleh karena selang intensitas antar ambang pendengaran dan ambang rasa sakit sangat lebar (10-12 W/m2 ), dibuatlah ukuran yang lebih praktis untuk melukiskan intensitas bunyi. Ukuran yang lebih praktis itu disebut taraf intensitas bunyi. Taraf intensitas bunyi (TI) diperoleh dari nilai logaritma perbandingan antara intensitas bunyi ( I ) dan nilai intensitas ambang pendengaran (I0), sesuai persamaan: LATIHAN 2.3 1. Sistem deteksi suara di dalam pesawat yang sedang terbang menuju bandara mendeteksi bunyi sirene bandara dengan frekuensi 2.000 Hz. Jika frekuensi bunyi sirene bandara adalah 1.700 Hz dan cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s, hitunglah kecepatan pesawat itu! 2. Ketika menguji dua loudspeaker yang berbeda karakteristiknya secara bersamaan, Sandro mendeteksi adanya pelayangan. Jika Sandro mendengar bunyi keras-lemah-keras-lemah- keras berurutan dalam waktu 2 s, hitunglah frekuensi pelayangan yang terjadi! 13. TI = 10log [2.19] Taraf intensitas bunyi diukur dalam satuan desibel (dB) sebagai penghormatan terhadap Alexander Graham Bell. Suatu sumber bunyi memiliki daya 20 W. Tentukan intensitas bunyi dan taraf intensitas bunyi di suatu tempat pada jarak 40 cm dari sumber bunyi itu! Jawab: P = 20 W, R = 40 cm = 0,4 m I = P/A = (20 W)/(4(0,42 )) = 31,25 W/m2 TI = 10 log (I/I0) = 10 LOG (31,25/10-12 ) = 10 (log 31,25 log 10-12 ) = 10 (1,49 + 12) = 134,9 dB E. Penerapan Gelombang Bunyi dalam Teknologi Gelombang bunyi dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang teknologi. Dalam sistem penginderaan jauh, bunyi digunakan dalam perangkat SONAR (Sound Navigation and Ranging ). Sonar biasanya digunakan dalam air. Prinsip sonar sama dengan radar, hanya saja yang digunakan bukan gelombang mikro seperti pada radar, melainkan gelombang bunyi. Sonar bisa digunakan untuk mengukur kedalaman laut. Selain itu, sonar juga digunakan sebagai sistem navigasi pada kapal selam. Selain sonar, dikenal pula SODAR (Sonic Detection and Ranging ). Contoh 2.7 LATIHAN 2.4 1. Di tempat jauh 2 m dari sebuah sumber bunyi terpantau intensitas sebesar 0,01 W/m2 . Jika sumber bunyi dapat dianggap sebagai titik sumber bunyi, tentukan intensitas bunyi pada radius 10 m dari sumber bunyi itu! 2. Dalam penelitian tingkat kebisingan di sebuah sekolah pada siang hari diperoleh fakta bahwa taraf intensitas bunyi rata-ratanya 40 dB. Tentukan rata-rata intensitas bunyi yang diterima para siswa sekolah itu! 14. Sodar digunakan di bidang meteorologi untuk menyelidiki keadaan atmosfer dengan mengukur kelajuan angin pada berbagai ketinggian. Sodar kadang juga disebut echosounder atau radar akustik. Di bidang kedokteran, gelombang bunyi, terutama gelombang ultrasonik digunakan untuk mencitrakan janin dalam kandungan dengan teknologi ultrasonografi (USG). Hasil pencitraan USG disebut sonogram. Ultrasonografi biasanya juga digunakan untuk meneliti jenis kelamin janin yang ada dalam kandungan. Pada usia kandungan tertentu biasanya jenis kelamin bayi dalam kandungan bisa teramati pada sonogram. LATIHAN 2.5 1. Cara kerja sonar mirip dengan cara kerja radar. Misalkan sonar digunakan untuk mengukur kedalaman laut. Jika gelombang bunyi yang dipancarkan dari sistem sonar itu terpantul kembali dalam waktu 3 s, tentukan kedalaman laut yang terukur! (cepat rambat bunyi dalam air laut = 1.533 m/s) 2. Jelaskan prinsip navigasi menggunakan sonar! 