Gelombang Bunyi GELOMBANG BUNYI

jarak antara dua titik perut yang berurutan dan b amplitudo gelombang berdiri itu pada x=0,25 cm.

Bab 3 GELOMBANG BUNYI

Kita telah mempelajari gelombang mekanik. Salah satu gelombang mekanik, yaitu gelombang longitudinal, memegang peranan penting dalam kehidupan manusia. Gelombang longitudinal yang merambat dalam medium, biasanya udara, disebut sebagai gelombang bunyi. Telinga manusia sangat peka dan dapat mendeteksi gelombang bunyi meskipun intensitasnya sangat rendah. Di samping berguna untuk mendengarkan lawan bicara, telinga manusia mampu menangkap isyarat-isyarat dari lingkungan: dari suara binatang di malam hari hingga bunyi klakson mobil yang bergerak mendekati. Sekarang kita akan membahas beberapa sifat penting dari gelombang bunyi, seperti frekuensi, amplitudo, dan intensitas. Telinga manusia sangat peka terhadap perubahan tekanan. Oleh karena itu, dalam membahas gelombang bunyi pembahasan perubahan tekanan seringkali sangat bermanfaat. Kita akan membahas hubungan antara pergeseran, perubahan tekanan, dan intensitas serta hubungan antara ketiga besaran ini dengan persepsi bunyi oleh manusia. Kita juga akan mempelajari interferensi dari dua gelombang bunyi yang frekuensinya berbeda sedikit sehingga menimbulkan fenomena layangan. Efek Doppler sebagai salah satu fenomena yang terjadi pada gelombang bunyi juga akan dibicarakan.

A. Gelombang Bunyi

Bunyi adalah gelombang longitudinal yang merambat dalam suatu medium. Bunyi dapat merambat dalam zat padat, zat cair, dan gas. Pada bagian ini hanya akan dibahas gelombang bunyi di udara. Gelombang bunyi yang paling sederhana adalah gelombang sinusoidal yang memiliki frekuensi, amplitudo, dan panjang gelombang tertentu. Telinga manusia peka terhadap gelombang bunyi dengan jangkauan frekuensi antara 20 Hz – 20.000 Hz. Jangkauan ini dikenal sebagai jangkauan suara yang dapat didengar audible range. Gelombang bunyi dengan frekuensi di luar daerah jangkauan yang dapat didengar mungkin dapat sampai ke telinga, 47 tetapi kita tidak sadar akan frekuensi tersebut. Gelombang bunyi yang frekuensinya di atas 20.000 Hz disebut gelombang ultrasonik. Anjing dan kelelawar adalah hewan yang dapat mendengar bunyi ultrasonik. Gelombang bunyi yang frekuensinya di bawah 20 Hz disebut gelombang infrasonik. Sumber-sumber gelombang infrasonik adalah gempa bumi, gunung meletus, halilintar, dan gelombang-gelombang yang dihasilkan oleh getaran mesin yang sangat kuat. Sekarang kita akan membahas gelombang bunyi sinusoidal yang merambat ke arah sumbu x positif. Gelombang ini dapat dinyatakan dengan persamaan y x,t = Asin ωt−kx . 3-1 Ingat, dalam gelombang longitudinal pergeseran partikel sejajar dengan arah perambatan. Oleh karena itu, x dan y diukur sejajar tidak tegak lurus seperti pada gelombang transversal. Gelombang bunyi dapat juga dijelaskan sebagai perubahan tekanan di berbagai titik. Untuk gelombang bunyi sinusoidal di udara, tekanannya berubah-ubah dapat di atas atau di bawah tekanan atmosfer p a . Telinga manusia bekerja dengan mengindera perubahan tekanan ini. Ketika gelombang bunyi memasuki telinga, ada perbedaan tekanan pada kedua sisi gendang telinga sehingga gendang telinga bergetar. Diandaikan p x,t menunjukkan perubahan tekanan di titik x pada saat t. Artinya, p x,t menunjukkan perbedaan tekanan di titik itu terhadap tekanan atmosfer p a . Ada hubungan antara perbedaan tekanan p x,t dan modulus bulk udara B , yaitu p x,t =−B ∂ yx ,t ∂ x . 3-2 Tanda negatif menunjukkan bahwa perubahan volume menyebabkan tekanan berkurang. Dengan mengingat Persamaan 3-1, diperoleh p x,t =BkA cosωt−kx . 3-3 48 Kuantitas BkA pada Persamaan 3-3 menunjukkan perubahan tekanan maksimum atau sering disebut sebagai amplitudo tekanan, dengn simbol p maks . Jadi, p maks = BkA . 3-4 Persamaan 3-4 menunjukkan bahwa amplitudo tekanan p maks berbanding lurus dengan amplitudo pergeseran A . Amplitudo tekanan juga bergantung pada panjang gelombang, sebab k =2 π λ . Contoh Soal 3.1 Gelombang bunyi di udara menghasilkan perbedaan tekanan yang dinyatakan dengan persamaan p x , t =0,75 cos 1 2 π 340−x , dengan p dalam pascal, x dalam meter, dan t dalam sekon. Hitunglah a amplitudo tekanan, b panjang gelombang, c frekuensi, dan d laju gelombang. Penyelesaian Dengan membandingkan antara persamaan p x , t =0,75 cos 1 2 π 340−x dan Persamaan 3-3, diperoleh a amplitudo tekanan p maks = 0,75 pascal, b k= 2 π λ = 1 2 π , panjang gelombang λ=4 meter, c ω=2πf =170π , frekuensi f =85 Hz, dan d laju gelombang v=fλ=85 Hz4 m =340 ms .

B. Getaran Dawai