16 GELOMBANG MEKANIS B.pdf

7/23/2019 16 GELOMBANG MEKANIS B.pdf

1/19

Gelombang Mekanis 1

GELOMBANG MEKANIS

PENGERTIAN GELOMBANG.

Gejala mengenai gerak gelombang banyak kita jumpai sehari-hari. Kita tentu mengenal

gelombang yang dihasilkan oleh sebuah benda yang dijatuhkan ke dalam air, sebab hal itu

mudah kita amati.

Di dalam perambatannya ada gelombang yang memerlukan medium perantara, misalnya

gelombang air, gelombang bunyi. Tetapi ada juga yang tidak memerlukan medium perantara,

misalnya gelombang cahaya dan gelombang elektromagnet.

Di dalam bab ini dibahas hanyalah gelombang di dalam medium yang lenting yang disebut :

Gelombang M ekanis.

Karena sifat kelentingan dari medium maka gangguan keseimbangan ini dirambatkan ketitik

lainnya.

Jadi gelombang adalah usikan yang merambat dan gelombang yang bergerak akan

merambatkan energi (tenaga).

Sifat umum gelombang , antara lain :

a. dapat dipantulkan (refleksi)

b. dapat dibiaskan (refraksi)

c. dapat dipadukan (interferensi)

d. dapat dilenturkan (defraksi)

e. dapat dipolarisasikan (diserap arah getarnya)

Berdasarkan arah getaran partikel terhadap arah perambatan gelombang dapat dibedakan

menjadiGelombang Tr ansversaldan Gelombang Longitudinal.

Gelombang Transversalialah gelombang yang arah perambatannya tegak lurus pada arah

getaran partikel.

misalnya : gelombang pada tali, gelombang permukaan air, gelombang elektromagnetik.

Gelombang Longitudinalialah gelombang yang arah perambatannya searah dengan arah

getaran partikel.

misalnya : gelombang pada pegas, gelombang bunyi.

PANJANG GELOMBANG

Bila sebuah partikel yang bergetar menggetarkan partikel-partikel lain yang berada disekitarnya,

berarti getaran itu merambat. Getaran yang merambat disebut Gelombang Ber jalan.

Jarak yang ditempuh getaran dalam satu periode disebut Panjang Gelombang ().


2/19

Gelombang Mekanis 2

Untuk lebih jelasnya lihat animasi di WWW.Stevanus_fisika.homestead.com

Bila cepat rambat gelombang V dan periode getarannya T maka :

= =v T atauV

f.

PERSAMAAN GELOMBANG BERJALAN.

Dari titik P merambat getaran yang amplitudonya A, periodenya T dan cepat rambat getarannya

v. Bila titik P telah bergetar t detik, simpangannya :

y A t At

Tp= =sin sin

2

Dari P ke Q yang jaraknya x getaran memerlukan

x

v detik, jadi ketika P telah bergetar t detik,

titik Q baru bergetar ( )tx

v detik. Simpangan Q saat itu :

y AT

tx

vQ = sin ( )

2

Jadi persamaan gelombang berjalan adalah :

y At

T

x

v= sin ( )2

Perbedaan phase antara titik P dan Q adalah :

=

t

T

tx

v

T

( )

=x

Bila getaran itu merambat dari kanan ke kiri dan P telah bergetar t detik, maka simpangan titik

Q :

y At

T

x= +sin ( )2

PEMANTULAN GELOMBANG BERJALAN.

Titik P digerakkan ke atas dan kembali ke titik seimbang. karenanya dari P merambat gunung

gelombang menuju Q. Bila Q ujung terikat, ternyata yang dipantulkan adalah lembah

gelombang.


3/19

Gelombang Mekanis 3

Jadi oleh ujung terikat gunung gelombang dipantulkan sebagai lembah gelombang, phase

gelombang terpantul berupa setengah. Tetapi bila Q ujung yang bebas, yang dipantulkan adalah

gunung gelombang.

Kesimpulan : Pada ujung terikat phase gelombang terpantul berubah 12 , sedangkan pada

pemantulan diujung bebas phase gelombang terpantul tidak berubah.

PERSAMAAN GELOMBANG STASIONER.

Pada proses pantulan gelombang, terjadi gelombang pantul yang mempunyai amplitudo dan

frekwensi yang sama dengan gelombang datangnya, hanya saja arah rambatannya yang

berlawanan. hasil interferensi (perpaduan) dari kedua gelombang tersebut disebut Gelombang

Stasioner Atau Gelombang Diam.

PERCOBAAN MELDE

Percobaan Melde digunakan untuk menyelidiki cepat rambat gelombang transversal dalam

dawai.

Perhatikan gambar di bawah ini.

