A. Tujuan Pembelajaran
Setelah mempelajari kegiatan belajar 3 ini, siswa diharapkan dapat memahami dan menjelaskan fenomena Dawai dan Pipa Organa, serta Intensitas dan Taraf Intensitas bunyi. Siswa juga diharapkan dapat mempresentasikan penerapan fenomena Dawai dan Pipa Organa, serta Intensitas dan Taraf Intensitas bunyi dalam kehidupan sehari-hari dalam bentuk laporan ilmiah.
B. Uraian Materi
Dawai dan Pipa Organa
Dari sekian banyaknya macam bunyi yang kita dengar, tentu kita tidak asing lagi dengan suara gitar.
Seperti yang kita ketahui, bahwa gitar dimainkan dengan memetikkan senar atau dawai yang terdapat pada alat musik
tersebut. Pada saat memainkan gitar, senar atau dawai akan dipetik, sehingga
gelombang transversal yang menjalar pada dawai akan dipantulkan oleh kedua
ujung terikatnya, begitu pula dengan alat musik yang memanfaatkan kolom udara
seperti terompet, seruling, dan pipa organa. Interferensi antara gelombang
datang dengan gelombang pantul akan menghasilkan gelombang stationer. Pada
frekuensi tertentu akan menghasilkan pola-pola gelombang yang berbeda.
Frekuensi yang menghasilkan pola-pola ini disebut dengan pola harmonik.
Untuk mengetahui pola harmonik tersebut dapat
kita gunakan persamaan berikut :
Keterangan :
ℓ = panjang dawai (m)
λ = panjang gelombang (m)
f
= frekuensi (Hz)
v
= kelajuan gelombang pada dawai (m/s)
F = tegangan dawai (N)
μ = massa persatuan panjang dawai (kg/m)
m = massa dawai (kg)
n = harmonik ke-n
Pada peristiwa pola hamonik, akan terjadi
hubungan antara panjang dawai dan panjang gelombang untuk harmonik ke-n. Saat
dawai dipetik hingga membentuk gelombang sepanjang L dan terdiri dari setengah
gelombang, maka ia dapat dinyatakan sebagai gelombang dasar (harmonik pertama),
secara matematis dapat ditulis dengan f1
= v/2L. Selanjutnya bila panjang gelombang L terdiri dari 1 gelombang,
dapat dinyatakan sebagai nada atas pertama (harmonik pertama), secara matematis
menjadi f2 = 2v/2L. Begitu
pula untuk gelombang harmonik selanjutnya pada gelombang ke-n. Untuk lebih
jelasnya dapat kita amati gambar berikut :
Dari
penguraian gelombang bunyi pada dawai, dapat juga kita amati simulasinya pada
video berikut :
Selanjutnya untuk bunyi pada pipa organa dihasilkan melalui getaran dari gelombang
berjalan pada kolom udara pipa yang
timbul akibat tiupan udara. Pipa organa adalah alat yang menggunakan
kolom sebagai sumber bunyi. Terdapat dua macam pipa organa, yaitu pipa organa
terbuka yang
kedua ujung pipa terbuka dan pipa organa tertutup yang tertutup pada salah satu ujung pipanya.
1. Pipa Organa Terbuka
Secara
umum, hubungan panjang kolom udara dengan panjang gelombang untuk harmonik ke-n
pada pipa organa terbuka yaitu :
Nada
atau frekuensi hermonik ke-n yaitu :
Keterangan :
f = frekuensi (Hz)
v = kelajuan gelombang pada pipa organa terbuka (m/s)
ℓ
= panjang pipa organa terbuka (m)
λ = panjang gelombang (m)
n = harmonik ke-n
Jika suatu gelombang bunyi pada pipa organa
terbuka sepanjang 1/2 λ, maka
ia akan terjadi yang dinamakan harmonik pertama, dan secara matematis akan
ditulis menjadi :
Selanjutnya
bila gelombang bunyi pada pipa organa tebuka sepanjang λ, maka ia akan terjadi
yang dinamakan dengan harmonik kedua, secara matematis dapat ditulis :
Untuk
gelombang bunyi pada pipa organa terbuka sepanjang 3/2 λ, maka ia akan terjadi
yang dinamakan dengan harmonik ketiga, secara matematis dapat ditulis :
Hingga
bila panjang gelombang pipa organa terbuka sepanjang nλ, dapat ditulis dengan
persamaan :
Secara
umum, hubungan panjang kolom udara dengan panjang gelombang pada pipa organa
tertutup dapat ditulis :
frekuensi
nada untuk harmonik ke-n adalah
Suatu
gelombang bunyi yang terbentuk pada pipa organa tertutup jika panjang
gelombangnya sebesar 1/4 λ, maka
dapat kita tulis secara matematis sebagai berikut :
Selanjutnya
bila gelombang pada pipa organa tertutup sepanjang 3/4 λ, dapat kita tulis menjadi :
Untuk
gelombang bunyi pada pipa organa tertutup sepanjang 5/4 λ, dapat kita tulis
menjadi :
Hingga
bila gelombang bunyi pada pipa organa tertutup sepanjang nλ, dapat digunakan
persamaan :
Dari
uraian gelombang bunyi pada pipa organa terbuka dan tertutup tersebut, dapat pula
kita simak bersama-sama video simulasinya pada video berikut :
Intensitas dan Taraf Intensitas Bunyi
Intensitas adalah besaran yang digunakan untuk mengukur
kenyaringan bunyi. Intensitas didefinisikan sebagai daya rata-rata per satuan
luas area tertentu (Watt/m2). Intensitas bunyi di lambangkan dengan
I.
Intensitas
bunyi dapat kita amati dan kita rasakan bila kita berada di dekat sumber bunyi
atau jauh dari sumber bunyi. Manusia dapat mendengarkan intensitas bunyi
serendah-rendahnya 10-12 Watt/m2. Intensitas ini dikenal
sebagai intensitas ambang (I0). Manusia mampu mendengarkan
intensitas bunyi hingga 1 Watt/m2. Manusia juga masih bisa
mendengarkan bunyi lebih dari 1 Watt/m2, namun hal itu dapat
menyebabkan sakit pada telinga manusia. Semakin dekat kita dengan sumber bunyi,
maka intensitasnya semakin tinggi, sebaliknya bila kita berada jauh dari sumber
bunyi maka intensitas bunyi yang kita rasakan semakin melemah.
Kuat
dan lemahnya intensitas bunyi yang dihasilkan dari sumber titik dapat
ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :
Keterangan :
Prata-rata = daya rata-rata yang dihasilkan bunyi
(W)
r = jarak antara sumber bunyi dengan titik
yang dituju (m)
I = intensitas bunyi pada suatu titik (W/m2)
Taraf intensitas bunyi merupakan hubungan antara
kuat bunyi dengan intensitas bunyi. Secara matematis didefinisikan sebagai :
Keterangan :
TI = taraf intensitas (dB)
I = intensitas bunyi
(W/m2)
I0 = intensitas ambang (10-12 W/m2)
Persamaan tersebut berlaku untuk satu sumber
bunyi. Jika sumber bunyi identik berjumlah n buah, maka intensitas totalnya :
Jika
bunyi didengar di dua titik berbeda yang jaraknya berbeda, besar intensitas
bunyi di titik ke-2 dinyatakan sebagai berikut :
Keterangan :
TI2 = taraf intensitas pada jarak kedua
(dB)
TI1 = taraf intensitas pada jarak pertama
(dB)
r1 = jarak sumber bunyi dengan lokasi deteksi 1 (m)
r2 = jarak sumber bunyi dengan lokasi deteksi 2 (m)
Fenomena intensitas dan taraf intensitas bunyi
dapat kita amati bersama video pada video berikut ini :
Penerapan Gelombang Bunyi pada Teknologi di Kehidupan
Sehari-hari
1. Penyeteman nada pada gitar berdasarkan
pelayangan bunyi
Penyeteman
gitar biasa dilakukan dengan alat bernama tuner
atau dapat juga dengan sonometer. Prinsip dari penyeteman alat musik petik
adalah kesesuaian nada. Dawai gitar dipetik bersamaan dengan memetik dawai
sonometer. Jika masih ada pelayangan bunyi, frekuensi dawai gitar belum tepat.
