CEPAT RAMBAT BUNYI Cepat rambat bunyi pada zat padat Pada zaman dahulu, orang mendekatkan telinganya ke atas rel untuk mengetahui kapan kereta datang. Hal tersebut membuktikan bahwa bunyi dapat merambat pada zat padat. Besarnya cepat rambat bunyi pada zat padat tergantung pada sifat elastisitas dan massa jenis zat padat tersebut dalam zat padat. Secara matematis, besarnya cepat rambat bunyi pada zat padat didefinisikan sebagai :
(3.1)
Keterangan :
v
: Cepat rambat bunyi pada zat padat (m/s)
E
: Modulus Young medium (N/m2)
ρ
: Massa jenis medium (kg/m3)
Sebagai contoh, untuk laju yang E = 2,0 × 1011 Pa dan ρ = 7,8 × 103 kg/m3, memberikan:
= 5.100 m/s Cepat rambat bunyi pada zat cair Pada saat Anda menyelam dalam air, bawalah dua buah batu, kemudian pukulkan kedua batu tersebut satu sama lain. Meskipun Anda berada dalam air, Anda masih bisa mendengar suara
batu tersebut. Hal tersebut membuktikan bahwa bunyi dapat merambat pada zat cair. Besarnya cepat rambat bunyi dalam zat cair tergantung pada Modulus Bulk dan massa jenis zat cair tersebut. Secara matematis hampir analogi dengan persamaan 3.1, yaitu :
(3.2)
Keterangan :
v
: Cepat rambat bunyi pada zat cair (m/s)
B
: Modulus Bulk medium (N/m2)
ρ
: Massa jenis medium (kg/m3)
Contoh Soal Tentukan kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam air, jika diketahui modulus Bulk air 2,25 x 109 Nm-2 dan massa jenis air 103 kgm-3. Tentukan pula panjang gelombangnya, jika frekuensinya 1 kHz. Penyelesaian: Diketahui B = 2,25 x 109 Nm-2; ρ = 103kgm-3 ; f = 103 Hz Kecepatan perambatan bunyi
v=
=
Panjang gelombang bunyi
= 1.500ms-1
λ=
= 1,5m
Cepat rambat bunyi pada zat gas (udara) Di udara tentu Anda lebih sering mendengar berbagai macam bunyi. Anda bisa mendengar suara radio, televisi, bahkan orang yang berteriak-teriak di kejauhan. Besarnya cepat rambat bunyi pada zat gas tergantung pada sifat-sifat kinetik gas. Dalam kasus gas terjadi perubahan volum, dan yang berkaitan dengan modulus elastik bahan adalah modulus bulk. Cepat rambat bunyi dalam gas dapat dinyatakan dengan:
..................................(3.3) dengan p = tekanan gas γ = tetapan Laplace. ρ = kerapatan Sebagai contoh, untuk udara pada keadaan normal g=1,4 (gas diatomik), p=1 atm, ρ =1,3 kg/m3, diperoleh:
= 330 m/s Berdasarkan persamaan gas ideal:
, atau bunyi dalam gas, yaitu:
, maka diperoleh persamaan dasar untuk menghitung cepat rambat
(3.4)
Keterangan :
v
: Cepat rambat bunyi pada zat gas (m/s)
γ
: Konstanta Laplace
R
: Tetapan umum gas (8,31 J/molK)
T
: Suhu mutlak gas (K)
M
: Massa atom atau molekul relatif gas (kg/mol)
Soal dan Pembahasan Cepat rambat bunyi dalam Bahan 1. Hitunglah laju rambat bunyi di dalam gas neon pada 270C. Untuk neon M = 20,18 kg/kmol. Penyelesaian: Neon sebagai monoatomik mempunyai γ = 1,67 dan R = 8314 J/kmol
2. Berapa laju rambat bunyi di dalam gas ideal diatomic dengan massa jenis 3,5 kg/m3 dan tekanan 215kPa? Penyelesaian: Untuk gas diatomik γ ~ 1,40
3. Sebuah batang logam dengan panjang 60 cm dikelem dibagian tengahnya. Ia beresonansi pada gelombang dasarnya hingga gelombang memanjang dengan frekuensi 3 kHz. Berapakah modulus Young untuk bahan tersebut? Massa jenis logam adalah 8.700 kg/m3 Penyelesaian: Berhubung ujung batang berupa ujung bebas, batang tersebut mempunyai perut gelombang di titik ujungnya. Titik kelem ditengahnya berupa simpul. Karena jarak simpul ke perut selalu ¼ λ, maka L = 2. ¼ λ. Karena L = 0,60 m, maka diperolehλ = 1,20 m. Sehingga
v = λ f = 1,2 . 3 = 3,6 km/s = 3600 m/s
Modulus Young γ = ρv2 = 1,13 . 1011 N/m2 4. Berapakah laju gelombang kompresi di dalam air? Modulus limbah untuk air adalah 2,2.109 N/m2.
Tantangan dariku! 1. Berapa laju rambat bunyi dalam udara bersuhu 310C? (jawab: 350 m/s) 2. Sebuah granat yang ditembakan dengan sasaran 800 m trdengar mengenainya 5 detik sesudah penembakan. Hitung kecepatan rata-rata granat jika suhu udara 200C. (jawab 300 m/s) 3. Berapakah laju rambat bunyi dalam karbondioksida yang bersuhu 4000C dan bertekanan 0,5 atm. Diketahui M = 44 kg/kmol dan g = 1,30 (jawab: 407 m/s) 4. tentukan berat molekul gas yang g = 1,40 kalau diketahui laju rambat bunyinya dalam adalah 126 m/s pada suhu 00C. (jawab: 2,00 kg/kmol)
Latihan Soal Bunyi Kelas 12
1. Seutas dawai panjangnya 1,80 meter. Jika tegangan dawai diatur sedemikian hingga kecepatan gelombang transversal yang dihasilkannya adalah 900 m/s, maka frekuensi nada atas pertama adalah …. a. 640 Hz b. 250 Hz c. 500 Hz d. 125 Hz e. 320 Hz 2. Pipa organa terbuka yang panjangnya 25 cm menghasilkan frekuensi nada dasar sama dengan frekuensi yang dihasilkan oleh dawai yang panjangnya 150 cm. Jika cepat rambat bunyi di udara 340 ms-1 dan cepat rambat gelombang transversal pada dawai 510 ms-1 maka dawai menghasilkan .… a. nada dasar b. nada atas pertama c. nada atas kedua d. nada atas ketiga e. nada atas keempat 3. Bila tegangan suatu dawai gitar menjadi 4 kali lebih besar, maka nadanya mempunyai frekuensi yang …. a. 4 kali lebih tinggi b. 2 kali lebih tinggi c. 4 kali lebih rendah d. 2 kali lebih rendah e. 16 kali lebih tinggi 4. Apabila kita hendak menaikkan tinggi nada dari suatu dawai maka dapat dilakukan dengan cara …. a. panjang dawai diperbesar b. panjang dawai diperkecil c. penampang dawai diperbesar
d. tegangan dawai diperkecil e. dawai diganti dengan dawai yang lain jenisnya 5. Jika sebuah pipa organa tertutup ditiup sehingga timbul nada atas ketiga, maka jumlah perut dan simpul yang terjadi berturut-turut adalah …. a. 3 dan 3 b. 4 dan 5 c. 3 dan 4 d. 5 dan 4 e. 4 dan 4 6. Nada dasar sebuah pipa organa tertutup beresonansi dengan nada atas pertama sebuah pipa organa terbuka. Apabila panjang tabung pipa organa terbuka 50 cm, maka panjang tabung pipa organa tertutup adalah …. a. 2 m b. 0,25 m c. 1 m d. 0,125 m e. 0,05 m 7. Intensitas bunyi dapat ditingkatkan dengan : a. memperbesar frekuensi dan amplitudonya b. memperbesar frekuensinya saja c. memperkecil frekuensi dan amplitudonya saja d. memperbesar amplitudonya saja e. memperkecil amplitudonya dan memperbesar frekuensinya 8.Sebuah sumber gelombang bunyi dengan daya 50W memancarkan gelombang ke medium disekelilingnya yang homogen. Tentukan intensitas radiasi gelombang tersebut pada jarak 10 m dari sumber ! a. 4.10-2 W/m2 b. 4.103 W/m2
c. 400 W/m2 d. 200 W/m2 e. 40 W/m2 9. Perhatikan gambar di bawah! A dan B merupakan sumber bunyi yang memancar ke segala arah. Energi bunyi yang dipancarkan A dan B masing-masing 1,6 W dan 6,4 W. Agar intensitas bunyi yang diterima C maka dari A harus berjarak ….
