KECEPATAN BUNYI DALAM TABUNG RESONANSI
Disusun Oleh : Ermawati Sulistyarini (4201410060) Rombel 03
JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2012
A. Tujuan Percobaan. 1. Dapat memahami dan menentukan kecepatan bunyi di udara menggunakan alat tabung resonansi. 2. Dapat menetukanfrekuensi resonansi bunyi di udara dalam tabung resonansi. B. Dasar Teori Kecepatan penjalaran bunyiatau biasa disebut laju bunyi bergantung pada parameter fisis medium,. Laju bunyi pada suatu medium dapat diketahui jika frekuensi dan panjang gelombang bunyi di ketahui. v=f.λ dimana v adalah laju penjalaran bunyi, f adlah frekuensi bunyi dan .λ adalah panjang gelombang bunyi. Pada percobaan ini, frekuensi bunyi dapat di peroleh dari pengeras suara yang di hubungkan dengan pembangkit frekuensi audio. Panjang gelombang bunyi diukur pada tabung resonansi pada keadaan resonansi. Resonansi ditandai oleh intensitas bunyi yang terdengar lebih keras dibandingkan pada keadaan lainnya pada panjang tabung tertentu. Resonansi adalh fenimena gelombang berdiri pada kolom dan terjadi ketika panjang kolom adalah λ 3λ 5λ , , ,... 4 4 4 Dimana λ adalah panjang gelombang bunyi. Permukaan piston merupakan posisi perut gelombang simpangan karena udara tidak bebasuntuk bergerak longitudinal. Pada bagian tabung yang terbuka terjadi simpul, tetapi yang sebenarnyaberada sedikit di luar tabungpada jarak sekitar 0,6r dari ujung tabung, dimana r adalah jari-jari tabung. Koreksi tabung ini dapat ditambahkan untuk memperoleh nilai yang lebih baikjika hanya satu keadaan resonansi yang dapat diukur, tetapi hal ini biasanya lebih sesuai untuk mengurangi kesalahan pada resonansi pertama resonansi kedua
3λ 4
, ketiga
5λ 4
λ 4
dibandungkan pada
dan seterusnya.
Pada hakekatnya gelombang menjalar adalah suatu penjalaran gangguan, energi atas atau momentum Perambatan gelombang ada yang memerlukan medium, seperti gelombang tali melalui tali dan ada pula yang tidak memerlukan medium, 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. Jika dua buah gelombang merambat dalam satu medium, hasilnya adalah jumlah dari simpangan kedua gelombang tersebut. Hasil dari supersosisi ini menimbulkan berbagai fenomena yang menarik, seperti adanya pelayangan, interferensi, difraksi, dan resonansi. Misalkan superposisi dari suatu gelombang datang dengan gelombang pantulnya bisa menghasilkan gelombang yang dikenal sebagai gelombang stasioner atau gelombang berdiri.
Jika gelombang datang secara terus menerus maka akan terjadi resonansi. Resonansi pada umumnya terjadi jika gelombang mempunyai frekuensi yang sama dengan atau mendekati frekuensi alamiah, sehingga terjadi amplitudo yang maksimal. Peristiwa resonansi ini banyak dimanfaatkan dalam kehidupan, misalkan saja resonansi gelombang suara pada alat-alat musik. Gelombang suara merupakan gelombang mekanik yang dapat dipandang sebagai gelombang simpangan maupun sebagai gelombang tekanan. Jika gelombang suara merambat dalam suatu tabung berisi udara, maka antara gelombang datang dan gelombang yang dipantulkan oleh dasar tabung akan terjadi superposisi, sehingga dapat timbul resonansi gelombang berdiri jika panjang tabung udara merupakan kelipatan dari ( = panjang gelombang). Jika gelombang suara dipandang sebagai gelombang simpangan, pada ujung tabung yang tertutup akan terjadi simpul, tetapi jika ujungnya terbuka akan terjadi perut (lihat Gb, Ia dan Ib)
Untuk tabung yang salah satu ujungnya tertutup, hubungan antara panjang tabung L dan panjang gelombang adalah:
Dan untuk tabung yang kedua ujungnya terbuka, maka :
Karena ukuran garis tabung kecil jika dibandingkan dengan panjang gelombang, perut gelombang simpangan tidak tepat terjadi pada ujung terbuka didekatnya (lihat Gb-2), pada suatu jarak e= ± 0,6 R diluar tabung (R = jari-jari tabung)
Jadi persamaan (1a) dan (1b) menjadi
Karena
(V=kecepatan ,merambat suara dan N = frekuensi ), maka
Dengan membuat grafik L sebagi fungsi dari V maka: a. Dengan N diketahui, V dan e dapat dihitung. b. Sebaliknya bila V telah diketahui, N dapat dihitung ( setelah dikoreksi dengan e).
C. Alat dan Bahan 1. Alat tabung resonansi 2. Pembangkit frekuensi audio 3. Mikrofon cadangan 4. Osiloskop 5. Kabel prob D. Persiapan Percobaan 1. Merangkai alat tabung resonansi seperti pada gambar. 2. Menghubungkan pengeras suara ke pembangkit frekuensi audio menggunakan dua buah kabel penghubung. 3. Mikrofon dihubungkan keterminal sound level meter. 4. Merancang seperti pada gambar
E. Langkah Kerja Frekuensi Resonansi dan Panjang Tabung 1. Merangkai semua alat yang diperlukan seperti terlihat pada gambar. 2. Menempatkan piston pada jarak 10 cm dari ujung tabung terbuka. Menggunakan batang aluminium yang terdapat pada alat tabung resonansi untuk menggeser piston. 3. Mengatur pembangkit frekuensi audio dengan memutar pengatur FREQ. RANGE pada skala 100Hz, memutar tombol LEVEL ke skala minimum atau skala nol, dan kemudian menghidupkan pembangkit frekuensi audio. 4. Mengatur amplitudo gelombang bunyi dengan memutar tombol LEVEL secara perlahan sampai terdengar bunyi yang cukup jelas pada pada pengeras suara. 5. Menaikan besar frekuensi secara perlahan dengan memutar pengatur frekuensi pada pembangkit frekuensi audio sampai mendengar bunyi yang relatif keras (jarum penunjuk slm menunjukan nilai terbesar). Bunyi yang relatif keras ini menandakan terjadinya resonansi di dalam tabung. 6. Mencatat nilai frekuensi yang didapatkan dari hasil penunjukan pembangkit frekuensi audio pada tabel. 7. Mengulangi langkah 1 sampai 6 pada frekuensi yang lain, menemukan posisi simpul dan perut pada gelombang berdiri yang didapatkan. F. Data Pengamatan Menentukan letak di mana terjadinya resonansi No 1 2 3 4 5
f (Hz) 500 600 700 800 900
l1(m) 0,17 0,14 0,138 0,098 0,084
l2 (m) 0,522 0,432 0,372 0,32 0,282
v (m/s) 352 349,2 327,6 355,2 356,4
G. Analisis Data Tabel analisis data No 1 2 3 4 5
f (Hz) l2 (m) v (m/s) l1(m) 500 0,17 0,522 352 600 0,14 0,432 349,2 700 0,138 0,372 327,6 800 0,098 0,32 355,2 900 0,084 0,282 356,4 𝑉 348,08
Mencari nilai laju rata-rata (v-𝑣 )2 15,366 1,254 419,430 50,694 69,222 555,968
V (v-𝑣) 352 3,92 349,2 1,12 327,6 -20,48 355,2 7,12 356,4 8,32 2 Σ(v-𝑣 )
Δv=
Σ(v−𝑣 )2
555,968
5
5
=
=10,545
Nilai laju gelombang bunyi di udara adalah v=( 𝑣 ± Δv)=( 348,080±10,545)m/s Kesalahan Relatif =
∆𝑣 𝑣
x 100%=
Ketelitian
10,545 348,080
=3,029%
= 100% - KR=100-3,029 =96,971 %
v teoritik = 340N/m Kesesatan =
=
𝑣𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡 𝑖𝑘 − 𝑣𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 x 100% 𝑣𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
348 ,08−340 340
𝑥100%
=2,376% Ketepatan
= 100% -2,376 % =97,624 %
H. Pembahasan Dalam praktikum ini didapatkan bahwa kecepatan galombang bunyi di udara adalah v=(𝑣 ± Δv)=( 348,080±10,545)m/s, dengan kesalahan relatif 3.029% dan ketapatan 96,971%, sedangkan secara teori yang didapatka melalui studi pustaka adalah 340m/s maka ketepatan yang didapat adalah 97,624%. Kesalahan dapatterjadi karena salah pengukuran dan skala terkecil dari mistar pada tabung. Hal lain yang sangat berpengaruh adalah temperatur, tekanan dan turbulensi yang terjadi saat praktikum, karena pengambilan data yang dilakukan oleh para ilmuan melalui praktikum adalah dengan termperatur dan tekanan yang standart suhu laboratrium yaitu 250C dan 1 atm. Jika turbulensi di udara saat itu konstan karena hanya terganggu oleh adanya gelombang bunyi maka laju yang didapat akan menunjukan 340m/s, tetapi saat praktikum terjadi banyak gangguan lain yang menyebabkan turbulensi udara saat praktikum. I. Kesimpulan Kecepatan bunyi di udara v=(𝑣 ± Δv)=( 348,080±10,545)m/s Pada percobaan ini terjadi suara terkeras pada simpul yang ditandai adanya amplitudo tinggi pada osiloskop, dan suara terpelan terjadi pada simpul yang ditandai dengan amplitudo terkecil yang ditunjukan pada layar osiloskop. J. DaftarPustaka Halliday & Resnick. 1978. Fisika, Edisi ketiga. jilid 1 (Terjemahan Pantur SilabanPh.D) hal 46, Jakarta: Erlangga Tipler, Paul A. 1991. Fisika untuk Sains danTeknik. Jakarta:Erlangga Siti K. dkk.2009. Fenomena Gelombang. Semarang:UNNES Hirose, A dan K.E Longren, 1985. Introduction to Wave Phenomena. Singapore:John Wiley and Sons
THE IMPACT OF THE RESONANCE TUBE ON PERFORMANCE OF A THERMOACOUSTIC STACK , Channarong Wanthaa, Kriengkrai Assawamartbunluea, Energy Technology Research Laboratory, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Kasetsart University, Bangkok, 10900, Thailand
