BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Tujuan Percobaan

1. Mengamati dan memahami peristiwa resornasi dari gelombang suara

2. Menentukan kecepatan merambat gelombang suara di udara

3. Menentukan frekuensi dari suatu garputala

1.2 Dasar Teori

Bunyi ditimbulkan oleh getaran benda yang merambat melalui medium dengan kecepatan

tertentu, detaran menimbulkan sederetan rapatan dan renggangan yang menjalar melalui udara.

Getaran yang terjadi pada suatu benda disebabkan oleh adanya gangguan yang diberikan pada

benda tersebut. Getaran bandul dan getaran benda pada pegas, gangguan tersebut disebabkan

oleh adanya gaya luar (menggerakan bandul atau benda pada pegas). Sebenarnya terdapat

banyak contoh getaran yang dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari.

1. Garputala bergetar ketika kita memberikan gangguan dengan cara memukul garputala

tersebut.

2. Kendaraan akan bergetar ketika mesinnya dinyalakan, dalam hal ini kendaraan tersebut

diberi gangguan.

3. Suara yang kita ucapkan tidak akan terdengar apabila pita suara kita tidak bergetar.

4. Seindah apapun alunan musik, jika loudspeaker yang berfungsi sebagai sumber bunyi dan

gendang telinga kita sebagai penerima tidak bergetar, maka dapat dipastikan kita tidak akan

pernah mendengar musik tersebut.

5. Ketika kita melempar batu ke dalam genangan air yang tenang, gangguan yang kita berikan

menyebabkan partikel air bergetar alias berosilasi terhadap titik setimbangnya. Perambatan

getaran pada air menyebabkan adanya gelombang pada genangan air tadi.

6. Jika kita menggetarkan ujung tali yang terentang maka gelombang akan merambat

sepanjang tali tersebut. Gelombang tali dan gelombang air adalah dua contoh umum

gelombang yang dengan mudah kita saksikan dalam kehidupan sehari-hari.

Sebuah getaran akan berubah menjadi gelombang bunyi. Gelombang adalah getaran yang

merambat. Di dalam perambatannya tidak diikuti oleh berpindahnya partikel-partikel

perantaranya. Pada hakekatnya gelombang merupakan rambatan energi (energi getaran).Periode

gelombang (T) adalah waktu yang diperlukan oleh gelombang untukmenempuh satu panjang

gelombang penuh. Panjang gelombang (λ) adalah jarak yangditempuh dalam waktu satu periode.

Frekuensi gelombang adalah banyaknyagelombang yang terjadi tiap satuan waktu. Cepat rambat 1

gelombang (v) adalah jarakyang ditempuh gelombang tiap satuan waktu. Jadi dapat dirumuskan

bahwa:

V = λ f, ……(1) di mana:

v = laju rambat gelombang [m/s]

λ = panjang gelombang [m]

f = frekuensi [Hz]

Bunyi tidak dapat merambat di runag hampa. Medium yang diperlukan bunyi untuk

merambat dapat melalui zat udara, cair, dan padat. Syarat terjadinya bunyi:

1. Adanya sumber bunyi (benda yang bergetar).

2. Adanya zat antara (medium).

3. Adanya pendengar dalam jarak di daerah jangkauan bunyi.

Resonansi adalah peristiwa ikut

bergetarnya suatu benda karena ada

benda lainyang bergetar dan memiliki

frekuensi yang sama atau kelipatan

bilangan bulat dari frekuensi itu.

Resonansi berguna untuk mengukur

kecepatan perambatan bunyi di udara.

Peristiwa ini dapat diamati dengan

menggunakan kolom udara.

Kolom udara dapat dibuat dengan menggunakan tabung yang

sebagian diisi air, sehingga kita dapat mengatur panjang kolom udara

dengan menaik-turunkan pemukaan air pada tabung. Sistem fisis

sumber adalah audio generator yang dapat menghasilkan gelombang

bunyi dengan nilai frekuensi bervariasi, sedangkan sistem fisis yang

ikut bergetar adalah molekul-molekul udara yang berada dalam kolom udara yang bergetar karena

variasi tekanan.

Gelombang yang terbentuk dalam kolom udara merupakan gelombang bunyi berdiri. Peristiwa

resonansi terjadi saat frekuensi sumber nilainya sama dengan frekuensi gelombang bunyi pada kolom

udara yang dicirikan dengan terdengarnya bunyi yang paling nyaring (amplitudo maksimum).

Di dalam tabung resonansi terjadi gelombang longitudinal diam (stasioner), dengan sasarannya

yaitu permukaan air sebagai simpul gelombang dan untuk mulut tabung sebagai perut gelombang.

