BUNYI Gelombang Bunyi Gelombang Longitudinal sebagai gelombang bunyi

BUNYI

Gelombang Bunyi: Gelombang Longitudinal sebagai gelombang bunyi Gelombang Mekanik, baik transversal maupun longitudinal, berjalan dalam sebuah medium. Medium gelombang bunyi umumnya adalah udara. Udara adalah fluida. 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 2

Istilah dan terminologi Sumber 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 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 3

Sumber Monopol Stasioner 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 4

Sumber Dipol 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 5

Sumber Kuadrupol Lateral 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 6

Sumber Kuadrupol Linier (Garpu Tala) Near Field Far Field 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 7

Fungsi Gelombang y(x, t) = ymsin(kx-wt) Gelombang Transversal Gelombang Longitudinal s(x, t) = smcos(kx- t) s: perpindahan (displacement) dari posisi setimbang Fungsi sin dan cos identik untuk fungsi gelombang, berbeda hanya pada konstanta fasa. Kita menggunakan cos untuk perpindahan. sin(q+90˚)=cosq 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 8

Contoh gelombang menjalar 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 9

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 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 10

Laju Gelombang Transversal (Tali): Tegangan elastisitas Densitas Linier inersial Modulus Bulk Gelombang Bunyi (Longitudinal): Modulus Bulk Densitas Volume 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 elastik inersial 11

Intensitas Gelombang Transversal (Tali): Gelombang Bunyi (Longitudinal): P: daya A: luas area yang meng-intercept bunyi Hubungan Amplitudo Tekanan dan Amplitudo Perpindahan ∆pm = ( )Sm 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 12

Intensitas Bunyi Sumber Titik Luas Wavefront pada jarak r dari sumber: A = 4 r 2 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 13

Skala Decibel Bagaimana mengukur ke-nyaring-an bunyi? Level bunyi dapat berubah beberapa besaran orde (orders of magnitude). Karena iti, tingkat bunyi b didefinisikan sebagai: decibel Catatan: Jika I berubah jadi 10 kali, bertambah 1. 11/22/2020 10 -12 W/m 2, ambang pendengaran manusia Bunyi - Fisika Dasar 2 14

Interferensi Dua gelombang identik dari dua sumber titik berbeda memiliki perbedaan fasa pada sembarang titik yang bergantung pada PERBEDAAN PANJANG LINTASAN ∆L Jika L 1 = L 2, maka terjadi interferensi konstruktif. Jika tidak, kita harus pelajari situasinya. 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 15

Interferensi Perubahan lintasan Perubahan fasa 2 kx+2 p x x+l f = 0: konstruktif f = : destruktif lainnya: diantaranya 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 16

Interferensi Konstruktif: m=0, 1, 2, . . . Destruktif: f = 0: konstruktif f = p: destruktif lainnya: diantaranya 11/22/2020 f = m(2 p), m=0, 1, 2, . . . f = (m+1/2)(2 p), Bunyi - Fisika Dasar 2 m=0, 1, 2, . . . 17

Soal Batang aluminum panjang dipukul pada salah satu ujungnya. Seorang pengamat mendekatkan telinganya pada ujung lainnya dan mendengar suara pukulan dua kali (sekali melalui udara, dan satu kali melalui batang), dengan jeda 0. 120 s. Laju bunyi di udara 343 m/s dan laju bunyi di batang 15 kalinya. Berapa panjang batang tersebut? 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 18

Soal Tekanan dalam gelombang bunyi diberikan oleh persamaan ∆p = (1. 5 Pa) sin [(1. 00 m-1)x - (330 s-1)t]. Tentukan (a) amplitudo tekanan, (b) frekuensi, (c) panjang gelombang, dan (d) laju gelombang. Gelombang tekanan dan gelombang perpindahan diberikan oleh ∆p(x, t) = ∆p msin(kx-wt) s(x, t) = smcos(kx-wt) 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 19

Contoh Dua sumber titik dari gelombang bunyi dengan panjang gelombang dan amplitudo yang identik terpisah oleh jarak d = 2. 0. Kedua sumber sefasa. (a) Berapa banyak titik maksimum yang terletak pada lingkaran besar di sekeliling sumber? (b) Berapa banyak titik minimum? Beda fasa pada titik P: 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 20

Bunyi Musik • Instrumen senar (gitar, biola…): Sebuah senar diikat pada dua titik ujung. Gelombang bunyi akan direfleksikan pada titik-titik ujung senar dan saling berinterferensi satu sama lainnya. Untuk panjang gelombang tertentu, akan dihasilkan gelombang tegak (standing wave), yaitu resonansi. Anda mendengar gelombang tegak. Panjang gelombang lainnya hilang karena interferensi destruktif. • Bagaimana dg instrumen angin (flute, oboe …): 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 21

Pipa : Gel Berdiri dalam Tabung SYARAT BATAS: Ujung Tertutup: s = 0, harus jadi node utk s ∆p=∆pm, antinode utk ∆p Ujung Terbuka: s = sm, harus jadi antinode untuk s ∆p=0, node untuk ∆p 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 22

