Gelombang Bunyi: Pengertian, Sifat, Rumus dan Contoh Soal

Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar yang menghasilkan getaran. Getaran tersebut dirambatkan oleh medium menuju pendengaran. Bunyi termasuk salah satu gelombang yaitu gelombang mekanik karena bunyi memerlukan media perantara untuk merambat. Sehingga dapat disimpulkan bunyi dapat berbunyi apabila ada sumber bunyi, medium dan pendengar.

Gelombang bunyi adalah gelombang yang ditimbulkan oleh sumber suara melalui medium yang disampaikan ke pendengaran. Disebut juga gelombang longitudinal karena gelombang berosilasi serah dengan gerk gelombang tersebut membentuk gelombang bertekanan tinggi dan rendah dengan pergerakan bergantian pada medium yang disebarkan oleh sumber bunyi.

Berikut ini beberapa sifat gelombang bunyi:

1. Pemantulan Gelombang bunyi

Pantulan dapat memperkuat bunyi aslinya seperti music yang dimainkan pada suatu ruangan. Bukti bahwa bunyi dapat dipantulkan adalah ketika kita berteriak di tebing atau di dalam gua seperti ada yang menirukan suara kita.

2. Pembiasan (refraksi) Gelombang Bunyi

Hukum refraksi atau pembiasan gelombang menyatakan bahwa gelombang akan dibiaskan mendekati garis normal apabila gelombang dating dari medium yang kurang rapat, begitu juga sebaliknya. Contohnya bunyi pada siang dan malam hari.

• Bunyi pada siang hari dibiaskan melengkung ke atas menjauhi garis normal. Hal ini disebabkan oleh lapisan udara bagian atas lebih rapat dibanding lapisan bawahnya. Sehingga suara yang dihasilkan terdengar kurang jelas.

• Bunyi pada malam hari kebalikan dari siang hari. Udara pada lapisan bawah lebih rapat daripada bagian bawahnya sehingga bunyi akan dibaskan mendekati garis normal. Sehingga teriakan jauh terdengar lebih keras

3. Pelenturan (difraksi) gelombang bunyi

Difraksi terjadi apabila melewati celah berukuran berorde dengan panjang gelombang. Gelombang bunyi lebih mudah dibandingkan gelombang cahaya. Mengapa? Karena gelombang bunyi ketika di udara memiliki panjang gelombang beberapa sentimeter (cm) atau beberapa meter (m) sedangkan panjang gelombang cahaya hanya 500mm.

4. Inferensi Gelombang Bunyi

Hal ini terjadi jika lintasan merupakan kelipatan bilangan bulat dari ½ panjang gelombang bunyi. Secara matematis dituliskan:

Δs = (n+1). λ    dengan n= 0, 1, 2, 3…….

                      2

5. Pelayangan (polarisasi) Gelombang Bunyi

Superposisi dua gelombang yang memiliki frekuensi yang sedikit berbeda dan merambat dalam arah yang sama menimbulkan penguatan dan pelemahan bunyi. Akibat dari interferensi dua gelombang jika gelombang bunyi merambat bersamaan bunyi yang ditimbulkan kuat pada fase keduanya sama. Jika getaran berlawanan fase yang ditimbulkan bunyi paling lemah.

Secara mateatis dituliskan f_p = │f₁ – f₂│

Keterangan:

f_p = frekuensi pelayangan (Hz)

f₁ = frekuensi gelombang 1 (Hz)

f₂ = frekuensi gelombang 2 (Hz)

Contoh Soal:

Pipa organa 1 menghasilkan f₁ = 1004 Hz pada pipa f₂ =1000Hz. Berapa frekuensi pelayangan apabila pipa organa dibunyikan?

Penyelesaian:

Diketahui:

f₁ = 1004 Hz

f₂ =1000Hz

ditanyakan f_p… ?

Jawab:

f_p = │f₁ – f₂│

= │1004 – 1000│

= 4 Hz

Efek Dopler

Efek ini ditemukan oleh fisikawan Austria yaitu Cristian Johanm Doppler (1803-1855). Menurutnya perubahan frekuensi yang diterima pendengar dibandingkan dengan frekuensi sumbernya akibat gerak relatif pendengar dan sumber.

