Dokumen tersebut membahas tentang gelombang bunyi, termasuk definisi gelombang bunyi, laju rambat bunyi, interferensi bunyi, intensitas bunyi, sumber-sumber bunyi musik seperti pipa organ dan alat musik tiup, efek Doppler, dan gelombang kejut.

1. 13/09/2021
1
12 - Gelombang Bunyi
Fisika Dasar 1 – Departemen Fisika FMIPA UGM
2020
Materi
1. Gelombang Bunyi
2. Gelombang Bunyi yang Merambat
3. Interferensi
4. Intensitas
5. Sumber Bunyi
6. Layangan (beat)
7. Efek Doppler
8. Gelombang Kejut

2. 13/09/2021
2
1. Gelombang bunyi
• Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal
• Termasuk jenis gelombang mekanik
• Memerlukan medium untuk merambat
(menjalar)
• Laju rambat gelombangnya bergantung kepada :
sifat inersia medium (untuk menyimpan energi
kinetik) dan sifat elastisitas medium (untuk
menyimpan energi potensial)
Laju bunyi
𝐵 = modulus bulk
𝜌 = massa jenis
𝑣 =
𝐵
𝜌

3. 13/09/2021
3
Penjelasan formal
• Menggunakan Hukum Newton 𝐹 = 𝑚𝑎
• 𝐹 = 𝑝𝐴 − 𝑝 + ∆𝑝 𝐴 = −∆𝑝 𝐴  Gaya Net
• +∆𝑝 berarti kompresi, tanda −∆𝑝 berarti gaya ke arah kiri.
• ∆𝑚 = 𝜌 ∆𝑉 = 𝜌𝐴 ∆𝑥 = 𝜌𝐴𝑣 ∆𝑡  massa
• 𝑎 =
∆
∆
 percepatan
• Maka −∆𝑝 𝐴 = 𝜌𝐴𝑣 ∆𝑡
∆
∆
atau 𝜌𝑣 = −
∆
∆ .
• Nilai
∆
=
∆
, maka 𝜌𝑣 =
∆
∆ = 𝐵
𝑣 =
𝐵
𝜌
Lihat Halliday hal 482
2. Gelombang bunyi yang merambat
perubahan tekanan
simpangan
Partikel berosilasi ke kiri dan
kanan, seperti halnya
geombang yg melewatinya
Kompresi
Ekspansi
Partikel yang berosilasi
Titik
setimbang

4. 13/09/2021
4
Simpangan dan variasi tekanan
simpangan
osilasi
Amplitudo
simpangan
Perubahan
tekanan
Amplitudo
tekanan

5. 13/09/2021
5
Penurunan hubungan ∆𝑝 dan 𝑠 , lihat Halliday hal 484
3. Interferensi bunyi
Interferensi dua gelombang bunyi yang identik yang melewati satu titik
yang sama, bergantung kepada beda fase  antara keduanya di titik itu.
Jika kedua gelombang bunyi sefase, dan merambat pada arah yang
hampir sama, beda fase diberikan oleh persamaan
dengan Δ𝐿 adalah beda lintasan (beda jarak yang ditempuh untuk
menuju titik yang sama itu).

6. 13/09/2021
6
Interferensi di titik P,
bergantung dari selisih jarak
lintasan dari S menuju ke P
Jika, bedanya sebesar 𝜆
bulat, misal 2𝜆, maka
bentuknya seperti ini (in
phase)
Jika, bedanya sebesar 𝜆 tidak
bulat, misal 2,5𝜆, maka
bentuknya seperti ini (out of
phase)
Interferensi saling menguatkan
Interferensi saling menguatkan terjadi jika  merupakan kelipatan
genap dari 2,
untuk
yang ekivalen dengan jika

7. 13/09/2021
7
Interferensi saling melemahkan
Inteferensi saling melemahkan terjadi jika  merupakan kelipatan ganjil
dari ,
untuk
yang ekivalen dengan
4. Intensitas bunyi
Intensitas bunyi 𝐼 yang diberikan (ditransfer) pada suatu permukaan
adalah laju energi rerata per satuan luas :
dengan 𝑃 adalah laju transfer energi (daya) dari
gelombang dan 𝐴 adalah luas permukaan yang
menerima bunyi.
Intensitas dihubungkan dengan amplitude gelombang
bunyi dengan persamaan:
Silakan lihat penjabaran rumus dengan pendekatan laju Energi Kinetik. Intensitas adalah laju
perubahan K per satuan luas. (baca Halliday hal 490)

8. 13/09/2021
8
Intensitas bunyi
Intensitas bunyi pada jarak 𝑟
dari sumber yang memancarkan
bunyi dengan daya 𝑃 adalah:
Contoh 1
• Gambar disamping menunjukkan
membrane kecil 1, 2 dan 3 yang
terletak pada dua lingkaran maya.
Lingkaran berpusat di sumber bunyi
titik S. Laju energy yang diterima
ketiga membran sama.
• Urutkan berdasar:
• besar intensitasnya
• luasnya

9. 13/09/2021
9
Contoh 2:
Level bunyi, decibel (dB)
Definisi level bunyi, dalam decibel (dB):
dengan
atau disebut acuan taraf intensitas

10. 13/09/2021
10
Beberapa level bunyi
5. Sumber bunyi, Musik

11. 13/09/2021
11
Sumber-sumber bunyi musik, pipa organa
• Ilustrasi alat music organa terbuka
Antinode (osilasi maksimum) terjadi
pada ujung terbuka
Harmonik ke-1
Kedua ujungnya terbuka (open ends)
Kedua ujung terbuka
– sebarang harmonik
Kedua
Ketiga
Keempat

12. 13/09/2021
12
Salah satu ujungnya tertutup
Satu ujung terbuka –
hanya harmonic gasal
Pertama
Ketiga
Kelima
Ketujuh
Keluarga saksofon
dan violin. Ada
hubungan antara
panjang instrument
dan jangkau
frekuensinya.
Semakin ke kanan,
semakin tinggi
frekuensinya
Keluarga saksofon
dan violin. Ada
hubungan antara
panjang instrument
dan jangkau
frekuensinya.
Semakin ke kanan,
semakin tinggi
frekuensinya
Bentuk gelombang yang dihasilkan oleh seruling
(a) dan oboe (b) ketika dimainkan pada Not yang
sama, pada frekuensi harmonit pertama

13. 13/09/2021
13
Contoh 3
• Pipa A dengan panjang 𝐿, dan
pipa B panjang 2𝐿, keduanya
punya dua ujung terbuka.
Harmonik pipa B manakah
yang memiliki frekuensi sama
dengan fundamental pipa A?
Kedua ujung terbuka
– sebarang harmonik
Kedua
Ketiga
Keempat
6. Layangan (beats)
Layangan terjadi bila dua
gelombang bunyi yang
frekuensinya sedikit berbeda
diamati secara bersama-
sama. Frekuensi layangannya
adalah Waktu

14. 13/09/2021
14
7. Efek Doppler
Efek Doppler adalah berubahnya frekuensi yang
diamati karena gerak relative sumber bunyi atau
pengamat (detector) terhadap medium
penjalaran gelombang bunyi (misalnya udara).
Hubungan antara frekuensi yang diamati dengan
frekuensi dari sumber bunyi dinyatakan dengan
persamaan:
Aturan + atau -
Jika detector dan sumber saling mendekat, tanda kecepatan harus
meningkatkan frekuensi bunyi.
Jika detector dan sumber saling menjauh, tanda kecepatan harus
mengurangi frekuensi bunyi
Atau secara singkat,
mendekat  naik
menjauh  turun

15. 13/09/2021
15
Contoh Soal
• Sebuah sumber bunyi berbunyi dengan frekuensi 1000Hz. Jika sumber
dan pendengar mendekat (dengan laju sama 100m/s) dan laju bunyi
340 m/s, maka frekuensi yang diterima pendengar adalah
a) 294 Hz
b) 545 Hz
c) 1000 Hz
d) 1830 Hz
e) 3400 Hz
8. Gelombang kejut
Jika laju sumber bunyi relative
terhadap medium melebihi laju
bunyi dalam medium, persamaan
Doppler tidak bisa digunakan.
Dalam kasus ini, yang terjadi
adalah gelombang kejut.
Permukaan
kerucut Mach

16. 13/09/2021
16
Permukaan
kerucut Mach
Sekian