Docstoc

Laporan cepat rambat gelombang bunyi pada zat padat,cair dan gas Univ Bengkulu

Document Sample
Laporan cepat rambat gelombang bunyi pada zat padat,cair dan gas Univ Bengkulu Powered By Docstoc
					                 Oleh :
                FANIZA
               A1E008033




   PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
        UNIVERSITAS BENGKULU
                 2010
                                       BUNYI




a. Hakekat Bunyi
        Bunyi merupakan getaran di dalam medium elastis pada frekuensi dan intensitas
  yang dapat didengar oleh telinga manusia. Bunyi pada hakekatnya merupakan suatu
  gelombang mekanik yang merambat dalam suatu medium, tanpa medium bunyi tidak dapat
  kita dengar.
        Bunyi merupakan gelombang longitudinal dengan membentuk rapatan-rapatan atau
  renggangan pada zat yang dilaluinya. Bunyi termasuk gelombang mekanik, karena dalam
  perambatannya bunyi memerlukan medium perantara, yaitu udara. Ada tiga syarat agar
  terjadi bunyi. Syarat yang dimaksud yaitu ada sumber bunyi, medium, dan pendengar.
  Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar, getaran itu merambat melalui medium menuju
  pendengar.


                               Bunyi merambat




        Pendengar                                           sumber bunyi


        Sama seperti gelombang lainnya, sumber gelombang bunyi merupakan benda yang
  bergetar. Energi dipindahkan dari sumber dalam bentuk gelombang bunyi. Selanjutnya,
  bunyi dideteksi oleh telinga. Oleh otak, bunyi diterjemahkan, dan kita bisa memberikan
  respon. Misalnya, ketika kita mendengarkan suara lagu dari radio, kita meresponnya
  dengan ikut bernyanyi, atau sekadar menggoyangkan kaki.
b. Bunyi Merupakan Gelombang Longitudinal
          Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang terdiri
     atas partikel-partikel yang berosilasi searah dengan gerak gelombang tersebut, membentuk
     daerah bertekanan tinggi dan rendah (rapatan dan renggangan). Partikel yang saling
     berdesakan akan menghasilkan gelombang bertekanan tinggi, sedangkan molekul yang
     meregang akan menghasilkan gelombang bertekanan rendah. Kedua jenis gelombang ini
     menyebar dari sumber bunyi dan bergerak secara bergantian pada medium.


          Gelombang bunyi dapat bergerak melalui zat padat, zat cair, dan gas, tetapi tidak
     bisa melalui vakum, karena di tempat vakum tidak ada partikel zat yang akan
     mentransmisikan getaran. Kemampuan gelombang bunyi untuk menempuh jarak tertentu
     dalam satu waktu disebut kecepatan bunyi. Kecepatan bunyi di udara bervariasi,
     tergantung temperatur udara dan kerapatannya. Apabila temperatur udara meningkat,
     maka kecepatan bunyi akan bertambah. Semakin tinggi kerapatan udara, maka bunyi
     semakin cepat merambat. Kecepatan bunyi dalam zat cair lebih besar daripada cepat
     rambat bunyi di udara.
          Sementara itu, kecepatan bunyi pada zat padat lebih besar daripada cepat rambat
     bunyi dalam zat cair dan udara.


c.   Sumber Bunyi
          Sumber bunyi adalah sesuatu yang bergetar. Kemudian getaran ini merambat dalam
     bentuk gelombang bunyi.
          Frekuensi getaran yang dapat didegar oleh telinga orang normal mempunyai batas-
     batas antara 16 Hz sampai 20.000 Hz, diluar batas-batas frekuensi dibawah 16 Hz
     dinamakan infrasonic sedangkan diatas 20.000 Hz dinamakan ultrasonic. Untuk daerah
     batas-batas pendengaran orang normal disebut bunyi audio. Bunyi dapat didengar telinga
     jika memiliki frekuensi 20 Hz s.d 20.000 Hz. Batas pendengaran manusia adalah pada
     frekuensi tersebut bahkan pada saat dewasa terjadi pengurangan interval tersebut karena
     faktor kebisingan atau sakit. Berdasarkan batasan pendengaran manusia itu gelombang
     dapat dibagi menjadi tiga yaitu audiosonik (20-20.000 Hz), infrasonik (di bawah 20 Hz)
     dan ultrasonik (di atas 20.000 Hz).
           Infrasonic                   audiosonik               ultasonik




                         20 Hz                            20.000 Hz


        Binatang-binatang banyak yang dapat mendengar di luar audio sonik. Contohnya
   jangkerik dapat mendengar infrasonik (di bawah 20 Hz), anjing dapat mendengar
   ultrasonik (hingga 25.000 Hz).


d. Cepat Rambat Gelombang
   1. Cepat rambat gelombang tranversal pada dawai
                                              Cepat rambat gelombang transversal pada
                                              dawai atau kawat, diselidiki menggunakan
                                              sebuah      alat   yang   disebut    sonometer.
                                              Sonometer merupakan sebuah piranti yang
                                              terdiri atas kotak kosong berlubang dengan
                                              kawat yang ditegangkan di atasnya. Satu
                                              ujung diikatkan, ujung yang lain dilewatkan
                                              katrol yang pada ujungnya diberi beban untuk
                                              memberi       tegangan    kawat.    Jika   kawat
                                              digetarkan, maka nada yang dihasilkan dapat
                                              ditala dengan garputala. Dengan cara ini, efek
      dari panjang dan tegangan kawat dapat diselidiki.


      Frekuensi ( f ) yang dihasilkan dinyatakan dengan persamaan:
     Cepat rambat gelombang pada dawai




     v = cepat rambat gelombang
     F = tegangan tali
     μ = massa persatuan panjang tali


2.   Cepat rambat bunyi
         Bunyi merupakan getaran yang dapat ditransmisikan oleh air, atau material lain
     sebagai medium (perantara). Bunyi merupakan gelombang longitudinal dan ditandai
     dengan frekuensi, intensitas (loudness), dan kualitas. Kecepatan bunyi bergantung
     pada transmisi oleh mediumnya.

                                        s
     Cepat rambat bunyi :        v 
                                        t

         Bunyi berjalan pada kecepatan yang berbeda tergantung pada apa yang bepergian
     melalui. Dari tiga medium (gas, cair, dan padatan) gelombang bunyi paling lambat
     perjalanan melalui gas, lebih cepat melalui cairan, dan tercepat melalui benda padat.
     Suhu juga mempengaruhi kecepatan.




                           Zat                       Cepat rambat bunyi (m/s)


           Udara                                                   340
           Polietilen                                              920
           Helium                                                  977
           Air                                                    1500
           Marmer                                                 3810
       Kayu                                                  3850
       Alumunium                                             5000
       Besi                                                  5120




 cepat rambat bunyi pada zat padat
   Pada zaman dahulu, orang mendekatkan telinganya ke atas rel untuk mengetahui
   kapan kereta datang. Hal tersebut membuktikan bahwa bunyi dapat merambat
   pada zat padat. Besarnya cepat rambat bunyi pada zat padat tergantung pada sifat
   elastisitas dan massa jenis zat padat tersebut dalam zat padat. Modulus elastisitas
   atau modulus Young adalah perbandingan antara tegangan (stress) dengan
   regangan (strain) dari suatu benda. Secara matematis, besarnya cepat rambat
   bunyi pada zat padat didefinisikan sebagai :


                                                          (3.1)



   Keterangan :


   V               :                Cepat rambat bunyi pada zat padat (m/s)


   E               :                Modulus Young medium (N/m2)


   Ρ               :                Massa jenis medium (kg/m3)


   Sebagai contoh, untuk laju yang E = 2,0 × 1011 Pa dan ρ = 7,8 × 103 kg/m3,
   memberikan:



                         = 5.100 m/s
 cepat rambat gelombang bunyi pada zat cair
   Pada saat Anda menyelam dalam air, bawalah dua buah batu, kemudian pukulkan
   kedua batu tersebut satu sama lain. Meskipun Anda berada dalam air, Anda masih
   bisa mendengar suara batu tersebut. Hal tersebut membuktikan bahwa bunyi dapat
   merambat pada zat cair. Laju gelombang bunyi dalam suatu medium yang
   memiliki modulus curah B (bulk modulus) dan rapat massa dinyatakan oleh
   persamaan:


                                                                            (3.2)



   Keterangan :


   v               :               Cepat rambat bunyi pada zat cair (m/s)


   B               :               Modulus Bulk medium (N/m2)


   ρ               :               Massa jenis medium (kg/m3)


   Tentukan kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam air, jika diketahui
   modulus Bulk air 2,25 x 109 Nm-2 dan massa jenis air 103 kgm-3. Tentukan pula
   panjang gelombangnya, jika frekuensinya 1 kHz.

   Penyelesaian:

   Diketahui B = 2,25 x 109 Nm-2; ρ = 103kgm-3 ; f = 103 Hz

   Kecepatan perambatan bunyi



   v=       =                   = 1.500ms-1

   Panjang gelombang bunyi
   λ=                        = 1,5m



 cepat rambat gelombang bunyi pada gas

   Kita bisa mendengar suara radio, televisi, bahkan orang yang berteriak-teriak di
   kejauhan. Besarnya cepat rambat bunyi pada zat gas tergantung pada sifat-sifat
   kinetik gas. Dalam kasus gas terjadi perubahan volum, dan yang berkaitan dengan
   modulus elastik bahan adalah modulus bulk.