Pada salah satu ujung tangkai garpu tala diikatkan erat-erat sehelai kawat halus lagi kuat. kawat

halus tersebut ditumpu pada sebuah katrol dan ujung kawat diberi beban, misalnya sebesar g

gram. Garpu tala digetarkan dengan elektromagnet secara terus menerus, hingga amplitudo yang

ditimbulkan oleh garpu tala konstan.

Untuk menggetarkan ujung kawat A dapat pula dipakai alat vibrator. Setelah terbentuk pola

gelombang stasioner dalam kawat dan jika diamati akan terlihat adanya simpul dan perut di

antara simpul-silpul tersebut. Diantara simpul-simpul itu antara lain adalah A dan K yaitu ujung-

ujung kawat tersebut, ujung A pada garpu tala dan simpul K pada bagian yang ditumpu oleh

katrol. Pada seluruh panjang kawat AK = L dibuat terjadi 4 gelombang, maka kawat

mempunyai 1 = 14 L. Apabila f adalah frekwensi getaran tersebut, maka cepat rambat

gelombang dalam kawat adalah v1 = f . 1 = 14 f L


4/19

Gelombang Mekanis 4

Jadi sekarang beban di tambah hingga menjadi 4g gram, maka pada seluruh panjang kawat

ternyata hanya terjadi 2 gelombang, jadi : 2 2 = L 2 = 12 L sehingga :

v2 = f . 2 = 12 f L

Kemudian beban dijadikan 16g gram, maka pada seluruh panjang kawat hanya terjadi satu

gelombang, jadi : 3 = L, maka v3 = f . 3 = f L

Beban dijadikan 64g gram, maka pada seluruh panjang kawat hanya terjadi 12 gelombang, jadi :

12 4 = L 4 =2 L sehingga v4 = f . 4 = 2f . L

Dari hasil pengamatan ini, maka timbul suatu anggapan atau dugaan, bahwa agaknya ada

hubungan antara cepat rambat gelombang dengan berat beban, yang pada hakekatnya

merupakan tegangan dalam kawat. data pengamatan tersebut di atas kita susun sebagai :

Pengamatan I F1 = g 1 = 14 L v1 =1

4f . L

Pengamatan II F2 = 4 g 2 =1

2 L v2 =1

2 f . LPengamatan III F3 = 16 g 3 = L v3 = f . L

Pengamatan IV F4 = 64 g 4 = 2 L v4 = 2 f . L

Data di atas kita olah sebagai berikut :

v

v

f L

f L

2

1

12

14

2= =.

., dan

F

F

g

g2

1

44= =

v

v

f L

f L

3

1

1

4

4= =.

.

, danF

F

g

g

3

1

1616= =

v

v

f L

f L4

114

28= =

.

., dan

F

F

g

g4

1

6464= =

KESIMPULAN 1.

Cepat rambat gelombang dalam tali , kawat, dawai berbanding seni lai dengan akar

gaya tegangan kawat, tali dawai tersebut.

Percobaan di atas diulang kembali dengan bahan sama, panjang kawat tetap, beban sama(dimulai dari 16 g gram), hanya saja luas penampang kawat dibuat 4 kali lipat, maka dapat kita

amati sebagai berikut :

1 = 12 L sehingga v1=12 .f L

v3 = f .L (dari percobaan pertama, dengan menggunakan 16g gram) maka :


5/19

Gelombang Mekanis 5

212

1

3

'

1

.

.==

Lf

Lf

v

v

Percobaan diulangi lagi dengan beban tetap 16 g gram, akan tetapi kawat diganti dengan kawat

yang berpenampang 16 kali lipat (dari bahan yang sama dan panjang tetap), maka dalam kawat

terjadi 4 gelombang, sehingga :

2 = 14 L sehingga v2=14 .f L sehingga :

v

v

f L

f L2

3

14 1

4

' .

.= =

Apabila panjang kawat tetap dan dari bahan yang sama, sedangkan penampang diubah, maka

berarti sama dengan mengubah massa kawat. Kalau massa kawat semula adalah m1, maka

pada percobaan tersebut massa kawat berturut-turut diubah menjadi m2 = 4 m1

dan m3 = 16 m1. dari data percobaan kedua, setelah diolah sebagai berikut :

v

v1

3

12

'

= , danm

m

m

m2

1

1

1

44= =

v

v2

3

14

'

= , danm

m

m

m3

1

1

1

1616= =

Dari pengolahan data tersebut dapatlah disimpulkan :

KESIMPULAN 2.

Cepat rambat gelombang berbanding balik ni lai akar kuadrat massa kawat, asalkan

panjangnya tetap.

