BAB
1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Gelombang
adalah getaran yang merambat, baik melalui medium ataupun tidak melalui medium.
Perambatan gelombang ada yang memerlukan medium, seperti gelombang tali melalui
tali dan ada pula yang tidak memerlukan medium yang berarti bahwa gelombang
tersebut dapat merambat melalui vakum (hampa udara),seperti gelombang listrik
magnet dapat merambat dalam vakum.
Perambatan
gelombang dalam medium tidak diikuti oleh perambatan media, tapi
partikel-partikel mediumnya akan bergetar. Perumusan matematika suatu gelombang
dapat diturunkan dengan peninjauan penjalaran suatu pulsa. Dilihat dari
ketentuan pengulangan bentuk, gelombang dibagi atas gelombang periodik dan
gelombang non periodik.
Berdasarkan sumber getarnya, tanpa
disertai dengan medium perantaranya, gelombang dapat diklasifikasikan dalam dua
kategori, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.
Gelombang mekanik adalah sesuatu
yang dapat dibentuk dan dirambatkan dalam zat perantara bahan elastis. Sebagai
contoh khusus diantaranya adalah gelombang bunyi dalam gas, dalam zat cair dan
dalam zat padat. Gelombang Elektromagnetik perambatan secara transversal antara
medan listrik dan medan magnet ke segala arah.
Gelombang
didefinisikan sebagai energi getaran yang merambat. Dalam kehidupan sehari-hari
banyak orang berfikir bahwa yang merambat dalam gelombang adalah getarannya
atau partikelnya, hal ini sedikit tidak benar karena yang merambat dalam gelombang
adalah energi yang dipunyai getaran tersebut. Dari sini timbul benarkan medium
yang digunakan gelombang tidak ikut merambat? padahal pada kenyataannya terjadi
aliran air di laut yang luas. Menurut aliran air dilaut itu tidak disebabkan
oleh gelombang tetapi lebih disebabkan oleh perbedaan suhu pada air laut. Tapi
mungkin juga akan terjadi perpindahan partikel medium, ketika gelombang melalui
medium zat gas yang ikatan antar partikelnya sangat lemah maka sangat
dimungkinkan partikel udara tersebut berpindah posisi karena terkena energi
gelombang. Walau perpindahan partikelnya tidak akan bisa jauh tetapi sudah bisa
dikatakan bahwa partikel medium ikut berpindah.
Bunyi
merupakan gelombang mekanik yang dalam perambatannya arahnya sejajar dengan
arah getarnya (gelombang longitudinal).
1.2
Rumusan
Masalah
Berdasarkan
latar belakang diatas, dibawah ini akan dikemukakan masalah-masalah yang
melandasi penulisan makalah ini, yaitu:
1. Bagaimana
Pengertian Getaran,Gelombang dan Bunyi?
2. Bagaimana
Hakekat Getaran?
3. Bagaimana
Hakekat Gelombang?
4. Bagaimana
Hakekat Bunyi?
5. Apa
Saja Manfaat dari Gelombang Bunyi Dalam Teknlogi?
1.3
Tujuan
Makalah
Berdasarkan rumusan masalah diatas,
dibawah ini akan dikemukakan tujuan yang melandasi penulisan makalah ini,
yaitu:
1. Mengetahui
Pengertian Getaran,Gelombang dan Bunyi.
2. Mengetahui
Hakekat Getaran.
3. Mengetahui
Hakekat Gelombang.
4. Mengetahui
Hakekat Bunyi.
5. Mengetahui
Manfaat dari Gelombang Bunyi Dalam Teknologi.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1
Pengertian
Getaran,Gelombang dan Bunyi
Getaran
adalah gerakan yang berulang-ulang atau gerakan bolak-balik melewati suatu
titik kesetimbangan. Satu getaran didefinisikan sebagai satu kali bergetar
penuh, yaitu dari titik awal kembali ke titik tersebut. Satu kali getaran
adalah ketika benda bergerak dari titik A-B-C-B-A atau dari titik B-C-B-A-B.
Bandul tidak pernah melewati lebih dari ttik A atau titik C karena titik
tersebut merupakan simpangan terjauh.
Simpangan
terjauh itu disebut amplitudo. Di titik Aatau titik C benda akan berhenti
sesaat sebelum kembali bergerak. Contoh amplitudo adalah jarak BA atau jarak
BC. Jarak dari titik setimbang pada suatu saat disebut simpangan.
Gelombang
adalah getaran yang merambat. Bentuk ideal dari suatu gelombang akan mengikuti
gerak sinusoide. Selain radiasi elektromagnetik, radiasi gravitasional juga
bisa berjalan lewat vakum, gelombang juga terdapat pada medium (yang karena
perubahan bentuk dapat menghasilkan gaya memulihkan yang lentur) di mana mereka
dapat berjalan dan dapat memindahkan energi dari satu tempat kepada lain tanpa
mengakibatkan partikel medium berpindah secara permanen, yaitu tidak ada
perpindahan secara masal. Malahan, setiap titik khusus berosilasi di sekitar
satu posisi tertentu. Satu gelombang dapat dilihat panjangnya dengan menghitung
jarak antara lembah dan bukit (gelombang tranversal) atau menghitung jarak
antara satu rapatan dengan satu renggangan (gelombang longitudinal).
Bunyi atau
suara adalah kompresi mekanikal atau gelombang longitudinal yang merambat
melalui medium. Medium atau zat perantara ini dapat berupa zat cair, padat,
gas. Jadi, gelombang bunyi dapat merambat misalnya di dalam air, batu bara,
atau udara.
Kebanyakan
suara adalah merupakan gabungan berbagai sinyal, tetapi suara murni secara
teoritis dapat dijelaskan dengan kecepatan osilasi atau frekuensi yang diukur
dalam Hertz (Hz) dan amplitudo atau kenyaringan bunyi dengan pengukuran dalam
desibel. Energi gelombang bunyi diudara adalah osilasi molekul udara yang berfibrasi
membentuk gelombang sepanjang arah perjalanan dengan amplitudo.