   Cepat rambat bunyi dalam gas dapat dinyatakan dengan:



            ..................................(3.3)

   dengan p = tekanan gas

   γ = tetapan Laplace.

   ρ = kerapatan

   Sebagai contoh, untuk udara pada keadaan normal g=1,4 (gas diatomik), p=1 atm,
   ρ =1,3 kg/m3, diperoleh:



                                      = 330 m/s

   Berdasarkan persamaan gas ideal:



            , atau                 , maka diperoleh persamaan dasar untuk menghitung
   cepat rambat bunyi dalam gas, yaitu:
                                                                               (3.4)


       Keterangan :


       V               :               Cepat rambat bunyi pada zat gas (m/s)


       Γ               :               Konstanta Laplace


       R               :               Tetapan umum gas (8,31 J/molK)


       T               :               Suhu mutlak gas (K)


       M               :               Massa atom atau molekul relatif gas (kg/mol)


       Suatu gas ideal memiliki tekanan 6,4´105 Nm-2 dan rapat massanya 1,4 kgm-3.
       Jika diketahui tetapan Laplace uantuk gas tersebut 1,4, tentukan kecepatan
       perambatan gelombang bunyi di dalam gas.

       Penyelesaian:

       Diketahui: P=6,4´105 Nm-2 ; ρ =1,4 kgm-3 dan γ =1,4, maka:



                                       = 800 m/s.




Cepat Rambat Bunyi


Gas:
Kecepatan bunyi tergantung pada sifat medium itu lewat. Ketika kita melihat sifat gas,
kita melihat bahwa hanya ketika molekul-molekul saling bertabrakan dapat dengan
Kondensasi dan rarefactions dari gerakan gelombang bunyi sekitar. Jadi, masuk akal
bahwa kecepatan bunyi memiliki urutan yang sama besarnya dengan kecepatan rata-rata
antara tumbukan molekul. Dalam gas, sangat penting untuk mengetahui suhu. Hal ini
karena pada suhu rendah, molekul lebih sering berbenturan, memberikan gelombang
bunyi lebih banyak kesempatan untuk bergerak cepat. Pada titik beku (0 º Celcius),
perjalanan bunyi melalui udara pada 331 meter per detik (sekitar 740 mph). Tapi, pada 20
º C, suhu kamar, perjalanan suara di 343 meter per detik (767 mph).


Cairan:
Bunyi lebih cepat dalam cairan daripada gas karena molekul-molekul lebih padat. Di air
tawar, gelombang bunyi bergerak pada 1.482 meter per detik (sekitar 3.315 mph). Itu
lebih dari 4 kali lebih cepat daripada di udara! Beberapa hewan laut tinggal
mengandalkan gelombang bunyi          untuk berkomunikasi dengan hewan lain dan
menemukan makanan dan rintangan. Alasan bahwa mereka dapat secara efektif
menggunakan metode komunikasi jarak jauh adalah suara yang perjalanan jauh lebih
cepat dalam air.


Padatan:
Cepat rambat bunyi tercepat melalui benda padat. Ini karena molekul pada medium padat
adalah lebih dekat bersama-sama dibandingkan pada cairan atau gas, sehingga
gelombang bunyi untuk melakukan perjalanan lebih cepat melewatinya. Bahkan,
gelombang bunyi perjalanan lebih dari 17 kali lebih cepat melalui baja selain melalui
udara. Kecepatan bunyi tepat di baja adalah 5.960 meter per detik (13.332 mph)! Tapi, ini
hanya untuk mayoritas padat. Kecepatan bunyi di semua padatan tidak lebih cepat
daripada di semua cairan.
                              LEMBAR KERJA SISWA


I. FENOMENA/MASALAH

Pada pembelajaran gelombang Anda juga telah mengkaji tentang cepat rambat gelombang pada
tali, air, dan gelombang cahaya. Bagaimanakah gelombang bunyi merambat? Apakah
gelombang bunyi memiliki perambatan yang sama pada udara, air, dan benda padat? Untuk
menunjukkan peristiwa perambatan gelombang bunyi, kita ikuti percobaannya berikut ini.

II. Tujuan

Menentukan kecepatan perambatan gelombang bunyi di udara.

III. Alat dan bahan

Dua buah pipa, sebuah selang plastik elastik, air secukupnya, mistar, dan sebuah garputala

IV. Langkah Percobaan

(1) Susunlah peralatan eksperimen seperti pada Gambar 3.1.




(2) Hubungkan pipa A dan pipa B dengan sebuah selang plastik.

(3) Tuangkan air ke dalam pipa sehingga air akan mengisi sebagian besar pipa-pia tersebut.

(4) Atur panjang kolom udara pada pipa B sependek mungkin, kemudian getarkan garputala
di atasnya.
(5) Turunkan pipa A secara perlahan-lahan sehingga panjang kolom udara pada pipa B
bertambah sambil mendengakan saat terjadinya bunyi kuat yang dihasilkan oleh kolom udara
pada pipa B.

(6) Ukur panjang kolom udara pada pipa B, pada saat Anda mendengar bunyi kuat pertama.
Catat hasilnya dalam tabel (panjang kolom udara = l1)

(7) Getarkan garputala kembali dan turunkan pipa A secara perlahan-lahan sehingga kolom
udara pada pipa B bertambah panjang. Dengarkan kembali saat terjadinya bunyi kuat yang ke
dua.

(8) Ukur dan catat panjang kolom udara pada pipa B, pada saat terjadinya bunyi kuat kedua
(panjang kolom udara = l2)

(9) Ulangi langkah (7) sampai Anda mendengarkan bunyi keras berikutnya, yaitu bunyi kuat
ketiga.

(10)      Ukur dan catat panjang kolom udara pada pipa B pada saat terjadinya bunyi kuat ketiga
(panjang kolom udara = l3)

Untuk memperoleh hasil pengukuran yang lebih teliti, ulangi langkah-langkah eksperimen
tersebut sehingga untuk panjang kolom udara l1, l2, dan l3 didapatkan masing-masing lima nilai
hasil pengukuran.




Tabel data pengamatan


Jumlah                l1      l2        l3
Pengukuran (n)


1


2
3


4


5




V. Pertanyaan/tugas

    (1) Tentukan nilai rata-rata l1, l2, dan l3.

    (2) Gambarkan bentuk gelombang yang terjadi pada kolom udara yang kosong pada pipa
    B.

    (3) Bagaimanakah hubungan antara panjang gelombang dengan panjang kolom udara?

    (4) Tentukanlah kecepatan rata-rata pada masing-masing kolom udara berdasarkan panjang
    gelombang bunyi yang telah dicari pada (3).

    (5) Pada proses apakah Anda dapat jumpai fenomena cepat rambat bunyi pada sehari-hari.
SOAL

   Tentukan cepat rambat gelombang bunyi di dalam air dan tentukan juga panjang
       gelombang dari bunyi yang mempunyai frekuensi 262 Hz di dalam air. Diketahui
       modulus bulk air= (1/45,8) x 1011 Pa dan massa jenis air = 1000 kg/m3.

   Berapakah cepat rambat gelombang bunyi dalam batang logam yang terbuat dari
       baja? Diketahui modulus Young baja, Y = 2,0 x 1011 Pa dan massa jenis baja = 7,8 x
       103 kg/m3.

   Hitunglah cepat rambat gelombang bunyi dalam udara pada temperatur absolut
       300 K. Diketahui massa molekul udara, M= 28,8 x 10-3 kg/mol, konstanta Laplace
       udara,  = 1,4, dan tetapan umum, R = 8,314 J/mol.K.

   Suatu gas ideal memiliki tekanan 6,4´105 Nm-2 dan rapat massanya 1,4 kgm-3. Jika
       diketahui tetapan Laplace uantuk gas tersebut 1,4, tentukan kecepatan perambatan
       gelombang bunyi di dalam gas.
   Tentukan kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam air, jika diketahui
       modulus Bulk air 2,25 x 109 Nm-2 dan massa jenis air 103 kgm-3. Tentukan pula
       panjang gelombangnya, jika frekuensinya 1 kHz.
KUNCI JAWABAN

   Penyelesaian:

      Dari persamaan:


             B                                            v
      v                                              
                                                          f
                                         Maka             1478
             1
                 x1011                                
            45,8                                           262
      v                                                5,64m
              1000
      v  1478m / s




   Diket:                               ditanya: v

      Y = 2,0 x 1011 Pa

       = 7,8 x 103 kg/m3


              Y
        v
                 
                 2,0 x1011
        v
                 7,8 x103
        v  5064m / s




                    RT
        v 
                     M
                          8,314 x300
        v  1,40 x
                          28 ,8 x10 3
        v  348 m / s
 Diketahui: P=6,4´105 Nm-2 ; ρ =1,4 kgm-3 dan γ =1,4, maka:



                                   = 800 m/s.



 Diketahui B = 2,25 x 109 Nm-2; ρ = 103kgm-3 ; f = 103 Hz

   Kecepatan perambatan bunyi



   v=       =                   = 1.500ms-1

   Panjang gelombang bunyi



   λ=                  = 1,5m

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Stats:
views:2
posted:5/21/2013
language:Unknown
pages:17
About Hi, I'm from Indonesia. Greetings!!!