contoh makalah fisika tentang gelombang dan bunyi

Palondongan panggalo                 20102205009  /  TI  23

KATA  PENGANTAR

Segala puji bagi TuhanYang Maha Esa sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini. Tanpa pertolongan Dia mungkin penyusun tidak akan sanggup menyelesaikan dengan baik.

Makalah ini disusun agar pembaca dapat memperluas ilmu tentang GELOMBANG DAN BUNYI, yang kami sajikan berdasarkan dari berbagai sumber. Makalah ini di susun oleh penyusun dengan berbagai rintangan. Baik itu yang datang dari diri penyusun maupun yang datang dari luar. Namun dengan penuh kesabaran dan terutama pertolongan dari Tuhan akhirnya makalah ini dapat terselesaikan.

Makalah ini memuat tentang “Gelombang dan Bunyi”. Walaupun makalah ini mungkin kurang sempurna tapi juga memiliki detail yang cukup jelas bagi pembaca..

Semoga makalah ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas kepada pembaca. Walaupun makalah ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Penyusun mohon untuk saran dan kritiknya. Terima kasih.

Penyusun

PENDAHULUAN

Gelombang adalah getaran yang merambat, baik melalui medium ataupun tidak melalui medium. Perambatan gelombang ada yang memerlukan medium, seperti gelombang tali melalui tali dan ada pula yang tidak memerlukan medium yang berarti bahwa gelombang tersebut dapat merambat melalui vakum ( hampa udara ) , seperti gelombang listrik magnet dapat merambat dalam vakum. Perambatan gelombang dalam medium tidak diikuti oleh perambatan media, tapi partikel-partikel mediumnya akan bergetar. Perumusan matematika suatu gelombang dapat diturunkan dengan peninjauan penjalaran suatu pulsa. Dilihat dari ketentuan pengulangan bentuk, gelombang dibagi atas gelombang periodik dan gelombang non periodik.

Berdasarkan sumber getarnya, tanpa disertai dengan medium perantaranya, gelombang dapat diklasifikasikan dalam dua kategori, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.
Gelombang mekanik adalah sesuatu yang dapat dibentuk dan dirambatkan dalam zat perantara bahan elastis. Sebagai contoh khusus diantaranya adalah gelombang bunyi dalam gas, dalam zat cair dan dalam zat padat. Gelombang Elektromagnetik perambatan secara transversal antara medan listrik dan medan magnet ke segala arah.

Gelombang didefinisikan sebagai energi getaran yang merambat. Dalam kehidupan sehari-hari banyak orang berfikir bahwa yang merambat dalam gelombang adalah getarannya atau partikelnya, hal ini sedikit tidak benar karena yang merambat dalam gelombang adalah energi yang dipunyai getaran tersebut. Dari sini timbul benarkan medium yang digunakan gelombang tidak ikut merambat? padahal pada kenyataannya terjadi aliran air di laut yang luas. Menurut aliran air dilaut itu tidak disebabkab oleh gelombang tetapi lebih disebabkan oleh perbedaan suhu pada air laut. Tapi mungkin juga akan terjadi perpindahan partikel medium, ketika gelombang melalui medium zat gas yang ikatan antar partikelnya sangat lemah maka sangat dimungkinkan partikel udara tersebut berpindah posisi karena terkena energi gelombang. Walau perpindahan partikelnya tidak akan bisa jauh tetapi sudah bisa dikatakan bahwa partikel medium ikut berpindah.

Bunyi merupakan gelombang mekanik yang dalam perambatannya arahnya sejajar dengan arah getarnya (gelombang longitudinal).

BAB II
PEMBAHASAN

2.1 PENGERTIAN GELOMBAG BUNYI

Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanis longitudinal”. Hal ini berarti bahwa bunyi memerlukan medium untuk merambat. Medium perambatan bunyi dapat berupa zat padat ataupun fluida(zat alir, meliputi zat cair dan gas).Partikel-partikel bahan yang mentransmisikan sebuah gelombang seperti itu berosilasi di dalam arah penjalaran gelombang itu sendiri. Gelombang bunyi juga merupakan gelombang longitudinal. Jadi, arah getaran partikel medium gelombang bunyi sejajar dengan arah perambatannya.

