Getaran, Gelombang dan Bunyi

A. Getaran
Getaran adalah gerak bolak-balik benda melalui titik kesetimbangannya.

 Perhatikanlah gambar di samping :

Bila gerakan dimulai dari A maka satu getaran menempuh lintasan A-B-C-B-A

Bila gerakan dimulai dari B maka satu getaran dapat diawali dengan gerakan ke kanan atau ke kiri (bebas) :

ke Kiri  lintasannya B-A-B-C-B dan ke kanan lintasannya B-C-B-A-B

Kalau C maka satu getarannya dengan mudah dapat ditentukan bukan ?

1. Amplitudo

Amplitudo didefinisikan sebagai simpangan getaran paling besar. dalam gambar di atas titik seimbangnya adalah B berarti amplitudo (simpangan maksimum)nya adalah BA dan BC. Dalam gelombang bunyi amplitudo mempengaruhi kuat lemahnya bunyi.

2. Periode dan Frekuensi

Periode ( T ) adalah waktu yang diperlukan untuk melakukan satu kali getaran

Frekuensi ( f ) adalah banyaknya getaran tiap satuan waktu (sekon). Frekuensi mempengaruhi tinggi rendah bunyi.

keterangan : n = banyaknya getaran/elombang

                         t = waktu (s)

bila kalian perhatikan antara rumus periode ( T ) dan frekuensi ( f ) saling berkebalikan....jadi hubungan antara periode dan frekuensi dapat ditulis :

B. Gelombang

Gelombang adalah geteran yang berjalan.

Berdasarkan kebutuhan medium (tempat) perambatannya dibedakan menjadi 2 yakni :

• Gelombang mekanik, adalah gelombang yang memerlukan medium untuk perambatannya. mediumnya dapat berupa udara, zat cair maupun zat padat. dan tidak dapat melalui ruang hampa.
• Gelombang Elektromagnetik, adalah gelombang yang tidak memerlukan medium untuk perambatannya, berarti gelombang elektromagnetik dapat melalui ruang hampa. Contohnya gelombang cahaya.

C. Gelombang Mekanik

gelomnag mekanik dibagi menjadi dua macam yakni gelombang tranversal dan gelombang longitudinal.

Gelombang Tranversal

adalah gelombang mekanik yang arah perambatannya tegak lurus terhadap arah getarannya.

Perhatikan gambar di samping  :

gelombang merambat dari kiri kekanan sedangkan arah getarannya naik turun.

contoh gelombang tranversal :

gelombang tali, gelombang air  dll.

Hal2 yang perlu diperhatikan dalam gelombang tranversal ini :

• ABC, EFG, dan IJK = bukit gelombang
• CDE dan GHI = lembah gelombang
• B, F, dan J = titik puncak gelombang
• D dan H = titik dasar gelombang
• ABCDE, EFGHI = satu gelombang

Satu gelombang terdiri atas satu puncak gelombang dan satu lembah gelombang. Jadi, gelombang transversal pada Gambar di atas terdiri atas 3 puncak gelombang dan 2 lembah gelombang. Dengan kata lain terdiri atas 2,5 gelombang.

Gelombang Longitudinal  

adalah gelombang mekanik yang arah perambatannya sejajar terhadap arah getarannya.

Contohnya gelombang bunyi.

D. Cepat Rambat dan Panjang Gelombang

 v = cepat rambat gelombang bunyi (m/s)

 s = jarak yang ditempuh (m)

 t = waktu tempuh (s).

berarti rumus kecepatan ada tiga macam dan penggunaanya tergantung dengan apa yang diketahui dalam soal. misal diketahui jarak tempuh (s) dan waktunya (t) maka menggunakan rumus v = s/t .

conoh soal :

diketahui sebuah gelombang seperti pada gambar  jika jarak tempuh = 10 m

a. berapa Amplitudonya?

b. berapa frekuensi dan periodenya ?

c. berapa panjang gelombangnya ?

d. berapa kecepatannya ?

a. Ampitudo (A) nya = 5 cm

b. frekuensi (f) = banyak gelombang/waktu = 2,5/1 = 2,5 Hz

    Periode (T) = waktu/banyak gelombang = 1/2,5 = 0,4 sekon

c. panjang gelombang = jarak tempuh/banyak gelombang = 10/2,5 =  4 m

d. karena yang dikethui dalam soal cukup banyak untuk mencari kecepatan dapat menggunakan 2 cara :

     cara I : kecepatan (v) = jaraktempuh (s) / waktu tempuh (t) = 10 / 1 = 10 m/s

    cara II : kecepatan(v) = panjang gelombang x frekuensi (f) = 4 x 2,5 = 10 m/s

E. Gelombang Bunyi

seperti yang telah dikemukakan sebelumnya, bunyi merupakan bentuk dari gelombang tranversal (arah rambatan sejajar dengan arah getarannya). kuat lemah bunyi dipengaruhi Amplitudo dan tinggi rendah bunyi dipengaruhi oleh frekuensi

