1. BUNYI & CAHAYA
BAB 2
Standar Kompetensi
Kompetensi Dasar
Menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang
dalam menyelesaikan masalah
Mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang
bunyi dan cahaya.
Menerapkan konsep dan prinsip gelombang
bunyi dan cahaya dalam teknologi
2. A. Gelombang Bunyi
1. Bunyi merupakan gelombang
Bunyi merupakan gelombang longitudinal karena arah
perambatannya sejajar dengan arah getarnya. Gelombang
bunyi berbentuk rapatan dan regangan. Semakin tinggi
frekuensi bunyi, maka semakin tinggi nada yang dihasilkan, dan
makin rendah frekuensi bunyi, maka akan semakin rendah nada
bunyi yang dihasilkan.
Berdasarkan besar kecilnya frekuensi, bunyi dapat digolongkan
menjadi tiga sebagai berikut.
1. Infrasonik, yaitu bunyi yang berfrekuensi kurang dari 20 Hz.
2. Audiosonik, yaitu bunyi yang berfrekuensi di antara 20 Hz
sampai dengan 20.000 Hz.
3. Ultrasonik, yaitu bunyi yang berfrekuensi lebih dari 20.000
Hz.
3. Keterangan:
s : jarak orang terhadap dinding (meter)
v : kecepatan bunyi pada medium tersebut (m/s)
t : waktu dari saat dibunyikan sampai didengarnya kembali
(second)
2. Cepat rambat gelombang bunyi
2s = v . t
a. Cepat rambat gelombang pada zat padat
Keterangan:
s : jarak orang terhadap dinding (meter)
v : kecepatan bunyi pada medium tersebut (m/s)
t : waktu dari saat dibunyikan sampai didengarnya kembali
(sekon)
b. Cepat rambat gelombang dalam zat cair
Keterangan:
B : modulus bulk zat cair (N/m2)
t : massa jenis zat cair (N/m3)
4. Cepat rambat gelombang dalam gas
Jika gelombang longitudinal merambat pada medium udara atau
gas, maka molekul-molekul gas akan membentuk pola-pola
rapatan dan regangan yang akan dilalui oleh gelombang
tersebut. Rapatan dan regangan akan terjadi sangat cepat,
sehingga tidak terjadi perpindahan kalor.
B. Sumber-Sumber Bunyi
Sesuatu dapat menjadi sumber bunyi apabila memenuhi tiga syarat, yaitu:
Adanya benda yang bergetar
Adanya medium perambatan
Adanya alat pendengar atau penerima gelombang bunyi.
Ada beberapa sumber bunyi, di antaranya dawai, garpu tala, kolom udara,
pipa organa terbuka, pipa organa tertutup, sirine, dan masih banyak sumber
bunyi yang ada di sekitar Anda.
5. 1. Dawai
Jika berat beban bandul dan panjang dawai Anda atur maka saat diperoleh
satu perut terjadilah nada dasar. Jika panjang dawai adalah L maka akan
diperoleh hubungan antara panjang L dengan panjang gelombang yaitu
2. Garpu tala
Frekuensi garpu tala bergantung pada bentuk, ukuran, dan bahan garpu
tala tersebut. Garpu tala hanya akan menghasilkan nada dasarnya saja
tanpa diikuti oleh nada-nada yang lainnya.
3. Kolom udara
Terjadinya bunyi pada kolom udara disebabkan oleh bergetarnya molekul-
molekul udara yang berada pada suatu kolom atau suatu ruang yang biasa
disebut dengan pipa organa.
6. C. Intensitas Gelombang Bunyi
Kuat lemahnya bunyi bergantung pada amplitudo getaran bunyi.
Semakin besar amplitudo getaran gelombang, maka makin kuat
bunyi yang dihasilkan. Kuat lemahnya bunyi bergantung pada
energi yang dibawa oleh bunyi.
Kuat bunyi diukur dengan menggunakan
suatu besaran yang dikenal dengan nama
taraf intensitas bunyi.
Adapun daya merupakan besarnya energi
gelombang bunyi tiap satuan waktu. Secara
matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
Satuan intensitas bunyi menurut SI adalah watt/m2. Satuan
tersebut diperoleh dengan menurunkan persamaan daya (P)
(watt) dan luas permukaan (A) (m2).
7. D. Efek Doppler
Hubungan antara frekuensi sumber bunyi dan pendengar
1. Sumber bunyi bergerak, sedangkan pengamat diam.
2. Sumber bunyi diam, sedangkan pengamat bergerak.
3. Sumber bunyi dan pendengar sama-sama bergerak.
Persamaan frekuensi pada efek Doppler
Keterangan:
fp : frekuensi bunyi yang didengar oleh pengamat
(Hz)
v : cepat rambat gelombang bunyi (m/s)
vp : kecepatan pengamat (m/s)
vs : kecepatan sumber bunyi (m/s)
fs : frekuensi sumber bunyi (Hz)
8. Jika arah anak
panah ke kanan,
maka kecepatan vP
atau vS akan
bernilai positif.
Sebaliknya,
jika arah anak
panah ke kiri maka
kecepatan vP atau
vS akan bernilai
negatif.
Untuk vp akan bertanda positif saat pendengar mendekati sumber bunyi dan
akan bertanda negatif saat pendengar menjauhi sumber bunyi. Untuk vs
akan bertanda positif saat sumber bunyi menjauhi pendengar dan akan
bertanda negatif saat mendekati pandengar.
9. E. Layangan Bunyi
Perubahan amplitudo secara periodik itu disebut layangan. Pelayangan bunyi
akan menghasilkan suara kuat-lemah yang berlangsung secara periodik sesuai
dengan pola perubahan amplitudo. Satu layangan terdiri atas interval lemah-
kuat atau kuatlemah. Banyaknya pelayangan tiap detik disebut sebagai frekuensi
pelayangan.
Keterangan:
fp : frekuensi pelayangan (Hz)
f1 : frekuensi gelombang pertama (Hz)
f2 : frekuensi gelombang kedua (Hz)
10. F. Pembiasan Cahaya pada Prisma
Cahaya sebagai gelombang memiliki sifat-sifat gelombang,
yaitu pemantulan, pembiasan, dispersi, interferensi, difraksi,
dan polarisasi.
Seberkas cahaya monokromatik (sinar-sinar yang tidak dapat diuraikan
lagi menjadi komponen-komponen warnanya) yang datang menuju
permukaan prisma akan dibiaskan dua kali oleh dua sisi pembias.
Akibatnya sinar yang keluar dari prisma tidak lagi searah dengan sinar
masuk, tetapi membentuk sudut tertentu karena mengalami pembiasan.
Keadaan ini disebut deviasi.
11. Keterangan:
i1 : sudut datang mula-mula
r2 : sudut bias setelah sinar melalui bidang
pembias kedua
i1 r2 d =^ - h- b : sudut pembias prisma
Jika sinar dilewatkan pada prisma, maka sinar yang keluar dari
prisma tidak sejajar dengan sinar yang menuju prisma (sinar
datang mula-mula). Perpanjangan sinar bias terakhir dengan
sinar datang mula-mula akan membentuk sudut apit yang
disebut sebagai sudut deviasi (δ).
G. Dispersi Cahaya
1. Sudut dispersi (φ)
Adalah sudut yang dibentuk oleh sinar merah dan sinar ungu setelah
keluar dari prisma.
Besarnya sudut dispersi
12. 2. Warna benda
a. Warna primer dan warna sekunder
Warna primer merupakan warna gabungan (kombinasi) dari warna
spektral. Terdapat dua warna primer, yaitu warna primer aditif dan warna
primer subtraktif.
b. Warna komplementer
Warna komplementer atau warna pelengkap terjadi jika dua warna yang
digabungkan menghasilkan warna putih. Termasuk warna komplementer adalah
sebagai berikut
1) Gabungan biru dan kuning menghasilkan warna putih.
2) Gabungan hijau dan magenta menghasilkan warna putih,
3) Gabungan merah dan sian menghasilkan warna putih.
3. Pencampuran warna
1. Pencampuran warna aditif diperoleh dengan cara menjatuhkan
beberapa berkas cahaya primer pada layar putih.
2. Pencampuran warna subtraktif diperoleh dengan cara
mencampurkan beberapa cat berwarna.
13. 4. Filter cahaya
Filter cahaya berupa benda yang tembus cahaya. Filter cahaya ini
berfungi meneruskan warna-warna tertentu dan menahan warna-
warna tertentu.
H. Interferensi
1. Interferensi gelombang cahaya koheren
Interferensi cahaya.
14. Pola interferensi gelombang.
Pada abad ke-19, Thomas Young
melakukan percobaan untuk
memperkirakan bahwa seberkas
cahaya yang melalui dua buah
celah sempit akan membentuk pola
interferensi. Gambar di samping
menunjukkan gejala gelombang
tentang terjadinya interferensi.
2. Interferensi pada lapisan tipis
lapisan tipis minyak yang berada di atas
permukaan air yang terkena sinar
matahari. Anda pasti akan mendapatkan
warna-warna pada permukaan sabun
atau minyak tersebut. Peristiwa ini
disebabkan oleh adanya interferensi
cahaya.
Interferensi pada lapisan tipis.
15. 3. Cincin Newton
Jika sebuah lensa plankonveks diletakkan
di atas lensa planparalel, maka akan
terjadi lingkaran gelap dan terang. Hal ini
disebabkan adanya interferensi cahaya
oleh pemantulan dua bidang yang
berbeda. Kejadian ini biasa disebut
dengan cincin Newton.
4. Interferensi cahaya pada kisi
Kisi merupakan goresan-goresan sejajar berjarak sama antara
satu dengan yang lain. Jarak antargoresan disebut dengan konstanta kisi.
Jika seberkas cahaya monokromatik datang sejajar menuju ke kisi, maka
setelah melalui kisi akan mengalami perubahan fase yang akan
menyebabkan terjadinya interferensi menguatkan dan melemahkan. Pola
gelap terang ini dapat ditangkap pada sebuah layar.
16. I. Difraksi
Gejala difraksi pada cahaya
1. Difraksi Fresnel
Difraksi ini terjadi pada gelombang bola yang datang ada
suatu celah. Gelombang bola ini dapat diperoleh dengan
meletakkan sumber cahaya pada jarak yang dekat terhadap
celah. Pola difraksi yang diamati pada layar juga terletak
pada jarak yang berhingga dari celah.
2. Difraksi Fraunhofer
Difraksi Fraunhofer terjadi pada gelombang bidang yang
datang pada suatu celah. Gelombang bidang ini dapat
diperoleh dengan meletakkan sumber cahaya pada jarak yang
relatif tak terhingga terhadap celah. Pola difraksi yang
teramati pada layar juga terletak relatif tak terhingga
terhadap celah.
17. 3. Daya urai
sebuah lensa yang ditempatkan di belakang sebuah lubang
berbentuk lingkaran yang diameternya D. Lubang tersebut
dinamakan sebagai aperatur atau diafragma yang berfungsi
untuk mengatur masuknya cahaya menuju lensa tersebut. Dua
buah sumber cahaya, yaitu S1 dan S2 yang terpisah sejauh d.
Jika jarak sumber cahaya ke aperatur adalah L, maka lensa
akan membentuk bayangan pada layar atau film. Bentuk
bayangan akan bergantung pada diameter aperatur dan jarak
antara kedua sumber.
Daya urai sebuah lensa.
18. J. Polarisasi Cahaya
Cahaya merupakan sebuah gelombang transversal. Untuk membuktikan
bahwa cahaya merupakan gelombang transversal dengan cara memasang
dua buah polaroid dipasang sejajar untuk melihat sumber cahaya atau
suatu benda. Jika polaroid A diputar horizontal maka cahaya tidak dapat
menembus polaroid B, sehingga benda atau sumber cahaya dari seberang B
tidak kelihatan.
19. K. Energi Gelombang Elektromagnetik
Cahaya yang merupakan gelombang elektromagnetik yang
datang dari matahari sampai di permukaan bumi akan
membawa energi. Gelombang elektromagnetik mengalirkan
energi per satuan waktu per satuan luas sebesar S yang
dinyatakan dengan
dengan S menyatakan vector pointing yang arahnya
sama dengan arah rambat gelombang.
Adapun laju energi rata-rata per satuan waktu per
satuan luas yang dialirkan gelombang
elektromagnetik bidang adalah S yang dinyakan
dengan persamaan:
