StandarKompetensi
1.
Menerapkan konsep dan prinsip gejala
gelombangdalam menyelesaikan masalah.
KompetensiDasar
1.3Menerapkan konsep
dan prinsip gelombang bunyi dan cahaya dalam teknologi.
A. Gelombang
Gelombang adalah osilasi (getaran)
yang merambat pada suatu medium atau tanpa medium dengan tidak disertai
perambatan bagian-bagian medium itu sendiri.Pada
gelombang yang merambat adalah gelombangnya, bukan zat medium perantaranya Dalam
perambatannya gelombang memindahkan energi dari suatu tempat ke tempat lain.
B.
Jenis-jenis Gelombang
Jenis
gelombang dibedakan berdasarkan medium perambatannya dan berdasarkan arah
rambatnya. Berdasarkan medium perambatannya gelombang dibedakan menjadi
gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.
1.
Gelombang elektromagnetik
Gelombang
elektromagnetik merupakan gelombang yang merambat tanpa memerlukan suatu medium
sebagai media perambatannya. Oleh karena itu, gelombang elektromagnetik dapat merambat tanpa
memerlukan adanya media perambatan, gelombang ini dapat merambat melalui ruang
hampa. Contoh gelombang elektromagnetik adalah gelombang cahaya, gelombang
radio, radiasi infra merah, radiasi ultraviolet, sinar-X, dan sinar gamma. Itulah
sebabnya cahaya matahari mampu sampai ke permukaan bumi, meskipun melewati
ruang hampa.
2.
Gelombang mekanik
Gelombang mekanik merupakan gelombang yang merambat
pada suatu medium sebagai media perambatannya. Gelombang jenis ini tidak dapat
merambat jika tidak ada medium sebagai perantara gelombang. Contoh gelombang
mekanik diantaranya gelombang pada tali, gelombang pada permukaan air, dan
gelombang bunyi. Gelombang pada tali merambat dengan tali sebagai media
perambatannya. Gelombang pada permukaan air merambat dengan air sebagai media
perambatannya. Gelombang bunyi dapat merambat melalui udara, zat padat, atau
zat cair sebagai media perambatannya.
Ada beberapa sifat gelombang mekanik, diantaranya:
a)
Perambatan getaran di suatu medium mempunyai kelajuan
tertentu yang dinamakan cepat rambat gelombang. Kelajuan atau cepat rambat
gelombang ini sangat ditentukan oleh sifat mekanik medium.
b)
Partikel dari medium tidak merambat melalui
ruang-ruang di medium, tetapi partikel medium bergerak bolak-balik atau turun
naik terhadap posisi kesetimbangan partikel tersebut.
c)
Gelombang menyalurkan energi dari satu ruang ke ruang
lain di dalam medium. Gelombang memindahkan energi, bukan memindahkan partikel.
C. Gelombang
Bunyi
C.1 Bunyi
Sebagai Gelombang
Bunyi adalah salah satu
gelombang, yaitu gelombang longitudinal. Gelombang longitudinal adalah
gelombang yang arah rambatnya sejajar atau berimpit dengan arah getarnya.
Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang pada slinki dan gelombang bunyi
di udara. Dalam perambatannya gelombang bunyi berbentuk rapatan dan renggangan
yang dibentuk oleh partikel-partikel perantara bunyi. Apabila gelombang bunyi
merambat di udara, perantaranya adalah partikel-partikel udara. Gelombang bunyi
tidak dapat merambat di dalam ruang hampa udara karena dalam ruang udara tidak
ada partikel-partikel udara.
Bunyi sebagai gelombang
mempunyai sifat-sifat sama dengan sifat-sifat dari gelombang yaitu:
1.
Dapat dipantulkan (refleksi)
Bunyi dapat dipantulkan terjadi
apabila bunyi mengenai permukaan benda yang keras, seperti permukaan dinding
batu, semen, besi, kaca dan seng.
Contoh :
Contoh :
Suara
kita yang terdengar lebih keras di dalam gua akibat dari pemantulan bunyi yang
mengenai dinding gua.
Suara
kita di dalam gedung atau studio musik yang tidak menggunakan peredam suara.
2.
Dapat dibiaskan (refiaksi)
Refiaksi adalah pembelokan arah
linatasan gelombang setelah melewati bidang batas antara dua medium yang
berbeda.
Contoh
:
Pada
malam hari bunyi petir terdengar lebih keras daripada siang hari karena
pembiasan gelombang bunyi.
3.