Sebenarnya letak perut berada di sedikit di atas tabung. Jaraknya kira-kira 0,3 kali diameter tabung.

Resonansi terjadi jika frekuensi nada dasar atau nada atas dari kolom udara sama dengan frekuensi

2

garputala. Jika kita mengetahui nilai frekuensi sumber, maka pada saat resonansi tersebut kita dapat

menentukan nilai cepat rambat bunyi di udara.

Gambar 1.1 Perbedaan Ketinggian Kolom Pada Saat Resonansi

Peristiwa resonansi yang dapat terjadi lewat alat yang ditunjukkan oleh gambar 1.1 bisa lebih

dari satu kali. Hal ini dapat dilakukan dengan cara mengubah ketinggian kolom udara dengan cara

menurunkan permukaan air dalam tabung seperti ditunjukkan pada gambar 1.2. Syarat terjadinya

resonansi untuk sistem ini adalah:

L=(2 n+1) 14

λ…….(2) di mana n = 0, 1, 2, 3, dan seterusnya

Karena ukuran diameter tabung sangat kecil dibandingkan dengan panjang gelombang dan

perut gelombang serta simpangannya tidak tepat pada ujung tabung, maka diperlukan angka koreksi

e dengan syarat e = ± 0,6 R di mana R adalah jari-jari tabung. Dengan memperhatikan faktor koreksi

tersebut, maka persamaan (2) ditulis sebagai berikut:

L=(2n+1 ) 14

λ−e

Substitusikan persamaan (1) ke dalam rumus di atas sehingga mendapatkan:

L=(2 n+1 ) v4 f

−e

Untuk mengetahui proses resonansi, kita tinjau dua garputala yang saling beresonansi seperti

ditunjukkan pada Gambar 1.3

3

Gambar 1.3. Dua garputala yang saling beresonansi

Jika garputala dipukul, garputala tersebut akan bergetar. Frekuensi bunyi yang dihasilkan

bergantung pada bentuk, besar, dan bahan garputala tersebut

1. Jenis-jenis gelombang

a. Gelombang Transversal

Gelombang Transversal adalah gelombang yang arah getarnya tegak lurus terhadap arah

rambatnya. Contoh : gelombang pada tali, gelombang permukaan air, gelombang cahaya

b. Gelombang Longitudinal

Gelombang Longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya sejajar atau berimpit

dengan arah rambatnya. Contohnya gelombang bunyi dan gelombang pada pegas (Riyn,

2011).

4

BAB II

ALAT DAN BAHAN

2.1 Alat dan Bahan Praktikum

1. Beberapa garputala dengan salah satu diantaranya diketahui frekuensinya

2. Jangka sorong

3. Pemukul garputala

4. Tabung resornasi berskala beserta reservoirnya

5

BAB III

METODE PERCOBAAN

3.1 Metode Percobaan

1. Dicatat suhu, tekanan dan kelembaban ruangan sebelum dan sesudah percobaan.

2. Diukur diameter bagian dalam tabung beberapa kali.

3. Diusahakan agar permukaan air dekat dengan ujung atas dengan mengatur reserboir

(jangan sampai tumpah).

4. Digetarkan garputala yang telah diketahui frekuensinya dengan pemukul garputala.

Untuk menjamin keamanan tabung gelas lakukanlah permukaan garputala jauh dari

tabung.

5. Didekatkan garputala yang bergetar pada ujung atas tabung.

6. Dengan pertolongan reservoir diturunkan permukaan air perlahan-lahan sehingga

pada suatu tinggi tertentu terjasi resonansi (terdengar suara mengaung). Ini adalah

resonansi ordo pertama.

7. Dicatatlah kedudukan permukaan air,

8. Diturunkan lagi permukaan air sampai terjadi resonansi ordo kedua, dicatat

kedudukan ini.

9. Diulangi percobaan No. 3 s/d 8 untuk memastikan tepatnya tempat-tempat terjadinya

resonansi.

10. Diulangi percobaan no. 3 s/d 9 dengan menggunakan garputala yang lain.

6

BAB IV

HASIL DAN PENGAMATAN

4.1 Data Pengamatan

Keadaan ruangan P (cm)Hg T (C) C(%)Sebelum percobaan 75,55cmHg 27C 69%Sesudah percobaan 75,56 cmHg 27C 71%

1) Tabel 1

No D (m) R(m) E1 0,0368 m 0,0184 m 0,01102 0,0357 m 0,0179 m 0,0107x 0,036 m 0,018 m 0,011

2) Garputala I frekuensi : 918 HzNo L0 L1 V (m/s) F (Hz) e 1 0,077m 0,256m 328,644 m/s 918 Hz 0,01252 0,078m 0,236m 290,088 m/s 918 Hz 0,001x 0,077 0,246 309,366 m/s 918 Hz 0,00675

3) Garputala II Kecepatan: 309,366 m/sNo L0 L1 V (m/s) F (Hz) e 1 13,1m 40,3m 309,366 m/s 5,686 Hz 0,52 12,9m 39,2m 309,366 m/s 5,881 Hz 0,25x 13 39,75 309,366 m/s 5,783 0,375

4.2 Perhitungan

1. Menghitung e = 0,6 x R

D : 0,0368 m R¿ D2

0,03682 = 0,0184 m e = 0,6 x 0,0184 = 0,0110

D : 0,0357 m R¿ D2

0,03572 = 0,0179 m e = 0,6 x 0,0179 = 0,0107

x̄ = 0,0368+0,03572 x̄ = 0,0184+0,0179

2 x̄ = 0,0110+0,0107

2

=0,036 m =0,018 m =0,011

7

2. Garputala I

Percobaan pertama

f: 918 Hz L0 : 0,077m L1: 0,256m

V = 2.f ( L1 - L0 )

= 2x918(0,256 - 0,077) = 328,644 m/s

e = L1−3 L0

2 =

0,256−3 (0,077)2

= 0,0125

Percobaan kedua

f: 918 Hz L0: 0,078m L1: 0,236m

V = 2.f ( L1 - L0 )

= 2x918(0,236 - 0,078) = 290,088 m/s

e = L1−3 L0

2 =

0,236−3 (0,078)2

= 0,001

L0 L1 V f e

x̄= 0,077+0,078

2

=0,077

x̄= 0,256+0,236

2

=0,246

x̄= 328,644+290,088

2

=309,366

x̄= 918+9182

=918

x̄= 0,0125+0,001

2

=0,00675

3. Garputala IIPercobaan pertamaV : 309,366 m/s L0 : 13,1m L1: 40,3 m

f = V

2(L1−L0) =

309,3662(40,3 m−13,1) = 5,686 Hz

e = L1−3 L0

2 = 40,3 m−3(13,1)

2 = 0,5

Percobaan kedua

V : 309,366 m/s L0 : 12,9m L1: 39,2m

f = V

2(L1−L0) =

309,3662(39,2−12,9) = 5,881 Hz

e = L1−3 L0

2 =

39,2−3(12,9)2

= 0,25

8

L0 L1 V F e

x̄= 13,1+12,92

=13

x̄= 40,3+39,22

=39,75

x̄= 309,366+309,366

2

=309,366

x̄= 5,686+5,881

2

=5,783

x̄= 0,5+0,252

=0,375

BAB V

PEMBAHASAN

Pada praktikum kali ini kami melakukan perhitungan dan pengolahan data

mengenai penentuan cepat rambat bunyi yang melewati udara pada beberapa frekuensi

tertentu serta penentuan nilai frekuensi garpu tala. Selain itu dalam laporan ini, kita akan

membahas tentang resonansi bunyi, resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda

akibat getaran benda lain.

Resonansi merupakan suatu fenomena dimana sebuah sistem yang bergetar dengan

amplitudo yang maksimum akibat adanya impuls gaya yang berubah – ubah yang bekerja

pada impuls tersebut. Kondisi seperti ini dapat terjadi bila frekuensi gaya yang bekerja

tersebut berimpit atau sama dengan frekuensi getar yang tidak di redam oleh system tersebut.

Bunyi merupakan gelombang longitudinal yang dapat merambat melalui berbagai

medium, baik gas, cair, maupun padat. Semakin besar panjang ruang pada tabung, atau

semakin kecil volume air di dalamnya, maka akan semakin besar frekuensi bunyi yang akan

dihasilkan, begitu sebaliknya, semakin kecil panjang ruang pada tabung, atau semakin

besarnya volume air di dalamnya, maka frekuensi yang dihasilkan akan semakin kecil.

Sehingga, volume air berbanding lurus dengan frekuesi bunyi yang dihasilnya.

Bila garputala digetarkan diatas tabung resonansi, maka getaran garputala ini akan

menggetarkan kolom udara di dalam tabung resonansi. Dengan mengatur panjang kolom

udara di dalam tabung resonansi, maka akan terdengar dengung garpu penala lebih keras, ini

berarti terjadi resonansi.

Sebelum mencari nilai kecepatan rambat bunyi udara pertama kita mengukura diameter

tabung menggunakan jangka sorong, diameter tabung sangat kecil dibandingkan dengan

panjang gelombang dan perut gelombang serta simpangannya tidak tepat pada ujung tabung,

9

maka kami mencari terlebih dahulu faktor koreksi e dengan nilai e adalah 0,6 kali jari-jari

tabung.

Dalam literatur kecepatan rambat bunyi di udara diketahui adalah 340 m/s. Perbedaan

hasil yang sangat jauh berbeda dengan literature kecepatan rambat bunyi yakni 340 m/s,

kemunginan hal ini disebabkan karena kesalahan pada saat menurunkan atau menaikkan

permukaan air dalam tabung resonansi, umumnya karena cara menurunkan/menaikkan

tabung reservoir tidak dengan perlahan.

Atau kesalahan seperti pemegangan garputala yang di yang pegang terlalu kencang

atau kuat sehingga getaran yang terjadi ketika garpu penala di pukul ke balok kayu semakin

kecil, serta kurangnya ketelitian saat mendengarkan bunyi resonansi pada tabung resonansi

tersebut. Agar praktikum ini dapat di lakukan dengan baik dan benar, praktikan harus lebih

memahami dahulu langkah – langkah yang dilakukan dalam praktikum, dan harus lebih teliti

dan serius dalam melakukan percobaan dan pengamatan tersebut.

10

BAB VI

KESIMPULAN

Dari hasil percobaan yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan:

1. Resonansi terjadi saat frekuensi garpu tala sama dengan frekuensi gelombang bunyi pada

kolom udara. Rata-rata cepat rambat bunyi di udara adalah 340m/s. Semakin besar

frekuensi, maka panjang gelombang yang dihasilkan akan semakin kecil.

2. Peristiwa resonansi dapat diamati dengan menggunakan kolom udara yang terisi dengan

air dan peristiwa resonansi ditandai dengan bunyi(dengungan) yang paling keras

3. Cepat rambat bunyi dipengaruhi oleh ketinggian kolom udara pada tabung dan frekuensi

gelombang bunyi. Semakin besar ketinggian kolom udara, maka cepat rambat bunyi di

udara semakin besar, dan sebaliknya. Semakin besar frekuensi gelombang bunyi, maka

cepat rambat bunyi di udara semakin besar, dan sebaliknya. Cepat rambat bunyi juga

dapat dipengaruhi oleh suhu ruang dan massa molekul gas di udara.

4. Bunyi merupakan gelombang longitudinal yang dapat merambat melalui berbagai

medium, baik gas, cair, maupun padat.

5. Semakin besar panjang ruang pada tabung, atau semakin kecil volume air di dalamnya,

maka akan semakin besar frekuensi bunyi yang akan dihasilkan, begitu sebaliknya,

semakin kecil panjang ruang pada tabung, atau semakin besarnya volume air di

dalamnya, maka frekuensi yang dihasilkan akan semakin kecil. Sehingga, volume air

berbanding lurus dengan frekuesi bunyi yang dihasilnya. Gelombang bunyi dihasilkan

oleh benda bergetar sehingga menyebabkan gangguan kerapatan pada medium.

11

DAFTAR PUSTAKA

Alonso, Marcello dan Edward J. Finn. 1980. Dasar-Dasar Fisika Universitas. Jakarta:

Erlangga

Tiper, Paul A. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Erlangga. Jakarta

Dr.G.C.Gerrits dan Ir. Soemani.S.Soerjohoedojo. 1953. Buku Peladjaran Ilmu Alam jilid.

Jakarta : J.B.Wolters.

Giancolli, Douglas. 2001. Fisika jilid 1. Jakarta: Erlangga.

12

LAMPIRAN

Tugas Akhir

1. Hitunglah diameter tabung beserta ketidakpastiannya.

2. Hitunglah faktor koreksi dari e dari hitungan no. 1.

3. Hitunglah v dengan menggunakan rumus

v=( ∂ RTM ) 1

2

R = 8,314 J/mol K

∂=1,4

M = 29 kg/mol

Carilah satuan-satuannya di text book fisika yang ada, sesuaikan dengan satuan internasional (SI).