Secara matematis efek Doppler dapat dinyatakan sebagai berikut:

Keterangan:

f_p = frekuensi bunyi yang diterima pendengar (Hz)

f_s = frekuensi sumber bunyi (Hz)

v = kecepatan gelombang bunyi (m/s)

v_s = kecepatan sumber bunyi (m/s)

v_p = kecepatan pendengar (m/s)

(±) = operasi kecepatan relatif

(+) jika kecepatan beralawanan arus

(-) jika kecepatan searah

Contoh soal:

Ambulans bergerak dengan kecepatan 40 m/s membunyikan sirine berfrekuensi 500 Hz dengan kecepatan sirine 360 m/s.  Kemudian seorang pengendara motor berpapasan dengan ambulans tersebut dengan kecepatan 10 m/s. Berapa frekuensi sirine yang diterima oleh pengendara sepeda motor?

Penyelesaian:

Diketahui:

V = 360 m/s

v_s = 40 m/s

v_p = 10 m/s

f_p =500 Hz

Ilustrasi arah efek dopler pada soal

v_p searah  v (v- v_p )

v_s berlawanan arah v (v+ v_s)

Ditanyakan f_{p…………..?}

Jawab :

Cepat Rambat Bunyi

Kecepatan bunyi adalah kemampuan gelombang bunyi menempuh jarak tertentu dalam satu waktu. Pergerakan gelombang bunyi dapat melalui udara (gas), zat cair dan zat padat, tidak dapat melalui vacum karena tidak ada zat partikel yang mentransmisi gerakan.

1. Cepat Rambat Bunyi di Udara

Kecepatan bunyi di udara tergantung pada temperatur udara dan kerapatannya. Jika kerapatan tinggi maka udara akan semakin cepat. Cepat rambat bunyi di udara tergantung jenis partikel yang membentuk udara tersebut. Persamaannya dapat ditulis sebagai berikut:

Keterangan:

γ = Konstanta Laplace

R = tetapan umum gas (8,31 J/mol K)

T = suhu mutlak gas (Kelvin)

M = massa molekul gas (gram/mol)

Contoh Soal:

Pada suhu 20⁰C kecepatan merambat bunyi di udara adalah sebesar 340 m/s. jika suhu naik menjadi 37 ⁰C, maka kecepatan gelombang bunyi tersebut adalah…..

Penyelesaian:

Ketika suhu naik maka gerakan-gerakan molekul udara yang dirambatkan akan semakin cepat.

Diketahui :

T₁ = 20 + 273 = 293 K

T₂ = 37 + 273 = 310 K

v₁ = 340 m/s,

Ditanyakan v₂…..?

Jawab:

2. Cepat Rambat Bunyi pada Zat Cair

Kecepatan bunyi pada zat cair lebih besar daripada kecepatan bunyi di udara. Cepat lambat bunyi ditentukan oleh modulus bulk dan massa jenis cairan tersebut. Persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut:

Keterangan:

E = modulus Bulk zat cair (N/m²)

Ρ = massa jenis zat cair(kg/m³)

Contoh Soal:

Berapa kecepatan bunyi pada air dengan modulus Bulk_air 2,1 x 10⁹ N/m²?

Massa jenis air 1.000 kg/m³

Penyelesaian:

Diketahui B = 2,1 x 10⁹ N/m² dan ρ = 1.000 kg/m³

Ditanyakan: v…..?

Jawab:

Jadi kecepatan bunyi pada air dengan modulus Bulk_air 2,1 x 10⁹ N/m² adalah 1,449 x 10³ m/s ^­

3. Cepat Rambat Bunyi pada Zat Padat

Kecepatan bunyi zat padat lebih besar daripada kecepatan bunyi pada zat cair. Cepat rambat bunyi zat padat ditentukan oleh modulus Young dan kecepatan (masa jenis) zat padat tersebut. Persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut:

Keterangan:

E = modulus Young zat padat (N/m²)

Ρ = massa jenis zat padat (kg/m³)

Contoh soal:

Berapa kecepatan bunyi pada aluminium dengan modulus young 7 x 10¹⁰ N/m²?

Massa jenis aluminium 2.700 kg/m³

Penyelesaian:

Diketahui E = 7 x 10¹⁰ N/m² dan ρ = 2.700 kg/m³

ditanyakan: v….?

Jawab: kecepatan bunyi pada aluminium dengan modulus young 7 x 10¹⁰ N/m² adalah 5,092 x 10³ m/s

Itulah penjelasan mengenai gelombang bunyi. Semoga bermanfaat.