2.2
Hakekat Getaran
2.2.1
Contoh-contoh
sistem yang melakukan getaran
A.
Sistem pegas-massa
Balok
bermassa m yang dikaitkan pada ujung pegas yang digantungkan secara vertikal. Bila
balok m ditarik ke bawah, kemudian dilepaskan, maka balok tersebut akan
melakukan gerakan naik-turun-naik-turun berulang-ulang. Balok dikatakan
bergetar.
B.
Sistem bandul fisis
Perhatikan
sekarang bandul yang digantungkan pada sebuah penampang.
Bila bandul
tersebut disimpangkan dari posisi vertikalnya, maka bandul akan berayun, menyimpang
ke kanan dan ke kiri secara berulang-ulang dan bandul dikatakan bergetar.
Susunan benda dengan getaran yang mirip dengan itu disebut sistem bandul fisis.
Dari dua
contoh tadi dapat disimpulkan bahwa getaran adalah suatu gerakan yang khas,
yaitu gerakan yang berulang-ulang dan disebut sebagai gerakan periodik. Pada
gerakan berulang itu yang dimaksud dengan satu getaran lengkap adalah gerakan
dari suatu titik awal kembali ke titik awal tadi. Benda yang bergetar sering
disebut juga melakukan gerakan harmonis sederhana. Jadi dapat disimpulkan bahwa
getaran harmonis sederhana adalah gerak bolak balik yang melewati suatu titik
kesetimbangan.
2.2.2
Frekuensi Getaran
Salah satu besaran yang sering
dipakai untuk menggambarkan karakter sebuah getaran adalah frekuensi. Jumlah
pengulangan atau getaran lengkap yang terjadi tiap satuan waktu dinamakan
frekuensi getaran dan dilambangkan sebagai f. Jadi satuan getaran dapat berupa
getaran/menit, bahkan getaran/jam. Bila satuan waktunya dinyatakan dalam sekon
maka didapatkan satuan getaran/sekon atau sering juga dinamakan siklus/sekon
dan 1 getaran/sekon = 1 siklus/sekon = 1Hz (Hertz, mengikuti nama fisikawan
Jerman, Heinrich Hertz). Jadi getaran dengan frekuensi 200 Hz menyatakan bahwa
dalam satu sekon terjadi 200 getaran lengkap. Benda yang bergetar dengan
frekuensi yang tinggi menandakan bahwa dalam suatu waktu tertentu benda itu
melakukan banyak getaran lengkap, sementara getaran dengan frekuensi rendah
menandakan bahwa jumlah getaran lengkap yang terjadi hanya sedikit.
2.2.3
Persamaan
Simpangan Getaran
Telah
dikemukakan bahwa getaran adalah suatu gerakan bolak-balik. Karena itu, antara
lain dapat dipersoalkan posisi benda yang bergetar itu tiap saat. Jawaban
pertanyaan ini diberikan lewat persamaan simpangan getaran. Ini berarti
bahwa dari persamaan itu dapat diketahui posisi benda yang bergetar saat demi
saat. Persamaan simpangan getaran dapat diturunkan lewat berbagai sistem, dan
antara lain adalah lewat sistem pegas-massa. Dalam sistem pegas-massa di
seluruh buku ini selalu diasumsikan bahwa pegas tidak ditarik melampaui batas
elastisnya. Ini berarti bahwa bila gaya tarik itu dihilangkan maka pegas akan
kembali ke ukurannya semula.
2.2.4
Energi
Getaran
·
Hukum Kekekalan Energi
Pada setiap getaran pasti terkait
sejumlah energi yang kita kenal sebagai Energi Kinetik, yaitu energi yang
dimiliki benda atau sistem karena keadaannya yang bergerak itu. Kita tentunya
masih ingat bahwa energi kinetik adalah:
dengan m:
massa benda (kg) ,V: kecepatan benda (m/s) .Sebuah benda yang berada di atas
sebuah permukaan juga mempunyai energi yang terkait kedudukannya itu, yaitu
energi potensial gravitasi. Karena benda mempunyai energi potensial gravitasi
ini, maka ia mendapatkan kerja yang dilakukan oleh gaya gravitasi ketika jatuh.
Besarnya energi potensial gravitasi ini adalah:
Ep=m.g.h dengan : m = massa benda (kg), g = percepatan gravitasi (m/s2) h = jarak titik pusat massa benda ke acuan nol (m).
Pada benda-benda yang terkait dengan pegas terdapat energi potensial lain yang disebut sebagai energi potensial elastis E P' . Energi potensial elastis ini muncul ketika pegas diregangkan atau dimampatkan. Karena energi potensial elastis inilah, pegas yang diregangkan atau dimampatkan dapat kembali ke kedudukan semula karena kerja yang dilakukan oleh gaya pemulih. Contoh yang jelas adalah alat penutup pintu yang seringkali ditempelkan pada pintu berkawat anti nyamuk yaitu peralatan yang bekerja berdasarkan kerja pegas. Ketika pintu dibuka, pegas yang ada dalam peralatan itu termampatkan sehingga memiliki energi potensial elastis. Ketika pintu dilepas, pegas yang termampatkan tadi meregang kembali untuk berusaha kembali ke ukurannya semula sambil gaya pemulihnya melakukan kerja menutup pintu.
Ep=m.g.h dengan : m = massa benda (kg), g = percepatan gravitasi (m/s2) h = jarak titik pusat massa benda ke acuan nol (m).
Pada benda-benda yang terkait dengan pegas terdapat energi potensial lain yang disebut sebagai energi potensial elastis E P' . Energi potensial elastis ini muncul ketika pegas diregangkan atau dimampatkan. Karena energi potensial elastis inilah, pegas yang diregangkan atau dimampatkan dapat kembali ke kedudukan semula karena kerja yang dilakukan oleh gaya pemulih. Contoh yang jelas adalah alat penutup pintu yang seringkali ditempelkan pada pintu berkawat anti nyamuk yaitu peralatan yang bekerja berdasarkan kerja pegas. Ketika pintu dibuka, pegas yang ada dalam peralatan itu termampatkan sehingga memiliki energi potensial elastis. Ketika pintu dilepas, pegas yang termampatkan tadi meregang kembali untuk berusaha kembali ke ukurannya semula sambil gaya pemulihnya melakukan kerja menutup pintu.
Untuk pegas
dengan konstanta pegas k N/m, maka ketika ukuran pegas bertambah atau berkurang
dengan x, didapat energi potensial elastis.
Sistem yang
bergetar, dengan demikian berpeluang mempunyai ketiga jenis energi tersebut,
atau energi total sistem yang bergetar adalah dengan demikian energi total juga
dapat ditulis menjadi Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa, tanpa adanya gesekan
dan kerja dari luar, maka energi awal dan energi akhir total adalah sama. Ini
berarti bahwa:
Perhatikan
sistem getaran pegas-massa dengan pegasnya dalam posisi horizontal. Pada kasus
semacam ini ( Ep )awal dan (Ep)akhir adalah
sama karena hawal = hakhir dan biasanya diambil
sama dengan nol.
·
Kecepatan Getaran
Getaran
adalah suatu gerakan, karena itu dapat ditanyakan bagaimana sifat gerakan
tersebut. Apakah gerakannya berlangsung dengan kecepatan konstan? bila tidak,
maka tentunya ada percepatan. Selanjutnya dapat ditanyakan apakah percepatannya
konstan. Pertanyaan-pertanyaan tersebut dapat dijawab dengan meninjau dari
berbagai sudut pandang. Dengan melakukan pendekatan kekekalan energi, maka
kecepatan getaran dengan mudah dapat ditentukan, seperti yang akan dibahas
berikut ini. Perhatikan kembali sistem pegas-massa yang berada dalam posisi
horisontal. Bila getaran ini dimulai dari posisi simpangan maksimum (x = A),
atau disebut juga amplitudo simpangan, dan benda semula berada dalam keadaan
diam, maka dengan segera dapat dimengerti bahwa benda yang bergetar tidak
bergerak dengan kecepatan konstan, namun berubah-ubah dari nol di titik-titik
simpangan maksimumnya dan mencapai harga maksimum di posisi kesetimbangannya.
Karena benda yang bergetar tidak bergerak dengan kecepatan konstan, maka tentu
ada percepatan yang terkait dengan getaran. Untuk mendapatkan percepatan ini,
maka digunakan pendekatan bahwa gaya penggerak pada sistem pegas-massa yang
bergetar adalah gaya pemulihnya –kx. Percepatan a juga tidak konstan. Tidak
konstannya kecepatan maupun percepatan, secara fisik sudah dapat diduga, karena
adanya gerakan bolak-balik pada sistem bandul sederhana dan sistem pegas-massa.
Kecepatan
dan percepatan tidak konstan pada sistem getaran benda berbalik arah, ketika
simpangannya maksimum, karena kecepatannya nol. Jadi benda yang bergerak
(mempunyai kecepatan), tidak bergerak terus ke arah yang sama, namun berbalik
karena kecepatannya nol pada saat itu. Berarti kecepatannya makin lama makin
kecil, atau tidak konstan. Pada bagian gerakan yang lain kecepatannya membesar,
namun mengecil kembali sampai nol, kemudian membesar kembali dan peristiwa
semacam ini berulang-ulang terus. Jadi gerak bolak-balik itu menyiratkan dua
jenis perubahan kecepatan, yaitu:
1.
Besarnya, besar-kecil-besar dan seterusnya.
2.
Arahnya, kanan-kiri-kanan dan seterusnya.
2.3 Hakekat Gelombang
2.3.1
Relasi
Dengan Getaran
Kita telah belajar tentang getaran
dan beberapa sifatnya. Getaran yang dihasilkan suatu sumber getar, seperti garpu
tala, pita suara dan lain-lain seringkali dirambatkan lewat medium yang ada di
sekitarnya. Getaran yang diteruskan ini yang disebut sebagai gelombang. Gelombang
pada dasarnya adalah gangguan atau getaran yang dirambatkan. Sebagai contoh bahwa
gelombang yang dihasilkan oleh kapal motor dirambatkan lewat air telaga
sehingga mengganggu seorang pemancing. Dalam hal ini air hanya menjadi medium
perantara. Yang merambat bukanlah air, seperti air sungai yang mengalir, tetapi
yang dirambatkan adalah energi yang terkait gangguan tadi. Bila gangguannya
berupa getaran, maka yang dirambatkan di permukaan air adalah energi
getarannya.
2.3.2
Energi
Gelombang
Setiap
gelombang merambatkan energi. Pada gelombang mekanik, hal ini diperlihatkan
ketika energi yang dirambatkan melalui gelombang air mampu memindahkan gabus
yang semula terapung tenang di atas permukaan air. Olengnya kapal di laut yang
sering disebabkan oleh ombak laut membuktikan adanya sejumlah energi yang
dibawa oleh gelombang. Panas matahari yang terasa di bumi kita, juga disebabkan
karena gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh matahari
merambatkan/meradiasikan energi panas ke bumi. Sementara itu, pemindahan energi
melalui gelombang elektromagnetik tanpa disadari, manfaatnya sudah biasa
dinikmati dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya, seseorang dapat menikmati
alunan musik dari stasiun radio yang jauh letaknya karena adanya gelombang
radio yang mengangkut energi bunyi musik itu. Berkat gelombang mikro, seorang
pemilik perkebunan dapat memberi perintah pada para karyawannya di areal kebun
yang luas dan mengendalikan perusahaannya hanya dari sebuah telepon gengggam.