2. Pembuatan gamelan memanfaatkan prinsip resonansi
bunyi
Gamelan
sebagian besar terdiri dari pelat yang dipukul, seperti sarondan gender. Di
bawah pelat-pelat gender terdapat rongga yang terbuat dari bambu yang berfungsi
sebagai tabung resonansi. Sementara pada saron terdapat kayu yang dilubangi.
Kayu tersebut memiliki fungsi sama,yaitu sebagai kotak rekonansi.
3. Sonar berkerja berdasarkan prinsip Efek Doppler
Efek
Doppler digunakan dalam sistem radar polisi untuk mengukur kelajuan kendaraan
bermotor.
4. Pencitraan medir menggunakan gelombang
ultrasonik
Citra
medis dengan gelombang ultrasonik dikenal dengan USG (ultrasonografi). Teknik
ini memanfaatkan koefisien transmisi dan refleksi sebuah benda terhadap
gelombang bunyi. Benda memiliki koefisien serapan dan pantulan yang
berbeda-beda. Semakin keras benda, koefisien refleksinya semakin besar. Teknik ini lebih disukai karena tidak menimbulkan efek samping berupa kerusakan
jaringan di sekitarnya. USG biasanya digunakan untuk mengetahui fisik janin,
usia janin, dan kelainan-kelainan kandungan.
5. Terapi dengan gelombang ultrasonik
Ultrasound therapy adalah metode pengobatan yang digunakan untuk
mengobati penyakit fisik dan penyembuhan jaringan. Tidak semua penyakit dapat
disembuhkan dengan ultrasoud therapy.
Penyakit yang dapat disembuhkan yang di
antaranya asteo arthritis (radang tulang),
radang kandung lendir, dan nyeri tungkai. Gelombang frekuensi tinggi
dibangkitkan untuk meningkatkan produksi panas jaringan dalam. Alat ini
menggunakan rangkaian pembangkit arus frekuensi 0,75-3 MHz. Arus ini berjalan
menembus kabel koaksial pada tranducer elektroda.
Kemudian harus dikonversi menjadi vibrasi (getaran) oleh adanya efek piezo
elektrik.
6. Pemasangan sound
system yang memanfaatkan sifat interferensi bunyi
Sound sytem pada gedung yang besar tidak dapat menggunakan loudspeaker sentral karena membutuhkan daya yang sangat besar.
Selain itu area yang dekat dengan posisi loudspeaker
akan menerima suara dengan amplitudo yang sangat besar. Solusinya adalah dengan
memasang loudspeaker paralel.
Pemasangan sound system di
gedung-gedung pertunjukan dan aula perlu perhitungan yang matang. Pemasangan sound system yang kurang tepat akan menimbulkan
interferensi yang kurang baik. Jika terjadi interferensi destruktif
(interferensi yang saling melemahkan) akan dijumpai area yang tidak mampu
menerima suara dengan baik.
7. Gelombang ultrasonik digunakan untuk autofokus
kamera
Teknologi
autofokus memanfaatkan kekuatan lensa yang secara otomatis bergerak dan
memfokuskan cahaya agar jatuh tepat di permukaan sensor. Teknologi autofokus
ada yang menggunakan laser, inframerah, dan ultrasonik. Autofokus ultrasonik
biasa digunakan dalam kamera DSLR (Digital
Single Lens Reflex). Sensor ultrasonik dalam kamera DSLR dapat disematkan
dalam lensa kamera.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar