Gelombang Bunyi: Materi dan Contoh Soal

Sobat Pijar pernah tidak ketika kamu lagi nonton film di bioskop. Nah, kalau volume suaranya terlalu keras bisa bikin kuping kamu sakit, apalagi kalau ada suara ledakan atau tembakan. Tapi kalau volume suaranya kecil, kamu jadi gak bisa dengerin suaranya dengan jelas. Nah, ini semua terjadi karena adanya gelombang bunyi yang kita terima. Sekarang, yuk kita pelajari lebih lengkap tentang gelombang bunyi kelas 11 dalam pembahasan kali ini.

Baca juga: Gelombang Berjalan: Materi dan Contoh Soal

Apa itu Gelombang Bunyi?

Gelombang bunyi adalah getaran yang merambat melalui medium (seperti udara, air, atau benda padat) dan dapat didengar oleh telinga manusia. Gelombang bunyi terbentuk karena adanya perubahan tekanan di medium yang merambat, yang kemudian menghasilkan gelombang longitudinal. 

Gelombang bunyi memiliki karakteristik seperti amplitudo (besarnya getaran), frekuensi (jumlah getaran per detik), dan kecepatan rambatnya (tergantung pada sifat medium yang merambatkan gelombang). Gelombang bunyi sangat penting dalam berbagai aplikasi, seperti komunikasi, musik, dan ilmu kedokteran.

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering kali berinteraksi dengan gelombang bunyi. Sebagai contoh, ketika kita bicara dengan orang lain, suara kita menghasilkan gelombang bunyi yang merambat melalui udara dan didengar oleh telinga lawan bicara. Begitu juga ketika kita mendengarkan musik atau suara dari televisi, gelombang bunyi tersebut merambat melalui udara dan masuk ke telinga kita.

Apa itu Cepat Rambat Bunyi?

Cepat rambat bunyi adalah kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam suatu medium. Kecepatan ini tergantung pada jenis medium yang merambatkan gelombang bunyi tersebut. Pada umumnya, gelombang bunyi merambat lebih cepat pada medium padat dibandingkan dengan medium cair dan gas. Hal ini disebabkan karena molekul dalam medium padat lebih rapat dan saling terhubung dengan kuat, sehingga dapat merambatkan gelombang dengan lebih cepat.

Rumus Cepat Rambat Bunyi

$v = λ \times f$

Keterangan:

v = Cepat rambat bunyi

λ = Panjang gelombang bunyi

f = Frekuensi

Sobat Pijar, cepat rambat bunyi ini ternyata bergantung pada jenis medium yang merambatkan gelombang bunyi, lho. Terdapat tiga jenis medium yang dapat merambatkan gelombang bunyi, yaitu zat cair, zat padat, dan zat udara. Nah, cepat rambat bunyi dalam zat cair dinyatakan dengan persamaan seperti berikut:

$v = \sqrt{\frac{B}{\rho}}$

Keterangan:

v = cepat rambat bunyi (m/s)

B = modulus bulk ($N/m^2$)

$\rho$ = massa jenis zat cair ($kg/m^3$)

Kemudian, untuk cepat rambat bunyi dalam zat padat dirumuskan seperti berikut

$v = \sqrt{\frac{E}{\rho}}$

Keterangan:

v = cepat rambat bunyi (m/s)

E = modulur young ($N/m^2$)

$\rho$ = massa jenis zat cair ($kg/m^3$)

Selanjutnya, berikut adalah persamaat cepat rambat bunyi di udara:

$v = \sqrt{\frac{\gamma RT}{Mr}}$

Keterangan:

v = Cepat rambat bunyi (m/s)

$\gamma$ = Tetapan laplace

R = Tetapan gas umum J/mol K

T = Suhu mutlak (K)

Mr= Massa molekul relatif kg/mol

Nah, sekarang kita coba terapkan rumus-rumus di atas melalui sola-soal dari Pijar Belajar, yuk! Klik banner di bawah ini untuk mendapatkan berbagai latihan soal dan rangkuman materi gelombang bunyi.

Dawai dan Pipa Organa

Ketika dawai dan pipa organa digetarkan atau ditiup, gelombang bunyi pada dawai dan pipa organa akan menghasilkan bunyi. Pada dawai, gelombang bunyi dihasilkan oleh getaran fisik yang terjadi pada dawai saat dipetik, digesek, atau dipukul. Sedangkan pada pipa organa, gelombang bunyi dihasilkan oleh resonansi udara di dalam pipa yang terjadi ketika udara ditiupkan melalui pipa tersebut.

Kedua jenis gelombang bunyi ini memiliki karakteristik yang berbeda, seperti bentuk gelombang, amplitudo, frekuensi, dan lain sebagainya, yang mempengaruhi nada atau suara yang dihasilkan oleh alat musik tersebut.

Prinsip gelombang bunyi pada dawai didasarkan pada getaran fisik yang terjadi pada dawai ketika dipetik, digesek, atau dipukul. Ketika dawai digetarkan, ia akan bergetar bolak-balik dengan pola tertentu, yang menghasilkan gelombang bunyi yang terdiri dari osilasi tekanan dan kecepatan di udara di sekitarnya.

Frekuensi getaran dawai tersebut akan menentukan tinggi rendahnya nada yang dihasilkan, di mana semakin cepat getaran dawai, maka semakin tinggi pula frekuensi dan semakin tinggi pula nada yang dihasilkan. 

Untuk pipa organa, Sobat Pijar bisa simak penjelasan di bawah ini. 

Pipa Organa Terbuka

Sumber : https://repositori.kemdikbud.go.id

Pipa Organa Terbuka adalah salah satu jenis pipa pada organa yang memiliki sisi terbuka pada ujungnya. Ketika ditiup, udara akan masuk ke dalam pipa dan mengalami resonansi pada bagian dalam pipa yang kosong. Hal ini menghasilkan gelombang bunyi dengan frekuensi tertentu yang terdengar sebagai nada pada alat musik organa. 

Pipa Organa Terbuka umumnya menghasilkan suara yang lebih terang dan nyaring dibandingkan dengan pipa organa tertutup karena sisi terbuka pada ujung pipa memungkinkan resonansi udara yang lebih besar dan menghasilkan harmonik yang lebih banyak.

Pipa Organa Terbuka juga dapat digunakan untuk menciptakan efek suara yang berbeda-beda pada musik organa dengan memainkan nada-nada tertentu pada waktu yang tepat.

Untuk pipa organa terbuka rumus bisa kamu ketahui pada persamaan berikut ini:

$f_n = (n + 1) \frac{v}{2L}$

Keterangan:

$f_n$ = frekuensi dasar pipa organa terbuka

n = nada dasar

v = cepat rambat bunyi

L = panjang pipa organa

Pipa Organa Tertutup

Sumber: https://repositori.kemdikbud.go.id

Pipa Organa Tertutup adalah sebuah instrumen musik tiup aerofon yang terdiri dari pipa berbentuk tabung dengan lubang-lubang di sisi atasnya. Instrumen ini sering digunakan dalam musik gereja dan klasik Barat. "Tertutup" mengacu pada fakta bahwa lubang di ujung pipa tertutup oleh bibir pemain saat dimainkan.

Sehingga menghasilkan suara yang berbeda dengan pipa yang memiliki lubang terbuka. Instrumen ini memiliki hubungan dengan gelombang bunyi karena karakteristiknya mempengaruhi pembentukan harmonik dan frekuensi dasar yang dihasilkan serta kualitas suara yang dihasilkan. Frekuensi pipa organa tertutup tergantung pada panjang dan diameter pipa serta kecepatan getaran udara di dalam pipa. 

Rumus pipa organa tertutup:

$f_n = (2n + 1) \frac{v}{4L}$

Keterangan:

$f_n$ = frekuensi dasar pipa organa tertutup

n = nada dasar

v = cepat rambat bunyi

L = panjang pipa organa

Apa itu Intensitas dan Taraf Intensitas Bunyi?

Intensitas Bunyi

Intensitas bunyi merupakan ukuran kekuatan atau kekuatan relatif suatu bunyi yang dinyatakan dalam satuan desibel (dB). Intensitas bunyi dapat dihitung berdasarkan perbedaan antara tekanan bunyi dan tekanan udara di sekitarnya, dan besarnya diukur dalam satuan logaritmik. Semakin besar nilai desibel, semakin besar pula intensitas bunyi yang dihasilkan.

Intensitas bunyi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti jarak antara sumber bunyi dan pendengar, luasnya permukaan sumber bunyi, dan medium penghantar bunyi. Selain itu, intensitas bunyi juga dapat mempengaruhi kualitas dan kenyamanan suatu lingkungan, dan dapat memberikan dampak negatif pada kesehatan pendengaran manusia jika terlalu tinggi.

Rumus intensitas bunyi yaitu:

$I = \frac{\rho}{A} = \frac{P}{4 \pi r^2}$

Keterangan:

I = intensitas bunyi ($W/m^2$)

P = energi tiap waktu atau daya (W)

A = luas ($m^2$)

Taraf Intensitas Bunyi

Taraf intensitas bunyi adalah ukuran intensitas bunyi yang dinyatakan dalam satuan dB(A) untuk menyesuaikan respons pendengaran manusia terhadap frekuensi tertentu dalam rentang 20 Hz hingga 20 kHz. Taraf intensitas bunyi dibuat untuk mengukur intensitas bunyi yang lebih akurat dalam kehidupan sehari-hari, karena respons pendengaran manusia terhadap berbagai frekuensi bunyi berbeda-beda.

Pada dasarnya, intensitas bunyi dalam satuan desibel (dB) merupakan ukuran absolut dari kekuatan suatu bunyi, tetapi tidak mempertimbangkan faktor respons pendengaran manusia terhadap frekuensi tertentu. Dalam hal ini, taraf intensitas bunyi atau dB(A) dapat memberikan gambaran yang lebih akurat tentang seberapa keras suatu bunyi terdengar bagi pendengar manusia.

Rumus taraf intensitas bunyi, yaitu:

$TI = 10 Log \frac{I}{I_0}$

Keterangan:

TI = taraf intensitas bunyi (dB decibel)

I = intensitas bunyi ($watt/m^2$)

$I_0$ = intensitas ambang pendengaran ($I_0 = 10^{-12} \space watt/m^2$)

Apa itu Efek Doppler?

Efek Doppler adalah perubahan frekuensi gelombang jika sumber atau penerima gerak relatif terhadap medium yang merambatkan gelombang tersebut. Efek ini terjadi pada semua jenis gelombang, seperti gelombang suara, gelombang elektromagnetik, dan gelombang air.

Misalnya, jika seseorang bergerak mendekati sumber suara, maka frekuensi bunyi yang terdengar akan menjadi lebih tinggi. Sebaliknya, jika seseorang bergerak menjauhi sumber suara, maka frekuensi bunyi yang terdengar akan menjadi lebih rendah. Hal ini disebabkan oleh perubahan panjang gelombang yang diterima oleh pendengar, yang diakibatkan oleh perubahan jarak antara sumber bunyi dan pendengar.

Efek Doppler juga sering terjadi dalam kehidupan sehari-hari, seperti saat mendengarkan sirine mobil polisi atau ambulans yang sedang melewati. Ketika kendaraan mendekati pendengar, frekuensi sirine terdengar lebih tinggi, sedangkan ketika kendaraan menjauh, frekuensi sirine terdengar lebih rendah.

Rumus persamaan Efek Doppler:

$f_p = \frac{V \pm V_p}{V \pm V_s} \times f_s$

Keterangan:

$f_p$ = frekuensi pendenger ($H_2$)

$f_s$ = frekuensi sumber bunyi ($H_2$)

$V_p$ = kecepatan pendengar (m/s)

$V_s$ = kecepatan sumber bunyi (m/s)

V = cepat rambat udara (340 m/s)

Contoh Soal Gelombang Bunyi

Suatu instrumen menghasilkan gelombang suara dengan panjang gelombang 0,25 meter dan frekuensi 800 Hz. Berapakah kecepatan gelombang suara yang dihasilkan oleh instrumen tersebut?

Jawab:

Panjang gelombang (λ) = 0,25 m

Frekuensi (f) = 800 Hz

$v = λ \times f$

$v = 0,25 \times 800$

$v = 200 \space m/s$

Jadi, kecepatan gelombang suara yang dihasilkan oleh instrumen tersebut adalah 200 m/s.

Baca juga: Gelombang Mekanik: Pengertian, Jenis-jenis, Besaran, dan Contoh Soalnya

_____________________________________________

Nah Sobat Pijar, sudah pada tau kan sekarang tentang gelombang bunyi? Jadi, jangan lupa untuk tetap hati-hati ketika mendengarkan musik dengan volume terlalu keras ya, biar gak bikin telinga kamu jadi rusak!

Belajar Fisika memang menyenangkan lho, Sobat Pijar! Jika kamu ingin belajar materi Fisika lainnya, Pijar Belajar cocok banget untuk kamu gunakan, nih. Selain ada Fisika, ada juga ratusan soal beserta penjelasannya untuk materi lain seperti Biologi, Kimia, dan Matematika! Wah, ngambis semakin mudah, ya!

Yuk, gunakan Pijar Belajar sekarang juga!