15. Navigasi Bunyi Pada Hewan Kemajuan teknologi telah memungkinkan digunakannya gelombang bunyi sebagai alat bantu penginderaan jarak jauh. Dengan berbagai peralatan diperoleh berbagai data yang akhirnya dapat ditafsirkan dengan metode tertentu. Tahukah kamu bahwa sistem penginderaan jarak jauh menggunakan gelombang bunyi itu secara alami dimiliki oleh beberapa jenis hewan? Ikan paus dan lumba-lumba, misalnya, menggunakan gelombang infrasonik untuk berkomunikasi satu sama lain. Seekor ikan paus memancarkan isyarat berupa gelombang infrasonik yang akan diterima oleh ikan paus lain pada jarak hingga puluhan kilometer. Sistem navigasi dengan gelombang ultrasonik ternyata dimiliki oleh kelelawar. Saat terbang, kelelawar memancarkan gelombang ultrasonik dan mendeteksi kembali pantulannya. Karakteristik gelombang pantulan yang diterima kembali oleh kelelawar merupakan tindakan kelelawar itu. Jika yang terdeteksi adalah mangsanya, kelelawar akan segera mengejar dan menangkapnya. Namun, jika yang terdeteksi adalah dinding batu, misalnya, tentu saja kelelawar akan segera membelok, menghindari dirinya agar tidak menabrak dinding itu. Aktivitas Bunyi Paku Alat: 1 buku catatan, 1 baki plastik, 1 karet busa, 3 paku dengan ukuran berbeda, 1 pensil yang belum diraut. Cara Kerja: 1. Pikirkan suara yang akan timbul jika masing-masing paku itu diketok menggunakan pensil. Akankah bunyi ketiga paku sama atau berbeda? Catatlah prediksimu dalam buku catatan. 2. Letakkan ketiga paku pada karet busa. Uji prediksimu dengan mengetok tiap paku menggunakan pensil. Untuk memperoleh bunyi yang jelas, ketoklah cukup pelan tapi cepat.lakukan hal ini bergantian dengan temanmu sehingga kalian berdua bisa mendengar bunyinya. 3. Diskusikan dengan temanmu, apakah ada paku yang menghasilkan bunyi lebih tinggi dibanding yang lain? Adakah bunyi yang lebih rendah? Tuluslah dekskripsi buyni yang kamu dengar pada buku catatanmu! Pertanyaan: 1. Apakah ukuran paku mempengaruhi tinggi-rendah bunyi yang ditimbulkannya? 2. Seandainya paku-paku itu dibuat dari bahan-bahan yang berbeda, apakah jenis bahan mempengaruhi tinggi-rendah bunyi yang ditimbulkannya? Kamu Perlu Tahu 16. Studi Kasus Sonic Boom Istilah dentuman sonik biasa digunakan untuk menyatakan gelombang kejut yang disebabkan oleh pesawat supersonik. Dentuman sonik menghasilkan bunyi yang berenergi sangat besar, lebih menyerupai ledakan. Halilintar merupakan contoh dentuman sonik alami. Beberapa pesawat tempur dan pesawat penumpang supersonik memang memilki kecepatan yang dapat dipacu hingga melampaui kecepatan suara. Pesawat tempur F-16 dan pesawat penumpang Concorde mampu melaju dengan kecepatan hingga 2 Mach atau dua kali kecepatan suara. Pesawat-pesawat semacam itu dapat menghasilkan dentuman sonik dalam perjalanannya. Namun, baling-baling pesawat yang berputar sangat cepat kadang juga bisa menimbulkan dentuman sonik meskipun kelajuan pesawat tidak melebihi kecepatan suara. Pertanyaan Diskusi 1. Apakah yang menyebabkan dentuman sonik itu, gerak melebihi kecepatan suara ataukah getaran berfrekuensi tinggi? 