Percobaan selanjutnya diulangi lagi, akan tetapi diusahakan agar massa kawat antara simpul-

simpul A dan K tetap, sedangkan panjang AK variabel. Ternyata cepat rambatnyapun berubah

pula, meskipun beban tidak berubah, Kalau jarak AK menjadi 14jarak semula yaitu =14 L,

maka cepat rambatnya menjadi 12 kali semula, sebaliknya jika panjang kawat AK dilipat

empatkan dari AK semula, menjadi 4 L maka cepat rambatnya menjadi 2 kali cepat rambat

semula, asalkan massa kawat tetap. Dari percobaan ketiga ini dapatlah disimpulkan.

KESIMPULAN 3.

Untuk massa kawat yang tetap, maka cepat rambat gelombang berbanding seni lai

dengan akar kuadrat panjang kawat.


6/19

Gelombang Mekanis 6

Kesimpulan (2) dan (3) dapat disatukan menjadi :Cepat rambat gelombang dalam kawat

berbanding terbalik ni lai dengan akar massa persatuan panj ang kawat.

Jika massa persatuan panjang kawat ini dimisalkan atau dilambangkan dengan, maka

kesimpulan (1) sampai dengan (3) di atas dapat dirumuskan menjadi :

v kF

=

v = cepat rambat gelombang dalam kawat (tali, dawai)

F = gaya tegangan kawat

= massa persatuan panjang kawat

k = faktor pembanding, yang dalam SI harga k = 1.

Satuan : dalam SI : vm

s= F = newton =

kg

m

SUMBER-SUMBER BUNYI

GETARAN BUNYI

Sehelai dawai ditegangkan dengan beban variabel. Jika dawai dipetik di tengah-tengahnya,

maka seluruh dawai akan bergetar membentuk setengah panjang gelombang.

Gelombang yang terjadi adalah gelombang stasioner, pada bagian ujung terjadi simpul dan di

bagain tengah terjadi perut. jadi panjang kawat L = 12 atau = o = 2L. Nada yang ditimbulkan

adalah nada dasar, Jika frekwensinya dilambangkan dengan fo maka :

fo . o = fo . 2L = v fo =v

L2

Jika tepat ditengah dawai dijepit, kemudian senar digetarkan maka getaran yang terjadi dalam

senar digambar sebagai berikut :

Senar digetarkan pada jarak 14 L dari salah satu ujung senar. Gelombang yang terjadi

menunjukkan bahwa pada seluruh panjang tali erjadi 1 gelombang. Jadi L = 1 dan nada yang

ditimbulkannya merupakan nada atas pertama., dengan frekwensi f1.


7/19

Gelombang Mekanis 7

Maka f1 . 1 = f1 . L = v f1 =v

L=

2

2

v

L

Dawai juga dapat digetarkan sedemikian sehingga antara kedua ujungnya terdapat dua buah

simpul, yaitu dengan cara pada jarak 13 panjang dawai dari salah satu ujungnya dijepit dengan

penumpu dan dawai digetarkan pada jarak 16 L, maka pola gelombang yang terjadi dapat

digambar sebagai berikut :

Seluruh panjang dawai akan menggetar dengan membentuk 1 12 gelombang.

Jadi L = 1 12 2 Nada yang ditimbulkan adalah nada atas keduadengan frekwensi f2.

Jadi :

L = 32 2 atau 2 =23 L

f2 . 2 = f2 . 23 L = v

f2 =3

2

v

L

dari data di atas dapat disimpulkan :

fo : f1 : f2 : . . . = 1 : 2 : 3 : . . .

Yang disebut nada selaras (nada harmonis) atau juga dinamakan nada flageolet.

Rumus umum dari pada frekwensi nada-nada tersebut di atas adalah :

fn

Lvn =

+

1

2

nL

n=

+2

1

karena v adalah kecepatan rambat gelombang transversal, maka

fn

L

F

An =

+

1

2 .

dari persamaan di atas dapat disimpulkan dalam hukum Mersenne berikut ini :

1. Frekwensi nada dasar dawai berbanding terbalik dengan panjang dawai.

2. Frekwensi nada dasar dawai berbanding lurus ( berbanding senilai ) dengan akar kuadrat

tegangan tali.

3. Frekwensi nada dasar dawai berbanding terbalik dengan akar kudrat penampang dawai.


8/19

Gelombang Mekanis 8

4. Frekwensi nada dasar dawai berbanding terbalik dengan akar kuadrat masa jenis bahan

dawai.

Pada nada atas ke-n terdapat ( n+2 ) simpul dan ( n+1 ) perut.


9/19

Gelombang Mekanis 9

GETARAN KOLOM UDARA

PIPA ORGANA TERBUKA.

Kolom udara dapat beresonansi, artinya dapat bergetar. Kenyataan ini digunakan pada alat

musik yang dinamakan Organa, baik organa dengan pipa tertutup maupun pipa terbuka.

Dibawah ini adalah gambar penampang pipa organa terbuka.

