GELOMBANG BUNYI

KELOMPOK 1 :

ADE JOYO SASTRO EKA MURTI NINGSIH JULIADIRIZKY ULFA UMAIYAH SITI KHADIJAH SYARIVA MARIS

FISIKA DIK C 2012FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS NEGERI MEDAN

Kompetensi Dasar :

Melakukan kajian ilmiah untuk mengenali gejala dan ciri-ciri gelombang bunyi serta penerapannya dalam teknologi

Peta KonsepBunyiEfek dopplerSuperposisi Interferensi Resonansi Pantulan TarafIntensitasAudiosonik Infrasonik Ultrasonik Periode Frekuensi Amplitudo Cepat RambatPanjang GelombangFase Daya &IntensitasGas Cair Padat

Besaran dasarnyaDiklasifikasikanBerdasarkan frekuensinyaParameterdipresentasikanmediumMengalami gejala

GELOMBANG BUNYIBunyi adalah satu bentuk energi. Sumber bunyi berupa objek yang bergetar. Arah getarnya searah dengan arah rambatan gelombangnya. Bunyi berupa gelombang longitudinal.

SYARAT TERDENGARNYA BUNYI

1. SUMBER BUNYI

3. FREKUENSI 20 Hz- 20KHz

2. MEDIUM PERAMBATAN

4. PENDENGAR YANG BAIK

Seruling dapat menghasilkan bunyi

Proses terdengarnya bunyi pada telinga manusia

Medium perambatan bunyi:

PadatCairGas

CONTOH SUMBER-SUMBER BUNYI

Cepat rambat bunyi tergantung pada jenis dan suhu zat perantaranya.

Kecepatan bunyi pada materi juga sangat bergantung pada modulus elastis dan tingkat kerapatan materinya.

CEPAT RAMBAT BUNYI

CEPAT RAMBAT BUNYI DENGAN MEDIUM CAIR

dengan:B = modulus bulk zat cair (N/m2) =massa jenis zat cair (kg/m3)

2. CEPAT RAMBAT BUNYI DENGAN MEDIUM PADAT

dengan:Y = modulus Young (N/m2) = massa jenis zatpadat (kg/m3)

3. CEPAT RAMBAT BUNYI DENGAN MEDIUM GAS

dengan:R = tetapan umum gas =8,3 J/mol KT = suhu mutlak (K)M=massa molekul relatif gas (kg/mol) = konstanta Laplace

KECEPATAN BUNYI DALAM MEDIUM

FREKUENSI BUNYI

Beberapa kemampuan hewan dalam menangkap gelombang frekuensi bunyi : Kelelawar menggunakan frekuensi 100.000 hz untuk navigasi gerakan terbang.Anjing dapat mendengar hingga 40.000 hz.Kucing memeiliki kepekaan pendengaran dari 100 sampai 60.000 hz.Kudanil menggunakan frekuensi infrasonic 5hz untuk berkomunikasi antar sesama kuda nil.Lumba lumba, mampu mendengar sampai 150.000HzGajah mampu menangkap frekuensi bunyidari 1 s/d 20.000 hz.

NadaBunyi yg. Frekuensinya teratur dan enak didengarMisal : bunyi alatmusik, gamelan, nyanyian.DesiranBunyi yg. Frekuensinya kurang teratur tetapi masih enak didengar.Misal : bunyi aliran angin, sungai, air terjun.LetupanBunyi dg. Frekuensi tidak teratur & tidak enak didengarMisal : Bunyi petasan, ledakan.

MACAM-MACAM BUNYI

Tinggi Rendah Nada & Kuat Lemahnya NadaTinggi Rendah Nada

Tinggi rendah nada tergantung frekuensi getarBila frekuensi besar disebut nada tinggiBila frekuensi kecil disebut nada rendahKuat Lemah Nada

Kuat lemah nada tergantung amplitudo getarBila amplitudo besar, nada kuatBila amplitudo kecil, nada lemah

Kuat bunyi diukur dengan menggunakan besaran yang dikenal dengan taraf intensitas bunyi.