2. Berbahayakah dentuman sonik itu? 17. Tokoh Ernst Mach (18 Februari 1838 19 Februari 1916) Ernst Mach lahir di Chirlitz, sebuah wilayah kekaisaran Australia. Ayahnya adalah seorang guru privat dari keluarga bangsawan Brethon di Zlin, Moravia bagian selatan setelah lulus dari Universitas Praha. Hingga usia 14 tahun, Mach dididik di rumah oleh kedua orang tuanya. Kemudian ia bersekolah di Gymnasium di Kremsier selama 3 tahun. Pada tahun 1855 ia masuk Universitas Vienna. Di situ ia mempelajari fisika danmemperoleh gelar doktornya pada tahun 1860. Pekerjaannya mula-mula terfokus pada efek Doppler pada cahaya dan bunyi. Pada tahun 1864, ia mendapat tugas sebagai profesor Matematika di Graz dan pada tahun 1866, ia dilantik sebagai profesor di bidang fisika. Selama periode itu Mach melanjutkan pekerjaannya dalam hal psiko-fisika dan persepsi sensor. Pada tahun 1867, ia dilantik sebagai Guru Besar Fisika Eksperimen di Universitas Charles-Ferdinand,Praha, dimana ia tinggal selama 28 tahun. Hampir seluruh kajian ilmiah Mach berkisar mengenai fisika eksperimen yang difokuskan pada interferensi, difraksi, polarisasi, dan refraksi cahaya pada medium yang berbeda dengan perlakuan tertentu. Kajian itu segera diikuti dengan penelitiannya tentang kecepatan supersonik. Makalah Mach mengenai hal ini diterbitkan pada tahun 1877 dan dengan tepat mendekskripsikan efek bunyi yang teramati selama gerak supersonik sebuah proyektil (peluru). Mach memperkirakan adanya gelombang kejut yang berbentuk kerucut di mana proyektil berada pada bagian puncak kerucut itu. Perkiraan ini akhirnya terbukti secara eksperimen. Rasio laju proyektil terhadap laju bunyi sekarang ini dikenal sebagai bilangan Mach yang sangat penting di bidang aerodinamika dan hidrodinamika. Konstribusi utama Mach pada ilmu fisika adalah dekskripsinya tentang gelombang kejut balistik. Ia mendekskripsikan mekanisme penembusan rintangan udara yang mampat di depan peluru. Dengan menggunakan metode tertentu, Mach dan putranya, Ludwig berhasil mengambil foto bayangan dari gelombang kejut yang tak nampak. Selama awal 1890-an, Ludwig berhasil menemukan sebuah interferometer yang memungkinkan diperolehnya foto yang lebih jelas. Mach juga memberikan konstribusi bagi ilmu psikologi dan fisiologi termasuk cara penanganan fenomena gestalt, penemuannya tentang pita Mach sebauh pencegahan munculnya satu tipe ilusi visual tertentu, dan terutama penemuannya tentang fungsi non-akustik telinga bagian dalam yang membantu pengendalian keseimbangan tubuh manusia. Pada tahun 1898, Mach mengalami stroke dan pada tahun 1901, ia pensiun dari Universitas Vienna terpilih sebagai anggota majelis tertinggi parlemen Austria. Ia meninggalkan Vienna pada tahun 1913, pindah ke rumah putranya di Vaterstetten, dekat Munich di mana ia meneruskan tulisan-tulisannya hingga meninggal pada tahun 1916. 18. Rangkuman 1. Bunyi merupakan gelombang mekanik longitudinal. Sebagai gelombang, bunyi juga mengalami pemantulan, pembiasan, dan pelenturan. 2. Telinga manusia hanya mampu mendengar gelombang bunyi pdafrekuensi audiosonik, yaitu frekuensi 20 Hz hingga 20 kHz. Gelombang bunyi berfrekuensi dibawah 20 Hz disebut infrasonik, sedangkan yang berfrekuensi di atas 20 kHz disebut ultrasonik. 3. Eksperimen Melde bertujuan untuk mengukur cepat rambat bunyi dalam dawai. Cepat rambat bunyi (v) dalam dawai sebanding dengan akar dari tegang dawai (F) dan berbanding terbalik dengan rapat massa dawai () sesuai persamaan: v = . 4. Frekuensi harmonik pada dawai dapat ditentukan dengan rumus: fn = nv/2 , dengan fn adalah frekuensi harmonik ke-n , v = cepat rambat bunyi dalam dawai, n = orde harmonik ( harmonik ke-1= nada dasar, harmonik ke-2 = nada atas pertama, harmonik ke-3 = nada atas kedua,dst), dan adalah panjang dawai. 