4. Hitung harga v dengan menggunakan rumus :

v=331(I= t °C273 ) 1

2m /det❑

5. Dari data garputala yang diketahui frekuensinya hitung harga v dan e

6. Bandingkan hasil dari no. 3, 4 dan 5.

7. Dari data garputala yang lain hitunglah f dan e untuk masing-masing garputala. Gunakan harga v dari hasil perhitungan no. 5

8. Gambarkan grafik antar L0 dan 1f

(L0 adalah panjang tabung pada resonansi pertama untuk masing-masing garputala)

9. Hitunglah v dan e dari grafik no. 8 tersebut.

13

Jawaban

1. Diameter tabung beserta ketidakpastian

x (D )=∑ xiN

x (D )=0,0368+0,03572

= 0,036

∆ x ( D )=√∑ (x−xi)2

N (N−1)

∆ x (α )=√∑ (0,036−0,0368)2+(0,036−0,0357)2

2

∆ x (α )=¿ = 0,0006041

Ketelitian = 1−|0,00060414,1 |×100 %

= 99,98 %

2. Koreksi dari e dari hitungan no.1

e1 = 0,6 . R e2 =0,6 . R

= 0,6 . 0,0184 = 0,6 . 0,0179

= 0,0110 = 0,0107

3. v dengan menggunakan rumus v=(∂RT/M)1/2

v=(∂ RTM ) 1

2

R = 8,314 J/mol K ∂=1,4 M = 29 kg/mol

v1=( ∂ RTM )1

2

14

Data D

1 0,0368

2 0,0357

x 0,036

v1=( 1,4 .8,314 .0,0010629 ) 1

2

v1=( 0,012329 ) 1

2

v1=2,119 m/s

v2=( ∂ RTM )1

2

v2 = ¿)12

v2=( 1,4 .8,314 .0,0010629 ) 1

2

v2=( 0,012329 ) 1

2

v2=2,119 m/s

4. v dengan rumus v=331(I= t °C273 ) 1

2m /det

v1=331(I= t °C273 ) 1

2v2=331(I= t °C

273 ) 12

v1=331(I= 31273 ) 1

2v2=331(I= 32

273 ) 12

v1=331 (0,11355 ) 12

v2=331 (0,117216 ) 12

v1=18,793 m/s v2=19,399 m/s

5. Perhitungan v dan e

a. Garputala I

Percobaan pertama

f: 918 Hz L0 : 0,077m L1: 0,256m

V = 2.f ( L1 - L0 )

= 2x918(0,256 - 0,077) = 328,644 m/s

15

e = L1−3 L0

2 = 0,256−3 (0,077)

2 = 0,0125

Percobaan kedua

f: 918 Hz L0: 0,078m L1: 0,236m

V = 2.f ( L1 - L0 )

= 2x918(0,236 - 0,078) = 290,088 m/s

e = L1−3 L0

2 =

0,236−3 (0,078)2

= 0,001

(V) x̄= 328,644+290,0882 = 309,366

6. Pada percobaan dengan garputala 1dan 2 terjadi perbedaan frekuensi karena berbedanya L0 dan L1. Yang menyebabkan frekuensi masing-masing berbeda. Tetapi pada kecepatannya semua sama.

7. Perhitungan f dan e

Garputala IIPercobaan pertamaV : 309,366 m/s L0 : 13,1m L1: 40,3 m

f = V

2(L1−L0) =

309,3662(40,3 m−13,1) = 5,686 Hz

e = L1−3 L0

2 =

40,3 m−3(13,1)2

= 0,5

Percobaan kedua

V : 309,366 m/s L0 : 12,9m L1: 39,2m

f = V

2(L1−L0) =

309,3662(39,2−12,9) = 5,881 Hz

e = L1−3 L0

2 =

39,2−3(12,9)2

= 0,25

8. Grafik L0 dengan 1f

Grafik Garputala I

161f

L0

Grafik Garputala II

9. Perhitungan v dan e dari grafik no.8

a. Garputala I

Percobaan pertama

f: 918 Hz L0 : 0,077m L1: 0,256m

V = 2.f ( L1 - L0 )

= 2x918(0,256 - 0,077) = 328,644 m/s

e = L1−3 L0

2 = 0,256−3 (0,077)

2 = 0,0125

Percobaan kedua

f: 918 Hz L0: 0,078m L1: 0,236m

V = 2.f ( L1 - L0 )

= 2x918(0,236 - 0,078) = 290,088 m/s

e = L1−3 L0

2 =

0,236−3 (0,078)2

= 0,001

Garputala IIPercobaan pertamaV : 309,366 m/s L0 : 13,1m L1: 40,3 m

f = V

2(L1−L0) =

309,3662(40,3 m−13,1) = 5,686 Hz

e = L1−3 L0

2 =

40,3 m−3(13,1)2

= 0,5

Percobaan kedua

V : 309,366 m/s L0 : 12,9m L1: 39,2m

17

1f

L0

f = V

2(L1−L0) =

309,3662(39,2−12,9) = 5,881 Hz

e = L1−3 L0

2 =

39,2−3(12,9)2

= 0,25

18