Jika Udara dihembuskan kuat-kuat melalui lobang A dan diarahkan ke celah C, sehingga

menyebabkan bibir B bergetar, maka udarapun bergetar. Gelombang getaran udara merambat

ke atas dan oleh lubang sebelah atas gelombang bunyi dipantulkan ke bawah dan bertemu

dengan gelombang bunyi yang datang dari bawah berikutnya, sehingga terjadilah interferensi.

Maka dalam kolom udara dalam pipa organa timbul pola gelombang longitudinal stasioner.

Karena bagian atas pipa terbuka, demikian pula celah C, maka tekanan udara di empat tersebuttentulah sama dan sama dengan tekanan udara luar, jadi tekanan di tempat tersebut timbulah

perut.

Pada gambar (b) di atas terlihat 1 simpul diantara 2 perut. Ini berarti pipa organa bergetar

dengan nada terendah yang disebut nada dasar organa. Frekwensi nada dasar dilambangkan fo,

jadi L = 12 o atau o = 2L, sehingga fo=v

L2.

Pada gambar (c) memperlihatkan dua simpul dan satu perut diantara kedua perut, dikatakan

udara dalam pipa organa bergetar dengan nada atas pertama dan dilambangkan dengan f1. Pada

pola tersebut sepanjang kolom udara dalam pipa terjadi 1 gelombang.

Jadi :

1 = L

f1 . 1 = f1 . L = v

f1 =v

L=

2

2

v

L


10/19

Gelombang Mekanis 10

Pada gambar (d) memperlihatkan 3 simpul dan dua perut di antara kedua perut, dan bunyi yang

ditimbulkan merupakan nada atas kedua dilambangkan f2. Pada pola tersebut dalam pipa

organa terbuka tersebut terjadi 1 12 gelombang,

jadi :

L = 32 2 atau 2 = 23 L

f2 . 2 = f2 . 23 L = v

f2 =3

2

v

L

Secara berturut-turut peristiwa di atas dapat kita amati sebagai berikut :

fv

L0

2= ( 2 perut dan 1 simpul )

f v

L1

2


fv

L2

3


fv

L3

4


Pada nada atas ke-n terdapat : ( n+2 ) perut dan ( n+1 ) simpul sehingga secara umum dapat

dirumuskan sebagai :

fn

Lvn =

+

1

2

nL

n=

+2

1

Dari data di atas dapat disimpulkan bahwa :

fo : f1 : f2 : f3 : . . . = 1 : 2 : 3 : 4 : . . .

Ungkapan tersebut dinamakan Hukum Bernoulli ke I , yaitu :Frekwensi nada-nada yang

dihasilkan oleh pipa organa terbuka berbanding sebagai bi langan asli .

PIPA ORGANA TERTUTUP

Apabila pada ujung atas pipa organa tertutup, maka dinamakan pipa organa tertu tup,

sehingga gelombang longitudinal stasioner yang terjadi pada bagian ujung tertutup merupakan

simpul dan pada bagian ujung terbuka terjadi perut.


11/19


Gambar berikut menunjukkan berbagi pola getaran yang terjadi pada pipa organa tertutup.

Pada (a) memberikan nada dasar dengan frekwensi fo. Pada panjang kolom udara L terjadi 1/4

gelombang, karena hanya terdapat 1 simpul dan 1 perut.

Jadi :

L = 12 o ; o = 4L

f0 . 0 = f0. 4L = v

f0 =v

L4

Pada pola ( b ) memberikan nada atas pertama dengan Frekwensi f1. Sepanjang kolom udara

pipa organa tertutup terjadi 2 simpul dan 2 perut, sehingga panjang pipa = 34panjang

gelombang.

Jadi :

L = 34 1 atau 1 =43 L

f1 . 1 = f1 . 43 L = v

f1 =3

4

v

L

Pada pola ( c ) memberikan nada atas kedua dengan dengan frekwensi f2 pada panjang kolom

udara pipa organa tertutup terjadi 3 simpul dan 3 perut, sehinga panjang pipa = 54panjang

gelombang.

Jadi :

L = 54 2 atau 2 =45 L

f2 . 2 = f2 . 45 L = v

f2 =5

4

v

L


12/19


Dari keterangan di atas dapat disimpulkan :

Pada nada atas ke-n terdapat ( n+1 ) simpul dan ( n+1 ) perut.

fo : f1 : f2 : f3 : . . . = 1 : 3 : 5 : 7 : . . .

Ungkapan ini dinamakan Hukum Bernoul li ke I I : Frekwensi nada pipa organa tertutup

berbanding sebagai bil angan-bilangan ganji l.

Secara umum dirumuskan :

fn

Lvn =

+

2 1

4

Sehingga untuk panjang gelombangnya :

nL

n=

+4

2 1

SIFAT-SIFAT GELOMBANG.

1. Pemantulan.

Sifat ini digunakan untuk mengukur kedalaman laut.

h = v. tpp ( tpp = waktu pergi-pulang)

2. Resonansi.

Yaitu ikut bergetarnya suatu benda. Syarat : frekwensinya sama.

Kolom udara

ln ln = (2n 1) n mulai 1, 2, 3 resonansi ke-1 n = 1 dan seterusnya.

3. INTERFERENSI 2 GELOMBANG BERFREKWENSI

BERBEDA SEDIKIT MENIMBULKAN LAYANGAN .

Layangan adalah interferensi dua getaran harmonis yang sama arah getarnya, tetapi mempunyai

perbedaan frekwensi sedikit sekali. Misalnya dua getaran A dan N berturut-turut mempunyai

frekwensi f1 = 4 Hz dan f2 = 6 Hz

Mula-mula kedua sumber getar bergetar dengan fase sama, jadi superposisi gelombang saling

memperkuat atau terjadi penguatan. Setelah beberapa saat getaran B mendahului 12 getaran dari


13/19


pada A, sehingga fasenya berlawanan, jadi saat ini superposisi saling menghapus. Beberapa saat

kemudian B bergetar satu getaran lebih dahulu dari A, maka saat ini fase A dan B sama lagi dan

terjadi superposisi saling memperkuat lagi, artinya terjadi terjadi penguatan lagi dan seterusnya.

Dari grafik di atas terlihat bahwa amplitudo dari superposisi adalah y = y1 + y2 yang harganya

bertambah besar dari nol sampai maksimum dan kemudian menjadi kecil lagi dari maksimum

sampai nol.

Pada saat terjadi amplitudo maksimum, maka interferensi mencapai terkuat atau terjadi

penguatan dan pada saat amplitudo minimum terjadi interferensi pelemahan. Yang dimaksud

dengan satu layangan ialah bunyi yang terdengar keras- lemah - keras atau lemah - keras -

lemah, seperti yang terlihat pada grafik.

Jika untuk terjadi satu layangan diperlukan waktu1

ndetik, maka dalam satu detik terjadi

layangan. Bilangan ini ternyata sama dengan selisih frekwensi antara sumber bunyi yangmenimbulkannya.

Jadi :

= / f1 - f2 /

= jumlah layangan.

f1 dan f2 adalah frekwensi-frekwensi yang menimbulkan layangan.

4. Berinterferensi.Interferensi ini dibuktikan dengan Pipa Qiunke.

Beda fase interferensi kuat dan lemah adalah

EFFEK DOPPLER

Memang benar jika dikatakan, bahwa frekwensi bunyi sama dengan frekwensi sumbernya.

Akan tetapi tidaklah selalu demikian antara frekwensi sumber bunyi dengan frekwensi bunyi

yang kita dengar. Apabila antara sumber bunyi dan pendengar tidak ada gerakan relatif, maka

frekwensi sumber bunyi dan frekwensi bunyi yang didengar oleh seseorang adalah sama. Akantetapi jika antara sumber bunyi dan si pendengar ada gerak relatif, misalnya sumber bunyi

bergerak mendekati si pendengar, atau si pendengar bergerak mendekati sumber bunyi, atau

keduanya bergerak saling mendekati atau menjauhi, ternyata antara frekwensi sumber bunyi dan

frekwensi bunyi yang didengar tidaklah sama. Suatu contoh misalnya ketika anda naik bis dan

berpapasan dengan bis lain yang sedeang membunyikan klakson, maka akan terdengar suara

yang lebih tinggi, berarti frekwensinya lebih besar dan sebaliknya ketika bis menjauhi anda,


14/19


bunyi klakson terdengar lebih rendah, karena frekwensi bunyi yang didengar berkurang.

Peristiwa ini dinamakan Ef fek Doppler.

Jadi Effek Doppler adalah peristiwa berubahnya harga frekwensi bunyi yang diterima oleh

pendengar (P) dari frekwensi suatu sumbner bunyi (S) apabila terjadi gerakan relatif antara P

dan S.

Oleh Doppler dirumuskan sebagai :

fv v

v vfP

P

S

S=

.

fP adalah frekwensi yang didengar oleh pendengar.

fS adalah frekwensi yang dipancarkan oleh sumber bunyi.

vP adalah kecepatan pendengar.

vS adalah kecepatan sumber bunyi.

v adalah kecepatan bunyi di udara.

Tanda + untuk vP dipakai bila pendengar bergerak mendekati sumber bunyi.

Tanda - untuk vP dipakai bila pendengar bergerak menjauhi sumber bunyi.

Tanda + untuk vS dipakai bila sumber bunyi bergerak menjauhi pendengar.

Tanda - untuk vS dipakai bila sumber bunyi bergerak mendekati penengar.

1. Jika terdapat angin dengan kecepatan va dan menuju pendengar maka v menjadi (v+va)

2. Jika angin menjauhi pendengar maka v menjadi (v-va)

SETIAP GELOMBANG MERAMBATKAN ENERGI

Rambatan bunyi adalah ramabatan gelombang, sedangkan rambatan gelombang adalah salah

satu bentuk rambatan energi. Makin besar energi bunyi yang diterima makin nyaring suara yang

kita dengar.

INTENSITAS BUNYI.

Yang dimaksud dengan intensitas bunyi ialah : Besar energi bunyi tiap satuan waktu tiap satuan

luas yang datang tegak lurus.

Dapat dirumuskan sebagai :

I PA

=

I = Intensitas bunyi dalam watt/m2 atau watt/cm2

A = Luas bidang bola dalam m2 atau cm2

P = Daya bunyi dalam J/det atau watt.


15/19


Bila S merupakan sumber bunyi yang berdaya P watt dan energi bunyi merambat ke segala arah

sama rata, Intensitas bunyi di titik yang jaraknya R dari S adalah :

IP

R=

42

I IR R

1 2

1

2

2

2

1 1: :=

Kesimpulan : Intensitas bunyi berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.

TARAF INTENSITAS BUNYI. ( TI )

Intensitas bunyi terkecil yang masi merangsang pendengaran disebut harga ambang

pendengaran, besarnya 10-12

watt/m2

.Intensitas bunyi terbesar yang masih dapat didengar tanpa menimbulkan rasa sakit pada telinga

sebesar 1 watt/m2.

Logaritma perbandingan intensitas bunyi dengan harga ambang pendengaran disebut Taraf

Intensitas Bunyi.

T II

I= log

0

TI taraf intensitas bunyi dalam : Bel.

I adalah intensitas bunyi.Io adalah harga ambang pendengaran.

Bila satuan TI dalam Decibel ( dB ) hubungan di atas menjadi :

T II

I= log

0

1 Bel = 10 dB

.

LATIHAN SOAL

LATIHAN SOAL GELOMBANG BUNYI.

1. Sebuah batu dilempar ke tengah kolam sejauh 20 m dari tepi kolam, sehingga terjadi

gelombang permukaan air yang sampai ke tepi setelah 4 detik. Bila sebuah gabus

bergerak 4 gelombang tiap detik, tentukan panjang gelombang permukaan air tersebut.

(Jawab : 1,25 m).


16/19


2. Sebuah sumber getar menimbulkan gelombang transversal pada permukaan air dengan

periode detik. Bila jarak antara dua bukit adalah 25 cm, maka tentukan cepat

rambat gelombang pada permukaan air tersebut. (Jawab : 1 m/det).

3. Suatu sumber getaran menimbulkan gelombang longitudinal dengan periode 1/286 detik

dan merambat dengan kecepatan 1430 m/det. Berapa jarak antara dua rapatan ?

(Jawab : 5 meter).

4. Seseorang ditugaskan mengamati permukaan gelombang yang terjadi pada sebuah

sungai. Jarak antara puncak dan lembah yang berdekatan ternyata dari hasil

pengamatannya adalah 1,05 meter. Dan dalam waktu 15 detik dirambatkan 17 puncak

gelombang. Maka tentukan cepat rambat riak gelombang permukaan air tersebut.

(Jawab : 2,38 m/det).

5. Cepat rambat gelombang transversal dalam seutas tali yang panjangnya 30 meter

adalah 40 m/det. Berapa massa tali tersebut apabila gaya tegangan tali = 2 Newton ?

(Jawab : 0,0375 kg).

6. Seutas tali yang panjangnya 32 meter, dengan massa 900 gram mengalami tegangan

220 newton. Tentukan besar cepat rambat gelombang transversal yang merambat

melalui tali tersebut. (Jawab : 8,8 m/det).

7. Seutas tali dengan penampang 1 mm2 mempunyai massa jenis 8 gram/cm3. Bila tali

tersebut ditegangkan dengan gaya 8 N. Tentukan cepat rambat gelombang pada tali

tersebut. (Jawab : 31,6 m/det).

8. Pada percobaan Melde digunakan garpu tala sebagai sumber getarnya. Frekwensi yang

ditimbulkannya adalah 365 Hz. Tali yang dihubungkan dengannya direntangkan dengan

beban 96 gram. Apabila jarak antara dua simpul yang berturutan = 4 cm, tentukanlah :

a. Cepat rambat gelombang pada tali. (Jawab : 2920 cm/det).b. Berapa tegangan yang harus diberikan agar jarak antara dua simpul yang

berturutan menjadi 5 cm. (Jawab : 147.000 dyne).

c. Berat dari 1 cm tali tersebut, apabila g = 980 cm/det2. (Jawab : 10,81 dyne).