Dapat dipadukan (interferensi)
Seperti halnya interferensi
cahaya, interferensi bunyi juga memerlukan dua sumber bunyi yang koheren.
Contoh
:
Dua
pengeras suara yang dihubungkan pada sebuah generator sinyal (alat pembangkit
frekuensi audio) dapat berfungsi sebagai dua sumber bunyi yang koheren.
4.
Dapat dilenturkan (difraksi)
Difraksi adalah peristiwa
pelenturan gelombang bunyi ketika melewati suatu celah sempit.
Contoh
:
Kita dapat
mendengar suara orang diruangan berbeda dan tertutup, karena bunyi melewati
celah-celah sempit yang bisa dilewati bunyi.
Sumber bunyi dihasilkan
dari semua benda yang bergetar dan menghasilkan suara merambat melalui medium
atau zat perantara sampai ketelinga.Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar.
Hal-hal yang membuktikan bahwa bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar adalah
:
1. Ujung penggaris yang digetarkan
menimbulkan bunyi.
2. Pada saat berteriak, jika leher kita
dipegangi akan terasa bergetar.
3. Dawai gitar yang dipetik akan
bergetar dan menimbulkan bunyi.
4. Kulit pada bedug atau gendang saat
dipukul tampak bergetar.
Bunyi terjadi jika terpenuhi tiga
syarat, yaitu :
1. Sumber Bunyi
Benda-benda yang dapat
menghasilkan bunyi disebut sumber bunyi. Contoh sumber bunyi adalah berbagai
alat musik, seperti gitar, biola, piano, drum, terompet dan seruling
2. Zat Perantara (Medium)
Gelombang bunyi
merupakan gelombang longitudinal yang tidak tampak. Bunyi hanya dapat merambat
melalui medium perantara. Contohnya udara, air, dan kayu. Tanpa medium
perantara bunyi tidak dapat merambat sehingga tidak akan terdengar. Berdasarkan
penelitian, zat padat merupakan medium perambatan bunyi yang paling baik
dibandingkan zat cair dan gas.
3. Pendengar
Bunyi dapat didengar
apabila ada pendengar. Manusia dilengkapi indra pendengar, yaitu telinga
sebagai alat pendengar.Getaran yang berasal dari benda-benda yang bergetar,
sampai ke telinga kita pada umumnya melalui udara dalam bentuk gelombang.
Karena gelombang yang dapat berada di udara hanya gelombang longitudinal, maka
bunyi merambat melalui udara selalu dalam bentuk gelombang longitudinal. Kita
perlu ingat bahwa gelombang longitudinal adalah perapatan dan perenggangan yang
dapat merambat melalui ketiga wujud zat yaitu : wujud padat, cair dan gas.
Ada tiga aspek dari bunyi sebagai
berikut :
a.
Bunyi dihasilkan oleh suatu sumber
seperti gelombang yang lain, sumber bunyi adalah benda yang bergetar.
b. Energi
dipindahkan dan sumber bunyi dalam bentuk gelombang longitudinal.
c.
Bunyi dideteksi (dikenal) oleh telinga
atau suatu instrumen cepat rambat gelombang bunyi di udara dipengaruhi oleh
suhu dan massa jenis zat.
C.2 Cepat Rambat Bunyi
Saat melihat cahaya
halilintar, kamu akan mendengar bunyi setelah beberapa saat. Hal ini disebabkan
karena bunyisebagai gelombang memiliki cepat rambat yang lebih kecildaripada
cepat rambat cahaya. Bunyi merambat melaluisuatu medium dengan cara memindahkan
energi dari satumolekul ke molekul lain dalam medium tersebut. Dalammedium yang
berbeda dan/atau kondisi yang berbeda, bunyi memiliki cepat rambat yang berbeda.
Dibandingkandengan medium cair atau gas, gelombang bunyi merambatlebih cepat
dalam zat padat. Hal ini disebabkan karena jarak antarmolekul dalam zat padat
lebih rapat sehinggaperpindahan energi dari molekul satu ke molekul yang lain
berjalan lebih cepat.Cepat rambat bunyi dalam beberapa medium atau zatperantara
dapat kamu lihat dalam tabel berikut.