Nada adalah bunyi yang teratur

Desah adalah bunyi yang tidak teratur

Timbre adalah warna bunyi

Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya benda lain yang berfrekuensi sama dengan sebuah benda yang bergetar. contoh pantulan bunyi dalam kotak udara gitar mempunyai frekuensi yang sama....maka terjadi resonansi dan bunyi gitar menjadi lebih nyaring dari bunyi aslinya (petikan senar saja).

contoh lain resonansi :

ketika sebuah bandul digoyang maka bandul lain yang tidak digoyang namun memiliki panjang yang sama akan secara alami ikut bergoyang...hal ini karena bandul yang mempunyai panjang tali yang sama juga mempunyai frekuensi yang sama juga....sehingga terjadi resonansi

Hukum Marsenne

Marsenne menyelidiki hubungan frekuensi yang dihasilkan oleh senar yang bergetar dengan panjang senar, penampang senar, tegangan, dan jenis senar. Faktor-faktor yang memengaruhi frekuensi nada alamiah sebuah senar atau dawai menurut Marsenne adalah sebagai berikut :

1) Panjang senar, semakin panjang senar semakin rendah frekuensi yang dihasilkan.
2) Luas penampang, semakin besar luas penampang senar, semakin rendah frekuensi yang dihasilkan.
3) Tegangan senar, semakin besar tegangan senar semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.
4) Massa jenis senar, semakin kecil massa jenis senar semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.

Pengelompokan bunyi berdasarkan frekuensinya :

1. Bunyi Infrasonik adalah bunyi yang frekuensinya < 20 Hz. bunyi ini tidak dapat didengarkan oleh manusia namun dapat didengarkan oleh laba-laba, jangkrik dan lumba-lumba.

2. Bunyi audiosonik adalah bunyi yang frekuensinya diantara  20 Hz - 20.000 Hz. bunyi jenis inilah yang dapat didengarkan oleh manusia.

3. Bunyi ultrasonik adalah bunyi yang frekuensinya  > 20.000 Hz. bunyi jenis ini juga tidak dapat di dengarkan manusia. hewan yang mampu mengarkan bunyi jenis ini adalan lumba2, jangkrik, anjing....dll

Pemantulan Bunyi

Jenis pemantulan bumi ada 2 yakni :

1. Gaung, adalah bunyi pantul yang sebagian terdengar bersamaan dengan bunti aslinya. Hal ini menyebabkan bunyi asli terdengar kurang jelas.

Contoh

Bunyi asli           : mer - de - ka

Bunyi pantul     :          mer - de - ka

mperistiwa seperti ini dapat terjadi dalam sebuah gedung yang tidak ada peredam suaranya. untuk mengurangi atau menghilangkan gaung diperlukan bahan peredam suara seperti : gabus, kapas, wool, kardus dll.

2. Gema, adalah bunyi pantul yang terdengar setelah bunyi asli selesai. hal ini terjadi karena dinding pantulnya mempunyai jarak yang jauh. misalnya pada suatu lembah atau gunung.

Contoh

Bunyi asli           : mer - de - ka

Bunyi pantul     :                             mer - de - ka

Perhitungan Jarak Sumber Bunyi dengan Bidang Pantul

karena lintasan bunyi pantul merupakan gerak bolak balik maka jarak sumber dengan bidang pantul sama dengan separuhnya

s = jarak tempuh gelombang bunyi (m)
v = cepat rambat gelombang bunyi (m/s)
t = waktu tempuh gelombang bunyi (t)

 Contoh :

Diketahui cepat rambat gelombang bunyi di udara adalah 340 m/s. Sebuah kapal memancarkan bunyi sonar ke dasar laut. Jika 4 sekon kemudian orang di dalam kapal dapat mendengarkan bunyi pantulannya. Hitung kedalaman laut tersebut...?

t   = 4 s
v  = 340 m/s
s  = (v x t) / 2 = (340 x 4) / 2 = 680 m

Frekuensi Pada Bunyi

Bunyi itu adalah bentuk energi yang selalu merambat ke segala arah yang berguna sebagai gelombang longitudinal. Bunyi itu hanya bisa merambat apabila di dalam ruang ada medium atau zat yang dapat menghantarkan bunyi. Bunyi itu akan dapat  kita dengar apabila ada sumber bunyi, medium atau perantara untuk merambat, serta objek untuk mendengarkan/yang digunakan untuk dapat menangkap isyarat bunyi tersebut. Dalam klarifikasi bunyi. Bunyi itu dapat digolongkan menjadi beberapa jenis yaitu, sebagai berikut :
1.    Berdasarkan frekuensi
Berdasarkan frekuensi, bunyi itu dapat dibagi menjadi tiga golongan, yaitu:

1. Infrasonik, yaitu bunyi yang frekuensinya kurang dari 20 Hz. Bunyi infrasonik ini tidak dapat didengar oleh manusia, karena mungkin terlalu kecil jadi sulit didengar oleh kita. Bunyi ini hanya dapat didengar oleh beberapa hewan saja, seperti anjing dan jangkrik.
2. Audiosonik, yaitu bunyi yang punya frekuensi antara 20 Hz-20.000 Hz. Bunyi audiosonik adalah gelombang bunyi yang dapat didengar oleh telinga kita.
3. Ultrasonik, yaitu bunyi yang punya frekuensi lebih dari 20.000 Hz. Bunyi ini tidak dapat didengar oleh telinga manusia karena terlalu besar dan kalau kita bisa dengar, kuping kita akan merasa sakit. Bunyi ini hanya dapat didengar oleh beberapa hewan saja, seperti lumba-lumba dan kelelawar. Bunyi ultrasonik ini juga sering digunakan oleh manusia pada aplikasi radar untuk mendeteksi kedalaman laut dan objek tertentu, serta dapat digunakan untuk mengukur panjang gua dan ketebalan logam di industri.

2.    Berdasarkan keteraturan frekuensi
Berdasarkan keteraturan frekuensinya, bunyi itu dapat digolongkan sebagai berikut.
a.    Nada, yaitu bunyi yang punya frekuensi yang teratur. Contoh : bunyi alat musik.
b.    Desah, yaitu bunyi yang punya frekuensi tidak teratur. Contoh : bunyi desiran angin dan piring jatuh.
c.    Dentum, yaitu bunyi desah yang sangat keras dan bisa mengagetkan pendengaran kita. Contoh : bunyi bom, ledakan, atau halilintar.
Resonansi adalah peristiwa bergetamya pada suatu benda yang terjadi karena pengaruh getaran benda lain. Dan syarat terjadinya adnya resonansi itu adalah memiliki frekuensi alamiah yang sama dengan frekuensi sumber getaran. Beberapa alat musik menggunakan prinsip resonansi dalam cara kerjanya, seperti gamelan, kendang, gitar, harmonika, seruling, dan biota.
Pemantulan bunyi itu dapat terjadi apabila gelombang bunyi mengenai permukaan yang keras dan pejal. Hukum pemantulan bunyi yaitu :
1.    Bunyi datang, garis normal, dan bunyi pantul terletak dalam satu bidang datar.
2.    Sudut gelombang bunyi datang = sudut gelombang bunyi pantul.
Secara matematis, hukum pemantulan bunyi dirumuskan sebagai berikut.
s =v.-tbb
dengan:
s = jarak sumber bunyi ke bidang pantul (m)
v = cepat rambat bunyi (m/s)
tbb= waktu dari bunyi dikeluarkan sampai dengan terdengar (s)
Dalam bunyi terdapat 3 macam jenis pemantulan bunyi yaitu, sebagai berikut
1.    Bunyi pantul yang memperkuat bunyi asli, yaitu terjadi apabila jarak suatu bidang pantul dekat dari sumber bunyi dan bunyi pantul itu datang bersamaan dengan bunyi asli.
2.    Bunyi pantul yang mengganggu bunyi asli (gaung), yaitu dapat terjadi apabila  jarak bidang pantul jauh dari sumber bunyi. Gaung itu dapat dihindari dengan melapisi ruangan dengan bahan-bahan yang mampu meredam bunyi, seperti karton, karet busa, dan gabus.
3.    Bunyi pantul yang datang setelah bunyi asli (gema), yaitu terjadi apabila jarak bidang pantul sangat jauh dari sumber bunyi dan bunyi pantul datang lebih lambat dari bunyi asli.
Manfaat Pemantulan Bunyi dalam Kehidupan
1.    Dapat menentukan kecepatan bunyi di udara
2.    Dapat menentukan kedalaman laut (dalam aplikasi sonar), dan
3.    Dapat mendeteksi kerusakan logam di industri.
Nada adalah bunyi yang teratur dan dapat dihasilkan oleh sumber bunyi dengan jumlah getaran sama setiap satu satuan waktu. Tinggi-rendahnya nada tergantung pada suatu nilai frekuensi. Semakin tinggi frekuensi maka nada yang dihasilkan akan semakin tinggi. Sebaliknya, semakin rendah frekuensi maka nada yang dihasilkan akan semakin rendah. Tinggi-rendahnya nada itu dihasilkan oleh senar (dawai) dan ditentukan dalam hukum Mersenne, yaitu:
1.    Tinggi nada yang dihasilkan berbanding terbalik dengan panjang senar.
2.    Tinggi nada yang dihasilkan berbanding lurus dengan akar tegangan senar.
3.    Tinggi nada yang dihasilkan berbanding terbalik dengan akar luas penampang senar.
Efek Doppler adalah peristiwa perubahan besar-kecilnya frekuensi pada gelombang bunyi yang dapat didengar seseorang jika pendengar bergerak atau diam terhadap sumber bunyi yang bergerak atau diam. Jika sumber bunyi dan pendengar saling mendekat, maka frekuensi yang terdengar lebih besar. Sebaliknya, jika sumber bunyi dan pendengar saling menjauhi, maka frekuensi yang terdengar menjadi lebih kecil.