MAKALAH FENOMENA GELOMBANG

EFEK DOPPLER

Disusun oleh:

KELOMPOK 11

Karina Anggraeni 2414105021

Soraya Rizqimufidah 2414105042

Devic Oktora 2413106007

Sirojulaili 2413106009

JURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2014

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Ketika kita sedang diam di pinggir jalan dan sebuah mobil ambulans yang

sirinenya berbunyi sedang bergerak mendekati kita. Dan tak lama kemudian mobil

melewati kita dan bergerak menjauhi kita. Jika kita mendengar bunyi sirine secara

seksama akan kita dengar bahwa nada bunyi sirine lebih tinggi ketika mobil

mendekati kita dan lebih rendah ketika mobil menjauhi kita. Gelombang bunyi

yang dikeluarkan oleh sumber bunyi dan pendengar bergerak saling mendekati.

Maka frekuensi bunyi yang didengar oleh pendengar akan lebih tinggi daripada

frekuensi sebenarnya dari bunyi yang dihasilkan sumber bunyi. Namun, jika

sumber bunyi dan pendengar bergerak saling menjauhi, maka frekuensi bunyi

yang didengar oleh pendengar akan lebih rendah daripada frekuensi sebenarnya.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa bila sumber bunyi dan pengamat

saling bergerak relatif satu terhadap lainnya (menjauhi atau mendekati), frekuensi

yang diterima pengamat tidak sama dengan frekuensi yang dipancarkan oleh

sumber. Fenomena perubahan frekuensi karena pengaruh gerak relatif antara

sumber bunyi dan pendengar, untuk pertama kalinya diamati oleh Christian

Johann Doppler (1803-1853), seorang Fisikawan berkebangsaan Austria.

Berkaitan dengan hal tersebut, di dalam makalah ini akan dibahas tentang efek

doppler.

2.1 Rumusan Masalah

1. Apa yang dimaksud dengan efek doppler?

2. Bagaimana rumus efek doppler?

3. Apa aplikasi efek doppler dalam kehidupan sehari-hari?

3.1 Tujuan

1. Mengetahui dan memahami pengertian efek doppler.

2. Mengetahui dan memahami rumus efek doppler.

3. Mengetahui dan memahami aplikasi efek doppler dalam kehidupan sehari-hari

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Efek Doppler

Secara umum, efek doppler dialami ketika ada suatu gerak relatif antara

sumber gelombang dan pengamat. Ketika sumber bunyi dan pengamat bergerak

saling mendekati, pengamat mendengar frekuensi bunyi yang lebih tinggi

daripada frekuensi bunyi yang dipancarkan sumber tanpa adanya gerak relatif.

Ketika sumber bunyi dan pengamat bergerak saling menjauhi, pengamat

mendengar frekuensi bunyi yang lebih rendah daripada frekuensi sumber bunyi

tanpa adanya gerak relatif.

Efek Doppler, dinamakan mengikuti tokoh fisika, Christian Johann

Doppler. Efek Doppler adalah perubahan frekuensi atau panjang gelombang dari

sebuah sumber gelombang yang diterima oleh pengamat, jika sumber

suara/gelombang tersebut bergerak relatif terhadap pengamat/pendengar. Untuk

gelombang yang umum dijumpai, seperti gelombang suara yang menjalar dalam

medium udara, perhitungan dari perubahan frekuensi ini, memerlukan kecepatan

pengamat dan kecepatan sumber relatif terhadap medium di mana gelombang itu

disalurkan.

Gambar 1.1 Efek Doppler [3]

2.2 Rumus Efek Doppler

Efek doppler dialami ketika ada gerak relatif antar sumber bunyi dan pengamat.

Rumus ini ada dua, dimana yang satu tidak di pengaruhi oleh angin, dan yang satu

lagi dipengaruhi oleh angin.

Efek Doppler Tidak Dipengaruhi Oleh Angin

fp = frekuensi pendengar (Hz)

fs = frekuensi sumber (Hz)

v = kecepatan bunyi di udara (340 m/s)

vp = kecepatan pendengar (m/s)

vs = kecepatan sumber (m/s)

Efek Doppler Dipengaruhi Oleh Angin

fp = frekuensi pendengar (Hz)

fs = frekuensi sumber (Hz)

v = kecepatan bunyi di udara (340 m/s)

vs = kecepatan sumber gelombang relatif terhadap medium; positif jika pengamat

mendekati sumber gelombang/suara, negatif jika pengamat menjauhi sumber

gelombang/suara.

vp = kecepatan pengamat (receiver) relatif terhadap medium; positif jika sumber

menjauhi pengamat, negatif jika sumber mendekati pengamat.

va = kecepatan angin; positif jika arah angin dari sumber ke pendengar, negatif

jika arah angin dari pendengar ke sumber.