Ada suatu jangkauan frekuensi yang besar dimana dapat dihasilkan gelombang mekanis longitudinal dan gelombang bunyi adalah dibatasi oleh jangkauan frekuensi yang dapat merangsang telinga dan otak manusia kepada sensasi pendengaran. Jangkauan ini adalah kira- kira 20 siklus/ detik ( atau 20 Hz) sampai kira- kira 20.000 Hz dan dinamakan jangkauan suara yang dapat didengar (audible range).Persepsi manusia terhadap bunyi terkait dengan karakteristik bunyi yang dapat dirasakan. Secara umum ada dua karakteristik bunyi yang mampu dirasakan oleh manusia, yaitu keras–lemahnya bunyi dan tinggi rendahnya bunyi. keras–lemahnya bunyi terkait dengan amplitude dan energy gelombang bunyi tersebut.

2.1.1 Macam-Macam gelombang bunyi
Menurut Ruwanto(2007)menuyimpulkan bahwa,”gelombang bunyi dapat dikelompokkan menjadi tiga yaitu gelombang infrasonik, gelombang audio (audiosonik) dan gelombang ultrasonik”.

1. Gelombang Infrasonik
Gelombang infrasonik adalah gelombang bunyi yang frekuensinya kurang dari 20 Hz. Gelombang ini tak dapat dideteksi oleh telinga manusia. sebagai contoh sumber-sumber gelombang infrasonic yaitu gempa bumi ( aktivitas seismik ) dan aktivitas gunung berapi (aktivitas vulkanik ). Gelombang infrasonik dari aktivitas seismik ataupun vulkanik juga mampu dideteksi oleh binatang – binatang di sekitarnya. Oleh karena itu biasanya sebelum terjadinya bencana berupa gunung meletus ataupun gempa bumi, binatang-binatang itu lebih dulu bermigrasi atau berpindah dari lokasi tersebut. Meskipun tak mampu mendeteksinya, ternyata manusia memiliki reaksi tertentu terhadap adanya gelombang infrasonic. Beberapa penelitian para ahli menunjukkan bahwa seseorang yang berada di sekitar gelombang infrasonik akan cenderung merasa cemas, gelisah, ngeri dan merasakan sesuatu keanehan emosi.

Contoh Soal 1 :

Sebuah gelombang pada permukaan air dihasilkan dari suatu getaran yang frekuensinya 30 Hz. Jika jarak antara puncak dan lembah gelombang yang berturutan adalah 50 cm, hitunglah cepat rambat gelombang tersebut!

Penyelesaian :

Diketahui : f = 30 Hz , ½ λ = 50 cm ­­­­­ à λ = 100 cm = 1 m

Ditanya : v = ..?

Jawab : v = λ.f = 1.30 = 30 m/s

Contoh Soal 2 :

Sebuah pemancar radio bekerja pada gelombang 1,5 m. Jika cepat rambat gelombang radio 3.108 m/s, pada frekuensi berapakah stasion radio tersebut bekerja!

Penyelesaian :

Diketahui : λ = 1,5 m, ­­­­­ v = 3.108 m/s

Ditanya : f = ..?

Jawab : f = = = 2. 108 Hz = 200 MHz

1. Gelombang Berjalan

Jika tali yang sangat panjang dibentangkan dan salah satu ujungnya digetarkan terus menerus, maka pada tali akan terjadi gelombang berjalan di sepanjang tali. Jika titik P berjarak x dari A dan ujung A merupakan sumber getar titik A telah bergetar selama t, maka titik P telah bergetar selama

, dimana v = kecepatan gelombang pad tali.

Dari keadaan di atas, maka kita dapat menentukan persamaan gelombang berjalan yaitu :

, karena , maka :

, karena Tv = λ, maka :

, dapat juga ditulis dengan persamaan :

atau

Faktor ( bilangan gelombang), dan persamaan di atas dapat juga ditulis sbb:

, dimana yp = simpangan getar di P ( m atau cm )

A = Amplitudo ( m atau cm )

ω = kecepatan sudut ( rad/ s )

t = waktu ( s )

k = bilangan gelombang ( /m )

x = jarak titik a terhadap titik P ( m atau cm )

λ (lambda) = panjang gelombang ( m atau cm )

Contoh Soal 3:

Gelombang berjalan mempunyai persmaan y = 0,2 sin (100π t – 2π x), dimana y dan x dalam meter dan t dalam sekon. Tentukan amplitudo, periode, frekuensi, panjang gelombang, dan cepat rambat gelombang tersebut !

Penyelesaian :

Diketahui : y = 0,2 sin (100π t – 2π x)

Ditanya : A = …?, T = …?, f = ..?, λ = ..?, v = ..?

Jawab : Kita dapat menjawab soal tersebut dengan cara membandingkan persamaan gelombang dalam soal dengan persamaan umum gelombang berjalan yaitu sbb :

y = 0,2 sin (100π t – 2π x) ………( 1 )

………….( 2 )

Dari persamaan (1) dan (2), maka dpat diambil kesimpulan bahwa :

Amplitudonya adalah : A = 0,2 m

Periode dapat ditentukan sbb: 100π = , sehingga T = s

Dari T = s, maka dapat dicari frekuensinya , yaitu f = Hz

Panjang gelombang ditentukan sbb: 2π x = , sehingga 1 m

Dari hasil f dan λ, maka cepat rambat gelombangnya adalah : v = λ.f = 50.1 = 50 m/s

Cepat rambat gelombang dapat juga ditetnukan dengan : m/s

Contoh Soal 4:

Seutas tali yang panjangnya 5 m, massanya 4 gram ditegangkan dengan gaya 2 N dan salah satu ujungnya digetarkan dengan frekuensi 50 Hz. Hitunglah:

cepat rambat gelombang pada tali tersebut !

panjang gelombang pada tali tersebut !

Penyelesaian :

Diketahui : l = 5 m, m = 4 gr = 4.10-3kg, F = 2 N, f = 50 Hz

Ditanya : a. v = ..?

b. λ = ..?

Jawab : a. = m/s

b. m

Contoh Soal 5:

Seutas tali yang ditegangkan dengan gaya 5 N dan salah satu ujungnya digetarkan dengan frekuensi 40 Hz terbentuk gelombang dengan panjang gelombang 50 cm. Jika panjang tali 4 m, hitunglah:

cepat rambat gelombang pada tali tersebut !

massa tali tersebut !

Penyelesaian :

Diketahui : l = 4 m, F = 5 N, f = 40 Hz, λ = 50 cm = 0,5 m

Ditanya : a. v = ..?

b. m = ..?

Jawab : a. v = λ.f = 0,5.40 = 20 m/s

b. —-à m = 0,05 kg

2. Gelombang audio
Gelombang audio merupakan gelombang bunyi yang frekuensinya 20 Hz hingga 20.000 Hz. Gelombang audio ini misalnya dihasilkan oleh alat musik, percakapan, tumbukan antar benda, serta semua getaran bunyi yang bunyinya mampu didengar manusia.

3. Gelombang ultrasonik
Gelombang ultrasonik merupakan gelombang bunyi dengan frekuensi diatas 20.000 Hz. Gelombang bunyi ini juga tak mampu terdengar oleh manusia. Beberapa binatang mampu mendeteksi gelombang ultrasonic ini, seperti, anjing, tikus, lumba-lumba dan kelelawar. Ada banyak manfaat gelombang ultrasonic misalnya di bidang medis dan industry. Di bidang medis gelombang ini dapat digunakan untuk mencitrakan janin yaitu dengan ultrasonografi (USG ) dan juga untuk membersihkan gigi. Di bidang industri , gelombang ini dapat digunakan untuk melakukan uji tak rusak atau Non Destructive Testing (NDT)

Soal

1. Diberikan sebuah persamaan gelombang Y = 0,02 sin (10πt − 2πx) dengan t dalam sekon, Y dan x dalam meter. Tentukan :

a. amplitudo gelombang
b. frekuensi sudut gelombang
c. tetapan gelombang
d. cepat rambat gelombang
e. frekuensi gelombang
f. periode gelombang
g. panjang gelombang
h. arah rambat gelombang
i. simpangan gelombang saat t = 1 sekon dan x = 1 m
j. persamaan kecepatan gelombang
k. kecepatan maksimum gelombang
l. persamaan percepatan gelombang
m. nilai mutlak percepatan maksimum
n. sudut fase saat t = 0,1 sekon pada x = ¹/₃ m
o. fase saat t = 0,1 sekon pada x = ¹/₃ m

Pembahasan :

Bentuk persamaan umum gelombang:

            Y = A sin (ωt - kx)

dengan A amplitudo gelombang,   ω = 2πf dan k=2π/λ dengan demikian :

a. A = 0,02 m

b. ω = 10π rad/s
c. k = 2π
d. v =  ω/k = 10π/2π = 5 m/s

e. f =  ω/2π = 10π/2π = 5 Hz

f. T = 1/f  = 1/ 5 = 0, 2 sekon

g. λ = 2π/k = 2π/2π = 1 m

h. ke arah sumbu x positif

i. Y = 0,02sin(10 π-2π)=0,02sin(8π)= 0 m
j. v = ω A cos(ωt−kx)=10π(0,02) cos(10πt−2πx) m/s
k. v_maks = ωA = 10π(0,02) m/s
l. a = −ω²y=−(10π)²(0,02)sin(10πt−2πx) m/s²
m. a_maks =|−ω²A|=|−10π² (0,02)| m/s²
n. sudut fase θ = (10.π.0,1−2π.(¹/₃)=¹/₃ π = 60^o
o. fase φ = ^60o/₃₆₀^o = ¹/₆

2. Suatu gelombang permukaan air yang frekuensinya 500 Hz merambat dengan kecepatan 350 m/s. tentukan jarak antara dua titik yang berbeda sudut fase 60°!

Pembahasan :

Lebih dahulu tentukan besarnya panjang gelombang dimana

Beda fase gelombang antara dua titik yang jaraknya diketahui adalah

3. Seutas tali salah satu ujungnya digerakkan naik turun sedangkan ujung lainnya terikat. Persamaan gelombang tali adalah y = 8 sin (0,1π) x cos π (100t - 12) dengan y dan x dalam cm dan t dalam satuan sekon. Tentukan:

a. panjang gelombang

b. frekuensi gelombang

c. panjang tali

Pembahasan :

Pola dari gelombang stasioner diatas adalah

a. menentukan panjang gelombang

b. menentukan frekuensi gelombang

c. menentukan panjang tali

4. Diberikan grafik dari suatu gelombang berjalan seperti gambar di bawah!

Jika jarak P ke Q ditempuh dalam waktu 5 sekon, tentukan persamaan dari gelombang di atas!

Pembahasan :

Bentuk umum persamaan gelombang adalah 

 

atau

atau

dengan perjanjian tanda sebagai berikut :

Tanda Amplitudo (+) jika gerakan pertama ke arah atas

Tanda Amplitudo (-) jika gerakan pertama ke arah bawah

Tanda dalam kurung (+) jika gelombang merambat ke arah sumbu X negatif / ke kiri

Tanda dalam kurung (-) jika gelombang merambat ke arah sumbu X positif / ke kanan

ambil data dari soal panjang gelombang  (λ) = 2 meter, dan periode (T) = 5/2 sekon atau frekuensi (f) = 2/5 Hz, masukkan data ke pola misal pola ke 2 yang dipakai didapat

5. Seutas kawat bergetar menurut persamaan :
 
Jarak perut ketiga dari titik  x = 0 adalah.....
A. 10 cm
B. 7,5 cm
C. 6,0 cm
D. 5,0 cm
E. 2,5 cm

Pembahasan :
 Pola diatas adalah pola untuk persamaan gelombang stasioner ujung tetap atau ujung terikat. Untuk mencari jarak perut atau simpul dari ujung ikatnya, tentukan dulu nilai dari panjang gelombang.
 
Setelah ketemu panjang gelombang, tinggal masukkan rumus untuk mencari perut ke -3 . Lupa rumusnya,..!?! Atau takut kebalik-balik dengan ujung bebas,..!? Ya sudah tak usah pakai rumus, kita pakai gambar saja seperti di bawah:

Posisi perut ketiga P₃ dari ujung tetap A adalah satu seperempat panjang gelombang atau (5/4) λ  (Satu gelombang  = satu bukit - satu lembah), sehingga nilai X adalah :
X = (5/4)λ = (5/4) x 6 cm = 7,5 cm

2.1.2 Sifat- sifat gelombang bunyi
Sifat- sifat umum gelombang bunyi yaitu:
 Dispersi
 Difraksi
 Interferensi
 Pembiasan
 Polarisasi
 Pemantulan
Bunyi adalah gelombang longitudinal
Bunyi adalah getaran yang dapat didengar.
Getaran yang dapat didengar manusia = 16 Hz – 20.000 Hz
Pesawat terbang supersonic artinya kecepatan pesawat tersebut melebihi kecepatan rambat bunyi di udara.
Gelombang bunyi tidak dapat merambat dalam hampa udara artinya bunyi membutuhkan medium untuk merambat.
Semua bunyi atau nada mempunyai kecepatan rambat yang sama dalam suatu medium atau kecepatan rambat bunyi tidak tergantung pada frekuensi jika merambat pada medium yang sama.

2.1.3 Layangan Bunyi
Efek layangan yaitu fenomena yang terjadi jika dua gelombang itu mempunyai amplitude yang sama tetapi frekuensinya berbeda sedikit. Hal ini misalnya terjadi pada dua garpu tala yang frekuensinya sedikit berbeda yang dibunyikan bersama-sama. Dan apabila dua deretan gelombang yang frekuensinya sama berjalan sepanjang garis yang sama di dalam arah-arah yang berlawanan maka gelombang tegak akan dibentuk sesuai dengan prinsip superposisi.
Prinsip superposisi yang sama akan memimpin kita ke suatu jenis interferensi yang lain, yang dapat kita namakan interferensi di dalam waktu. Interferensi seperti ini terjadi bila dua deret gelombang yang frekuensinya berbeda sedikit berjalan di dalam arah yang sama. Dengan bunyi maka kondisi seperti itu terdapat bila, misalnya dua kunci piano yang berdekatan dipukul pada waktu bersamaan.

2.1.4 Sumber Gelombang Bunyi
Sumber gelombang bunyi adalah sesuatu yang bergetar. Hampir semua benda yang bergetar menimbulkan bunyi. Misalnya dawai gitar atau biola tampak bergetar sewaktu dibunyikan. Bunyi yang dihasilkan oleh getaran dawai menyerupai superposisi dari gelombang- gelombang sinusoidal berjalan. Gelombang berdiri pada dawai dan gelombang bunyi yang merambat di udara mempunyai kandungan harmonik (tingkatan di mana terdapat frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi dasar) yang serupa. Kandungan harmonik bergantung pada cara dawai itu digetarkan.

2.1.5 Resonansi
Resonansi merupakan keadaan yang terjadi pada suatu benda ketika pada benda itu datang gaya periodik yang frekuensinya sama dengan frekuensi alamiah benda tersebut. Akibat keadaan resonansi, benda akan bergetar dengan amplitudo terbesar yang mungkin dapat terjadi karena gaya periodik itu. Resonansi dapat juga berarti bergetarnya suatu benda karena getaran benda lain. Fenomena resonansi dapat juga ditunjukkan dengan gelombang longitudinal (bunyi) dapat ditimbulkan oleh garpu tala. Resonansi memegang peranan penting dalam instrument musik. dawai tidak dapat menghasilkan nada yang nyaring jika tidak dilengkapi dengan ruang resonansi. Ruang resonansi ini dapat beresonansi dengan dawai yang bergetar di dekatnya. Tanpa ruang resonansi, gitar dan biola tidak akan menghasilkan nada yang nyaring dan merdu.
Sumber pada terompet adalah getaran bibir peniupnya. Jika terompet tidak dilengkapi dengan ruang resonansi yang berupa pipa dengan bentuk tertentu, getaran bibir saja tidak akan menghasilkan nada yang nyaring dan merdu. Instrumen musik gamelan juga menggunakan ruang resonansi yang terletak di bagian bawah. Demikian juga angklung bambu yang sangat terkenal dari jawa barat.

2.1.6 Efek Doppler pada bunyi
Bila seorang pendengar bergerak menuju sebuah sumber bunyi yang stasioner, maka titi nada (frekuensi) bunyi yang terdengar adalah lebih tinggi daripada bila pendengar tersebut berada di dalam keadaan diam. Bila pendengar bergerak menjauhi sumber stationer tersebut, maka dia akan mendengarkan titi nada yang lebih rendah daripada bila pendengar tersebut berada di dalam keadaan diam. Doppler (1842) menyatakan bahwa “sumber dan pengamat bergerak sepanjang garis yang menghubungkan sumber dan pengamat medium melalui dimana bunyi berjalan. Untuk menganalisis Efek Doppler pada gelombang bunyi, kita perlu menentukan hubungan antara pergeseran frekuensi, kecepatan sumber dan kecepatan pendengar relatif terhadap medium (biasanya udara) yang dilalui gelombang bunyi tersebut. Dengan demikian seorang pengamat yang bergerak menuju sumber bunyi yang diam akan mendengar frekuensi yang lebih tinggi daripada frekuensi sumber bunyi yang sebenarnya Sebaliknya seseorang pengamat yang bergerak menjauhi sumber bunyi akan mendengar frrekuensi yang lebih rendah daripada frekuensi sumber bunyi yang sebenarnya.
Efek Doppler adalah efek yang penting di dalam cahaya. Laju cahaya begitu besar sehingga hanya sumber astronomik atau sumber atomik , yang mempunyai kecepatan- kecepatan tinggi dibandingkan dengan sumber makroskopik bumi, yang memperlihatkan efek Doppler yang sangat nyata. Efek astronomik terdiri dari pergeseran panjang gelombang yang diamati dari cahaya yang dipancarkan oleh elemen-elemen yang ada pada elemen astronomik yang bergerak dibandingkan terhadap panjang gelombang yang diamati dari elemen- elemen yang sama ini di bumi.
Konsekuensi dari efek Doppler yang mudah diamati adalah pelebaran (penyebaran frekuensi) radiasi yang dipancarkan dari gas-gas yang panas. Pelebaran ini berasal dari kenyataan bahwa atom-atom atau molekul-molekul yang memancarkan cahaya bergerak di dalam semua arah dan laju yang berbeda-beda relatif terhadap alat pengamat sehingga penyebaran frekuensi akan dideteksi.

BAB III
PENUTUP

3.1 KESIMPULAN

         Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik longitudinal. Gelombang bunyi dikelompokkan menjadi 3, yaitu gelombang infrasonik, gelombang audio dan gelombang ultrasonik. Gelombang infrasonic adalah gelombang yang frekuensinya kurang dari 20 Hz. Gelombang ini tidak dapat didengar oleh manusia. Gelombang audio adalah gelombang yang dapat didengar oleh manusia. Gelombang ini memiliki frekuensi antara 20 Hz hingga 20 KHz. Gelombang ultrasonic adalah gelombang yang berfrekuensi lebih dari 20 KHz. gelombang ini tak dapat didengar manusia. Karakteristik bunyi dicirikan oleh keras dan tingginya bunyi. Keras lemahnya bunyi tergantung pada besar kecilnya amplitude gelombang bunyi itu. Gelombang bunyi dapat dipantulkan (mengalami refleksi),dibiaskan, dilenturkandan diserap. Seperti gelombang pada umumnya , gelombang bunyi juga mengalami interferensi. Layangan bunyi terjadi jika dua bunyi beramplitudo sama dan hampir sama frekuensinya bergabung, satu layangan didefinisikan sebagai dua bunyi lemah atau dua bunyi kuat. Efek Doppler pada gelombang bunyi terjadi jika ada gerak relative antara pendengar dan sumber bunyi.

3.2 SARAN

- Untuk pembaca dapat menambah dapat menambah wawasan dan bisa memberikan kritik membangun bagi penulis.
- Untuk lembaga pendidikan diharap agar bisa menerapkan dalam pembelajaran.
- Untuk lembaga penelitian diharapkan bisa menghasilkan penemuan yang lebih baik