Intensitas bunyi adalah arus energi atau daya gelombang bunyi per satuan luas.KeteranganI = intensitas bunyi (watt/m2)P = daya dari perambatan gelombang (watt)A = luas permukaan bunyi (m2)

KUAT BUNYI

Keterangan:TI = taraf intensitas bunyi (dB)I = intensitas bunyi (watt/m2)I0 =harga ambang intensitas bunyi(1012 watt/m2) Satuan dari taraf intensitas adalah desibell, yang disingkat dB. Dengan 1 dB =0,1 bell. Satuan bell diambil dari nama seorang penemu Amerika Serikat terkenal, yaitu Graham Bell.

Intensitas bunyi yang masih dapat terdengar oleh telinga manusia adalah sekitar 1012watt/m2. Intensitas ini disebut batas pendengaran atau harga ambang intensitas bunyi.

Intensitas bunyi di suatu jarak tertentu terhadap sumber bunyi.

2.Untuk n sumber bunyi

Skala DecibelLevel bunyi dapat berubah beberapa besaran orde (orders of magnitude).Karena iti, tingkat bunyi b didefinisikan sebagai: Bagaimana mengukur ke-nyaring-an bunyi?Catatan: Jika I berubah jadi 10 kali, bertambah 1.

Pemantulan (Refleksi) BunyiGelombang bunyi jika mengenai suatu penghalang/rintangan maka ada sebagian yang diserap oleh penghalang dan sebagian lagi dipantulkan bergantung keras atau lunaknya penghalang.

BUNYI MENGALAMI BEBERAPA GEJALA :

1. GEMA

2. GAUNG

2. Pembiasan (Refraksi) BunyiJika gelombang bunyi melewati 2 batas medium yang berbeda, maka akan terjadi pembiasan bunyi. Bunyi yang datang dari indeks bias kecil ke indeks bias besar, maka bunyi dibiaskan mendekati garis normal, dan sebaliknya.Contohnya adalah suara petir pada malam hari terdengar lebih keras daripada siang hari.

3. Interferensi Bunyi

Apabila dua gelombang bunyi yang frekuensinya sama, datang di suatu tempat secara bersamaan, kedua gelombang itu akan berinterferensi.

Hasil interferensi gelombang bunyi menyebabkan timbulnya penguatan bunyi dan pelemahan bunyi.

Salah satu percobaanuntuk memperlihatkan peristiwa interferensi gelombang bunyi ialah percobaan Quincke.

Peristiwa interferensi gelombang bunyi dapat diamati dengan percobaan sebagaiberikut: Dua buah pengeras suara berdekatan dihubungkan dengan pembangkit frekuensi audio.

Terdapat 2 macam interferensi :

saling menguatkan

saling melemahkan

INTERFERENI KONSTRUKTIF

INTERFERENSI DESTRUKTIF

Keterangan:S = selisih lintasan (m) = panjang gelombang (m)n = bilangan cacah 0, 1, 2, ... Gejala penguatan terjadi apabila selisih fase kedua gelombang 0, 1, 2, ..., dan seterusnya serta selisih lintasannya:

S = n

Gejala pelemahan bunyi terjadi jika selisih fase kedua gelombang dan selisih lintasannya:

4. Difraksi BunyiDi dalam suatu medium yang sama, gelombang merambat lurus. Oleh karena itu, gelombang lurus akan merambat ke seluruh medium dalam bentuk gelombang lurus juga.

Lenturan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah dinamakan difraksi gelombang.

Pada celah sempit, difraksi gelombang tampak jelas.

Pada celah lebar, hanya muka gelombang pada tepi celah saja melengkung

5. RESONANSI BUNYIResonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena ada benda lain yang bergetar disekitarnya / didekatnya.

Syarat resonansi :Benda yg Ikut bergetar mempunyai frekuensi yg sama dengan benda yg bergetar mula-mula.

Percobaan resonansiHubungan antara panjang kolomudara di atas air dan panjanggelombangnya saat terjadi resonansi

GARPU TALA

Pelayangan Bunyi adalah: interferensi yang terjadi akibat superposisi dua buah gelombang dengan frekuensi yang sedikit berbeda dan merambat dalam arah yang sama sehingga menghasilkan kenyaringan bunyi yang berubah-ubah secara periodik.Satu layangan bunyi terdiri dari: dua bunyi keras atau dua bunyi lemah yang terjadi secara berurutan.1 layangan: keraslemah-keras ataulemah-keras-lemah

PIPA ORGANAAda dua jenis pipa organa, yaitu

Pipa organ terbuka (kedua ujungnya terbuka)Pipa organa tertutup (salah satu ujungnya tertutup

