Karakteristik dan Penerapan Gelombang Bunyi dalam Fisika

Karakteristik Gelombang Bunyi—Halo Sobat Grameds, tahukah kalian jika bunyi membutuhkan media supaya dapat merambat dan terdengar? Udara merupakan media yang paling umum digunakan.

Ketika seseorang berbicara, suara yang dikeluarkan dari pita suara lantas menggetarkan udara yang berada di sekitarnya. Getaran itu lantas merambat sampai diterima oleh telinga lawan bicara melalui bunyi atau suara yang dikeluarkan.

Namun, udara tidak berarti menjadi satu-satunya media dapat menghantarkan suara. Benda cair dan padat juga dapat menjadi media, semakin rapat media, akan semakin cepat pula bunyi dapat merambat.

Di artikel ini kita bersama-sama akan mempelajari lebih dalam mengenai karakteristik dan penerapan gelombang bunyi dalam fisika. Yuk, simak artikel ini sampai habis!

 

Klasifikasi Gelombang Bunyi

Menurut rentang frekuensinya, gelombang bunyi dapat dikategorikan menjadi tiga jenis, yaitu:

1. Infrasonik

Infrasonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi < 20 Hz.

2. Audiosonik

Audiosonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi antara 20–20.000 Hz. Frekuensi itulah yang dapat didengarkan oleh telinga manusia.

3. Ultrasonik

Terakhir, ultrasonik merupakan gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi > 20.000 Hz. Hewan yang dapat mendengarkan gelombang bunyi ini adalah kelelawar dan anjing.

 

Rumus Cepat Rambat Bunyi

Gelombang bunyi merembet dengan kecepatan tertentu. Kecepatan bunyi bervariasi, yaitu antara 330 m/s sampai 5.400 m/s.

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

Berikut adalah rumus cepat rambat bunyi berdasarkan zat atau medianya:

1. Melalui Zat Padat

Gelombang bunyi bisa merembet melalui zat padat. Salah satu media rembetan zat padat adalah baja, aluminium, kaca, dan lain sebagainya.

Rumus untuk menghitung cepat rambat bunyi yang merembet melalui zat padat, yaitu:

Keterangan:
v = cepat rambat bunyi (m/s)
E = modulus young (N/m²)
ρ = massa jenis (kg/m³)

Modulus young (E) adalah ukuran kekakuan suatu bahan zat padat. Nilai modulus young zat padat dapat berbeda-beda.

 

2. Melalui Zat Cair

Gelombang bunyi juga bisa merembet melalui zat cair. Media zat cair dapat berwujud air, helium cair, raksa, dan lain sebagainya.

Rumus untuk menghitung cepat rambat bunyi dalam zat cair, yaitu:

Keterangan:
v = cepat rambat bunyi (m/s)
B = modulus bulk (N/m²)
ρ = massa jenis (kg/m³)

Modulus bulk (B) adalah kecenderungan suatu benda untuk berubah wujud ke segala arah saat diberikan suatu tegangan ke segala arah.

 

3. Melalui Gas atau Udara

Selain melalui zat padat dan cair, gelombang bunyi juga bisa merembet melalui media gas atau udara.

Rumus untuk menghitung cepat rambat bunyi dalam gas, yaitu:

Keterangan:
v = cepat rambat bunyi (m/s)
γ = konstanta laplace
R = konstanta gas umum (J/mol K)
T = suhu gas (K)
M = massa molekul relatif gas

Konstanta laplace (notasi γ) adalah perbandingan antara kapasitas kalor gas pada tekanan tetap dengan kapasitas kalor pada volume tetap. Konstanta laplace dapat digunakan untuk gas monoatomik maupun diatomik.

Konstanta laplace untuk gas monoatomik, yaitu:

Sementara itu, konstanta laplace untuk gas diatomik dikategorikan menjadi tiga kondisi, yaitu:

• Suhu rendah: Cp= 3/2 nR, Cv= 5/2 nR => 1,62.
• Suhu sedang: Cp= 5/2 nR, Cv= 7/2 nR => 1,4.
• Suhu tinggi: Cp= 7/2 nR, Cv= 9/2 nR => 1,28.

 

Karakteristik Gelombang Bunyi

(Sumber foto: pexels.com)

Berikut adalah karakteristik gelombang bunyi:

1. Pemantulan (Refleksi)

Bunyi yang dihasilkan di ruang yang tertutup akan terdengar lebih kencang dibandingkan dengan bunyi di ruang terbuka. Hal tersebut dikarenakan adanya pemantulan atau refleksi. Pemantulan adalah kondisi saat gelombang bunyi yang datang menyentuh permukaan suatu media keras dan kembali menuju media asalnya dengan sudut yang sama.

Bunyi di dalam ruang tertutup akan terdengar lebih kencang dikarenakan dinding ruang terlalu dekat dengan sumber bunyi. Hasilnya, bunyi pantul tidak mempunyai waktu yang cukup untuk merembet dan mengakibatkan bunyi dan pantulan bunyi terdengar secara bersamaan.

Berbeda halnya dengan gema atau suara pantulan yang terjadi saat kalian berteriak di sekitar tebing. Jarak antara tebing dan sumber bunyi relatif jauh, sehingga bunyi pantul membutuhkan waktu yang cukup lama untuk merembet menuju pendengaran. Hasilnya, bunyi pantul akan terdengar setelah bunyi asli.

 

2. Pembiasan (Refraksi)

Jika gelombang bunyi merembet dan memasuki media yang berbeda, gelombang bunyi itu nantinya akan dibelokkan. Hal tersebut disebut dengan pembiasan atau refraksi gelombang bunyi. Refraksi terjadi jika gelombang bunyi dari suatu media memasuki media lain dengan sudut tertentu.

Hal tersebut yang mengakibatkan suara petir terdengar lebih keras pada malam hari dibandingkan siang hari. Pada malam hari, lapisan udara bagian bawah lebih rapat dibandingkan bagian atas, sehingga suara petir dari lapisan udara akan dibiaskan hingga mendekati permukaan tanah di bawahnya.

 

3. Pelenturan (Difraksi)

Difraksi merupakan peristiwa pelenturan gelombang saat melalui celah yang ukurannya setara dengan panjang gelombangnya. Salah satu contohnya adalah saat seseorang dapat mendengarkan suara dari ruangan yang ada di sebelahnya.

 

4. Interferensi

Interferensi merupakan kombinasi antara dua gelombang berbeda yang saling berinteraksi di media yang sama. Interferensi dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu interferensi konstruktif dan interferensi destruktif.

Interferensi konstruktif merupakan kondisi ketika kedua gelombang yang berinterferensi sefase, sehingga saling memperkuat. Sebaliknya, interferensi destruktif merupakan kondisi ketika kedua gelombang yang berinterferensi berbeda fase 180°, sehingga saling melemahkan.

 

5. Pelayangan

Pelayangan bunyi merupakan dua bunyi lemah atau dua bunyi keras yang terjadi secara berurutan. Jika kedua gelombang bunyi tersebut merembet secara bersamaan, bunyi paling kuat akan dihasilkan ketika fase keduanya sama. Jika kedua getaran berlawanan fase, nantinya akan menghasilkan bunyi paling lemah.

 

Pemanfaatan dalam Kehidupan Sehari-hari

Para ilmuwan fisika dapat menciptakan berbagai macam teknologi yang membantu pekerjaan manusia dengan cara memahami berbagai karakteristik gelombang bunyi. Beberapa contohnya adalah ultrasonografi (USG), sound navigation and ranging (Sonar), dan echocardiogram.

1. Ultrasonografi

(Sumber foto: pexels.com)

Ultrasonografi merupakan salah satu teknologi yang dipakai untuk mencitrakan bagian dalam tubuh manusia. USG juga dipakai untuk memantau perkembangan janin dalam kandungan. USG mempunyai tiga bagian utama, yaitu monitor, transducer, dan mesin USG. Prinsip kerja dari ultrasonografi memakai konsep pemantulan bunyi, yaitu transducer ditempelkan di organ yang ingin dilihat citra bagian dalamnya.

 

2. Sonar

(Sumber foto: pexels.com)

Prinsip kerja dari sonar adalah berdasarkan pemantulan gelombang ultrasonik. Sonar mempunyai dua bagian yang memancarkan gelombang ultrasonik, yaitu transmiter (emiter) dan alat untuk mendeteksi datangnya gelombang pantul atau gema yang disebut dengan sensor.

 

3. Ekokardiogram

Ekokardiogram atau ekokardiografi merupakan teknologi yang dipakai untuk mengukur kecepatan aliran darah. Kecepatan aliran darah diukur dengan memakai efek doppler. Bunyi ultrasonik diarahkan menuju pembuluh nadi dan pergerakan gelombang bunyi itu nantinya akan mengikuti kecepatan aliran darah.

---

Itulah artikel terkait “Karakteristik Gelombang Bunyi” yang dapat kalian gunakan untuk referensi dan bahan bacaan. Jika ada saran, pertanyaan, dan kritik, silakan tulis di kotak komentar bawah ini. Bagikan juga tulisan ini di akun media sosial supaya teman-teman kalian juga bisa mendapatkan manfaat yang sama.

Untuk mendapatkan lebih banyak informasi, Grameds juga bisa membaca buku yang tersedia di Gramedia.com. Sebagai #SahabatTanpaBatas kami selalu berusaha untuk memberikan yang terbaik. Untuk mendukung Grameds dalam menambah wawasan dan pengetahuan, Gramedia selalu menyediakan buku-buku berkualitas dan original agar Grameds memiliki informasi #LebihDenganMembaca. Semoga bermanfaat!

 

Rujukan

• Indrajit, Dudi (2007). Mudah dan Aktif Belajar Fisika. Depok: PT Grafindo Media Pratama.
• Sutria, Yuna; Marwiyah, Masringgit (2022). Fisika Terapan. Bandung: Penerbit Media Sains Indonesia.
• Tipler, P.A. (1998). Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

 

Rekomendasi Buku dan E-Book Terkait

1.  Pengenalan Elektronika Daya, Penyearah AC-DC

Pengenalan Elektronika Daya, Penyearah AC-DC merupakan salah satu buku yang dapat digunakan sebagai bahan belajar untuk para akademisi studi teknik. Buku ini dituliskan oleh Didi Istardi. Elektronika daya adalah suatu cabang keilmuan dalam teknik elektro yang mempelajari tentang aplikasi komponen elektronika dalam sistem kontrol dan peralatan listrik.

Elektronika daya umum digunakan untuk konversi energi listrik. Hasil konversi energinya memberikan kualitas daya yang sangat baik. Dalam bidang konversi energi, prinsip elektronika daya banyak digunakan dalam rangkaian penyearah. Elektronika daya dapat diterapkan dalam dioda maupun tiristor. Sistem kontrol elektronika daya ini digunakan untuk mengontrol berbagai macam peralatan industri seperti motor listrik, pemanas, pendingin, kompresor, pompa, conveyor, dan peralatan industri lainnya. Tak hanya di industri elektronika daya ini juga digunakan untuk mengontrol peralatan listrik rumah tangga seperti televisi, air conditioner (AC), kulkas, blender, dan peralatan lainnya.

Elektronika daya dinilai dapat memberikan solusi terhadap permasalahan di dunia industri untuk dapat melakukan pengaturan terhadap peralatan industri yang mempunyai arus dan tegangan yang besar. Beberapa aplikasi dan peralatan di industri bekerja pada arus yang sangat tinggi mencapai ratusan bahkan ribuan ampere dan tegangan tinggi antara 220 V, 380 V, 600 V, 3,8 KV, bahkan ada yang lebih tinggi lagi. Sistem elektronika merupakan dasar keilmuan aplikasi elektronika daya. Sistem elektronika akan membahas tentang peralatan elektronika yang terdiri atas resistor, semikonduktor, kapasitor, dan komponen lainnya yang dapat menyusun suatu rangkaian elektronika.

Buku ini membahas mengenai konsep dasar pengenalan elektronika daya, pengenalan komponen saklar daya, terminologi dan konsep sirkuit daya, tegangan, arus dan daya dalam sirkuit tiga fase, rangkaian pendukung elektronika daya, rangkaian penyearah tidak dikontrol, DC-DC konverter, dan pengendali tegangan bolak-balik (AC-AC controller).

Terdapat contoh-contoh sederhana dalam penerapan sistem elektronikaa daya itu, sendiri sehingga penerapan konsep, teori, dan metodenya dapat dengan mudah diaplikasikan. Setelah selesai membaca buku ini diharapkan mahasiswa dapat memahami pentingnya konsep dan metode sistem elektronika daya bekerja, kemudian mengaplikasikannya dengan benar.

 

2. Energi, Ketenagalistrikan, dan Elektronika Daya

Buku ini merupakan kumpulan pemikiran-pemikiran pendek dari penulis selama berkecimpung di bidang energi, ketenagalistrikan, dan elektronika daya. Pemikiran tersebut banyak tersebar dalam Whatsapp Group, Facebook, Blog, maupun Twitter. Pemikirannya sangat bervariasi, mulai dari yang populer sampai yang serius penuh dengan rumus.

Berdasarkan usulan dari banyak kawan, alangkah bergunanya kalau pemikiran tersebut dibukukan, sehingga bisa banyak memberikan manfaat bagi yang memerlukan. Sampai saat ini, memang penulis belum pernah menerbitkan buku karena merasa ilmu yang dimiliki masih jauh dari cukup. Penulis mohon maaf seandainya ada rujukan yang terlupakan atau ada beberapa pihak yang tidak setuju dengan pendapat penulis.

 

3. Fisika Kuantum: Sejarah dan Kisah Inspiratif Para Tokohnya

Fisika kuantum adalah bidang fisika yang luas yang meliputi setiap mata pelajaran bersangkutan dengan sistem-sistem yang menunjukkan efek mekanis kuantum yang terkenal. Mekanika kuantum sangat penting dipelajari untuk memahami atom-atom secara individual bergabung menjadi ikatan kovalen untuk membentuk molekul-molekul. Aplikasi mekanika kuantum untuk kimia dikenal sebagai kimia kuantum.

Keberanian untuk mendobrak paradigma yang ada merupakan kunci dalam menciptakan perubahan. Sebagai seorang yang memiliki latar belakang dalam bidang teknik dan memilih terjun dalam dunia startup bisnis, Maryana sudah lama tidak menyentuh dunia fisika.

Namun, setelah membaca buku ini Maryana kembali menyadari bahwa perkembangan yang terjadi dalam dunia fisika sebenarnya ikut memberikan dampak dan dapat kita ambil hikmahnya dalam multidimensi keilmuan yang lain, termasuk dalam dunia bisnis startup.

Dalam buku ini dijabarkan secara sangat lengkap dan menarik mengenai sejarah pendobrakan paham fisika klasik menuju fisika kuantum yang sangat panjang dan berliku. Setidaknya semangat para ilmuan fisika kuantum dalam mendobrak paradigma “klasik” inilah yang bisa diadopsi secara langsung dalam bidang keilmuan lain.

Perjalanan para ilmuan fisika kuantum dalam menggali rasa penasaran mereka dan kegigihan untuk tidak pernah puas pada akhirnya membuahkan hasil yang berdampak besar bagi manusia dijabarkan dengan sangat menarik dalam buku ini, dan dikemas agar dapat dipahami bukan hanya oleh para fisikawan, namun juga untuk orang umum seperti saya.

 

4. Tujuh Pelajaran Singkat Fisika

Tujuh Pelajaran Singkat Fisika adalah terjemahan dari judul aslinya Sette Brevi Lezionidi Fisica pada 2014 dan diterjemahkan dalam bahasa Inggris pada 2015 dengan judul Seven Brief Lessons on Physics. Hak cipta terjemahan Indonesianya sendiri terbit pada 2018. Buku ini adalah buku best seller di negara aslinya, Italia dan Britania Raya.

Buku ini adalah kumpulan esai Carlo Rovelli yang tadinya diterbitkan pada edisi Minggu di salah satu koran di Italia, Il Sole 24 Ore. Seperti judulnya, buku ini terdiri dari tujuh bab yang membahas tujuh tema berbeda dalam fisika, yaitu relativitas umum, mekanika kuantum, zarah-zarah dasar, gravitasi, lubang hitam, arsitektur jagat raya, hingga peranan manusia dalam dunia yang terhampar luas ini. Semua itu dirangkum hanya dalam 70 halaman buku berbahasa Indonesia.

Pelajaran-pelajaran di buku ini ditulis untuk mereka yang tak tahu atau hanya sedikit mengetahui tentang sains modern. Kesemuanya memberikan rangkuman singkat aspek-aspek paling mengagumkan dari revolusi besar yang telah terjadi dalam fisika pada abad ke-20 dan ke-21, juga pertanyaan dan misteri yang ditimbulkannya. Sains menunjukkan kepada pembaca cara memahami dunia dengan lebih baik.

Ini sebuah buku tentang sukacita penemuan. Sebuah pengantar fisika modern yang memengaruhi pikiran, menghibur, dan menyenangkan, serta telah menjadi buku terlaris di Italia dan Inggris Raya. Carlo Rovelli menawarkan penjelasan yang mengejutkan—dan secara mengejutkan mudah ditangkap—tentang relativitas umum, mekanika kuantum, zarah-zarah dasar, gravitasi, lubang hitam, arsitektur rumit jagat raya, dan peranan manusia di dalam dunia yang menakjubkan dan aneh ini. Dia membawa kita menuju batas-batas pengetahuan kita: ke sudut-sudut terkecil tatanan penting ruang, kembali ke asal-usul jagat raya, dan ke dalam proses pemikiran kita.

Rovelli mengajak kita semua menjelajahi fisika lewat tulisan-tulisannya dengan cara yang jauh lebih sederhana agar bisa dinikmati dan dipahami oleh siapa saja. Tidak melulu soal angka dan rumus. Nyatanya, fisika ada di sekitar kita, dialami oleh diri kita sendiri dan menjadi salah satu hal yang tidak bisa terpisahkan dalam kehidupan manusia.

 

5. Buku Fisika Dasar untuk Mahasiswa Ilmu Komputer dan Informatika

Fisika dasar adalah mata kuliah yang termasuk ke dalam cabang ilmu pengetahuan alam. Mata kuliah ini adalah salah satu mata kuliah dasar teknik. Materi mata kuliah fisika dasar terdiri atas besaran dan satuan, gerak relatif, dinamika benda titik, gerak rotasi, elastisitas dan osilasi, gravitasi, mekanika fluida, kalor, gelombang mekanik, hukum gauss, medan dan gaya listrik, energi potensial, listrik dan potensial listrik, kapasitor, GGL induksi magnetik, arus bolak-balik, fisika modern.

Buku ini dimaksudkan sebagai buku pegangan mahasiswa peserta mata kuliah Fisika Dasar di Jurusan Ilmu Komputer dan Informatika tahun pertama. Diharapkan pemakai buku ini dapat menguasai materi pemaparan fisika dasar, walaupun pada satuan kredit semester (sks) sedikit secara efektif pada kualitas hasil pembelajaran yang memadai. Materi dan urutan pemaparan di setiap pokok bahasannya disesuaikan dengan Springer-Physics for Computer Science Students, tetapi ditulis dan disesuaikan dengan suasana yang lebih mengindonesia.

Sejauh mungkin buku ini menghindari kalkulus yang berkepanjangan. Setiap bab di buku ini disertai contoh soal, latihan akhir bab, dan soal evaluasi di bagian lampiran buku ini. Untuk meningkatkan pemahaman dalam membaca buku ini, pembaca diharapkan berlatih soal di contoh-contoh soal, dan soal latihan di akhir bab. Soal latihan tersebut dimulai dari nomor gasal dan dibandingkan dengan kunci jawaban yang juga telah disediakan. Selanjutnya, tingkat pemahaman pembaca dapat diuji lagi dengan mengerjakan soal-soal evaluasi di bagian akhir buku ini.