Laporan Praktikum Fisika Dasar 2 Judul Percobaan : Resonansi Gelombang Bunyi
NAMA
: YONATHAN ANDRIANTO SUROSO
NIM
: 12300041
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Program Studi Geothermal
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2 Resonansi Gelombang Bunyi
A. TUJUAN PERCOBAAN Tujuan percobaan pada praktikum Fisika Dasar 2 tentang Resonansi Gelombang Bunyi adalah: 1. Menggunakan peralatan untuk percobaan Resonansi Gelombang Bunyi 2. Menentukan kecepatan rambat gelombang bunyi yang melewati udara 3. Menentukan frekuensi garpu tala
B. ALAT DAN BAHAN Alat dan bahan yang kami gunakan dalam praktikum ini adalah: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Tabung resonansi dengan 1 buah reservoir Sinyal generator Garpu tala 3 buah dengan frekuensi yang berbeda Speaker Kabel dua ujung Pengetuk garpu tala Kotak bunyi tempat garpu tala Jangka sorong
C. DASAR TEORI Peristiwa resonansi merupakan peristiwa bergetarnya suatu sistem fisis dengan nilai frekuensi tertentu akibat dipengaruhi oleh sistem fisis lain (sumber) yang bergetar dengan frekuensi tertentu pula dimana nilai kedua frekuensi ini adalah sama. Peristiwa ini dapat kita amati dengan menggunakan kolom udara. Kolom udara dapat dibuat dengan menggunakan tabung yang sebagian diisi air, sehingga kita dapat mengatur panjang kolom udara dengan menaik-turunkan pemukaan air pada tabung. Sistem fisis sumber adalah audio generator yang dapat menghasilkan gelombang bunyi dengan nilai frekuensi bervariasi, sedangkan sistem fisis yang ikut bergetar adalah molekul-molekul udara yang berada dalam kolom udara yang bergetar karena variasi tekanan. Gelombang yang terbentuk dalam kolom udara merupakan gelombang bunyi berdiri. Peristiwa resonansi terjadi saat frekuensi sumber nilainya sama dengan frekuensi gelombang bunyi pada kolom udara yang dicirikan dengan terdengarnya bunyi yang paling nyaring (amplitudo maksimum).
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2 Resonansi Gelombang Bunyi
Bila garpu penala digetarkan diatas tabung resonansi, maka getaran garpu penala ini akan menggetarkan kolom udara di dalam tabung resonansi. Dengan mengatur panjang kolom udara di dalam tabung resonansi, maka akan terdengar dengung garpu penala lebih keras, ini berarti terjadi resonansi. Di dalam tabung resonansi terjadi gelombang longitudinal diam (stasioner), dengan sasarannya yaitu permukaan air sebagai simpul gelombang dan untuk mulut tabung sebagai perut gelombang. Sebenarnya letak perut berada di sedikit di atas tabung. Jaraknya kira-kira 0,3 kali diameter tabung. Resonansi terjadi jika frekuensi nada dasar atau nada atas dari kolom udara sama dengan frekuensi garpu penala.
Gambar 1.1 ALAT PEMBANGKIT RESONANSI
Gelombang bunyi yang terbentuk dalam kolom udara memiliki nilai panjang gelombang tertentu yang memenuhi hubungan:
............... (1)
di mana: λ
: panjang gelombang
v
: cepat rambat bunyi di (kolom) udara
f
: frekuensi gelombang bunyi (frekuensi sumber) Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2 Resonansi Gelombang Bunyi
Jika kita mengetahui nilai frekuensi sumber, maka pada saat resonansi tersebut kita dapat menentukan nilai cepat rambat bunyi di udara.