Semua cara berkomunikasi ini dapat terlaksana berkat gelombang elektromagnetik,
yang dapat mengangkut energi informasi ke berbagai tempat. Contoh lain bahwa
gelombang membawa sejumlah energi adalah terjadinya kerusakan di mana-mana
ketika terjadi gempa. Kekuatan gempa biasanya dinyatakan oleh skala Richter
yang diusulkan oleh Charles Richter. Richter mengaitkan kekuatan gempa dengan
logaritma (basis 10) amplitudo maksimum suatu getaran yang diukur dalam
mikrometer. Amplitudo maksimum itu harus diukur pada jarak 100 km dari pusat
gempa. Jadi misalkan rekaman gempa yang diperoleh dari alat perekam gempa yang
disebut seismometer yang dipasang 100 km dari pusat gempa menunjukkan amplitudo
maksimum 1 mm = 103 m; maka ini berarti bahwa kekuatan gempa
itu (berhubungan dengan energinya) adalah Log (10)3 = 3 skala
Richter.
2.3.3
Perambatan
Dalam Medium
Gelombang
yang dirambatkan, sering membutuhkan medium perantara. Gelombang bunyi misalnya
tidak dapat kita dengar bila tidak ada medium perantara. Demikian pula tanpa
adanya tali tidak mungkin merambat gelombang tali. Gelombang tali, gelombang
bunyi (mencakup pula gelombang infrasonik dan ultrasonik), gelombang air, dan
gelombang seismik, merupakan contoh-contoh gelombang mekanik, suatu jenis
gelombang yang memerlukan media (dalam hal ini tali, molekul udara, dan air)
untuk merambat sampai ke tujuannya. Namun tidak semua gelombang membutuhkan
medium perantara. Contohnya adalah gelombang elektromagnetik, seperti gelombang
radio, gelombang mikro, radar, cahaya tampak, laser, sinar-X, dan sinar gamma.
Gelombang-gelombang ini adalah kelompok gelombang yang dapat merambat walaupun
dalam hampa udara. Gelombang elektromagnetik ini dipancarkan ke segala arah
oleh medan listrik dan medan magnet berubah, sehingga perambatannya tidak lagi
memerlukan media khusus, karena ia dapat melewati ruang hampa. Sebelum
teknologi komunikasi berkembang seperti sekarang, nenek moyang kita telah tahu
bahwa getaran merambat lewat tanah, sehingga mereka mengamati derap musuh yang
akan menyerang dengan mendekatkan telinga ke tanah. Dengan melakukan upaya
itu mereka dapat mengetahui adanya musuh yang masih berada pada jarak yang
sangat jauh. Ini tentunya merupakan perambatan gelombang yang alami, melewati
tanah yang sudah ada. Tentunya di dalam perjalanannya menuju tempat-tempat tertentu
terjadi banyak kehilangan energi, sehingga ketika tiba di tempat tujuannya
energi gelombang itu sudah sangat sedikit jumlahnya. Orang sekarang
berlomba-lomba mencari bahan/medium perantara yang dapat merambatkan gelombang dengan
rugi perambatan yang seminim
mungkin. Serat optik merupakan salah satu jawabannya dan penemuan ini
telah mengubah wajah pertelekomunikasian kita, menjadi sedemikian
canggihnya.
mungkin. Serat optik merupakan salah satu jawabannya dan penemuan ini
telah mengubah wajah pertelekomunikasian kita, menjadi sedemikian
canggihnya.
2.3.4
Gelombang
Transversal dan Longitudinal
Berdasarkan
arah rambat terhadap arah getar, maka dikenal dua macam gelombang, yaitu
gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Gelombang transversal adalah
gelombang yang arah rambatnya tegak lurus arah getarnya, sedang pada gelombang
longitudinal, arah rambat sama dengan arah getarnya. Ketika tangan digerakkan
naik turun, maka pada slinky terbentuk gelombang transversal, sementara
gelombang longitudinal dihasilkan bila tangan digerakkan maju mundur. Gelombang
radio, gelombang cahaya, gelombang tali dan gelombang mikro adalah contoh
gelombang transversal. Gelombang transversal juga merambat dalam dawai
instrumen musik seperti gitar atau piano. Contoh gelombang longitudinal adalah
gelombang bunyi yang merambat di udara.
Beberapa
gelombang tidak merupakan gelombang transversal maupun gelombang longitudinal,
contohnya adalah gelombang air. Pada gelombang air, gerak partikel-partikel air
tidak tegak lurus maupun paralel dengan arah rambatnya, artinya pada gelombang
air, terdapat komponen transversal maupun longitudinal, karena partikel air di
permukaan air bergerak dalam lintasan melingkar.
Anda tentunya pernah mengamati bahwa ketika kembang api ditembakkan ke atas, maka Anda akan melihat kembang api itu terlebih dulu baru mendengar ledakannya. Peristiwa ini menunjukkan bahwa gelombang cahaya dirambatkan lebih cepat dibandingkan gelombang bunyi. Kecepatan rambat gelombang tergantung pada jenis gelombang apa yang dirambatkan dan juga tergantung pada karakter medium yang merambatkannya. Gelombang bunyi misalnya, dirambatkan lebih cepat di air dibandingkan di udara. Hubungan antara kecepatan rambat gelombang dan karakter medium perantaranya dapat diturunkan lewat langkah-langkah matematis yang cukup rumit. Di sini hasil perhitungannya saja yang akan diberikan, dan dimulai dengan gelombang tali.
Anda tentunya pernah mengamati bahwa ketika kembang api ditembakkan ke atas, maka Anda akan melihat kembang api itu terlebih dulu baru mendengar ledakannya. Peristiwa ini menunjukkan bahwa gelombang cahaya dirambatkan lebih cepat dibandingkan gelombang bunyi. Kecepatan rambat gelombang tergantung pada jenis gelombang apa yang dirambatkan dan juga tergantung pada karakter medium yang merambatkannya. Gelombang bunyi misalnya, dirambatkan lebih cepat di air dibandingkan di udara. Hubungan antara kecepatan rambat gelombang dan karakter medium perantaranya dapat diturunkan lewat langkah-langkah matematis yang cukup rumit. Di sini hasil perhitungannya saja yang akan diberikan, dan dimulai dengan gelombang tali.
Gerak segmen
tali dalam menghantarkan gelombang Seperti telah dijelaskan, gelombang tali
muncul sebagai akibat gangguan pada tali. Sesaat setelah tali diganggu, gaya
gangguan ini dirambatkan sepanjang tali. Ini berarti bahwa setiap bagian tali
bertindak sebagai penyalur gaya gangguan tadi, dan mekanisme ini menyebabkan
terjadinya gelombang tali. Jika tali dianggap serba sama dengan massa persatuan
panjang tali adalah tegangan yang semakin besar, gelombang akan merambat dengan
kecepatan rambat yang semakin besar pula. Sebaliknya semakin besar massa
persatuan panjang tali maka gerak gelombang akan semakin lambat.
Telah
dijelaskan bahwa kecepatan rambat gelombang akan berbeda di medium yang berbeda
dan sangat ditentukan oleh karakter medium perantaranya. Kecepatan rambat
gelombang longitudinal dalam fluida dipengaruhi oleh modulus Bulk B.
2.3.5
Persamaan
Gelombang
Persamaan
gelombang dengan persamaan getaran adalah bahwa persamaan getaran hanya
merupakan fungsi dari waktu t saja, maka persamaan gelombang adalah fungsi dari
waktu t dan posisi x.
Cara yang
paling mudah memahami makna persamaan gelombang sebagai fungsi dua variabel
adalah lewat gelombang tali. Pada gelombang tali, variabel y menyatakan
simpangan tali dari posisi setimbangnya [sebelum gelombang dirambatkan melalui
tali, atau bagian (a). Bila kita ingin mengetahui simpangan tali, maka
pertanyaannya adalah simpangan dari bagian tali yang mana ( x berapa ) dan pada
saat t berapa. Secara matematika, dikatakan bahwa simpangaan y adalah fungsi
dari dua variabel x dan t, dan biasa ditulis sebagai y(x,t).
2.4 Hakekat Bunyi
Bunyi adalah
energi yang dirambatkan dalam bentuk gelombang. Gelombang bunyi ini dapat
menyebabkan sensasi aural, artinya gelombang bunyi dapat kita dengar. Ada
banyak sekali bunyi di sekitar kita, dan ini patut disyukuri. Dapatkah Anda
bayangkan andai tidak ada bunyi samasekali di sekitar kita? Perhatikan ketika
Anda berjalan-jalan di taman. Anda dapat mendengar burung berkicau, anjing
menggonggong dan masih banyak bunyi-bunyian lain. Di tempat yang gelap pun Anda
masih dapat mendengarkan dentang lonceng, atau suara kendaraan di jalan.
Alat-alat musik, juga menghasilkan bunyi, bunyi yang indah, dan salah satu di
antaranya adalah drum yang dipukul. Bahwa bunyi dimulai dari getaran drum
ketika ia dipukul. Selanjutnya getaran itu dirambatkan dan menghasilkan
gelombang, dan karena dapat didengar manusia maka ia disebut gelombang bunyi.
Jadi setiap kali Anda mendengar bunyi pasti entah di mana ada sesuatu yang
bergetar sebagai sumber bunyi tersebut.
2.4.1
Perambatan
Gelombang Bunyi
Gelombang
bunyi yang dirambatkan di udara menghasilkan pemampatan dan peregangan, pemampatan
serta peregangan ini dirambatkan. Jadi gelombang bunyi yang merambat di udara
termasuk gelombang longitudinal, karena arah rambatnya sama dengan arah
perapatan dan peregangan.
Gelombang
bunyi membutuhkan medium untuk merambatkan gelombang bunyi. Ia tidak seperti
gelombang elektromagnetik yang dapat
merambat di ruang hampa. Karena itu para astronaut tidak dapat menggunakan bunyi untuk berkomunikasi di bulan. Di bulan tidak ada
udara, sehingga tidak ada bunyi di sana.
merambat di ruang hampa. Karena itu para astronaut tidak dapat menggunakan bunyi untuk berkomunikasi di bulan. Di bulan tidak ada
udara, sehingga tidak ada bunyi di sana.
Perambatan
gelombang menjadi sarana bagi binatang-binatang untuk berkomunikasi. Kelelawar
misalnya menggunakan bunyi ultra untuk mengetahui letak mangsa yang mau
ditangkapnya.
Gelombang
bunyi tidak hanya merambat di udara tetapi dapat juga merambat di zat cair
maupun zat padat. Lumba-lumba dan ikan paus misalnya, dapat berkomunikasi
dengan sesamanya melalui bunyi yang dirambatkan di air. Bunyi yang dihasilkan
lumba-lumba berkisar dari 250 Hz sampai 150.000 Hz. Diduga bahwa lumba-lumba
mempunyai bahasa di antara mereka seperti halnya manusia.
Bunyi
merambat lebih cepat di air dibandingkan di udara. Gelombang bunyi juga
merambat lebih cepat di zat padat. Bukti bahwa gelombang bunyi merambat lewat
zat padat dapat dibuktikan kalau telinga ditempelkan di dinding pemisah antara
dua kamar. Bukankah bunyi-bunyi yang ada di ruang sebelah dapat didengar? Jadi
gelombang bunyi merambat di zat cair, gas dan zat padat, namun dengan kecepatan
rambat yang berbeda. Kecepatan rambat bunyi di udara adalah 346 m/s (jauh lebih
kecil dari kecepatan rambat cahaya; itulah sebabnya ketika terjadi badai, kilat
akan terlihat terlebih dahulu sebelum suara guruh/petir terdengar), sedangkan
di air kecepatan rambatnya 1498 m/s. Di zat padat kecepatan rambatnya
tergantung pada jenis zat padatnya. Dalam baja kecepatannya 5200 m/s, di karet
hanya 60 m/s, sedangkan di kayu 1850 m/s.
Beberapa
pesawat jet dapat bergerak dengan kecepatan yang lebih tinggi, yaitu dua atau
tiga kali lebih cepat dibandingkan kecepatan rambat
bunyi. Kecepatan yang lebih tinggi dari kecepatan bunyi ini dinamakan supersonik. Bila pesawat bergerak dengan kecepatan supersonik, maka ia bergerak lebih cepat dari bunyi yang dihasilkan mesinnya. Karena itu, ketika sebuah pesawat supersonik lewat di atas Anda, maka pesawat itu sudah akan berada cukup jauh sebelum bunyi pesawatnya terdengar. Glamorous Glennis yang dipiloti oleh Chuck Yeager, adalah pesawat pertama yang bergerak dengan kecepatan yang melebihi kecepatan rambat bunyi. Gerakan pesawat yang melampaui kecepatan rambat bunyi ini akan menimbulkan bunyi yang sangat keras yang disebut sebagai sonic boom. Kecepatan rambat bunyi di udara yang besarnya 346m/s dinamakan 1 Mach. Pada 14 Oktober, 1947 itulah Chuck Yeager menerbangkan pesawat dengan kecepatan yang lebih dari 1 Mach. Dengan berkembangnya teknologi, sekarang pesawat supersonik sudah dapat terbang dengan kecepatan 2 Mach bahkan sampai 3 Mach. Contohnya adalah pesawat Concorde yang menyeberangi Lautan Atlantic dalam waktu yang sangat singkat. Satu- satunya kerugian dari pesawat supersonik adalah sonic boom yang dihasilkannya. Sonic boom itu sedemikian kerasnya hingga dapat memecahkan jendela bahkan dapat menjatuhkan pigura-pigura yang digantungkan di dinding. Karena itulah pesawat supersonik tidak diperkenankan terbang di atas daerah yang banyak penduduknya.
bunyi. Kecepatan yang lebih tinggi dari kecepatan bunyi ini dinamakan supersonik. Bila pesawat bergerak dengan kecepatan supersonik, maka ia bergerak lebih cepat dari bunyi yang dihasilkan mesinnya. Karena itu, ketika sebuah pesawat supersonik lewat di atas Anda, maka pesawat itu sudah akan berada cukup jauh sebelum bunyi pesawatnya terdengar. Glamorous Glennis yang dipiloti oleh Chuck Yeager, adalah pesawat pertama yang bergerak dengan kecepatan yang melebihi kecepatan rambat bunyi. Gerakan pesawat yang melampaui kecepatan rambat bunyi ini akan menimbulkan bunyi yang sangat keras yang disebut sebagai sonic boom. Kecepatan rambat bunyi di udara yang besarnya 346m/s dinamakan 1 Mach. Pada 14 Oktober, 1947 itulah Chuck Yeager menerbangkan pesawat dengan kecepatan yang lebih dari 1 Mach. Dengan berkembangnya teknologi, sekarang pesawat supersonik sudah dapat terbang dengan kecepatan 2 Mach bahkan sampai 3 Mach. Contohnya adalah pesawat Concorde yang menyeberangi Lautan Atlantic dalam waktu yang sangat singkat. Satu- satunya kerugian dari pesawat supersonik adalah sonic boom yang dihasilkannya. Sonic boom itu sedemikian kerasnya hingga dapat memecahkan jendela bahkan dapat menjatuhkan pigura-pigura yang digantungkan di dinding. Karena itulah pesawat supersonik tidak diperkenankan terbang di atas daerah yang banyak penduduknya.
2.4.2
Intensitas
Bunyi
Telah
dijelaskan bahwa bunyi adalah energi yang dirambatkan dalam bentuk gelombang.
Banyak sedikitnya energi bunyi yang diterima di suatu tempat dinyatakan melalui
besaran intensitas bunyi, I. Intensitas bunyi I adalah energi yang dirambatkan
tiap sekon melalui satu satuan luasan yang tegak lurus arah rambat gelombang
bunyi itu. Karena energi per satuan waktu menyatakan daya, maka intensitas
dapat juga dikatakan sebagai daya yang menembus tiap satuan luasan yang tegak lurus
arah rambat gelombvang bunyi itu. Dalam bentuk matematika hubungan itu
dituliskan sebagai:
dengan: P =
daya bunyi (watt)
A = luas
bidang yang ditembus tegaklurus oleh gelombang bunyi (m2)
Bila sumber bunyi berbentuk sumber titik (dimensi sumber kecil), maka bunyi akan disebarkan ke segala arah dengan cara yang sama. Dalam hal ini maka muka gelombangnya akan berbentuk bola, sehingga intensitas bunyi di suatu titik pada jarak r dari sumber bunyi tersebut adalah:
Bila sumber bunyi berbentuk sumber titik (dimensi sumber kecil), maka bunyi akan disebarkan ke segala arah dengan cara yang sama. Dalam hal ini maka muka gelombangnya akan berbentuk bola, sehingga intensitas bunyi di suatu titik pada jarak r dari sumber bunyi tersebut adalah:
dengan: P =
daya bunyi (watt)
r = jarak
dari sumber bunyi ke pendengar/titik ukur (m)
Persamaan ini
menunjukkan bahwa di sebuah lapangan terbuka, kita makin sulit mendengar suatu
bunyi (I kecil), semakin jauh kita berada dari sumber bunyi itu (r besar).
2.4.3
Efek Doppler
Ketika
sedang menunggu kereta api melintasi suatu persimpangan, Anda tentunya pernah
mendengar bahwa pluit yang dibunyikan kereta api itu
terdengar makin lama makin tinggi ketika kereta api itu mendekat namun frekuensinya terdengar semakin rendah ketika kereta api itu telah melewati
Anda dan menjauh. Jadi Anda mendengar peluit itu seakan-akan melagukan suatu musik dengan nada yang semula makin lama makin tinggi, namun kemudian menjadi rendah kembali. Apakah ini terjadi karena operator kereta api memijat tombol nada-nada yang berbeda saat itu? Ternyata tidak. Apa yang Anda dengar itu terjadi karena gejala yang dikenal sebagai Efek Doppler, untuk menghormati seorang Australia bernama, Christian Andreas Doppler (1803-1855), yang pertama kali mengamati gejala ini.
terdengar makin lama makin tinggi ketika kereta api itu mendekat namun frekuensinya terdengar semakin rendah ketika kereta api itu telah melewati
Anda dan menjauh. Jadi Anda mendengar peluit itu seakan-akan melagukan suatu musik dengan nada yang semula makin lama makin tinggi, namun kemudian menjadi rendah kembali. Apakah ini terjadi karena operator kereta api memijat tombol nada-nada yang berbeda saat itu? Ternyata tidak. Apa yang Anda dengar itu terjadi karena gejala yang dikenal sebagai Efek Doppler, untuk menghormati seorang Australia bernama, Christian Andreas Doppler (1803-1855), yang pertama kali mengamati gejala ini.
