Fenomena gelombang
-
Upload
naomi-dunlap -
Category
Documents
-
view
141 -
download
2
description
Transcript of Fenomena gelombang
Fenomena gelombang
Gelombang Mekanik
Gelombang adalah suatu fenomena perambatan gangguan (energi dan momentum).
Pada penjalarannya memerlukan suatu materi yang disebut medium ( zat padat maupun alir )
Terjadi interaksi di dalam medium (satu bagian medium mengganggu bagian medium di sekitarnya
Tidak terjadi pemindahan massa
Tipe Gelombang
Gelombang Longitudinal
Gelombang Transversal
Tipe Gelombang
Gelombang Air
Cahaya Tampak
• Cahaya tampak (sering disebut cahaya) adalah radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Berdasarkan dari urutan frekuensi terkecil, ia memiliki cahaya Merah, Jingga, Kuning, Hijau , Biru, Nila dan Ungu ( Me Ji Ku Hi Bi Ni U)
BUNYI
Istilah dan terminologiSumber titik (Point source): ukuran sumber emisi kecil dibandingkan jarak antara sumber dan pengamat.
Muka gelombang (Wave front): permukaan dengan fasa sama.
Sinar (Rays): tegak lurus terhadap wave front, arah penjalaran.
Pada radius besar (jauh dari sumber titik):
Muka gelombang sferis muka gelombang planar
Fungsi Gelombang y(x,t) = ymsin(kx-t)
Gelombang Transversal
Fungsi sin dan cos identik untuk fungsi gelombang, berbeda hanya pada konstanta fasa. Kita menggunakan cos untuk perpindahan.
sin(+90˚)=cos
s(x,t) = smcos(kx-t)
s: perpindahan (displacement) dari posisi setimbang
Gelombang Longitudinal
Contoh gelombang menjalar
Amplitudo Tekanan
∆p(x,t) = ∆pmsin(kx-t)
∆p: perubahan tekanan dalam medium karena kompresi (∆p >0) atau ekspansi (∆p <0)
∆p(x,t) dan s(x,t) berbeda fasa 90˚
Artinya jika s maksimum, p adalah 0
Laju Gelombang
Gelombang Bunyi (Longitudinal):
v B
Modulus Bulk
Densitas Volume
elastik
inersial
VV
PB
/
Modulus Bulk
Tegangan
Densitas Linier
elastisitas
inersialF
v
Gelombang Transversal (Tali):
v B
M
TRv
T = Suhu Mutlak (K)
R = Konstanta gas
R = 8,314 J/mol. K
M = massa molar gas
M(gas) = 29 x 10-3 kg/mol
= konstanta
gas = 1,4
• Mengapa suara yang didengar pada malam hari lebih jelas dibandingkan dengan siang hari?
IntensitasGelombang Transversal (Tali):
P 1
2v 2ym
2
Gelombang Bunyi (Longitudinal):
I P
A
1
2v 2sm
2
Hubungan Tekanan dan Amplitudo Perpindahan ∆pm = ()Sm
Intensitas Bunnyi Sumber TitikLuas Wavefront pada jarak r dari sumber:
A = 4r2
I Ps
A
Ps
4r2
Skala Decibel
Level bunyi dapat berubah beberapa besaran orde (orders of magnitude).
Karena iti, tingkat bunyi didefinisikan sebagai:
10dB logI
I0
decibel
10-12 W/m2, ambang pendengaran manusia
Bagaimana mengukur ke-nyaring-an bunyi?
Catatan: Jika I berubah jadi 10 kali, bertambah 1.
• Apa perbedaan tinggi rendahnya bunyi dengan kuat lemahnya bunyi?
• Tinggi rendah bunyi bergantung pada frekuensi getaran sumber bunyi
• Kuat bunyi bergantung pada besarnya amplitudo
• Faktor-faktor yang memengaruhi frekuensi nada alamiah sebuah senar atau dawai menurut Marsenne adalah sebagai berikut.
1) Panjang senar, semakin panjang senar semakin rendah frekuensi yang dihasilkan.
2) Luas penampang, semakin besar luas penampang senar, semakin rendah frekuensi yang dihasilkan.
3) Tegangan senar, semakin besar tegangan senar semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.
4) Massa jenis senar, semakin kecil massa jenis senar semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.
• Faktor-faktor yang memengaruhi kuat bunyi adalah:
1) amplitudo,
2) jarak sumber bunyi dari pendengar,
3) jenis medium.
Efek Doppler
Efek Doppler: perubahan frekuensi (bertambah atau berkurang) yang disebabkan oleh gerak dari sumber dan/atau detektor
Untuk pembahasan berikut, laju diukur relatif terhadap udara, medium tempat menjalarnya gelombang bunyi
Efek Doppler terjadi saat terdapat gerak relatif antara sumber dan detektor/pengamat.
Klakson mobil:
Detektor Bergerak, Sumber Diam
Contoh: Dua mobil bergerak dengan laju v1 dan v2
Bagi orang yang duduk di mobil 1, dia melihat laju mobil 2 relatif terhadapnya v2 - v1.
Frekuensi yang terdeteksi oleh telinga adalah frekuensi (rate) detektor mengintercept gelombang. Frekuensi (rate) tersebut berubah jika detektor bergerak relatif terhadap sumber.
Secara umum
f
v vD v vS f
+: menjauhi D-: mendekati D
+ : mendekati S -: menjauhi S
Semua laju diukur relatif terhadap medium propagasi: udara
Efek Doppler secara umum
f v
v vS f
Jika vS>v, persamaan Doppler tidak lagi berlaku: Laju Supersonik
Gelombang Kejut (Shock Wave) akan dihasilkan: perubahan besar (abrupt) dari tekanan udara
Wavefront berbentuk Kerucut Mach (Mach Cone)
Laju Supersonik
Supersonik
Laju sumber > Laju bunyi(Mach 1.4 - supersonik )
Laju sumber = Laju bunyi(Mach 1 - sound barrier )
Peluru dengan Mach 1.01
Menembus Sound Barrier
F-18 – tepat saat mencapai supersonik
Peluru (Mach 2.45)
Gelombang Kejut
Sonic Boom:
T-38 Talon twin-engine, high-altitude, supersonic jet trainer
Gelombang Kejut dan Sonic Boom
Mechanics of hearing
•
Mekanisme pendengaran
• Terdiri dari 3 bagian: telinga luar (daun telinga sampai membran timpani) meneruskan gelombang ke telinga tengah
• Telinga tengah: membran timpani (yang melekat pada 3 tulang kecil sampai membrana ovale) getaran diteruskan
• Telinga dalam: tube berspiral seperti rumah siput berisi cairan cairan bervibrasi stimulasi rambut sel impuls syaraf otak
Noise
What is noise?
Definisi: • Suara-suara yang tidak dikehendaki (for Who?
Why?)• Suara: sensasi yang diterima telinga sebagai
akibat fluktuasi tekanan udara terhadap tekanan udara yang stabil.
• Telinga akan merespons fluktuasi-fluktuasi kecil tersebut dengan sensitivitas yang sangat besar.
Properties of noise?
Karakteristik bising1. Intensitas/tekanan (sound pressure/intensity)Semakin keras suara, semakin tinggi intensitasnya
2. Frekuensi Frekuensi tinggi lebih berbahaya terhadap kemampuan
dengar. Telinga manusia lebih sensitif terhadap frekuensi tinggi
3. Durasi eksposur terhadap bising
Semakin lama durasi eksposur semakin besar kerusakan pada mekanisme pendengaran
JENIS BISINGJenis kebisingan berdasarkan sifat dan spektrum bunyi1.Bising yang kontinyu: bising dimana fluktuasi dari intensitasnya tidak lebih dari 6 dB dan tidak putus-putus.
a. Wide Spectrum adalah bising dengan spektrum frekuensi yang luas. bising ini relatif tetap dalam batas kurang dari 5 dB untuk periode 0.5 detik berturut-turut, seperti suara kipas angin, suara mesin tenun.
b. Norrow Spectrum adalah bising ini juga relatif tetap, akan tetapi hanya mempunyai frekuensi tertentu saja (frekuensi 500, 1000, 4000) misalnya gergaji sirkuler, katup gas.
2. Bising terputus-putus: bising jenis ini sering disebut juga intermittent noise, yaitu bising yang berlangsung secar tidak terus-menerus, melainkan ada periode relatif tenang, misalnya lalu lintas, kendaraan, kapal terbang, kereta api
3. Bising impulsif: bising jenis ini memiliki perubahan intensitas suara melebihi 40 dB dalam waktu sangat cepat dan biasanya mengejutkan pendengarnya seperti suara tembakan, suara ledakan mercon, meriam.
4. Bising impulsif berulang: sama dengan bising impulsif, hanya bising ini terjadi berulang-ulang, misalnya mesin tempa
Berdasarkan pengaruhnya pada manusia, bising dapat dibagi atas ,1.Bising yang mengganggu (Irritating noise). Merupakan bising yang mempunyai intensitas tidak terlalu keras, misalnya mendengkur.2.Bising yang menutupi (Masking noise). Merupakan bunyi yang menutupi pendengaran yang jelas, secara tidak langsung bunyi ini akan membahayakan kesehatan dan keselamatan tenaga kerja , karena teriakan atau isyarat tanda bahaya tenggelam dalam bising dari sumber lain3.Bising yang merusak (damaging/ injurious noise). Merupakan bunyi yang intensitasnya melampui nilai ambang batas. Bunyi jenis ini akan merusak atau menurunkan fungsi pendengaran
Contoh…
Tekanan = Sound Pressure
Manusia dapat mendengar suara pada tekanan antara 0,0002 dynes/cm2 (ambang dengar/threshold of hearing) sampai 2000 dynes/cm2 range besar sehingga satuan yang dipakai dB (decibel): logaritmik
Dinyatakan dalam decibel (dB) yang dilengkapi skala A, B, dan C sesuai dengan berbagai kegunaan
Skala A digunakan karena merupakan response yang paling cocok dengan telinga manusia (peka terhadap frekuensi tinggi)
Skala B dan C untuk evaluasi kebisingan mesin, dan cocok untuk kebisingan frekuensi rendah
Intensitas
• Laju aliran energi tiap satuan luas yang dinyatakan dalam desibell (dB) – Alexander Graham Bell-
• dB adalah merupakan satuan yang dihasilkan dari perhitungan yang membandingkan suatu tekanan suara yang terukur terhadap suatu tekanan acuan (sebesar 0,0002 dyne/cm2).
• B = log (int.terukur/int.acuan) untuk mendapatkan angka yang lebih akurat ditentukan dengan angka kelipatan 10 (desi)
• Intensity level dB=10 Log (I/I0)• Sound pressure level (tekanan bunyi) = 20 log (I/I0),
karena intensitas sebanding dengan kuadrat tekanan bunyi.
The decibel
• dB = 10 log (I1/I0) I = Intensitas
dB = 20 log (P1/P0) P= Tekanan = 0,0002
dynes/cm2
SP (microbar) SPL (dB) Ratio Intensitas
0,0002 0 100
0,002 20 102
Jadi bila SP berubah 10x, maka dB bertambah ? x
PressurePa Bel (B) Decibel (dB)
Threshold of hearing 0,00002 0 0Quiet office 0,002 4 40Ringing alarm clock at 1 m 0,2 8 80Ship's engine room 20 12 120Turbo jet engine 2000 16 160
Sound intensities
Frekuensi
• Adalah jumlah getaran dalam tekanan suara per satuan waktu (Hertz atau cycle per detik), frekuensi dipengaruhi ukuran, bentuk dan pergerakan sumber, pendengaran normal orang dewasa dapat menangkap bunyi dengan frekuensi 20-20.000 Hz.
Frekuensi
Dibagi dalam 8 octaf (octave bands), 37.5, 75, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 Hz
Telinga manusia bereaksi beda terhadap berbagai frekuensi
Kebisingan ‘rata-rata’ mencakup seluruh taraf kebisingan dari setiap frekuensi dihitung LeqLeq = ekuivalen noise level/ekuivalen energi levelLeq = 10 log (Σ 10 Lpi/10)
Satuan (Konversi)
1bar=105Pa=105N/m2
=105.105dyne/104cm2
=106dyne/cm2 atau
1microbar = 1 dyne/cm2
Pengukuran kebisingan
• Mengukur overall level sound level meter (satuan dBA)
• Mengukur kebisingan pada setiap level frekuensi SLM dengan frequency analyzer
• Penentuan eksposur kebisingan padapekerja noise dosimeter (satuan dBA)
Alat ukur
• Sound level meter, mencatat keseluruhan suara yang dihasilkan tanpa memperhatikan frekuensi yang berhubungan dengan bising total (30-130 d) – (20-20.000Hz)
• Sound level meter dengan octave band analyzer, mengukur level bising pada berbagai batas oktaf di atas range pendengaran manusia dengan mempergunakan filter menurut oktaf yang diinginkan (narrow band analyzers untuk spektrum sempit 2-200 Hz)
NOISE KALIBRATOR
SOUND LEVEL METER
NOISE MEASUREMENT KIT
NOISE DOSIMETER
PENGUKURAN PADA PEKERJA
DOSEBADGER
Ketulian
= berkurangnya ketajaman pendengarandibanding/terhadap orang normal (15 dB)/ gol usia
• Ada 2 macam: - permanen: karena penyakit, usia tua, obat, trauma, dankebisingan- temporer: akibat ekposur bising, dapat pulih setelahistirahat beberapa saat tergantung keparahan
• Ketulian temporer akan menjadi permanen bila terusterekpos bising (dari rumah, tempat umum, rekreasi, musik, industri, dll.)
• Secara mekanisme: ketulian ada 2:- konduktif: peralatan konduksi suara rusak akibattrauma atau sakit- sensorinueral: akibat persyarafan pendengaran rusak
Audiometric test
•
Audiometric test
•
Audiometric test
Current OSHA Standards •1926.52 Occupational Noise Exposure
•TABLE D-2 - PERMISSIBLE NOISE EXPOSURES
Duration per day, hoursSound Level dBA slow response
8 90
6 92
4 95
3 97
2 100
1 1/2 102
1 105
1/2 110
1/4 or less 115
FIGURE 1. Audiogram findings in the patient in case 1.
The area below the curves represents sound levels that the patient could still hear. (X = left ear; O = right ear)
Case Study 2 Factory Worker Age 55
Carpenter Hearing Losses by Age
Pengendalian kebisingan
Pengendalian dilakukan di 3 bagian: SUMBER, RUANG ANTARA sumber dan penerima/pekerja, pada PENERIMA/PEKERJA
Urutan pengendalian paling efektif:
• Kurangi/hilangkan sumber bising
• Pengendalian pathway: jarak diperjauh dengan perisai/isolator/automatisasi
• Perlindungan penerima dari bising (APD)
SUMBER PATHWAY/MEDIA PENERIMA/RECEIVER
•Cara teknis:
APDPerpanjang jarak
Reduksi waktuPerisaiInsulasi sumber
Isolasi pekerjaAbsorpsi/dampingSubstitusi
PENERIMAPATHWAYSUMBER
•Cara medis:Pemeriksaan ketajaman pendengaran secara periodikPenempatan pekerja sesuai dengan kepekaan thd bisingMonitor ketulian temporer
•Cara manajemen:Reduksi waktu eksposurDiklat pemakaian dan pemeliharaan APD