9. Sepotong kawat yang massanya 0,5 gram dan panjangnya 50 cm mengalami tegangan

62,5 newton.

a. Hitung cepat rambat gelombang transversal yang terjadi pada kawat (Jawab :

250 m/det).

b. Bila kedua ujung kawat dijepit dan tidak terdapat simpul lagi di antara kedua

ujung kawat tersebut, maka tentukan frekwensinya. (Jawab : 250 Hz).

10. Cepat rambat gelombang longitudinal dalam air 1500 m/det. Hitunglah modulus kenyal

air. (Jawab : 2,25 . 109 newton/m2).

11. Dawai yang massanya 0,2 gram dan panjangnya 80 cm, salah satu ujungnya diikatkan

pada sebuah garpu tala yang memberikan frekwensi 250 Hz. Berapa tegangan tali yang

harus diberikan agar tali tidak menggetar dengan empat paruhan gelombang. (Jawab :

2,5 newton).


17/19


12. Hitung kecepatan gelombang bunyi yang merambat di udara dalam keadaan STP

(Tekanan dan suhu standard). Massa jenis udara pada keadaan STP 1,293 Kg/m3, =1,40. (Jawab : 331 m/det).

13. Bila amplitudo cukup besar, telinga orang dapat mendengar bunyi dengan frekwensi

antara 20 Hz dan 20.000 Hz. Hitung panjang gelombang pada frekwensi-frekwensi

tersebut apabila :

a. Gelombang merambat dalam medium air dengan cepat rambat 1450 m/det.

(Jawab : 7,25 cm).

b. Gelombang merambat dalam medium udara. R = 8,31 x 107, udara = 1,4,tudara = 27

0 dan Mudara = 29 (Jawab : 1,73 cm).

14. Cepat rambat gelombang longitudinal dalam Helium dan Argon pada suhu 00 C

berturut-turut adalah 970 m/det dan 310 m/det. Berapa berat atom argon bila berat

atom helium = 4. Argon dan Helium adalah gas monoatomik. (Jawab : 39,2).

15. Ditentukan massa jenis gas hidrogen pada suhu 00 dan tekanan 1 atmosfir adalah :

9.10-5 gram/cm3 dan konstanta Laplace gas hidrogen adalah 1,40, tentukanlah cepatrambat bunyi dalam gas hidrogen tersebut. (Jawab : 1255 m/det).

16. Pada suhu 200 C cepat rambat bunyi di udara 330 m/det. Tentukan cepat rambat bunyi

di udara pada suhu 400 C. (Jawab : 341 m/det).

17. Cepat rambat bunyi dalam zat padat adalah 1450 m/det. Tentukan modulus young zat

padat, jika massa jenisnya 104 kg m-3. (Jawab : 2,1.1010 N.m-2).

18. Tentukan frekwensi dasar dari getaran sepotong tali yang panjangnya 6 meter dan

massanya 2 kg yang ditegangkan dengan gaya 192 N. (Jawab : 2 Hz).

19. Cepat rambat bunyi dalam gas H2 pada suhu 27

0

C adalah 360 m/det.a. Berapa cepat rambat bunyi dalam gas O2 pada suhu yang sama, jika konstanta

Laplace kedua gas tersebut sama ? (Jawab : 90 m/det)

b. Berapa cepat rambat bunyi dalam O2 pada suhu 470 C (Jawab : 93 m/det).

20. Sepotong dawai tembaga dengan massa jenis 9 x 103 kg/m3 yang panjangnya 2 m dan

berpenampang 10-6 m2 mendapat tegangan oleh suatu gaya sebesar 360 N. Jika dawai

dipetik, berapa frekwensi nada dasarnya ? (Jawab : 50 Hz).

21. Cepat rambat bunyi dalam gas hidrogen pada suhu 150 C = 1200 m/s. Berapa laju

rambat bunyi dalam Oksigen pada suhu 1190 C, jika tetapan Laplace kedua gas sama

sedangkan MH2 = 2 gram/mol dan MO2 = 32 gram/mol. (Jawab : 350 m/s).

22. Sehelai dawai dengan massa 0,5 gram dan panjangnya 50 cm diberi tegangan 88,2

newton kemudian dawai dipetik dan memberikan nada dasar. Tentukanlah :

a. Cepat rambat gelombang transversal dalam dawai (Jawab : 297 m/s)

b. Frekwensi nada dasarnya, frekwensi nada atas pertama dan nada atas kedua.

(Jawab : 297 Hz, 594 Hz, 891 Hz).


18/19


23. Sebuah pipa organa terbuka menghasilkan nada dasarnya dengan frekwensi 500 Hz.

Bila cepat rambat suara di udara = 340 m/s, maka tentukan panjang pipa organa

tersebut. (Jawab : 0,34 m).