Efek Doppler
adalah gejala berubahnya frekuensi yang didengar seseorang karena sumber bunyi
bergerak relatif terhadap pendengarnya. Sumber bunyi yang relatif bergerak
terhadap pendengarnya, dapat berarti bahwa sumber bunyi diam dan pendengar
mendekat atau menjauhi sumber, namun dapat juga pendengarnya yang diam
sementara sumber bunyi yang bergerak mendekati atau menjauhi pendengar, bahkan
dapat juga kedua-duanya dalam keadaan bergerak.
Terjadinya
efek Doppler tidak hanya dapat didengar tetapi juga dapat dilihat. Ingatlah
kembali bahwa frekuensi gelombang menggambarkan jumlah gelombang yang melewati
suatu titik tiap satuan waktunya. Coba ingat-ingatlah ketika Anda sedang
memancing di sebuah danau. Ketika perahu motor mendekati Anda, jumlah gelombang
yang yang menumbuk ”dermaga” tempat Anda berada, semakin banyak, namun begitu
perahu motor itu melewati Anda, jumlah gelombang yang menumbuk dermaga itu
menjadi semakin sedikit.
Frekuensi
gelombang yang berubah ketika perahu melewati pemancing kembali ke efek Doppler
yang berhubungan dengan bunyi. Frekuensi yang dipancarkan peluit kereta api
sebenarnya tidak berubah. Yang berubah adalah frekuensi yang terdengar, dan
kita katakan bahwa frekuensi sumber bunyi itu seakan-akan berubah, namun sekali
lagi, frekuensi sumber bunyi tidak berubah. Hubungan antara frekuensi yang
terdengar dan frekuensi bunyi sesungguhnya tergantung pada kecepatan gerak
sumber bunyi maupun kecepatan gerak pendengar. Hubungan itu dinyatakan oleh
Persamaan berikut ini:
Vs =
kecepatan sumber bunyi (m/s)
V =
kecepatan rambat gelombang bunyi (biasanya diambil 340 m/s) Untuk mengisi tanda
(+) atau (-) maka berlaku ketentuan sebagai berikut:
a
Vp diisi (+), bila P (pendengar) mendekati S (sumber)
Vp diisi (-), bila P menjauhi S.
Vp diisi (-), bila P menjauhi S.
b
Vs diisi (+), bila S menjauhi P.
1.4 Manfaat dari Gelombang Bunyi Dalam Teknologi
1.
Dalam Bidang Kesehatan
·
Ultrasonik
Digunakan
untuk mengamati cacat-cacat dalam jaringan hidup. Sifat reflektif jaringan
normal dan jaringan abnormal cukup jelas untuk dibedakan secara ultrasonik.
Alat diagnosis dengan ultrasonik digunakan untuk menemukan beberapa penyakit
berbahaya di dada atau payudara, hati, otak, dan beberapa organ lainnya.
Pengamatan ultrasonik pada seorang wanita hamil memperlihatkan janin di dalam
perut ibunya.
·
Efek Doppler
Efek doppler
telah digunakan cukup sukses untuk memonitor aliran darah melalui suatu
pembuluh nadi utama. Gelombang-gelombang ultrasonik frekuensi 5 - 10 MHz
diarahkan menuju ke pembuluh nadi dan suatu penerima R akan mendeteksi sinyal
hamburan pantulan. Frekuensi tampak dari sinyal pantul yang diterima bergantung
pada kecepatan aliran darah. Pengukuran laju aliran darah dengan metode efek
doppler ini terutama efektif untuk mendeteksi trombosis (penyempitan pembuluh
darah) karena trombosis akan menyebabkan perubahan yang cukup signitifikan
dalam laju aliran darah. Keunggulan metode ini dibandingkan dengan metode
konvensional adalah lebih murah dan hanya memberikan sedikit ketidaknyamanan
pada pasien.
2.
Dalam Bidang Industri
·
Reflektoskop
Ultrasonik
digunakan untuk meratakan campuran susu agar homogen, membersihkan benda yang
halus, meratakan campuran besi dan timah yang dilebur dalam industri logam,
untuk sterilisasi pada pengawetan makanan dalam kaleng dan sebagainya.
Penerapan gelombang ultrasonik dapat dijumpai dalam bentuk pengujian material
dan pendeteksian kerusakan atau keretakan dalam struktur logam dan beton.
Dengan teknik memindai (scanning) yang menggunakan gelombang bunyi
ultrasonic,dapat diketahui keretakan , cacat atau penipisan yang terjadi dalam
material. Suatu alat yang bernama reflektoskop digunakan untuk mendeteksi cacat
yang terkandung dalam besi tuang. Cacat pada velg ban mobil diperiksa dengan
menggunakan alat ini. Gelombang ultrasonik juga digunakan untuk mempercepat
beberapa reaksi kimia. Getaran kuat pada gelombang ultrasonik juga digunakan
untuk menggugurkan ikatan antara partikel kotoran dan bahan kain serta
menggetarkan debu yang melekat sehingga lepas.
3.