Dalam hal ini akan dibahas perumusan efek doppler dengan mengabaikan

pengaruh angin dengan beberapa kondisi sebagai berikut :

1. Sumber Bunyi Bergerak dan Pengamat Diam

Jika sumber bunyi diam terhadap pengamat yang juga diam, frekuensi

yang terdengar oleh pengamat sama dengan frekuensi yang di pancarkan oleh

sumber bunyi. Frekuensi yang terdengar oleh pengamat akan berbeda jika ada

gerak relatif antara sumber bunyi dan pengamat.

Untuk kasus sumber bunyi bergerak dan pengamat diam, frekuensi yang

terdengar oleh pengamat dapat dirumuskan sebagai berikut :

a. Sumber Bunyi Bergerak Mendekat dan Pengamat Diam

Vs Vp = 0

fs fp

b. Sumber Bunyi Bergerak Menjauh Dan Pengamat Diam

Vs Vp = 0

fs fp

Contoh soal 1

Ani berdiri di tepi jalan. Dari kejauhan datang sebuah mobil ambulan bergerak

mendekati bagus, kemudian lewat didepannya, lalu menjauhinya dengan

kecepatan tetap 20 m/s. Jika frekuensi sirine yang dipancarkan mobil ambulan

8640 Hz, dan kecepatan gelombang bunyi di udara 340 m/s, tentukanlah frekuensi

sirine yang didengarkan bagus pada saat mobil ambulan mendekati dan menjauhi

Ani!

Diketahui :

V=340 ms-1; Vs= 20 ms-1

; dan fs = 8640 Hz

a. Pada saat mobil ambulan mendekati Ani.

b. Pada saat mobil ambulan menjauhi Ani.

Pada saat mobil ambulan mendekati Ani, frekuensi sirine yang terdengar 9180 Hz.

Akan tetapi, pada saat mobil ambulan menjauhi Ani mendengar frekuensi sirine

sebesar 8160 Hz.

2. Sumber Bunyi Diam dan Pengamat Bergerak

Jika pengamat bergerak dan sumber bunyi diam, frekuensi yang terdengar oleh

pengamat berbeda dengan frekuensi yang dipancarkan sumber bunyi. Frekuensi

yang terdengar tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut:

a. Sumber Bunyi Diam Dan Pengamat Bergerak Mendekat

Vs = 0 Vp

fs fp

b. Sumber Bunyi Diam Dan Pengamat Bergerak Menjauh

Vs = 0 Vp

fs fp

Contoh Soal 2

Deretan gerbong kereta api yang ditarik oleh sebuah lokomotif bergerak

meninggalkan stasiun Tanjung Karang dengan kelajuan 36 km/jam. Ketika itu,

seorang petugas di stasiun meniup peluit dengan frekuensi 1700 Hz. Jika

kecepatan perambatan gelombang bunyi di udara 340 m/s, tentukanlah frekuensi

bunyi peluit yang didengar oleh seorang pengamat didalam kereta api!

Diketahui : Vp = 36 Km/jam = 10m/s ; Vs= 340 m/s; fs = 1700 Hz

=1650 Hz

Jadi frekuensi peluit yang terdengar oleh pengamat dalam kereta api sebesar 1650

Hz.

3. Sumber Bunyi dan Pengamat Bergerak

Jika salah satu dari pengamat atau sumber bunyi mendekati , fp > fs;

Jika salah satu dari pengamat atau sumber bunyi menjauhi, fp < fs ;

Secara umum, persamaan Efek Doppler untuk sumber bunyi s dan pengamat p

(keduanya bergerak) adalah :

a. Sumber bunyi bergerak mendekat dan pengamat mendekat

Vs Vp

fs fp

b. Sumber bunyi bergerak menjauh dan pengamat bergerak menjauh

Vs Vp

fs fp

c. Sumber bunyi bergerak mendekat dan pengamat bergerak menjauh

Vs Vp

fs fp

d. Sumber bunyi bergerak menjauh dan pengamat bergerak mendekat

Vs Vp

fs fp

Contoh soal 3

Sebuah mobil sirine melintas dengan kecepatan 10 m/s dengan frekuensi bunyi

400 Hz. Kemudian dari arah yang berlawanan melintas seorang pengendara motor

melintas dengan kecepatan 5 m/s. Tentukan frekuensi suara sirine yang didengar

oleh pengendara sepeda motor saat mendekati dan menjauhi!