a. 10 m b. 4 cm c. 8 cm d. 2 cm e. 6 cm 10. Sebuah sumber bunyi dengan daya 314 watt merambatkan energinya ke segala arah sama besar. Seorang pengamat mendeteksi taraf intensitasnya pada suatu tempat sebesar 100 dB. Jarak pengamat dengan sumber bunyi jika intensitas ambang I0 = 10-16 watt/cm2 adalah …. a. 50 m b. 250 m c. 100 m d. 1000 m e. 5000 m 11. Taraf intensitas bunyi sebuah mesin rata-rata 50 dB. Apabila 100 mesin dihidupkan bersamaan, maka taraf intensitasnya adalah …. a. 20 dB b. 75 dB c. 50 dB d. 150 dB e. 70 dB
12. Agar taraf intensitas berkurang 20 dB, jarak ke sumber bunyi harus dijadikan … kali semula. a. 2 b. 100 c. 10 d. 200 e. 20 13.Taraf intensitas bunyi suatu tempat yang berjarak 5 m dari sumber bunyi sebesar 70 dB. Tempat yang berjarak 0,5 m dari sumber bunyi bertaraf intensitas sebesar …. a. 9 dB b. 100 dB c. 80 dB d. 110 dB e. 90 dB 14. Garpu tala X dan Y bila dibunyikan bersama-sama akan menghasilkan 300 layangan per menit. Garpu X memiliki frekuensi 300 Hz. Apabila garpu Y ditempeli setetes lilin, akan menghasilkan 180 layangan per menit dengan garpu X. Frekuensi asli dari garpu Y adalah …. a. 295 Hz b. 305 Hz c. 297 Hz d. 308 Hz e. 303 Hz 15. Jika sumber bunyi bergerhak dengan kecepatan v mendekati pendengar yang diam, dibandingkan dengan sumber bunyi diam dan pendengar mendekati sumber bunyi dengan kecepatan yang sama, maka terdengar bunyi …. a. yang pertama lebih tinggi daripada yang kedua b. yang pertama lebih keras daripada yang kedua c. sama tinggi
d. yang pertama lebih lemah daripada yang kedua e. yang pertama lebih rendah daripada yang kedua 16. Sumber bunyi yang memancarkan bunyi dengan panjang gelombang 10 cm dan pendengar bergerak saling menjahui dengan kecepatan masing-masing 60 m/s dan 40 m/s. Kecepatan rambatan bunyi di udara 340 m/s. Frekuensi bunyi yang didengar adalah …. a. 3400 Hz b. 4533 Hz c. 3230 Hz d. 2550 Hz e. 3643 Hz 17. Suatu sumber bunyi dengan frekuensi 7200 Hz, bergerak berlawanan arah dengan pendengar yang bergerak dengan kelajuan 25 m/s, ternyata frekuensi bunyi yang didengar adalah 6300 Hz. Jika kelajuan perambatan bunyi di udara adalah 340 m/s, maka kecepatan sumber bunyi adalah …. a. 30 m/s b. 20 m/s c. 25 m/s d. 15 m/s e. 24 m/s 18. Mobil A mendekati pengamat (diam) dengan kecepatan 30 m/s sambil membunyikan sirine berfrekuensi 504 Hz. Saat itu juga mobil B mendekati P dari arah yang berlawanan dengan A, pada kecepatan 20 m/s sambil membunyikan sirine berfrekuensi 518 Hz. Jika cepat rambat bunyi di udara saat ini 300 m/s maka frekuensi layangan yang didengar P adalah …. a. 14 Hz b. 5 Hz c. 10 Hz d. 4 Hz e. 7 Hz
Latihan Soal Bunyi Kelas 12 Esay 1. Tentukan pernyataan berikut ini benar atau salah untuk frekuensi bunyi dari suatu sumber bunyi oleh seorang pendengar. a. akan terdengar bertambah, jika sumber dan pendengar bergerak searah dengan pendengar di depan, dan kelajuan sumber lebih besar daripada kelajuan pendengar b. akan terdengar bertambah, jika sumber diam dan pendengar mendekati sumber c. akan terdengar berkurang, jika pendengar diam dan sumber bunyi menjauhi pendengar d. akan terdengar tetap, jika sumber bunyi dan pendengar diam tetapi medium bergerak relatif menuju pendengar 2. Sebuah truk bergerak dengan kecepatan 36 km/jam dibelakang sepeda motor. Pada saat truk mengeluarkan bunyi klakson dengan frekuensi 1.000 Hz, pengemudi sepeda motor membaca pada spidometer angka 72 km/jam. Apabila kecepatan bunyi 340 ms1 , maka pengemudi sepeda motor akan mendengar klakson pada frekuensi f. Berapakah f tersebut ? 3. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 20 m/s menjauhi seseorang yang sedang duduk di tepi jalan, sambil membunyikan klakson dengan frekuensi 400 Hz. Pada saat itu cepat rambat bunyi di udara 380 m/s, maka tentukan frekuensi klakson yang terdengar oleh orang tersebut ! 4. Perubahan frekuensi suatu bunyi yang sumbernya bergerak mendekati pendengar diketahui 1 % dari frekuensi asalnya. Bila kecepatan rambat bunyi di udara adalah 300 m/s, maka hitunglah kecepatan sumber bunyi tersebut relatif terhadap pendengar ! 5. Si X berdiri di samping sumber bunyi yang frekuensinya 676 hertz. Sebuah sumber bunyi lain dengan frekuensi 676 hertz mendekati Si X dengan kecepatan 2 m/detik. Bila kecepatan merambat bunyi di udara adalah 340 m/detik, maka berapakah frekuensi layangan yang didengar si X ? 6. Dua buah dawai baja yang identik menghasilkan nada dasar dengan frekuensi 60 Hz. Bila tegangan salah satu dawai dikurangi 19% dan kedua dawai digetarkan bersamasama, maka tentukan frekuensi layangan yang terjadi!