Resonansi Bunyi Tinjau pipa dengan panjang L, satu ujungnya terbuka, ujung lainnya tertutup. Pada resonansi, perpindahan antinode pada ujung terbuka, dan perpindahan node pada ujung tertutup. 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 23

Resonansi Bunyi … Ujung Terbuka: antinode Ujung Tertutup: node Panjang gelombang terpanjang yang memenuhi syarat Frekuensi resonansi fundamental Harmonik: 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 24

Resonansi Bunyi … Pipa terbuka pada kedua ujungnya: perpindahan antinode pada kedua ujungnya. Pipe tertutup pada kedua ujungnya: perpindahan nodes pada kedua ujungnya. Untuk kedua kasus tsb: Ekspresi yang sama seperti tali dengan kedua ujungnya terikat. 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 25

Soal Ketinggian air dalam tabung gelas vertikal yang panjangnya 1. 00 m dapat diubah-ubah. Sebuah garpu tala dengan frekuensi 686 Hz dibunyikan di tepi atas tabung. Tentukan ketinggian air agar terjadi resonansi. 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 26

Pelayangan (Beats) Dua gelombang bunyi dengan frekuensi yang berbeda tapi dekat menghasilkan PELAYANGAN yang terdengar. Tinjau Sangat Kecil 11/22/2020 ≈w 1≈w 2 Bunyi - Fisika Dasar 2 27

Pelayangan Pada persamaan di atas, amplitudo bergantung t. Amplitudo menjadi maksimum dua kali dalam satu siklus: cosw’t = 1 dan -1: Pelayangan Frekuensi pelayangan fbeat: Contoh: Pelayangan digunakan untuk menyetem instrumen musik. 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 28

Pelayangan 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 29

Soal Sebuah garpu tala dengan frekuensi yang tidak diketahui menghasilkan tiga pelayangan per detik jika dibunyikan bersama garpu tala standar dengan frekuensi 384 Hz. Frekuensi pelayangan berkurang saat sepotong lilin ditempelkan pada salah satu kaki garpu tala pertama. Berapa frekuensi dari garpu tala tersebut? Resonant frequency 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 30

Garpu tala Sumber Silinder 11/22/2020 Plot kontur medan tekanan yang dihasilkan kuadrupol longitudinal Merah: tekanan tinggi Biru: tekanan rendah Bunyi - Fisika Dasar 2 Sumber Dipol 31

Efek Doppler terjadi saat terdapat gerak relatif antara sumber dan detektor/pengamat. 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 Klakson mobil: 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 32

Detektor Bergerak, Sumber Diam Frekuensi yang terdeteksi oleh telinga adalah frekuensi (rate) detektor mengintercept gelombang. Frekuensi (rate) tersebut berubah jika detektor bergerak relatif terhadap sumber. Contoh: Dua mobil bergerak dengan laju v 1 dan v 2 Bagi orang yang duduk di mobil 1, dia melihat laju mobil 2 relatif terhadapnya v 2 - v 1. 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 33

Detektor Bergerak, Sumber Diam Jika detektor diam : Dibagi dengan l untuk mendapatkan jumlah perioda dalam waktu t Jarak tempuh bunyi dalam waktu t Perioda dalam satuan waktu: frekuensi Jika detektor bergerak mendekati sumber: jumlah perioda yang mencapai detektor bertambah. Atau: 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 34

Detektor Bergerak, Sumber Diam Jika detektor bergerak mendekati sumber: v. D adalah LAJU, selalu positif Secara umum: + : mendekati S -: menjauhi S 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 35

Sumber Bergerak, Detektor Diam Sumber diam: Jarak antara dua wavefront dengan perioda T Jika sumber bergerak mendekati detektor : gelombang termampatkan. Atau: 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 36

Sumber Bergerak, Detektor Diam 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 37

Sumber Bergerak, Detektor Diam Jika sumber bergerak mendekati detektor : v. S adalah LAJU, selalu positif Secara umum: 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 -: mendekati D +: menjauhi D 38

Efek Doppler secara umum Secara umum + : mendekati S -: menjauhi S +: menjauhi D -: mendekati D Semua laju diukur relatif terhadap medium propagasi: udara 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 39

Laju Supersonik Jika v. S>v, persamaan Doppler tidak lagi berlaku: Laju Supersonik Wavefront berbentuk Kerucut Mach (Mach Cone) Gelombang Kejut (Shock Wave) akan dihasilkan: perubahan besar (abrupt) dari tekanan udara 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 40

Supersonik Laju sumber = Laju bunyi (Mach 1 - sound barrier ) 11/22/2020 Laju sumber > Laju bunyi (Mach 1. 4 - supersonik ) Bunyi - Fisika Dasar 2 41

Peluru dengan Mach 1. 01 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 42

Menembus Sound Barrier F-18 – tepat saat mencapai supersonik 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 43

Menembus Sound Barrier 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 44

Peluru (Mach 2. 45) 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 45

Gelombang Kejut T-38 Talon twin-engine, high-altitude, supersonic jet trainer Sonic Boom: 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 46

Gelombang Kejut dan Sonic Boom 11/22/2020 Bunyi - Fisika Dasar 2 47