Gambar 1.2 PERBEDAAN KETINGGIAN KOLOM PADA SAAT RESONANSI
Peristiwa resonansi yang dapat terjadi lewat alat yang ditunjukkan oleh gambar 1.1 bisa lebih dari satu kali. Hal ini dapat dilakukan dengan cara mengubah mengubah ketinggian kolom udara dengan cara menurunkan permukaan air dalam tabung seperti ditunjukkan pada gambar 1.2. Syarat terjadinya resonansi untuk sistem ini adalah:
............. (2)
di mana n = 0, 1, 2, 3, dan seterusnya Karena ukuran diameter tabung sangat kecil dibandingkan dengan panjang gelombang dan perut gelombang serta simpangannya tidak tepat pada ujung tabung, maka diperlukan angka koreksi e dengan syarat e = ± 0,6 R di mana R adalah jari-jari tabung. Dengan memperhatikan faktor koreksi tersebut, maka persamaan (2) ditulis sebagai berikut:
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Substitusikan persamaan (1) ke dalam rumus di atas sehingga mendapatkan:
D. JALANNYA PERCOBAAN 1. Mencatat suhu, tekanan, dan kelembaban ruangan laboratorium tempat pelaksanaan percobaan. 2. Mengukur diameter bagian dalam tabung dengan jangka sorong 3. Menghidupkan sinyal generator agar speaker menghasilkan bunyi. Pada saat itu juga posisi posisi tabung tabung reservoir reservoir diturunk diturunkan an 4. Sambil menurunkan tabung reservoir yang telah diisi dengan air agar air di dalam tabung resonasi mulai turun sejak dari permukaan tabung hingga dihasilkan bunyi yang diperkeras dalam tabung panjang sebagai tanda resonansi terjadi, kemudian diamati dan diukur jarak dari permukaan tabung ke tempat resonasi tersebut 5. Menurunkan kembali tabung sehingga terjadi lagi bunyi diperkeras kedua, kemudian mengukur kembali jarak dari permukaan tabung ke tempat resonasi tersebut 6. Mengulangi langkah 3 s.d. 5 dengan cara menaikkan tabung reservoir dari posisi sedikit di bawah tempat resonansi kedua tadi 7. Mengganti speaker dengan garpu tala dan melakukan langkah 4 s.d. 5
E. DATA HASIL PENGAMATAN 0
Suhu ruangan
: 27 C 300 K
Tekanan udara
: 78,5 mmHg
Kelembaban
: 53% rel
Diameter tabung
: 35,55 mm
0,035 m
Frekuensi pada sinyal generator f 1 : 70 Hz L1 : 7 cm 0,07 m L2 : 25,5 cm 0,255 m L3 : 44,5 cm 0,445 m
f 2 : 80 Hz L1 : 6,5 cm 0,065 m L2 : 24 cm 0,24 m L3 : 42,5 cm 0,425 m
f 3 : 90 Hz L1 : 5,5 cm 0,055 m L2 : 22,5 cm 0,225 m L3 : 39 cm 0,39 m
Frekuensi pada garpu tala f L1 : 2 cm 0,02 m L2 : 5,5 cm 0,055 m L3 : 7,5 cm 0,075 m
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2 Resonansi Gelombang Bunyi
F. PENGOLAHAN DATA Mencari angka koreksi:
Untuk frekuensi f = 70 Hz
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2 Resonansi Gelombang Bunyi
Untuk frekuensi f = 80 Hz
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2 Resonansi Gelombang Bunyi
Untuk frekuensi f = 90 Hz
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2 Resonansi Gelombang Bunyi
Mencari v rata-rata keseluruhan:
Mencari harga v:
Mencari harga v:
√ √ Mencari harga frekuensi garpu tala:
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2 Resonansi Gelombang Bunyi
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2
Resonansi Gelombang Bunyi
̅ ̅ G. PEMBAHASAN
Analisis Data
Kami melakukan perhitungan dan pengolahan data mengenai penentuan cepat rambat bunyi yang melewati udara pada beberapa frekuensi tertentu serta penentuan nilai frekuensi garpu tala yang digunakan dalam praktikum Fisika Dasar II ini. Sebelum mencari nilai kecepatan rambat bunyi udara, sesuai dengan sifat fisis yang diketahui pada praktikum ini yaitu ukuran diameter tabung sangat kecil dibandingkan dengan panjang gelombang dan perut gelombang serta simpangannya tidak tepat pada ujung tabung, maka kami mencari terlebih dahulu faktor koreksi e dengan nilai e adalah 0,6 kali jari-jari tabung. Setelah itu, kami menentukan nilai cepat rambat bunyi di udara pada masingmasing frekuensi dan pada ketinggian kolom udara yang berbeda pada saat resonasi terjadi, yakni frekuensi yang timbul dari sinyal generator (dalam praktikum ini digunakan nilai f 1 = 70 Hz, f 2 = 80 Hz, dan f 3 = 90 Hz) dan ketinggian kolom udara pada saat resonansi terjadi. Ketinggian kolom udara diukur pada 3 kali resonansi (L 1, L2, dan L 3). Kami menentukan nilai cepat rambat bunyi di udara dengan menggunakan metode aljabar matematis sehingga didapatkan nilai v untuk masing-masing nilai ketinggian kolom udara pada masing-masing frekuensi. Nilai v tersebut dirata-ratakan untuk mendapatkan satu nilai v pada tiap frekuensi. Kemudian, nilai v pada tiap frekuensi tersebut diratarata kembali sehingga mendapatkan nilai v keseluruhan. Untuk bahan perbandingan, maka kami menghitung nilai cepat rambat bunyi menggunakan dua rumus, yaitu: o
Rumus cepat rambat bunyi pada medium gas: Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2 Resonansi Gelombang Bunyi
o
dengan: R : tetapan molar gas (J/mol K) -4 M : massa satu mol gas (kg/mol) untuk udara bernilai 2,9 x 10 kg/mol T : suhu termodinamika (K) v : cepat rambat bunyi (m/s) Sementara itu, γ merupakan konstanta yang bergantung pada jenis gas, untuk udara mempunyai nilai 1,4. Rumus lainnya:
dengan konstanta 331 adalah nilai kecepatan rambat bunyi di udara pada suhu o 0 C dan T adalah suhu dalam derajat Celcius. Kami menemukan bahwa perbandingan antara nilai cepat rambat bunyi dari pengolahan data frekuensi resonansi dengan kedua rumus di atas menunjukkan hasil yang sangat jauh berbeda satu sama lain. Dalam literatur-literatur lainnya, kecepatan rambat bunyi di udara diketahui adalah 340 m/s. Perbedaan hasil yang sangat jauh berbeda dengan patokan nilai untuk cepat rambat bunyi, yakni 340 m/s, kemungkinan besar disebabkan oleh nilai frekuensi yang digunakan dalam praktikum terbilang kecil dan kolom udara yang berukuran sangat kecil. Untuk mendapatka nilai seperti itu, membutuhkan frekuensi yang besar dengan kolom udara yang besar pula. Untuk mencari frekuensi garpu tala, kami menggunakan rumus superposisi pada salah satu ujung tabung yang terbuka, sama dengan metode untuk mencari cepat rambat bunyi di udara, yaitu:
Harga n dalam rumus itu terkait kepada jumlah resonansi bunyi yang muncul dalam percobaan. Oleh karena kami mendapatkan 3 kali resonansi dengan ketinggian kolom udara L 1, L2, dan L 3, maka: o Untuk L 1 atau ketinggian kolom udara pada resonansi pertama, harga n adalah 0 sehingga:
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2 Resonansi Gelombang Bunyi o
o
Untuk L2 atau ketinggian kolom udara pada resonansi kedua, harga n adalah 1 sehingga:
Untuk L3 atau ketinggian kolom udara pada resonansi ketiga, harga n adalah 2 sehingga:
Kesalahan Dalam Percobaan
Konsekuensi dalam menentukan cepat rambat bunyi di udara adalah nilai yang didapat harus bernilai 340 m/s atau mendekati 340 m/s, sehingga dalam praktikum tentang resonansi gelombang bunyi ini, baik dalam pelaksanaan praktikum maupun dalam pengolahan data yang telah dikumpul, terdapat kesalahankesalahan tertentu yang mungkin terjadi, yaitu: o
o
o
o
o
o
Ketidakjelian dalam menentukan ketinggian kolom udara pada saat gelombang bunyi yang keluar baik dari sinyal generator maupun garpu tala menimbulkan resonansi, yang dicirikan oleh dengungan yang terdengar paling keras. Kesalahan pada saat menurunkan atau menaikkan permukaan air dalam tabung resonansi, umumnya karena cara menurunkan/menaikkan tabung reservoir tidak dengan perlahan. Kerusakan pada alat pembangkit bunyi, dalam hal ini adalah sinyal generator dan/atau speaker. Penempatan garpu tala yang salah serta cara membunyikan garpu tala yang salah. Garpu tala seharusnya ditempatkan pada kotak bunyi tempat garpu tala dengan salah satu sisi yang terbuka sebagai tempat keluarnya bunyi. Sisi yang terbuka itulah yang ditempatkan sedikit di atas bibir tabung resonansi dan garpu tala dibunyikan dengan menggunakan pengetuk. Kesalahan yang umum dalam hal ini adalah garpu tala yang dibunyikan tidak menggunakan pengetuk dan/atau garpu tala yang dibunyikan langsung pada bibir tabung resonansi, tidak ditempatkan terlebih dahulu pada kotak bunyi tempat garpu tala. Ketidaktelitian dalam pengukuran diameter tabung dengan menggunakan jangka sorong. sorong. Ketidaktelitian dalam membaca data pengamatan dan menghitung cepat rambat bunyi serta frekuensi garpu tala.
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2 Resonansi Gelombang Bunyi
H. KESIMPULAN Setelah kami melakukan percobaan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan: 1. Resonansi adalah peristiwa bergetarnya suatu sistem fisis dengan nilai frekuensi tertentu akibat dipengaruhi oleh sistem fisis lain (sumber) yang bergetar dengan frekuensi tertentu pula dimana nilai kedua frekuensi ini adalah sama 2. Peristiwa resonansi dicirikan dengan terdengarnya bunyi (dengungan) yang paling nyaring 3. Peristiwa resonansi dapat diamati dengan menggunakan kolom udara yang terisi dengan air 4. Cepat rambat bunyi dipengaruhi oleh ketinggian kolom udara pada tabung dan frekuensi gelombang bunyi. Semakin besar ketinggian kolom udara, maka cepat rambat bunyi di udara semakin besar, dan sebaliknya. Semakin besar frekuensi gelombang bunyi, maka cepat rambat bunyi di udara semakin besar, dan sebaliknya. 5. Cepat rambat bunyi juga dapat dipengaruhi oleh suhu ruang dan massa molekul gas di udara. 6. Untuk mencari nilai cepat rambat bunyi di udara, dapat digunakan: a. Rumus superposisi gelombang bunyi pada salah satu ujung terbuka
b. Rumus cepat rambat bunyi dalam medium gas
o
c. Rumus hubungan cepat rambat bunyi pada suhu 0 C
7. Perbandingan yang sangat jauh berbeda antara cepat rambat bunyi yang dicari dengan menggunakan ketiga rumus di atas dengan patokan nilai untuk cepat rambat bunyi (340 m/s) kemungkinan besar disebabkan oleh nilai frekuensi yang digunakan dalam praktikum terbilang kecil dan kolom udara yang berukuran sangat kecil.
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2 Resonansi Gelombang Bunyi
I. DAFTAR PUSTAKA ----. 2013. Penuntun Praktikum Universitas Negeri Manado
Fisika Dasar 2 .
Budiyanto, Joko. 2009. Fisika :Untuk Departemen Pendidikan Nasional.
Tondano: Jurusan Fisika FMIPA
SMA Kelas XII .
Jakarta : Pusat Perbukuan
5_resonansi.pdf http://liza-akbar.blogspot.com/2010/04/laporan-gelombang-resonansi-bunyi.html diakses 7 Maret 2013 jam 13.48 http://coretan-bermanfaat.blogspot.com/2011/10/resonansi-gelombang-bunyi.html diakses 14 Maret 2013 jam 08.23
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