Ujung Terbuka: antinodeUjung Tertutup: node

Panjang gelombang terpanjang yang memenuhi syaratFrekuensi resonansi fundamental

Pipa OrganaterbukaPipa OrganatertutupNadadasarNadaAtas 1NadaAtas 2NadadasarNadaAtas 1Pipa Organaterbuka l = ll = 4 l fo = v/lPipa Organatertutup l = ll = 2 l NadaAtas 2

Tinjau pipa dengan panjang L, satu ujungnya terbuka, ujung lainnya tertutup.Pada resonansi, perpindahan antinode pada ujung terbuka, dan perpindahan node pada ujung tertutup.

8.psd

Pipa terbuka pada kedua ujungnya: perpindahan antinode pada kedua ujungnya. Pipe tertutup pada kedua ujungnya: perpindahan nodes pada kedua ujungnya.

9.psd

Untuk kedua kasus tersebut :

Ekspresi yang sama seperti tali dengan kedua ujungnya terikat.

Perbandingan nada Pipa Organa Terbuka fo:f1:f2:f3:f4:fn = 1 : 2 : 3 : 4 :.. n + 1 Perbandingan nada Pipa Organa Tertutup fo:f1:f2:f3:f4:fn = 1 : 3 : 5 : 7 :..(2n+1)

DAWAI

Seutas dawai atau senar yang kedua ujungnya terikat jika digetarkan akan membentuk gelombang stasioner. Getaran ini akan menghasilkan bunyi dengan nada tertentu, bergantung pada jumlah gelombang yang terbentuk pada dawai tersebut.

PERCOBAAN MELDEGelombang datangGelombang pantulUjung pantul terikatCepat rambat bunyi pada dawai : v = F m v = cepat rambat (m/s) F = gaya (N) m = massa tiap satuan panjang ( m/ l )

Amplitudo Yaitu untuk menghitung cepat rambat bunyi dalam dawai

Nada Harmonik pada Dawai

Nada Dasar

L

Nada Atas 1

LLNada Atas 2

Perbandingan frekuensi nada harmonik pada dawai: fo : f1 : f2 : f3 : f4 :fn = 1: 2 : 3 : 4 :..n+1

n = nada atas ke .

Gelombang pada dawai (Senar)

Nada Dasar (f0)(Harmonik pertama)Nada atas pertama (f1)(Harmonik kedua)Nada atas kedua (f2)(Harmonik ketiga)Nada atas pertama (f3)(Harmonik keempat)

Cepat rambat gelombang bunyi pada dawai Berdasarkan percobaan Melde, dapat disimpulkan bahwa:

1. cepat rambat gelombang v berbanding lurus dengan akar tegangan dawai F.2. cepat rambat gelombang v berbanding terbalik dengan akar massa dawai m3. cepat rambat gelombang v berbanding lurus dengan akar panjang dawai l

secara matematis dirumuskan:Dengan :v = cepat rambat gelombang bunyi pada dawai (m/s)F =gaya tegangan dawai (N)l =panjang dawai (m)m =massa dawai (kg) = massa tiap satuan panjang (kg/m) = m/l

6.EFEK DOPLEREfek doppler adalah Peristiwa berubahnya harga frekuensi bunyi yang diterima oleh pendengar (P) dari frekuensi satu sumber bunyi (S), apabila terjadi gerakan relatif antara P dan S.

Keterangan :Fp = frekuensi yang didengar pendengar (Hz)Fs = frekuensi sumber bunyi (Hz)V = Cepat Rambat Bunyi (m/s)Vp = kecepatan gerak pendengar (m/s)Vs = kecepatan gerak sumber bunyi(m/s)Penentuan tanda (+) an (-) pada Vs dan Vp*Vs bertanda (+) = sumber menjauhi pendengar*Vs bertanda (-) = sumber mendekati pendengar*Vs = 0 = sumber bunyi tidak bergerak (diam)*Vp bertanda(+) = pendengar mendekati sumber bunyi*Vp bertanda(-) = pendengar menjauhi sumber bunyiVp=0= pendengar tidak bergerak (diam)Doppler merumuskan sbb:

Efek Dopler Muncul karena Perubahan Frekuensi akibat gerakan Gejala ini dapat terjadi pada gelombang bunyi maupun cahaya.....