Dalam Bidang Kelautan dan Pertahanan
·
Sonar
Dapat digunakan untuk mengukur kedalaman laut disini
yang digunakan adalah bunyi ultrasonik. SONAR menghasilkan gelombang suara yang
dikirim dari suatu piranti yang dipantulakan kembali oleh dasar samudra. Alat
ini juga digunakan untuk menentukan letak suatu benda yang berada dibawah
permukaan laut. Prinsip kerja SONAR berdasarkan prinsip pemantulan gelombang
ultrasonik. Alat ini diperkenalkan pertama kali oleh Paul Langenvin, seorang
ilmuwan dari Prancis pada tahun 1914. Pada saat itu Paul dan pembantunya membuat
alat yang dapat mengirim pancaran kuat gelombang bunyi berfrekuensi tinggi
(ultrasonik) melalui air.
Pada
dasarnya SONAR memiliki dua bagian alat yang memancarkan gelombang ultrasonik
yang disebut transmiter (emiter) dan alat yang dapat mendeteksi datangnya
gelombang pantul (gema) yang disebut sensor (reciver). Gelombang
ultrasonik dipancarkan oleh transmiter (pemancar) yang diarahkan ke sasaran,
kemudian akan dipantulkan kembali dan ditangkap oleh pesawat penerima
(reciver).
Dengan
mengukur waktu yang diperlukan dari gelombang dipancarkan sampai gelombang
diterima lagi, maka dapat diketahui jarak yang ditentukan. Untuk mengukur
kedalaman laut, SONAR diletakkan di bawah kapal. Dengan pancaran
ultrasonik diarahkan lurus ke dasar laut, dalamnya air dapat dihitung dari
panjang waktu antara pancaran yang turun dan naik setelah digemakan.
Banyak
sekali teknologi yang memanfaatkan gelombang bunyi dan gelombang cahaya.
Sebagai contoh : teknologi sederhana yang dilakukan oleh nelayan tradisional di
perairan laut jawa, yang biasa mereka sebut dengan telpon ikan. Yaitu
mendeteksi keberadaan ikan dengan mendengarkan suara-suara melalui dayung
mereka. Tetapi karena gelombang bunyi audible (20 Hz-20.000 Hz) ini luas sekali
jelajahnya, dan banyak sumber-sumber gangguannya, maka orang lebih cenderung
menggunakan gelombang bunyi ultra (ultrasonic ) dengan frekuensi > 20.000
Hz, gelombang suara yang telah dirubah menjadi signal listrik akan memodulasi
gel cahaya. Dan gelombang cahaya ini yang disalurkan melalui serat optik menuju
ke penerima. Dengan teknologi ini, pengiriman signal komunikasi menjadi lebih
tahan gangguan luar.
4.
Dalam Bidang Teknologi
Penggunaan
gelombang bunyi dilakukan dalam pembuatan audio sistem (speaker) .Bunyi
audiosonic memiliki frekuensi sebesar 20 Hz sampai 20.000 Hz Jadi manusia hanya
dapat mendengar 20-20.000 Hz saja.peng gunaan Audiosonic memungkinkan manusia
dapat mendengar suara dari berbagi macam barang elektronik Khususnya barang
elektronik yang dipasangkan speaker seperti Televisi, Radia Tape dan elektronik
yang lainnya.
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
1.
Getaran adalah gerakan yang berulang-ulang atau
gerakan bolak-balik melewati suatu titik kesetimbangan. Gelombang adalah getaran yang
merambat, baik melalui medium ataupun tidak melalui medium. Sedangkan bunyi merupakan gelombang mekanik yang
dalam perambatannya arahnya sejajar dengan arah getarnya (gelombang
longitudinal).
2.
Sistem getaran yang dibahas adalah sistem pegas-massa,
dan bandul sederhana. Besaran yang penting pada getaran adalah frekuensi,
perioda, simpangan, amplitudo, kecepatan, percepatan dan energi. Bila energi
getaran dirambatkan maka diperoleh gelombang.
3.
Berdasarkan arah getar relatif terhadap arah
rambatnya, dikenal gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Pada
umumnya gelombang yang dirambatkan membutuhkan medium perantara, kecuali
gelombang elektromagnetik yang dapat merambat di ruang hampa.
Kecepatan rambat gelombang tergantung pada jenis gelombang yang dirambatkan dan
karakteristik medium perantaranya.
4.
Gelombang bunyi adalah gelombang yang dapat didengar
dan di udara dirambatkan sebagai gelombang longitudinal. Di ruang hampa
gelombang bunyi tidak dapat didengar. Keras lemahnya bunyi ditentukan oleh
intensitas bunyi atau Taraf intensitasnya. Makin jauh pendengar dari sumber
bunyi, makin lemah pula bunyi yang didengar.
5.
Manfaat dari gelombang bunyi dalam teknologi:
·
Dalam bidang kesehatan
·
Dalam bidang industri
·
Dalam bidang kelautan dan pertahanan
·
Dalam bidang teknologi
3.2 Saran
1.
Pembaca dapat menambah wawasan dan bisa memberikan
kritik yang membangun bagi penulis.
2.
Untuk lembaga pendidikan diharapkan agar bisa
menerapkan dalam pembelajaran.
3.
Untuk lembaga penelitian diharapkan bisa menghasilkan
penemuan yang lebih baik.
DAFTAR PUSTAKA
Bella.2011.(Online)tersedia:http://belladao.blogspot.com/2011/06/makalah-fisika-getaran-gelombang-dan.html
tanggal akses (4 November 2013).
Fitri,yaumil.2013.(Online)tersedia:http://yaumilfitri.blogspot.com/2013/03/pengertian-getaran-dan-gelombang.html?m=1
tanggal akses (6 November 2013).
Panggalo,palondongan.2011.(Online)tersedia:http://palondonganpanggaloroketmaikcom.blogspot.com/2011/03/contoh-makalah-fisika-tentang-gelombang.html
tanggal akses (4 November 2013).
Zahira.2013.(Online)
tersedia: http://zahirazmile.blogspot.com/2013/10/makalah-pemanfaatan-gelombang-bunyi-dan.html
tanggal akses (4 November 2013).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar