KEGIATAN PEMBELAJARAN II

GELOMBANG BUNYI

A. Tujuan Pembelajaran

    Setelah mempelajari kegiatan belajar 2 ini, siswa diharapkan dapat memahami dan mengidentifikasi Cepat Rambat Gelombang bunyi dan Efek Doppler. Siswa juga diharapkan dapat mempresentasikan penerapan Cepat Rambat Gelombang bunyi dan Efek Doppler dalam kehidupan sehari-hari dalam bentuk laporan ilmiah.

B. Uraian Materi

    Cepat Rambat Gelombang Bunyi

    Pernahkah kamu berfikir berapa cepat rambat gelombang di udara? Ketika terjadi petir, pernahkah kamu mengamati ada selang waktu antara kilatan petir dengan bunyi guntur yang kita dengar. Mengapa hal itu bisa terjadi? Berikut ini kita bahas bagaimana cepat rambat gelombang pada medium tertentu.

1. Cepat Rambat Gelombang dalam Zat Padat

    Gelombang bunyi dapat merambat melalui zat padat, seperti pada tali ataupun kawat. Terdapat perbedaan kecepatan saat bunyi merambat melalui benda yang berbeda. Laju gelombang yang merambat pada medium yang padat dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

Keterangan :

        E = modulus elastisitas (modulus Young) bahan Padatan (N/m²)

        ρ = Kerapatan (massa jenis) bahan padatan (kg/m³)

        v = laju gelombang bunyi (m/s)

    Peristiwa dari rambatan gelombang pada zat padat dapat kita amati pada saat kita melakukan kegiatan berbicara dengan orang lain melalui dua buah gelas plastik yang dihubungkan dengan seutas tali. Pada peristiwa gelombang bunyi yang merambat pada zat padat, dengan tanpa kita sadari, bahwa gelombang bunyi dapat bersuperposisi dengan gelombang lain, misalnya dengan udara. Ketika merambat, gelombang juga mengalami peluruhan amplitudo sehingga setelah merambat sampai pada jarak tertentu energi gelombang banyak berkurang yang berakibat dengan mengecilnya volume bunyi atau suara yang kita terima.

2. Cepat Rambat Gelombang dalam Zat Cair

    Pada peristiwa cepat rambat gelombang bunyi pada zat cair, tentu kita akan menemukan kecepatan gelombang bunyi yang merambat melalui zat padat yang dapat kita tentukan kecepatan gelombang bunyi tersebut dengan menggunakan persamaan berikut :

Keterangan :

        B = modulus Bulk zat cair (N/m²)

        ρ = kerapatan (massa jenis) bahan padatan (kg/m³)

        v = laju gelombang (m/s²)

3. Cepat Rambat Gelombang bunyi dalam Gas

    Peristiwa perambatan bunyi dalam gas termasuk peristiwa adiabatik, hal ini diungkapkan oleh Laplace. Cepat rambat gelombang bunyi dalam gas dapat digunakan persamaan berikut :

Cepat rambat bunyi dalam gas ideal dituliskan dalam persamaan berikut :

Keterangan :

        R = konstanta/tetapan gas ideal (8,314 J/mol K)

        T = suhu mutlak gas (K)

        m = massa molar gas (untuk udara M = 29 x 10^-3 kg/mol)

        v = cepat rambat bunyi dalam gas pada tekanan p dan temperatur T (m/s)

        p = tekanan gas (Pa)

        ρ = kerapatan gas pada tekanan p dan temperatur T (kg/m³)

        γ = konstanta Laplace (N/m²)

        C_p = kalor jenis gas pada tekanan tetap (J/kg K)

        C_v = kalor jenis gas pada volume tetap (J/kg K)

Setelah kita amati dan kita pelajari bersama tentang cepat rambat gelombang pada zat padat, zat cair, dan zat gas, maka dapat juga kita amati bersama-sama simulasi dari gelombang-gelombang tersebut pada video berikut ini :

Efek Doppler

    Efek Doppler yaitu perubahan frekuensi bunyi yang didengar pengamat ketika terdapat gerak relatif antara sumber bunyi dan pengamat. Efek Doppler diambil dari nama seorang fisikawan Australia, Cristian Johann Doppler (1830-1855). Doppler menemukan adanya perubahan frekuensi yang diterima pendengar dibanding dengan frekuensi sumbernya akibat relatif pendengar dan sumber gejala.

    Efek Doppler terjadi karena adanya peristiwa perubahan frekuensi bunyi yang diterima oleh pendengar karena adanya perubahan jarak (gerak relatif) antara sumber bunyi dan pendengar.  Efek Doppler dapat kita amati apabila mobil polisi bergerak mendekati dan menjauhi kita sambil membunyikan sirine. Bunyi sirine akan terdengar lebih tinggi disaat mobil ambulan mendekati kita, dan akan menjadi lebih rendah ketika mobil ambulan menjauhi kita.

    Seperti pada gambar Kegiatan 4 tersebut menunjukkan bahwa ketika seseorang berada di posisi A, maka ia akan mendengarkan suara sirine lebih tinggi karena mobil polisi mendekati posisi A, dibandingkan ketika di posisi B, suara sirine mobil polisi menjadi semakin rendah karena mobil menjauhi orang yang berada di posisi B. Peristiwa inilah yang kemudian menjadi pengamatan Cristian Johann Doppler (1803-1855) sehingga fenomena ini diberi nama efek Doppler.

    Bunyi Efek Doppler yaitu “Apabila sumber bunyi dan pendengar bergerak saling mendekati menyebabkan frekuensi yang terdengar lebih besar dari frekuensi sumber bunyi. Dan apabila bergerak saling menjauhi maka frekuensi yang terdengar lebih kecil dari frekuensi sumber bunyi”. Maka dari itu, persamaan Efek Doppler secara umum dapat ditulis sebagai berikut :

Keterangan :

        f_p = frekuensi yang diterima pendengar

        f_s =frekuensi yang diterima sumber bunyi

        v = cepat rambat gelombang bunyi di udara (m/s)

        v_p = kecepatan pendengar (m/s)

        v_s = kecepatan sumber bunyi (m/s)

Dari persamaan tersebut, Vp dan Vs dapat bernilai positif atau negatif dengan ketentuan sebagai berikut :

        a.     Nilai Vp ( + )               : pendengar mengikuti sumber

        b.    Nilai VP ( - )               : pendengar menjauhi sumber

        c.     Nilai Vs ( + )               : sumber menjauhi pendengar

        d.    Nilai VS ( - )                : sumber mendekati pendengar

Dari penjelasan di atas beserta persamaannya, maka untuk simulasi dari efek Doppler dapat kita amati video melalui video berikut :

KEGIATAN PEMBELAJARAN III