Archive for November 2024

2 soal latihan dan penyelesainya

2 contoh soal latihan dan penyelesainya

1.Sebuah pipa organa tertutup mempunyai panjang 40 cm. Jika cepat rambat bunyi di udara 320 m/s, hitunglah frekuensi nada dasar dan nada atas keduanya!

penyelesaian

DIK (Diketahui):

Panjang pipa organ tertutup: $L = 40 \, \text{cm} = 0,4 \, \text{m}$
Cepat rambat bunyi di udara: $v = 320 \, \text{m/s}$

DIT (Ditanya):

Frekuensi nada dasar ( $f_{1)}$
Frekuensi nada atas pertama ( $f_{3)}$
Frekuensi nada atas kedua ( $f_{5)}$

jawab

L = \frac{\lambda}{4} \quad \Rightarrow \quad \lambda = 4L

By : Mylin Forces.Fields

On :

SUARA

Suara adalah gelombang mekanis berupa gelombang tekanan yang bergerak melalui media seperti udara. Manusia dapat mendengar frekuensi antara 20 Hz hingga 20 kHz, sementara suara di bawah 20 Hz disebut infrasonik dan di atas 20 kHz disebut ultrasonik, yang dapat didengar oleh hewan tertentu seperti kelelawar. Prinsip-prinsip gelombang, seperti refleksi dan transmisi, juga berlaku dalam studi suara. Ultrasonografi, yang menggunakan gelombang ultrasonik, memiliki banyak aplikasi dalam sains, teknik, dan kedokteran, seperti pengujian tak rusak dan pencitraan janin tanpa radiasi berbahaya. Efek Doppler, yang akan dibahas lebih lanjut, berguna untuk mengukur kecepatan aliran darah dan angin.

1.PENDAHULUAN UNTUK SUARA

Suara adalah sebuah contoh darigelombang mekanis, khususnya,tekanan melambai:SuaraGelombang bergerak melalui udara dan media lain sebagai osilasi molekul. Manusia normalpendengaranmencakup yang mengesankanjangkauanfrekuensi dari 20 Hz sampai 20 kHz. Suara di bawah 20 Hz disebut infrasonik, sedangkan suara di atas 20 kHz disebut ultrasonik. Beberapa hewan, seperti kelelawar yang ditunjukkan pada Gambar 17.1, dapat mendengar suara dalam frekuensi ultrasonik.jangkauan.

Pendengaran merupakan indera manusia yang penting yang dapat mendeteksi frekuensi suara, berkisar antara 20 Hz dan 20 kHz. Akan tetapi, spesies lain memiliki rentang pendengaran yang sangat berbeda. Kelelawar, misalnya, mengeluarkan bunyi klik dalam gelombang ultrasonik, menggunakan frekuensi di atas 20 kHz. Mereka dapat mendeteksi serangga di sekitar dengan mendengar gema bunyi klik ultrasonik ini. Gelombang ultrasonik penting dalam beberapa aplikasi manusia, termasuk menyelidiki struktur bagian dalam tubuh manusia, Bumi, dan Matahari. Gelombang ultrasonik juga berguna dalam industri untuk pengujian nondestruktif. (kredit: modifikasi karya Angell Williams).

2. GELOMBANG SUARA

A. Perbedaan Suara dan Pendengaran

• Suara: Energi dari getaran yang merambat melalui medium (udara, air, atau padatan) dalam bentuk gelombang.

• Pendengaran: Proses biologis di mana telinga dan otak menangkap dan menginterpretasikan suara.

B. Suara sebagai Gelombang

Suara adalah gelombang longitudinal di mana partikel medium bergetar sejajar dengan arah rambat. Gelombang ini menciptakan pola berulang yang bergerak melalui medium.

C. Model pengambaran suara

1. Persamaan Dasar Gelombang Suara

Model suara yang merambat dapat direpresentasikan menggunakan gelombang sinusoidal dengan beberapa persamaan dasar:

Kecepatan Gelombang:
$v = f \cdot \lambda$
di mana:
- $v$ : kecepatan gelombang suara (m/s),
- $f$ : frekuensi gelombang suara (Hz),
- $\lambda$ : panjang gelombang (m).
Persamaan Perpindahan Gelombang Sinusoidal: Gelombang suara yang merambat dapat dinyatakan dengan persamaan sinusoidal:
$y(x,t) = A \sin(2 \pi f t - k x)$
di mana:
- $y(x, t)$ : perpindahan partikel di posisi $x$ dan waktu $t$ ,
- $A$ : amplitudo gelombang (perpindahan maksimum),
- $f$ : frekuensi gelombang,
- $t$ : waktu,
- $k$ : bilangan gelombang, yang dirumuskan sebagai $k = \frac{2 \pi}{\lambda}$ ,
- $x$ : posisi partikel dalam arah rambat gelombang.