24. Sepotong dawai yang panjangnya 120 cm dan sepotong dawai lain yang panjangnya

160 cm masing-masing menimbulkan nada dasar. Tentukan interval yang dihasilkan.

(Jawab : 4 : 3 Kwart).

25. Tentukan frekwensi nada tunggal yang ditimbulkan oleh sirine, jika banyak lubang pada

lempeng sirine = 15 dan melakukan putaran 1500 rpm. (Jawab : 300 Hz).

26. Sebuah pipa organa terbuka menghasilkan nada dasar dengan frekwensi 249 cps.

Sehelai dawai yang panjangnya 54 cm dengan gaya tegangannya menghasilkan nada

dasar dengan frekwensi 440 cps. Pipa organa dihembus lebih kuat sehingga dihasilkan

nada atas pertamanya. Dawai sekarang diperpendek menjadi 48 cm dengan gaya

tegangan tetap lalu dipetik bersama-sama dengan hembusan pipa organa tersebut.

Berapa layangan yang terjadi ? (Jawab : 3 Hz).

27. Pada sirine terdapat dua deret lubang. Deret lubang bagian luar = 20 buah. Jika dengan

deret lubang yang terdalam nada tunggal yang ditimbulkan memberikan interval nada

kwint, maka berapa banyak lubang pada deret bagian dalam ? (Jawab : 30 lubang).

28. Sepotong kawat yang panjangnya 3 meter dengan luas penampang 1 mm2, massanya

24 gram. Bila kawat diberi beban 10 Newton, maka kawat bertambah panjang 0,15

mm.

a. Tentukan modulus elastisnya. (Jawab : 2 x 1011 N/m2)

b. Cepat rambat bunyi dalam rel yang dibuat dari bahan tersebut. (Jawab : 5000

m/det).

29. Dawai sebuah sonometer menghasilkan nada dasar. Bila senar dipotong 30 cmdihasilkan nada dasar baru yang kwint terhadap nada dasar semula. Dengan diusahakan

agar tegangan dawai tetap seperti semula, maka harus dipotong berapa senar

sonometer tersebut agar dihasilkan nada dasar baru yang terts terhadap nada dasar

semula. (Jawab : 9 cm).

30. Sebuah mobil melaju dengan kelajuan 72 km/jam dan membunyikan klakson dengan

frekwensi 480 Hz berpapasan dengan mobil lain yang berkecepatan 108 km/jam. Jika

cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, maka tentukan frekwensi bunyi yang didengar

oleh pengendara mobil kedua. (Jawab : 555 Hz).

31. Frekwensi nada atas pertama pipa organa terbuka = 560 Hz. Pipa organa tertutupmemberikan nada atas pertama yang kwint terhadap nada dasar pipa organa terbuka.

Bila cepat rambat bunyi pada waktu itu = 336 m/det, maka hitunglah :

a. Panjang pipa organa masing-masing. (Jawab : 60 cm ; 60 cm).

b. Interval antara nada-nada atas pertama kedua pipa organa tersebut. (Jawab :

kwart).


19/19


32. Sebuah petasan diledakkan di suatu tempat. Pada jarak 2 m dari pusat ledakan

intensitas bunyinya = 10-4 watt/m2. Tentukan intensitas bunyi pada jarak 20 m dari

pusat ledakan. (Jawab : 10-6 watt/m2).

33. Dalam suatu ruang periksa di PUSKESMAS ada seorang bayi menangis dengan taraf

intensitas 80 dB. Bila dalam ruang tersebut terdapat 10 orang bayi yang menangis

bersamaan dengan kekuatan yang sama, maka tentukan taraf intensitasnya.

(Jawab : 90 dB).

34. Tabung Kundt digunakan untuk menghitung cepat rambat bunyi dalam baja. Untuk

keperluan tersebut, maka batang getar dibuat dari baja yang panjangnya 75 cm dan

dijepit di bagian tengahnya. Batang baja digetarkan longitudinal, sehingga jarak antara

dua simpul berturutan dari gelombang stasioner yang timbul dalam kolom udara di

dalam tabung gelombang adalah 5 cm. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah 340

m/s, tentukan cepat rambat bunyi dalam batang baja. (Jawab : 5.100 m/s)

35. Sebuah pipa kundt mempunyai batang penggetar dari gelas yang panjangnya 0,625

meter, dijepit di tengah-tengahnya. Tabung gelombang berisi udara. Cepat rambatbunyi dalam gelas sebesar 2500 m/s, dan jika jarak antara dua simpul berturutan

dalam tabung adalah 0,085 meter. Tentukan cepat rambat bunyi di udara.

(Jawab : 340 m/s).

================O0O================

16 GELOMBANG MEKANIS B.pdf

Documents

Transcript of 16 GELOMBANG MEKANIS B.pdf