Tabel 1 Cepat
Rambat Bunyi dalam Beberapa Medium
|
Zat perantara
|
Cepat rambat bunyi (m/s)
|
|
Gas
karbon
|
267
|
|
Udara
pada suhu 00c
|
332
|
|
Udara
pada suhu 150c
|
340
|
|
Udara
pada suhu 250c
|
347
|
|
Hideogen
|
1.286
|
|
Alkohol
|
1.213
|
|
Timbal
|
1.300
|
|
Air
pada suhu 150c
|
1.440
|
|
Emas
|
2.030
|
|
Aluminium
|
5.000
|
|
Baja
|
5.100
|
|
Besi
|
5.120
|
|
Kaca
|
4.000-5.500
|
|
Kayu
pinus
|
3.313
|
|
Granit
|
6.000
|
C.3.
Frekuensi dan Tinggi Nada
Bunyi sebagai gelombang
memiliki dimensi frekuensi.Berdasarkan frekuensinya, bunyi dibedakan menjadi
dua,yaitu bunyi dengan frekuensi teratur yang disebut nada dan bunyi yang
berfrekuensi tidak teratur yang disebut desah(noise). Dengan nada, kita dapat
melantunkan sebuah lagudan membuat alat musik.Kita mengenal ada nada yang
tinggi dan ada pula nadayang rendah. Tinggi rendahnya suatu nada ditentukanoleh
besar kecil frekuensinya. Telinga manusia hanya dapatmendengar bunyi pada
rentang frekuensi 20 Hz sampai 20.000Hz. Rentang frekuensi ini disebut pula
frekuensi audio (rangeaudible). Sedangkan, bunyi dengan frekuensi di bawah 20
Hzdisebut frekuensi infrasonik, dan bunyi dengan frekuensi diatas 20.000 Hz
disebut frekuensi ultrasonik. Beberapa hewanmemiliki kemampuan untuk mendengar
bunyi denganfrekuensi ultrasonik, seperti anjing yang dapat mendengarsampai
frekuensi 50.000 Hz dan kelelawar yang mampumendengar bunyi sampai pada
frekuensi 100.000 Hz.
|
Nada lemah
|
|
Nada kuat
|
(a)
(b)
Gambar 1. Nada kuat dan nada lemah pada frekuensi yang
sama
Sebagaimana gelombang
pada umumnya, frekuensi bunyi berbanding lurus dengan cepat rambat dan
berbandingterbalik dengan panjang gelombang.
dengan: f = frekuensi
(Hz)
v = cepat rambat bunyi (m/s)
λ = panjang gelombang (m)
D. Gejala-gejala Gelombang
D.1. Layangan
Fekuensi kedua gelombang bunyi sedikit
berbeda sehingga fasenya tidak selalu sama sepanjang waktu. Pada saat tertentu,
kedua gelombang bunyi tepat sefase, pada saat tertentu keduanya berbeda fase –
pada saat tertentu keduanya tepat berlawanan fase. Ketika kedua gelombang bunyi
tepat sefase maka terjadi interferensi konstruktif. Dalam hal ini, amplitudo
gelombang resultan bernilai maksimum (Amplitudo berkaitan dengan intensitas.
Intensitas berkaitan dengan kenyaringan atau kuat lemahnya bunyi. Jika amplitudo
maksimum maka intensitas juga maksimum. Dalam hal ini bunyi terdengar lebih
keras). Ketika kedua gelombang bunyi tepat berlawanan fase maka amplitudo
gelombang resultan bernilai nol (Tidak ada bunyi yang didengar).
Perubahan amplitudo gelombang resultan berlangsung
secara terus menerus sepanjang waktu, sepanjang perambatan kedua gelombang
bunyi yang berinterferensi. Adanya perubahan amplitudo gelombang bunyi secara
terus menerus ini menyebabkan perubahan kenyaringan bunyi yang terjadi secara
terus menerus, yang kita dengar sebagai layangan.
D.2
Interferensi Bunyi
Interferensi gelombang adalah perpaduan atau superposisi gelombang ketika
dua gelombang atau lebih tiba di tempat yang sama pada saat yang sama.
Interferensi dua gelombang dapat menghasilkan gelombang yang amplitudonya
saling menguatkan (interferensi maksimum) dan dapat juga menghasilkan gelombang
yang amplitudonya saling melemahkan (interferensi minimum).
Prinsip
Superposisi
Dari penjelasan sebelumnya bisa dikatakan bahwa amplitudo alias simpangan
dari perpaduan dua puncak gelombang atau perpaduan dua lembah gelombang atau
perpaduan satu puncak dan satu lembah gelombang sama dengan penjumlahan aljabar
dari amplitudo masing-masing puncak gelombang atau lembah gelombang secara
terpisah (puncak gelombang dianggap positif sedangkan lembah gelombang dianggap
negatif). Hal ini dikenal dengan julukan prinsip superposisi.
D.3. Resonansi
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 diredamkan dari sistem tersebut.
a)
Menghitung
kecepatan suara menggunakan resonansi tobe
Kecepatan penjalaran bunyiatau biasa disebut laju bunyi bergantung pada
parameterfisis medium. Laju bunyi pada
suatu medium dapat diketahui jika frekuensi danpanjang gelombang bunyi di
ketahui v =f.λ, dimana v adalah
laju penjalaran bunyi, f adalah frekuensi bunyi dan .λ adalah panjanggelombang bunyi. Frekuensi
bunyi dapat di peroleh dari pengeras suara yang dihubungkan dengan pembangkit frekuensi audio. Panjang gelombang bunyi
diukurpada tabung resonansi pada keadaan resonansi. Resonansi ditandai
oleh intensitasbunyi yang terdengar lebih keras dibandingkan pada keadaan
lainnya pada panjangtabung tertentu. Resonansi adalah fenomena gelombang
berdiri pada kolom dan terjadiketika panjang kolom adalah
Pada hakekatnya gelombang menjalar adalah suatu penjalaran gangguan, energi
atasatau momentum. Perambatan gelombang ada
yang memerlukan medium, sepertigelombang tali melalui tali dan ada pula yang
tidak memerlukan medium, sepertigelombang listrik magnet dapat merambat
dalam vakum. Perambatan gelombangdalam medium tidak diikuti oleh perambatan
media, tapi partikel-partikel mediumnyaakan bergetar. Perumusan matematika
suatu gelombang dapat diturunkan denganpeninjauan penjalaran suatu pulsa.
Dilihat dari ketentuan pengulangan bentuk,gelombang
dibagi atas gelombang periodik dan gelombang non periodik. Jika dua buah
gelombang merambat dalam satu medium, hasilnya adalah jumlah darisimpangan
kedua gelombang tersebut. Hasil dari supersosisi ini menimbulkanberbagai fenomena yang menarik, seperti adanya
pelayangan, interferensi, difraksi,dan resonansi. Misalkan superposisi dari
suatu gelombang datang dengan gelombangpantulnya bisa menghasilkan gelombang
yang dikenal sebagai gelombang stasioneratau gelombang berdiri.
Jika gelombang datang secara terus menerus maka
akan terjadi resonansi. Resonansipada umumnya terjadi jika gelombang mempunyai
frekuensi yang sama dengan ataumendekati frekuensi alamiah, sehingga terjadi
amplitudo yang maksimal. Peristiwaresonansi
ini banyak dimanfaatkan dalam kehidupan, misalkan saja resonansi gelombang
suara pada alat-alat musik. Gelombang suara merupakan gelombangmekanik yang
dapat dipandang sebagai gelombang simpangan maupun sebagaigelombang
tekanan.Jika gelombang suara merambat dalam suatu tabung berisi udara, maka
antaragelombang datang dan gelombang yang dipantulkan oleh dasar tabung
akan terjadisuperposisi, sehingga dapat timbul resonansi gelombang berdiri jika
panjang tabungudara merupakan kelipatan dari λ/4 ( λ= panjang gelombang). Jika
gelombang suara dipandang sebagai gelombang
simpangan, pada ujung tabung yang tertutup akanterjadi simpul, tetapi
jika ujungnya terbuka akan terjadi perut.
Hubungan antara panjang tabung L danpanjang
gelombang adalah:
Untuk resonansi pertama L = ¼ λ
Untuk resonansi kedua L = ¾ λ
Untuk resonanso ketiga L = 5/4 λ
Sebagaimana gelombang
pada umumnya, frekuensi bunyi berbanding lurus dengan cepat rambat dan
berbandingterbalik dengan panjang gelombang.
Latihan:
1.
Sebutkan syarat-syarat agar bunyi bisa terjadi?
2.
Apa yang dimaksud dengan Resonansi? Jelaskan prinsip
kerjanya !
DAFTAR PUSTAKA
Abadi, Rinawan. 2010. Buku Panduan
Pendidik Fisika untuk SMA/MA Kelas XII.
Klaten: Intan Pariwara
juni 2012)
Halliday & Resnick. 1996. Fisika
Jilid 1. Jakarta : Erlangga
Taranggono, Agus. 2006. Sains Fisika
SMA/MA 3. Jakarta: Bumi Aksara
Zemansky, Sears. 1982. Fisika untuk
Universitas 1 Mekanika: Bunyi. Bandung:
Binacipta