Contoh: kamu berada dijalan raya seperti gambar di samping atas, kemudian berpapasan dengan mobil yang membunyikan klakson, maka akan terdengar suara yang lebih tinggi, berarti frekuensinya lebih besar, sebaliknya ketika mobil menjauhi kamu, bunyi klakson terdengar lebih rendah, karena frekuensi yang didengar berkurang,.nah itu dinamakn EFEK DOPPLER !!

Gambaran tentang fenomena efek Doppler :1. Sumber bunyi dan pendengar diam.Jika sumber bunyi dan pendenga diam , maka frekuensi yang diterima pendengar ( fP ) sama dengan frekensi sumber bunyi (fS)2. Sumber bunyi mendekati pengamat yang diam Sumber bunyi mendekati pengamat (yang diam) dengan kecepatan VS , maka frekuensi gelombang yang diamati pengamat lebih tinggi dari fs3. Sumber bunyi menjauhi pengamat yang diamSetelah sumber bunyi melewati pengamat (yang diam) dengan kecepatan VS, maka frekuensi gelombang yang diamati pengamat lebih rendah dari fs

3. PENGAMAT MENDEKATI SUMBER BUNYI

4. PENGAMAT MENJAUHI SUMBER BUNYI

Aplikasi Gelombang Bunyi1. Sonar (Sound Navigator and Ranging) Sonar digunakan dalam dunia kelautan untuk navigasi sebuah kapal agar tidak karam, menemukan letak kumpulan ikan, menentukan kedalaman laut tertentu, dan pemetaan bentuk dasar lautBeberapa pemanfaatan gelombang ultrasonik antara lain sebagai berikut.Pemanfaatan ultrasonik pada sonar

2. Nondestructive Testing-NDT (uji tak merusak)

Yaitu salah satu teknik analisa di bidang industri untuk evaluasi sifat dan karakterisrik sebuah bahan, komponen, atau sistem tanpa menyebabkan kerusakan pada bahan, komponen, atau sistem tersebut.

Salah satu metode NDT adalah ultrasonic testing. Uji tak merusak menggunakangelombang ultrasonik

3. Pencuci ultrasonik (ultrasonic cleaner) Yaitu, sebuah alat yang menggunakan gelombang ultrasonik (berfrekuensi 15-400 kHz) dan cairan pembersih khusus digunakan untuk membersihkan benda berbahan halus dan mudah pecah, seperti berlian, lensa, dan komponen optik lainnya, arloji, peralatan operasi, serta beberapa

komponen industri. Alat ini mampu menghasilkan

kualitas pencucian yang lebihbaik dibandingkan alat pencuci manual lainnya.Pencuci ultrasonik

4. Pengelasan ultrasonik (ultrasonic welding)

Yaitu, salah satu teknik pengelasan dalam bidang industri yang menggunakan frekuensi tinggi getaran akustik gelombang ultrasonik yang dipancarkan secara lokal pada potongan dua buah benda atau lebih yang akan disambung.

Pada umumnya, teknik ini

digunakan untuk benda berbahan plastik dan untuk menyambungkan dua buah benda dengan bahan yang berbeda. Pengelasan ultrasonik

5. Ultrasonografi (USG)

Digunakan dalam bidang kedokteran untuk: mengamati keadaan dan kondisi janin di dalam uterus seorang wanita hamil; mendiagnosa dan pengobatan, misalnya, untuk menghancurkan jaringan dalam tubuh yang tidak diinginkan (seperti tumor atau batu ginjal)

GELOMBANG KEJUTPernakah anda melihat perahu yang bergerak dengan kecepatan tinggi diatas permukaan air?

Ketika perahu bergerak, gelombang air terbentuk. Saat kecepatan air laut lebih besar dari pada kecepatan gelombang air laut akan terlihat muka gelombang seperti gambar di atas. Peristiwa ini merupakan analogi dari proses terjadinya gelombang kejut

LANTAS....

APAKAH YANG DIMAKSUD DENGAN GELOMBANG KEJUT???

Jadi,,

Gelombang kejut adalah gelombang dari sebuah aliran yang sangat cepat dikarenakan kenaikan tekanan, temperature, dan densitas secara mendadak pada waktu bersamaan.

Grafik hubungan antara tekanan gelombang kejut dengan waktu

Gambar gelombang subsonik (a) sumber bunyi diam (b) sumber bunyi bergerak ; (c) gelombang kejut dengan kecepatan supersonik

BILANGAN MACHPerbandingan antara kecepatan sumber bunyi dengan kecepatan suara didefinisikan sebagaibilangan Mach (M) yang ditujukan untuk memberikan parameter kecepatan suatu benda terhadap kecepatan suara yang dilaluinya

dirumuskan dengan :

Dimana :

M = bilangan Machv = kecepatan benda ( m/s)c = kecepatan suara dalam medium tertentu (m/s)

bila kita mengambil contoh dari penjelasan di atas, maka bila diasumsikan kecepatan pesawat tetap dan kecepatan suara semakin kecil, maka bilangan Mach akan semakin besar sehingga memungkinkan pesawat tersebut melaju dengan kecepatan supersonik lebih cepat daripada bila bergerak pada ketinggian 2 km dengan kecepatan suara sebesar 1211 km.

Tabel harga kecepatan suara untuk atmosfer standar berdasarkan U.S. Standard Atmosphere,1962

Gambar cara menentukan bilangan Mach dengan metode Mach Angel

Dengan asumsi pada persamaan (2) bahwa c = a dan v = u, maka didapat : sehingga disimpulkan :Dan M disebut dengan Mach Angel.

Dengan adanya Mach number, kecepatan dibagi menjadi empat wilayah yakni:

Subsonik (Mach < 1,0)Sonik (Mach = 1.0)Transonik ( 0,8 < Mach < 1.3)

a. Kecepatan Transonik (M 1) b. Supersonik (Mach > 1.0)4. Hypersonik (mach > 5.0)Ke empat wilayah yaitu:

APLIKASI GELOMBANG KEJUT1. PROSES PEMBENTUKAN BERENERGI TINGGIProses pembentukan berenergi tinggi ( high energy rate forming HERF), mencakup beberapa proses berkecepatan tinggi dan bertekanan sangat tinggi. HERF atau pembentukan berkecepatan tinggi meliputi proses pemberian energi dengan kecepatan tinggi pada benda kerja, dengan demikian ukuran peralatan dapat di perkecil.

Pembentukan ledakan dapat melepaskan energi dengan laju tinggi dan tekanan gas serta laju peledakan dapat diatur dengan cermat. Bahan peledak berkekuatan rendah ataupun tinggi dapat di gunakan dalam berbagai proses. Dengan bahan peledak berkekuatan rendah atau sistem patron, gas yang mengembang terkurung dan dapat mencapai kekuatan 700 Mpa. Sedangkan yang berkekuatan tinggi yang meledak dengan cepat dapat mencapai tekanan 20 kali lebih besar.

Peledakan yang terjadi di udara atau cairan akan menimbulkan gelombang kejut yang merambat dalam media antara bahan peledak dengan benda kerja. Selain dengan peledakan, tekanan gas yang tinggi dapat dihasilkan dengan ekspansi gas cair, eksplosi campuran gas hidrogen oksigen, letupan muatan dan pelepasan gas bertekanan.

Saat ini ada 3 jenis pembangkit shock wave yang digunakan dalam ESWL: electrohydraulic, piezoelectric, dan electromagnetic generator. Masing-masing memiliki cara kerja yang berbeda, namun ketiganya menggunakan air sebagai medium untuk merambatkan shock wave yang dihasilkan.

Dari 3 jenis generator di atas, electrohydraulic lithotripter merupakan lithotripter yang paling banyak digunakan saat ini. Diagram skematik dari lithotripter ini dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar Ilustrasi efek langsung dan tidak langsung dari shock wave pada batu ginjal

PENGAYAAN

Jika vS>v, persamaan Doppler tidak lagi berlaku: Laju SupersonikGelombang Kejut (Shock Wave) akan dihasilkan: perubahan besar (abrupt) dari tekanan udaraWavefront berbentuk Kerucut Mach (Mach Cone)Laju Supersonik

Peluru dengan Mach 1.01

Menembus Sound BarrierF-18 tepat saat mencapai supersonik

Peluru (Mach 2.45)

Gelombang KejutSonic Boom:T-38 Talon twin-engine, high-altitude, supersonic jet trainer

Gelombang Kejut dan Sonic Boom