5. Frekuensi harmonik pada pipa organa terbuka dapat ditentukan dengan rumus: fn = nv/2 , dengan fn adalah frekuensi harmonik ke-n , v = cepat rambat bunyi dalam kolom udara pipa organa, n = orde harmonik dan adalah panjang kolom pipa organa terbuka. 6. Frekuensi harmharmonik pada pipa organa terbuka dapat ditentukan dengan rumus: fn = nv/2 , dengan fn adalah frekuensi harmonik ke-n , v = cepat rambat bunyi dalam kolom udara pipa organa, n = orde harmonik dan adalah panjang kolom pipa organa tertutup. 7. Bunyi juga mengalami efek Doppler. Frekuensi bunyi akan teramati lebih tinggi jika sumberbunyi mendekat dan akan teramati lebih rendah jika sumber bunyi menjauh. 8. Pelayangan bunyi terjadi jika terdapat dua bunyi yang frekuensinya hampir sama. Besar frekuensi pelayangan merupakan selisih kedua frekuensi bunyi itu, fpelayangan = ftinggi - frendah 9. Tinggi rendah bunyi ditentukan oleh frekuensinya, sedang kuat lemahnya bunyi ditentukan oleh amplitudonya. 10.Intensitas gelombang (I ) dinyatakan sebagai daya gelombang (P) per satuan luas permukaan, I = P/A. 11.Taraf intensitas bunyi dinyatak sebagai TI = log (I/I0), dengan I adalah intensitas bunyi yang diukur dan I0 adalah intensitas ambang pendengaran (I0 = 10-12 W/m2 ). 12.Di bidang teknologi kelautan, sifat pantulan gelombang bunyi digunakan dalam perangkat sonar. Di bidang meteorologi, bunyi digunakan dalam perangkat SODAR. Di bidang kedokteran, bunyi digunakan dalam sistem pencitraan ultrasonografi (USG). 19. A. Pilihan Ganda Pilihlah satu jawaban yang paling tepat! 1. Bunyi merambat dalam bentu gelombang a. elektromagnetik b. longitudinal c. tramsversal d. stasioner e. seismik 2. Berikut ini yang merupakan contoh gelombang infrasonik adalah gelombang a. radar d. radio b. seismik e. elektromagnetik c. kejut 3. Berdasarkan eksperimen Melde, cepat rambat bunyi dalam dawai dipengaruhi oleh karakteristik berikut ini, kecuali a. massa dawai per satuan panjang b. rapat massa dawai c. tegangan dawai d. jenis dawai e. amplitudo 4. Seutas dawai homogen sepanjang 15 cm memilki massa 50 g. jika tegangan dawai 12 N, cepat rambat gelombang bunyi dalam dawai itu adalah a. 2,5 m/s d. 6 m/s b. 3 m/s e. 8 m/s c. 5,4 m/s 5. Pada sebuah eksoerimen Melde, seutas senar tembaga yang rapat massanya kg/m diikat pada satu ujung, sedang ujung lainnya disangkutkan pada sebuah katrol yang diberi beban bermassa 1,6 kg. Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s2 , cepat rambat bunyi dalam senar itu adalah a. 2-1 d. 16- b. 4/- e. 16 c. 4- 6. Alat musik berikut yang menggunakan sumber bunyi berupa dawai adalah a. tifa d. gambang b. flute e. tamborin c. sasando 7. Seutas dawai sepanjang 80 cm terikat kedua ujungnya. Jika dawai itu dipetik dan dihasilkan frekuensi nada dasar, panjang gelombang bunyi yang dihasilkan adalah a. 0,8 m d. 1,6 m b. 1,0 m e. 1,8 m c. 1,2 m 8. Panjang gelombang bunyi pada seutas dawai adalah . Nada atas kedua pada dawai diperoleh jika panjang dawai sama dengan a. 0,5 d.2 b. e. 5/2 c. 3/2 9. Jika frekuensi nada atas pertama pada sebuah dawai bernilai 660 Hz, frekuensi nada dasarnya adalah a. 1.320 Hz d. 530 Hz b. 990 Hz e. 330 Hz c. 660 Hz 10.Pada pipa organa tertutup yang nada dasarnya adalah a. 0,5 f1 d. 4f1 b. 2f1 e. 5f1 c. 3f1 11.Di antara medium berikut ini yang memungkinkan bunyi merambat paling cepat adalah a. air murni b. air garam c. besi