Diketahui: Vs = 10 m/s; fs = 400Hz ; Vp = 5 m/s ; V = 340 m/s

Ditanya : a. fp mendekat?

b. fp menjauh?

Jawab : a.

=

= 418,18 Hz

b.

=

= 382,86 Hz

Pada saat pendengar dan sumber suara mendekat frekuensi suara yang didengar

oleh pendengar adalah 418,18 Hz, dan pada saat pendengar dan sumber suara

saling menjauh frekuensi suara yang didengar oleh pendengar adalah 382,9 Hz.

4. Sumber Bunyi Diam Dan Pengamat Diam

Jika pengamat diam dan sumber bunyi diam , fp = fs;

Jika s dan p sama – sama diam, vs = 0 dan vp= 0 →fp = fs.

2.3 Aplikasi Efek Doppler dalam Kehidupan Sehari-hari

1. Radar (Radio Detection and Ranging)

Secara umum dalam teknologi radar terdapat tiga komponen utama yaitu antena,

transmitter, dan receiver. Transmitter pada sistem radar berfungsi untuk

memancarkan gelombang elektromagnetik melalui reflektor antena agar sinyal

objek yang berada pada daerah tangkapan radar dapat dikenali. Sedangkan

Receiver pada sistem radar berfungsi untuk menerima pantulan kembali

gelombang elektromagnetik dari sinyal objek yang tertangkap radar melalui

reflektor antena, umumnya Receiver mempunyai kemampuan untuk menyaring

sinyal agar sesuai dengan pendeteksian serta dapat menguatkan sinyal objek yang

lemah dan meneruskan sinyal objek tersebut ke pemroses data dan sinyal serta

menampilkan gambarnya di layar monitor. Radar bekerja dengan cara

memancarkan fekuensi yang kemudian frekuensi tersebut akan dipantulkan oleh

objek yang berada pada coverage antena radar, frekuensi pantulan tersebutlah

yang dapat digunakan oleh radar untuk menganalisa keberadaan benda tersebut

serta seberapa jauh objek benda tersebut terhadap radar.

Konsep cara kerja radar tersebut mengadopsi dari gejala efek Doppler

dimana dengan rumusan efek Doppler tersebut dapat diketauhi berapa jarak

sumber bunyi terhadap penerima atau sebaliknya dapat ditentukan jarak penerima

bunyi terhadap sumber bunyi. Radar yang memiliki cara kerja seperti ini pada

umumnya disebut dengan radar Doppler.

Radar Doppler merupakan jenis radar yang menggunakan efek Doppler

untuk mengukur kecepatan radial dari sebuah objek yang masuk daerah tangkapan

radar. Radar ini merupakan jenis radar yang cukup akurat dalam mengukur

kecepatan radial.

Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam analisis efek Doppler

pada radar, yaitu :

Sumber ( radar ) bergerak terhadap penerima ( objek ).

Penerima ( objek ) bergerak terhadap sumber ( radar ).

Sumber dan penerima bergerak .

2. Penghilang Boom

Efek Doppler digunakan dalam banyak teknologi yang menguntungkan orang itu.

Tapi bisa berdampak negatif, juga.Sebagai contoh, booming sonik, yang

disebabkan oleh supersonik pesawat, bisa menyebabkan suara menyenangkan dan

getaran di tanah, itulah sebabnya pesawat supersonik tidak diizinkan untuk

terbang di atas penduduk daerah. secara langsung berkaitan dengan efek Doppler.

Mereka terjadi ketika pesawat terbang, terbang pada kecepatan suara atau lebih

tinggi, sebenarnya terbang lebih cepat dari gelombang suara yang mereka

produksi. Semua tandan gelombang di belakang kerajinan, dalam sebuah ruang

yang sangat kecil. Ketika gelombang berkumpul-up mencapai pengamat, mereka

adalah "mendengar" sekaligus - sebagai boom gemilang. Angkatan Udara dan

NASA sedang bereksperimen dengan beberapa penemuan yang membantu

mengurangi dentuman sonik. Salah satu penemuan tersebut adalah spike

memanjang dari hidung pesawat. spike ini dasarnya memperpanjang pesawat dan

mendistribusikan lebih dari jarak gelombang yang lebih besar. Hal ini mengurangi

boom yang dialami oleh seorang pengamat di tanah.