2. Model Perpindahan Molekul Udara dalam Gelombang Suara

Dalam gelombang suara, molekul udara bergetar maju-mundur sejajar dengan arah rambat suara, sehingga membentuk pola kompresi dan rarefaksi. Model ini menunjukkan bagaimana molekul-molekul udara bergerak mengikuti pola gelombang longitudinal:

Kompresi: Daerah di mana molekul udara berkumpul rapat, menciptakan tekanan tinggi.
Rarefaksi: Daerah di mana molekul udara lebih jarang, menciptakan tekanan rendah.

Persamaan Posisi Molekul Udara
Posisi molekul udara dalam arah rambat gelombang suara dinyatakan dengan:

$s(x, t) = s_{\text{max}} \cos(2 \pi f t - k x)$

di mana:

$s (x, t): posisi perpindahan molekul udara pada titik$ $x$ dan waktu $t$ ,
$s_{\text{max}}$ : perpindahan maksimum molekul udara (amplitudo),
$f$ : frekuensi getaran,
$t$ : waktu,
$k$ : bilangan gelombang.

3. Persamaan Tekanan dalam Gelombang Suara

Tekanan dalam gelombang suara berubah sesuai dengan kompresi dan rarefaksi. Persamaan tekanan dapat dinyatakan sebagai:

$\Delta P(x, t) = \Delta P_{\text{max}} \sin(2 \pi f t - k x)$

di mana:

$\Delta P(x, t)$ : perubahan tekanan pada titik $x$ dan waktu $t$ ,
$\Delta P_{\text{max}}$ : perubahan tekanan maksimum,
$f$ : frekuensi gelombang suara,
$t$ : waktu,
$k$ : bilangan gelombang.

D. Kompresi dan Rarefaksi

• Kompresi: Bagian gelombang di mana partikel-partikel berdekatan, menciptakan daerah dengan tekanan tinggi.

• Rarefaksi: Bagian gelombang di mana partikel-partikel menyebar, menciptakan daerah dengan tekanan rendah.

Kompresi dan rarefaksi memungkinkan suara merambat melalui medium dalam bentuk gelombang tekanan.

3.KECEPATAN SUARA

A. Hubungan antara Panjang Gelombang dan Frekuensi Suara

Panjang gelombang ( $\lambda$ ) dan frekuensi ( $f$ ) memiliki hubungan terbalik, yang digambarkan dalam persamaan:

v = f \cdot \lambda

di mana:

$v$ : kecepatan suara dalam medium (m/s),
$f$ : frekuensi suara (Hz),
$\lambda$ : panjang gelombang (m).

Dari persamaan ini, kita lihat bahwa:

Jika frekuensi suara meningkat (misalnya suara lebih tinggi), panjang gelombang akan berkurang untuk mempertahankan kecepatan yang sama.
Jika frekuensi suara berkurang, panjang gelombang akan bertambah.

B. Kecepatan Suara di Berbagai Media

Kecepatan suara dalam suatu media memang sangat bergantung pada sifat fisik media tersebut, seperti elastisitas dan kerapatan. Berikut ini adalah penjelasan dan persamaan utama yang menunjukkan bagaimana sifat-sifat ini memengaruhi kecepatan suara dalam berbagai jenis media:

Kecepatan suara ( $v$ ) dalam suatu media mekanis dapat dijelaskan secara umum dengan persamaan berikut:

v = \sqrt{\frac{elastisitas}{ineria​}}

di mana:

Elastisitas: Merupakan sifat yang menunjukkan seberapa kuat media bisa kembali ke bentuk aslinya setelah mengalami tekanan.
Inersia: Berkaitan dengan massa atau kerapatan medium, menunjukkan seberapa besar media "menahan" perpindahan.

Persamaan Gelombang Suara dalam Media Berbeda

Persamaan ini berbeda bergantung pada media tempat suara merambat:
Pada Tali atau String:
Kecepatan gelombang pada tali dengan tegangan $F_T$ dan kerapatan linear $\mu$ adalah:
$v = \sqrt{\frac{F_T}{\mu}}$
di mana $F_T$ adalah tegangan tali, dan $\mu$ adalah massa per satuan panjang.
Dalam Fluida (Cair atau Gas):
Kecepatan suara dalam fluida (cair atau gas) tergantung pada modulus bulk ( $B$ ) dan kerapatan ( $ρ):$
$v = \sqrt{\frac{B}{\rho}}$
di mana:
$B$ : modulus bulk, menunjukkan ketahanan fluida terhadap perubahan volume.
$\rho$ : kerapatan fluida.
Dalam Padatan:
Untuk padatan, kecepatan suara bergantung pada modulus Young ( $E$ ) dan kerapatan ( $\rho$ ):
$v = \sqrt{\frac{E}{\rho}}$
Dalam Gas Ideal:
Kecepatan suara dalam gas ideal dapat diturunkan dari teori kinetik gas, dengan persamaan:
$v = \sqrt{\frac{γ R T}{M}}$
di mana:
$\gamma$ : indeks adiabatik (sekitar 1,4 untuk udara),
$R$ : konstanta gas (8,31 J/mol·K),
$T$ : suhu absolut (Kelvin),
$M$ : massa molar gas.

Kecepatan suara bergantung pada jenis medium karena perbedaan kerapatan dan elastisitas medium tersebut. Berikut beberapa contoh kecepatan suara di berbagai media pada suhu kamar (sekitar 20°C):

Udara: ~343 m/s
Air: ~1480 m/s
Besi: ~5120 m/s
Kayu: ~3300 m/s (bergantung pada jenis kayu)

Suara merambat lebih cepat di media padat karena molekul-molekul di dalamnya lebih rapat dan ikatan antar molekul lebih kuat, memungkinkan energi suara merambat lebih cepat dibandingkan dalam gas atau cairan.

C. Turunan Persamaan untuk Kecepatan Suara di Udara

Kecepatan suara di gas, termasuk udara, dapat diturunkan dari prinsip fisika dasar dan dinyatakan sebagai:

v = \sqrt{\frac{γ \cdot R \cdot T}{M}}

di mana:

$v$ : kecepatan suara (m/s),
$\gamma$ : rasio kapasitas panas (≈ 1,4 untuk udara),
$R$ : konstanta gas ideal (8,314 J/(mol·K)),
$T$ : suhu dalam Kelvin (K),
$M$ : massa molar gas (≈ 0,029 kg/mol untuk udara).

Persamaan ini menunjukkan bahwa kecepatan suara di udara bergantung pada suhu (semakin tinggi suhu, semakin cepat kecepatan suara) karena molekul udara bergerak lebih cepat pada suhu yang lebih tinggi, mempercepat perambatan gelombang suara.

D. Menghitung Kecepatan Suara di Udara pada Suhu Tertentu

Kecepatan suara di udara pada suhu tertentu dapat dihitung dengan menggunakan persamaan pendekatan:

v = 331,3 + (0,6 \times T)

di mana:

$v$ : kecepatan suara dalam m/s,
$T$ : suhu udara dalam derajat Celsius (°C).

Contoh Perhitungan
Jika suhu udara adalah 25°C, maka kecepatan suara di udara adalah:

v = 331,3 + (0,6 \times 25) = 331,3 + 15 = 346,3 \, \text{m/s}

Jadi, pada suhu 25°C, kecepatan suara di udara adalah sekitar 346,3 m/s.

Analogi Kekakuan dan Kerapatan pada Kecepatan Suara

Kekakuan Media: Media yang kaku atau sulit dikompresi (modulus besar) akan memiliki kecepatan suara yang lebih tinggi. Contohnya, kecepatan suara lebih tinggi dalam besi (padatan yang kaku) dibandingkan dengan udara.
Kepadatan Media: Media dengan kerapatan yang lebih tinggi biasanya memperlambat kecepatan suara. Contohnya, kecepatan suara di udara lebih rendah dibandingkan pada air atau besi, karena udara lebih mudah dikompresi dan memiliki kerapatan yang lebih rendah.

4.INTESITAS SUARA

Intensitas suara adalah jumlah energi yang dipancarkan oleh gelombang suara dalam suatu satuan waktu melalui satuan luas. Secara fisika, intensitas suara mengukur kekuatan suara yang diterima pada titik tertentu dalam ruang. Intensitas ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti amplitudo gelombang suara (yang berhubungan dengan energi suara) dan kerapatan udara.

Rumus intensitas suara ( $I$ ) adalah sebagai berikut:

I = \frac{P}{A}

di mana:

$P$ adalah daya (energy per unit time) yang diterima oleh area tertentu,
$A$ adalah luas permukaan yang menerima gelombang suara.

Intensitas suara diukur dalam satuan Watt per meter persegi (W/m²).

1. Intensitas Suara dan Hubungannya dengan Amplitudo

Intensitas suara ( $I$ ) berkaitan langsung dengan kuadrat amplitudo tekanan suara. Persamaan matematis yang menjelaskan hubungan antara intensitas dan tekanan variasi adalah:

$I = \frac{1}{2} \rho v (\Delta p)^2$

di mana:

$I$ adalah intensitas suara (W/m²),
$\rho$ adalah kerapatan udara (kg/m³),
$v$ adalah kecepatan suara (m/s),
$\Delta p$ adalah variasi tekanan (Pa) yang mewakili amplitudo tekanan suara.

Dari persamaan ini, dapat dilihat bahwa intensitas suara sebanding dengan kuadrat dari variasi tekanan. Semakin besar amplitudo (atau variasi tekanan) yang terjadi dalam medium udara, semakin besar intensitas suara yang dihasilkan.

Energi yang dihasilkan oleh gerakan udara dalam gelombang suara juga sebanding dengan kuadrat amplitudo getaran, dengan kerapatan udara dan kecepatan suara sebagai faktor yang memengaruhi.

2. Proses Pendengaran pada Manusia

Pendengaran manusia merupakan persepsi terhadap gelombang suara yang masuk ke telinga. Gelombang suara diterima oleh telinga luar dan diubah menjadi sinyal listrik melalui beberapa struktur dalam telinga:

Telinga Luar: Liang telinga mengarahkan gelombang suara ke gendang telinga, yang kemudian beresonansi dengan kolom udara di dalamnya, sensitif terhadap frekuensi 2000–5000 Hz.
Telinga Tengah: Gelombang suara yang masuk menggerakkan gendang telinga, yang menyebabkan tulang martil, landasan, dan sanggurdi bergetar. Getaran ini diteruskan ke koklea.
Koklea: Di dalam koklea, getaran mekanis diubah menjadi impuls saraf listrik yang dikirim ke otak melalui saraf koklea untuk diproses sebagai suara.

Anatomi Telinga:

Liang telinga mengarahkan suara ke gendang telinga, yang beresonansi dengan kolom udara dan mempengaruhi sensitivitas telinga terhadap suara dalam rentang frekuensi tertentu.
Tulang martil dan landasan mentransmisikan getaran ke sanggurdi, yang terhubung dengan koklea, dan di sini getaran diubah menjadi impuls saraf listrik.

Tingkat Intensitas Suara

Tingkat intensitas suara adalah ukuran yang menunjukkan seberapa keras suara yang diterima oleh telinga manusia. Karena intensitas suara berkisar dari sangat lemah (misalnya bisikan) hingga sangat keras (misalnya ledakan), tingkat intensitas suara diukur dalam satuan desibel (dB). Desibel adalah unit logaritmik yang menggambarkan perbandingan antara dua intensitas suara.

Tingkat intensitas suara dihitung dengan rumus:

L = 10 \log_{10} \left( \frac{I}{I_0} \right)

di mana:

$L$ adalah tingkat intensitas suara dalam desibel (dB),
$I$ adalah intensitas suara yang diukur,
$I_0$ adalah intensitas referensi suara terendah yang dapat didengar oleh telinga manusia, yang bernilai sekitar $10^{-12} \, \text{W/m}^2$ .

Dengan demikian, setiap kenaikan 10 dB berarti intensitas suara meningkat sepuluh kali lipat.

3. Cara Telinga Manusia Menerjemahkan Suara

Telinga manusia memiliki kemampuan untuk menangkap gelombang suara, mengubahnya menjadi getaran mekanik, dan akhirnya memprosesnya menjadi impuls saraf yang diteruskan ke otak. Proses ini terjadi dalam beberapa langkah:

Gelombang Suara Masuk ke Telinga Luar:
Suara memasuki telinga melalui liang telinga (aurikula), yang berfungsi untuk mengarahkan gelombang suara menuju gendang telinga. Gelombang suara ini menyebabkan gendang telinga bergetar.
Telinga Tengah Mengubah Suara Menjadi Getaran:
Getaran yang dihasilkan oleh gendang telinga diteruskan oleh tiga tulang kecil di telinga tengah, yaitu martil, landasan, dan sanggurdi. Getaran ini diperkuat dan diteruskan ke jendela oval, yang merupakan bagian dari koklea di telinga dalam.
Koklea Mengubah Getaran Menjadi Sinyal Listrik:
Di dalam koklea, getaran mekanik menyebabkan gerakan cairan di dalamnya, yang memicu gerakan sel-sel rambut di koklea. Gerakan ini mengubah getaran menjadi impuls listrik.
Sinyal Listrik Dikirim ke Otak:
Impuls listrik yang dihasilkan oleh sel-sel rambut diteruskan melalui saraf koklea ke otak. Otak kemudian memproses informasi ini dan menerjemahkannya sebagai suara yang kita dengar.

Ringkasan:

Telinga luar menangkap suara dan mengarahkannya ke gendang telinga.
Telinga tengah mengubah suara menjadi getaran mekanik dan memperkuatnya.
Koklea mengubah getaran mekanik menjadi impuls saraf listrik.
Otak memproses impuls tersebut sebagai suara yang kita dengar.

Dengan cara ini, telinga manusia dapat mendeteksi dan memproses berbagai frekuensi suara yang berbeda dan memungkinkan kita untuk mendengarkan suara dengan cara yang sangat sensitif.

4.SUMBER SUARA MUSIK

Beberapa instrumen musik, seperti alat musik tiup kayu, alat musik tiup kuningan, dan organ pipa, dapat dimodelkan sebagai tabung dengan kondisi batas simetris, yaitu terbuka di kedua ujungnya atau tertutup di kedua ujungnya. Instrumen lain dapat dimodelkan sebagai tabung dengan kondisi batas anti-simetris, seperti tabung dengan satu ujung terbuka dan ujung lainnya tertutup.

Frekuensi resonansi dihasilkan oleh gelombang longitudinal yang bergerak menuruni tabung dan mengganggu gelombang pantul yang bergerak ke arah berlawanan. Organ pipa dibuat dengan berbagai tabung dengan panjang tetap untuk menghasilkan frekuensi yang berbeda. Gelombang tersebut merupakan hasil dari udara terkompresi yang dibiarkan mengembang di dalam tabung. Bahkan di tabung terbuka, beberapa pantulan terjadi karena kendala sisi tabung dan tekanan atmosfer di luar tabung terbuka.

Titik simpul tidak muncul di lubang tabung, tetapi bergantung pada radius tabung. Gelombang tidak mengembang sepenuhnya hingga berada di luar ujung tabung yang terbuka, dan untuk tabung berdinding tipis, koreksi ujung harus ditambahkan. Koreksi ujung ini kira-kira 0,6 kali radius tabung dan harus ditambahkan ke panjang tabung.

Pemain alat musik seperti seruling atau obo mengubah panjang tabung dengan membuka dan menutup lubang jari. Pada trombon, Anda mengubah panjang tabung dengan menggunakan tabung geser. Terompet memiliki panjang yang tetap dan hanya dapat menghasilkan rentang frekuensi yang terbatas.

Itumen dasar nada tambahan dapat hadir secara bersamaan dalam berbagai kombinasi. Misalnya, C tengah pada terompet terdengar sangat berbeda dari C tengah pada klarinet, meskipun kedua instrumen tersebut merupakan versi modifikasi dari tabung yang ditutup di salah satu ujungnya.frekuensi dasaradalah sama (dan biasanya paling intens), tetapi nada tambaha ndan campuran intensitasnya berbeda dan dapat dipengaruhi oleh musisi. Campuran inilah yang memberikan karakteristik khas pada berbagai alat musik (dan suara manusia), apakah mereka memiliki kolom udara, senar, kotak suara, atau drumhead. Faktanya, sebagian besar ucapan kita ditentukan oleh pembentukan rongga yang dibentuk oleh tenggorokan dan mulut, dan posisi lidah untuk menyesuaikan mendasarndan kombinasi dari nada tambahan Misalnya, rongga resonansi sederhana dapat dibuat beresonansi dengansuaradari vokal. Pada anak laki-laki saat pubertas, laring tumbuh dan bentuk rongga resonansi berubah, sehingga menimbulkan perbedaan frekuensi dominan dalam bicara antara pria dan wanita.

Gambar tersebut merupakan diagram skematik dari sistem mulut dan tenggorokan. Udara mengalir dari trakea ke laring, faring, dan mulut. Pita suara terletak di antara laring dan faring. Epiglotis terletak di atas faring. Lidah terletak di dalam mulut. Langit-langit lunak berada di atas mulut. Langit-langit keras memisahkan mulut dari rongga hidung.

Tenggorokan dan mulut membentuk kolom udara yang tertutup di salah satu ujungnya yang beresonansi sebagai respons terhadap getaran di kotak suara. Spektrum nada tambahan dan intensitasnya bervariasi sesuai dengan bentuk mulut dan posisi lidah untuk membentuk suara yang berbeda. Kotak suara dapat diganti dengan vibrator mekanis, dan ucapan yang dapat dipahami masih memungkinkan. Variasi bentuk dasar membuat suara yang berbeda dapat dikenali.

5.KETUKAN

Ketukan (beats) terjadi ketika dua gelombang bunyi dengan frekuensi yang hampir sama bertemu dan menghasilkan perubahan intensitas suara yang teratur, antara volume keras dan lembut. Fenomena ini disebut interferensi konstruktif dan destruktif, di mana dua gelombang saling memperkuat atau saling membatalkan. Ketukan yang terdengar adalah hasil dari perbedaan frekuensi antara dua gelombang tersebut.

Rumus untuk menghitung frekuensi ketukan adalah:

f_{\text{beats}} = |f_1 - f_2|

di mana:

$f_1$ adalah frekuensi gelombang pertama,
$f_2$ adalah frekuensi gelombang kedua,
$f_{\text{beats}}$ adalah frekuensi ketukan yang terdeteksi oleh telinga manusia.

Ketukan ini dapat digunakan oleh penyetel piano untuk menyetel piano. Garpu tala dipukul dan sebuah not dimainkan pada piano. Saat penyetel piano menyetel senar, ketukan memiliki frekuensi yang lebih rendah karena frekuensi not yang dimainkan mendekati frekuensi garpu tala.

Contoh:

Jika dua gelombang bunyi memiliki frekuensi 300 Hz dan 305 Hz, maka frekuensi ketukan yang dihasilkan adalah:

f_{\text{beats}} = |300 \, \text{Hz} - 305 \, \text{Hz}| = 5 \, \text{Hz}

Artinya, ketukan tersebut akan terdengar 5 kali per detik (5 Hz).

Jika kedua frekuensi sangat dekat satu sama lain (misalnya 440 Hz dan 441 Hz), frekuensi ketukannya akan sangat rendah (1 Hz), yang berarti satu ketukan per detik.

6.GELOMBANG KEJUTAN

A. Frekuensi yang Diamati oleh Pengamat Efek Doppler terjadi ketika sebuah sumber gelombang (seperti suara) bergerak mendekati atau menjauh dari pengamat diam. Ketika sumber bergerak mendekati pengamat, frekuensi yang diamati oleh pengamat akan lebih tinggi dibandingkan dengan frekuensi asli sumber. Sebaliknya, jika sumber bergerak menjauh, frekuensi yang diamati akan lebih rendah.

Persamaan umum untuk efek Doppler pada suara (untuk sumber yang bergerak menuju pengamat diam) adalah:

f_o = f_s \left( \frac{v + v_o}{v - v_s} \right)

Di mana:

$f_o$ adalah frekuensi yang diamati,
$f_s$ adalah frekuensi sumber,
$v$ adalah kecepatan gelombang (dalam hal ini kecepatan suara),
$v_o$ adalah kecepatan pengamat (dianggap diam, jadi $v_o = 0$ ),
$v_s$ adalah kecepatan sumber.

Jika sumber bergerak mendekati pengamat, $v_s$ bernilai positif dan frekuensi yang diamati meningkat.

B. Ketika Sumber Mendekati Kecepatan Suara

Jika sumber bergerak mendekati kecepatan suara, frekuensi yang diamati akan semakin besar. Ketika kecepatan sumber mendekati kecepatan suara, frekuensi yang diamati akan menjadi tak terhingga, yang berarti gelombang suara akan bertumpuk di depan sumber. Ini terjadi karena gelombang-gelombang suara yang dikeluarkan oleh sumber bergerak maju sangat cepat, sehingga tidak ada waktu bagi gelombang-gelombang tersebut untuk menyebar ke belakang. Akibatnya, frekuensi yang diamati menjadi sangat tinggi, dan ini terjadi tepat pada kecepatan suara.

Persamaan saat kecepatan sumber mendekati kecepatan suara: Jika $v_s$ mendekati $v$ , maka $f_o \to \infty$ .

C. Gelombang Kejutan dan Dentuman Sonik

1. Apa itu Gelombang Kejutan?

Ketika sumber bergerak lebih cepat dari kecepatan suara, sumber akan meninggalkan gelombang suara di belakangnya, karena gelombang yang baru dihasilkan akan bergerak lebih cepat daripada gelombang sebelumnya. Ini menyebabkan gelombang-gelombang suara saling tumpang tindih dan menghasilkan gelombang kejut, yang dikenal dengan istilah dentuman sonik.

Gelombang Kejutan: Gelombang kejut terjadi ketika gelombang suara saling bertumpuk dengan interferensi konstruktif di sepanjang garis tertentu (kerucut tiga dimensi). Gelombang kejut ini memiliki intensitas yang sangat besar dan bisa merusak.

2. Fenomena Dentuman Sonik:

Ketika pesawat terbang lebih cepat dari kecepatan suara (disebut supersonik), pesawat tersebut menghasilkan dua gelombang kejut: satu dari hidung pesawat dan satu lagi dari ekornya. Akibatnya, pengamat di darat mendengar dua ledakan terpisah. Namun, mereka tidak melihat pesawat saat dentuman sonik terdengar, karena pesawat sudah melewati titik tersebut sebelum gelombang kejut mencapai pengamat.

Mach Number: Mach number adalah rasio antara kecepatan sumber dan kecepatan suara, yaitu $M = \frac{v_s}{v}$ $M = \frac{v _{s}}{v}$ .
- Jika $M > 1$ , sumber bergerak lebih cepat dari kecepatan suara, dan gelombang kejut terbentuk.

Persamaan untuk sudut gelombang kejut: Gelombang kejut dapat dilihat sebagai sudut tertentu yang terbentuk akibat interferensi konstruktif gelombang suara. Sudut $\theta$ gelombang kejut dapat ditemukan dari persamaan:

\sin \theta = \frac{1}{M}

Di mana $M$ adalah bilangan Mach.

D. Pengaruh Gelombang Kejutan dalam Kehidupan Nyata

Gelombang kejut yang dihasilkan oleh objek yang bergerak supersonik, seperti pesawat, dapat menghasilkan dentuman sonik yang sangat keras. Ini sering kali terdengar sebagai ledakan yang sangat keras dan dapat merusak bangunan atau kaca jendela. Oleh karena itu, penerbangan supersonik di atas wilayah berpenduduk sering kali dilarang.

Fenomena serupa juga dapat terjadi pada objek yang bergerak lebih cepat dari cahaya di medium tertentu (seperti dalam air), yang menghasilkan radiasi Cerenkov. Ini adalah bentuk radiasi yang terjadi ketika partikel bergerak lebih cepat dari cahaya dalam medium tersebut, dan dapat diamati dalam eksperimen fisika partikel.

LATIHAN SOAL

1.Seseorang memiliki pendengaran ambang batas 10 dB di atas normal pada 100 Hz dan 50 dB di atas normal pada 4000 Hz. Seberapa lebih intens nada 100 Hz harus lebih tinggi daripada nada 4000 Hz jika keduanya hampir tidak dapat didengar oleh orang ini?

penyelesaian

Untuk menghitung perbedaan intensitas suara antara dua nada yang hampir tidak dapat didengar oleh seseorang, kita dapat menggunakan rumus tingkat intensitas suara dalam desibel (dB), yang diberikan oleh:

$dB = 10 \log_{10} (\frac{I}{I_{0}})$

Di mana:

$I$ adalah intensitas suara,
$I_0$ adalah intensitas ambang batas pendengaran (dalam hal ini, nilai intensitas minimum yang dapat didengar oleh seseorang).

jawab

Diketahui:
- Pada 100 Hz, ambang batas pendengaran adalah 10 dB lebih tinggi dari normal.
- Pada 4000 Hz, ambang batas pendengaran adalah 50 dB lebih tinggi dari normal.
Perbedaan Intensitas (dB):
- Perbedaan antara intensitas pada 100 Hz dan 4000 Hz adalah perbedaan dB antara keduanya, yang dapat dihitung sebagai:
$\Delta \text{dB} = 50 \, \text{dB} - 10 \, \text{dB} = 40 \, \text{dB}$
Artinya, untuk nada 100 Hz agar dapat didengar dengan intensitas yang hampir sama dengan nada 4000 Hz, intensitas suara pada 100 Hz harus 40 dB lebih besar daripada pada 4000 Hz.

Jadi nada pada 100 Hz harus 40 dB lebih kuat dari nada pada 4000 Hz agar keduanya hampir tidak dapat didengar oleh orang ini.

2.Berapa fraksi frekuensi yang dihasilkan oleh alat musik tiup akan berubah saat suhu udara berubah dari 10,0 °C menjadi 30,0 °C? Yaitu, carilah rasio frekuensi pada suhu tersebut.

penyelesaian

mengunakan rumus

Kecepatan suara di udara pada suhu $T$ (dalam °C) diberikan oleh rumus:

v = 331 m/s \times \sqrt{1 + \frac{T}{273​}}

Di mana:

$v$ adalah kecepatan suara pada suhu $T$ (dalam m/s),
$T$ adalah suhu dalam derajat Celsius.

JAWAB

Kecepatan suara pada suhu 10,0 °C:

v_1 = 331 \times \sqrt{1 + \frac{10}{273}} = 331 \times \sqrt{1 + 0.0366} = 331 \times \sqrt{1.0366} \approx 331 \times 1.018 \approx 337.98 \, \text{m/s}

Kecepatan suara pada suhu 30,0 °C:

v_{2} = 331 \times \sqrt{1 + \frac{30}{273}} = 331 \times \sqrt{1 + 0.1099} = 331 \times \sqrt{1.1099} \approx 331 \times 1.054 \approx 348.91 m/s

Rasio frekuensi: Karena frekuensi berbanding lurus dengan kecepatan suara untuk alat musik tiup, rasio frekuensi pada suhu 30,0 °C terhadap suhu 10,0 °C adalah rasio kecepatan suara pada kedua suhu tersebut:

\text{Rasio frekuensi} = \frac{v_2}{v_1} = \frac{348.91}{337.98} \approx 1.033

Ringkasan Bab tentang Suara dan Gelombang:

1: Suara dan Ombak

Suara adalah gangguan yang merambat melalui materi, menghasilkan tekanan yang bergerak dari sumbernya.
Pendengaran adalah persepsi terhadap suara.
Telinga manusia dapat mendeteksi frekuensi suara antara 20 Hz hingga 20 kHz.

2: Kecepatan Suara

Kecepatan suara tergantung pada media dan kondisi media tersebut.
Di udara, kecepatan suara $v$ bergantung pada suhu, dengan persamaan $v = 331 \, \text{m/s} \sqrt{ \frac{T + 273}{273}}$ di mana $T$ adalah suhu dalam Celsius.
Kecepatan suara tidak bergantung pada frekuensi atau panjang gelombang di udara.

3: Intensitas Suara

Intensitas suara adalah energi per satuan waktu yang melewati suatu area. Satuan SI untuk intensitas adalah watt per meter kuadrat ( $W/m^2$ ).
Tingkat intensitas suara diukur dalam desibel (dB) dengan rumus: $\text{dB} = 10 \log_{10} \left( \frac{I}{I_0} \right)$ di mana $I_{0} = 1 0^{- 12} W / m^{2 adalah ambang batas pendengaran.}$
Persepsi intensitas suara oleh manusia terkait dengan kekerasan suara.

4: Resonansi

Resonansi terjadi ketika frekuensi alami suatu benda sama dengan frekuensi gelombang yang dikenakan padanya.
Pada kolom udara, frekuensi resonansi terendah disebut fundamental atau nada dasar, sedangkan frekuensi lebih tinggi disebut harmonik.

5: Sumber Musik Suara

Alat musik dapat dimodelkan sebagai pipa dengan kondisi batas simetris (terbuka di kedua ujungnya) atau antisimetris (tertutup di satu ujung, terbuka di ujung lainnya).
Instrumen seperti organ pipa dan trombon menghasilkan suara dengan mengubah panjang pipa. Instrumen gesek menghasilkan suara melalui getaran tali.

6: Ketukan

Ketukan terjadi ketika dua gelombang suara dengan frekuensi berbeda saling mengganggu. Frekuensi ketukan adalah selisih frekuensi kedua gelombang tersebut.

7: Efek Doppler

Efek Doppler adalah perubahan frekuensi yang diamati pada suara karena pergerakan sumber atau pengamat. Pergeseran Doppler mengubah frekuensi yang didengar oleh pengamat.

8: Gelombang Kejutan dan Dentuman Sonik

Ketika sumber suara bergerak lebih cepat dari kecepatan suara, gelombang kejut terbentuk, yang menghasilkan dentuman sonik di sepanjang tanah.
Angka Mach adalah rasio antara kecepatan sumber dengan kecepatan suara, yaitu $M = \frac{v_s}{v}$ .
Gelombang kejut dapat dianalisis dengan sudut $\theta$ yang diberikan oleh persamaan $\sin \theta = \frac{1}{M}$ .

Kesimpulan: Fenomena suara dan gelombang terkait erat dengan pergerakan media dan karakteristik gelombang itu sendiri. Kecepatan suara, intensitas, resonansi, ketukan, dan efek Doppler adalah aspek-aspek penting yang mempengaruhi cara kita memahami dan mengalami suara.

By : Mylin Forces.Fields

On :

Archive for November 2024

2 soal latihan dan penyelesainya

2 contoh soal latihan dan penyelesainya

Jadi hasil Akhir dari:

Jawab

SUARA

SUARA

1.PENDAHULUAN UNTUK SUARA

2. GELOMBANG SUARA

C. Model pengambaran suara

3. Persamaan Tekanan dalam Gelombang Suara

Analogi Kekakuan dan Kerapatan pada Kecepatan Suara

4.INTESITAS SUARA

1. Intensitas Suara dan Hubungannya dengan Amplitudo

2. Proses Pendengaran pada Manusia

Tingkat Intensitas Suara

3. Cara Telinga Manusia Menerjemahkan Suara

4.SUMBER SUARA MUSIK

5.KETUKAN

Contoh:

6.GELOMBANG KEJUTAN

jawab

JAWAB

Ringkasan Bab tentang Suara dan Gelombang:

Popular Posts

Blogger mylin

Blog Archive Alin

Pages

mylin forces.fields

Link List

Pages - Menu

Link List

Popular Posts

Footer Menu Widget

instagram

Editing Ricord

Weekly post