cair d. kwat tembaga e. uap alkohol 12.Pada pipa organa terbuka, jika panjang gelombang bunyi yang dihasilkannya adalah , frekuensi nada dasarnya diperoleh jika panjang pipa itu sama dengan a. 0,5 d. 4 b.2 e. 5 c.3 13.Perbandingan frekuensi nada atas pertama pipa organa terbuka terhadap nada dasar pipa organa tertutup adalah 3,5. Jika panjang pipa organa terbuka 90 cm, panjang pipa organa tertutup itu adalah Evaluasi Bab 2 20. a. 30 cm d. 60 cm b. 40 cm e. 80 cm c. 50 cm 14.Di puncak menara dibunyikan sirene berfrekuensi 850 Hz. Bunyi itu didengar seorang penerbang dengan frekuensi 1.350 Hz saat pesawatnya mendekati menara. Jika laju bunyi di udara 340 m/s, laju pesawat itu a. 100 m/s d. 250 m/s b. 150 m/s e. 300 m/s c. 200 m/s 15.Seseorang berdiri di pinggir jalan dan mendengar sirene berfrekuensi 680 Hz dari ambulans yang meluncur ke arah ia berdiri. Frekuensi sebenarnya sirene itu 640 Hz. Jika laju bunyi di udara 340 m/s, laju ambulans itu adalah a. 10 m/s d. 25 m/s b. 15 m/s e. 30 m/s c. 20 m/s 16.Di tempat sejauh 2 m dari sumber bunyi terdeteksi intensitas bunyi 0,0004 W/m2 dan di tempat sejauh x dari sumber bunyi terdeteksi intensitas 10-14 W/m2 . Jarak x adalah a. 2 m d. 5 m b. 3 m e. 6 m c. 4 m 17.Taraf intensitas bunyi di suatu tempat adalah 60 dB. Jika intensitas ambang pendengaran 10-12 W/m2 , intensitas bunyi di situ adalah a. 10-6 W/m2 d. 10-14 W/m2 b. 10-8 W/m2 e. 10-16 W/m2 c. 10-12 W/m2 18.Garpu tala bergetar dengan frekuensi 384 Hz. Garpu tala laun bergetar dengan frekuensi 380 Hz dibawa seorang anak berlari menjauhi garpu tala pertama. Laju bunyi di udara 320 m/s. Jika anak itu tidak mendengar layangan, kecepatan lari anak itu adalah a. 4,05 m/s d. 5,50 m/s b. 4,51 m/s e. 3,33 m/s c. 5,03 m/s 19.Empat mobil dihidupkan mesinnya. Taraf intensitas bunyi mesin masing-masing mobil adalah 60 dB. Jika log 4 = 0,6021, taraf intensitas bunyi seluruh mobil tersebut sekitar a. 62 dB d. 68 dB b. 64 dB e. 70 dB c. 66 dB 20.Jika jarak pendengar terhadap sumber bunyi yang berupa titik di udara dilipatkan x kali, ternyata taraf intensitas bunyi yang ditangkap pendengar berkurang 7,8 dB. Jadi harga log x adalah a. 0,2400 d. 0,3900 b. 0,2800 e. 0,4800 c. 0,3600 21. B. Uraian Jawablah dengan tepat! 1. Jika laju bunyi di udara 320 m/s, tentukan frekuensi nada dasar, nada atas pertama, nada atas kedua untuk pipa organa terbuka sepanjang 40 cm! 2. Seseorang mengendarai motor dengan kecepatan 72 km/jam mendekati mobil yang membunyikan sirene berfrekuensi 800 Hz. Jik afrekuensi yang diterima orang pengendara motor itu sebesar 820 Hz dan cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, tentukan kecepatan mobil itu beserta arahnya! 3. Bunyi A dengan frekuensi 240 Hz dan bunyi B dengan frekuensi fB berinterferensi sehingga terjadi10 pelayangan per sekon. Tentukan besar frekuensi bunyi B! 4. Sebuah sumber bunyi memiliki daya 10 watt. Tentukan (a) intensitas sumber bunyi pada jarak 30 m, dan (b) taraf intensitas bunyi pada jarak 30 m dari sumber bunyi! 5. Satu sirene mempunyai taraf intensitas 90 dB. Jika 10 sirene yang identik dibunyikan serentak, hitunglah taraf intensitasnya! C. Tugas Buatlah artikel tentang salah satu tema berikut ini! Sonic Boom Difraksi Bunyi Warna Bunyi Jangan lupa untuk mencantumkan sumber informasi/referensi berupa buku teks, jurnal, majalah maupun situs internet 22. Referensi Penerbit: YUDHISTIRA - Purwoko - Fendi