3. Echocardiogram

Sebuah echocardiogram tradisional menggunakan gelombang suara untuk

menghasilkan gambar dari jantung .Dalam prosedur ini, ahli radiologi

menggunakan suatu alat untuk mengirim dan menerima USG gelombang, yang

tercermin ketika mereka mencapai tepi dua struktur dengan kerapatan yang

berbeda. Gambar yang dihasilkan oleh ekokardiogram menunjukkan tepi struktur

jantung, tetapi tidak dapat mengukur kecepatan darah mengalir melalui jantung.

Teknik Doppler harus dimasukkan untuk memberikan informasi tambahan. Dalam

echocardiogram Doppler, gelombang suara frekuensi tertentu diteruskan ke

jantung. Gelombang suara terpental darah sel bergerak melalui dan pembuluh

darah jantung. Gerakan sel-sel, baik menuju atau jauh dari gelombang

ditransmisikan, hasil dalam pergeseran frekuensi yang dapat diukur. Ini

membantu ahli jantung menentukan kecepatan dan arah aliran darah dalam

jantung.

4. Ultrasonic flowmeter

Ultrasonic flowmeter bekerja pada umumnya setelah dua prinsip yang berbeda

yaitu the doppler effect ultrasonic flowmeter dan the time of flight ultrasonic

flowmeter. Ultrasonic flowmeter memanfaatkan gelombang ultrasonik untuk

mengetahui kecepatan aliran bahan. Gelombang ultrasonik dikirim oleh

transmitter dan kemudian diterima oleh receiver. Dengan mengukur pergeseran

frekuensi antara sumber ultrasonik frekuensi, penerima, dan pembawa cairan,

gerak relatif diukur. Pergeseran frekuensi yang dihasilkan bernama Efek Doppler.

Doppler effect ultrasonic flowmeter memanfaatkan efek Doppler untuk mengukur

kecepatan aliran fluida.

Gambar 2.1 The Doppler Effect Ultrasonic Flowmeter [10]

Kecepatan fluida dapat dinyatakan sebagai

fr = frekuensi yang diterima

ft = frekuensi transmisi

v = kecepatan aliran fluida

= sudut relatif antara balok ultrasonik yang ditransmisikan dan aliran fluida

c = kecepatan suara dalam fluida

Doppler meter dapat digunakan di mana meter lain tidak bekerja. Diantaranya

dapat digunakan untuk mengukur fluida pada lumpur cair, cairan soda atau cairan

dengan beberapa jumlah kecil atau besar pada padatan tersuspensi. Keuntungan

doppler effect ultrasonic flowmeter diantaranya :

1. Menghalangi berkurangnya aliran

2. Dapat dipasang di luar pipa

3. Penurunan tekanan sama dengan panjang setara dengan pipa lurus

4. Tahan korosi

5. Konsumsi daya yang rendah

6. Tidak mengganggu aliran dalam pengukuran fluida seperti pada differential

pressure meter.

Kinerja flowmeter Doppler sangat tergantung pada sifat fisik fluida, seperti

konduktivitas sonic, kepadatan partikel, dan aliran profil. Ketidakseragaman

distribusi partikel dalam penampang pipa dapat menghasilkan kecepatan rata-rata

tidak benar dihitung. Akurasi flowmeter sensitif terhadap variasi profil kecepatan

dan distribusi reflektor akustik di bagian pengukuran. Tidak seperti flowmeter

akustik lainnya, Doppler meter dipengaruhi oleh perubahan kecepatan sonik

cairan itu. Akibatnya, meter juga sensitif terhadap perubahan densitas dan suhu.

Masalah-masalah ini membuat flowmeter Doppler tidak cocok untuk aplikasi

pengukuran yang sangat akurat. Kelemahan dari efek doppler adalah pada saat

gelombang yang dipantulkan oleh reflector dan diterima balik oleh transmitter

tergantung kepada obyek yang memantulkan. Terkadang untuk fluida yang

mengalir tersebut obyek partikelnyanya tidak dapat memantulkan kembali karena

sifat dasar dari fluida tersebut untuk beberapa fluida dalam proses hidrokarbon.

Pertanyaan :

Dari 2414105029

1. Misalkan ultrasonic flowmeter diganti dengan elektromagnetik flowmeter

apakah masih menggunakan prinsip efek Doppler atau tidak?

Tidak, karena Prinsip kerja flowmeter elektromagnetik jenis ini didasarkan pada

hukum induksi elektromagnetik (Faraday's Low), yaitu bila suatu fluida

konduktif elektrik melewati pipa transduser, maka fluida akan bekerja sebagai

konduktor yang bergerak memotong medan magnet yang dibangkitkan oleh

kumparan magnetik dan transduser, sehingga timbul tegangan listrik induksi.

Hubungan ini dapat dinyatakan sebagai berikut :

e = B . l . v

Keterangan :

e = tegangan listrik induksi

B = rapat fluksi medan magnet

l = panjang konduktor ( diameter dalam pipa )

v = kecepatan konduktor (laju aliran)

Sumber : http://aliateknic.blogspot.com/2013/06/cara-kerja-elektromagnetik-

flowmeter.html

Dari 2414105048

1. Jumlah transmitter dan receivernya ada 4. Bagaimana cara menghitung

kecepatan fluidanya ?

Untuk menghitung kecepatan fluidanya maka dari 4 frekuensi tersebut dirata –

rata dan kemudian dimasukkan ke dalam rumus

.

2. Dapatkah prinsip efek Doppler digunakan untuk mengetahui jenis fluida?

Dengan menggunakan Hook's Law

c = (E / ρ)1/2

E = bulk modulus elasticity (Pa, psi)

ρ = density (kg/m3, lb/ft

3)

c = kecepatan suara dalam fluida

Suara akan melewati medium dengan cepat dari densitas yang tinggi ke densitas

yang rendah. Apabila medium yang dilewati incompressible maka suara yang

melewati medium tak terhingga(infinite).

Tabel Perbandingan Jenis Fluida dengan Konstanta Bulk dan Densitas

dengan syarat tekanan 1 bar and suhu 0 oC.

Sumber : http://www.engineeringtoolbox.com/Speed of Sound Formulas.html

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

1. Efek Doppler adalah perubahan frekuensi atau panjang gelombang dari sebuah

sumber gelombang yang diterima oleh pengamat, jika sumber suara/gelombang

tersebut bergerak relatif terhadap pengamat/pendengar.

2. Persamaan Efek Doppler

Efek Doppler Tidak Dipengaruhi Oleh Angin

fp = frekuensi pendengar (Hz)

fs = frekuensi sumber (Hz)

v = kecepatan bunyi di udara (340 m/s)

vp = kecepatan pendengar (m/s)

vs = kecepatan sumber (m/s)

Efek Doppler Dipengaruhi Oleh Angin

fp = frekuensi pendengar (Hz)

fs = frekuensi sumber (Hz)

v = kecepatan bunyi di udara (340 m/s)

vs = kecepatan sumber gelombang relatif terhadap medium; positif jika

pengamat mendekati sumber gelombang/suara, negatif jika pengamat

menjauhi sumber gelombang/suara.

vp = kecepatan pengamat (receiver) relatif terhadap medium; positif jika

sumber menjauhi pengamat, negatif jika sumber mendekati pengamat.

va = kecepatan angin; positif jika arah angin dari sumber ke pendengar,

negatif jika arah angin dari pendengar ke sumber.

Perumusan Efek Doppler apabila angin diabaikan

SUMBER

BUNYI

PENGAMAT RUMUS KETERANGAN

Mendekat Diam

fp > fs

Menjauh Diam

fp < fs

Diam Mendekat

fp > fs

Diam Menjauh

fp < fs

Mendekat Mendekat

fp > fs

Mendekat Menjauh

fp > fs

Menjauh Mendekat

fp < fs

Menjauh Menjauh

fp < fs

Diam Diam fp = fs (bukan

efek doppler)

3. Aplikasi efek doppler dalam kehidupan sehari-hari yaitu pada radar, di bidang

militer penghilang boom, di bidang kesehatan echocardiogram, di bidang industri

ultrasonic flowmeter dan dan lain – lain.

DAFTAR PUSTAKA

[1].Drajat. 2006. Fisika untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta : Pusat Perbukuan,

Departemen Pendidikan Nasional

[2]. http://id.wikipedia.org/wiki/Efek_Doppler

[3]. https://www.scribd.com/doc/201626561/Makalah-Efek-Doppler

[4].https://www.academia.edu/5033760/PENGERTIAN_EFEK_DOPPLER

[5].http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=9

8&Itemid=149

[6]. https://www.academia.edu/6850357/Makalah_efek_doppler

[7].https://www.scribd.com/doc/201626561/Makalah-Efek-Doppler

[8]. http://aryandi28.blogspot.com

[9]. http://www.engineeringtoolbox.com/ultrasonic-doppler-flow-meter-

d_495.html

[10]. http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/611/jbptitbpp-gdl-fitriadani-30512-3-

2008ta-2.pdf