mengukur cepat rambat bunyi

Di udara tentu Anda lebih sering mendengar berbagai macam bunyi. Anda bisa mendengar suara radio, televisi, bahkan orang yang berteriak-teriak di kejauhan. Besarnya cepat rambat bunyi pada zat gas tergantung pada sifat-sifat kinetik gas. Dalam kasus gas terjadi perubahan volum, dan yang berkaitan dengan modulus elastik bahan adalah modulus bulk.

Cepat rambat bunyi dalam gas dapat dinyatakan dengan:

..................................(3.3)

dengan p = tekanan gas

γ = tetapan Laplace.

ρ = kerapatan

Sebagai contoh, untuk udara pada keadaan normal g=1,4 (gas diatomik), p=1 atm, ρ =1,3 kg/m³, diperoleh:

= 330 m/s

Berdasarkan persamaan gas ideal:

, atau , maka diperoleh persamaan dasar untuk menghitung cepat rambat bunyi dalam gas, yaitu:

(3.4)

Keterangan :

v	:	Cepat rambat bunyi pada zat gas (m/s)
γ	:	Konstanta Laplace
R	:	Tetapan umum gas (8,31 J/molK)
T	:	Suhu mutlak gas (K)
M	:	Massa atom atau molekul relatif gas (kg/mol)

sifat dasar bunyi

unyi merupakan gelombang mekanik, yaitu gelombang yang memerlukan medium pada saat merambat. Bunyi juga termasuk ke dalam kelompok gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah getarnya sejajar dengan arah rambatnya.

Untuk melihat bagaimana bunyi dihasilkan dan mengapa bunyi termasuk gelombang longitudinal, mari kita perhatikan getaran dari diafragma pengeras suara. Ketika diafragma bergerak radial keluar, diafragma ini memampatkan udara yang langsung ada di depannya, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1a. Pemampatan ini menyebabkan tekanan udara bertambah sedikit di atas tekanan normal. Daerah yang tekanan udaranya bertambah disebut rapatan. Rapatan ini bergerak menjauh dari pengeras suara pada kecepatan bunyi. Rapatan ini mirip dengan daerah rapatan pada kumparan-kumparan dalam gelombang longitudinal pada slinki. Setelah menghasilkan rapatan, diafragma membalik arah gerakannya menjadi radial ke dalam. Gerakan diafragma ke dalam menghasilkan suatu daerah yang dikenal sebagai renggangan. Renggangan ini menyebabkan tekanan udara sedikit lebih kecil daripada tekanan normal. Rengangan ini mirip dengan daerah renggangan pada kumparan-kumparan dalam gelombang longitudinal pada slinki. Renggangan merambat menjauh dari pengeras suara pada kecepatan bunyi.

Gambar 3.1 Diafragma pengeras suara bergerak : (a) radial keluar, (b) radial ke dalam

Sifat-sifat bunyi pada dasarnya sama dengan sifat-sifat gelombang longitudinal, yaitu dapat dipantulkan (refleksi), dibiaskan (refraksi), dipadukan (interferensi), dilenturkan (difraksi) dan dapat diresonansikan.

Seperti telah disinggung di atas, bunyi memerlukan medium pada saat merambat. Medium tersebut dapat berupa zat padat, zat cair, maupun zat gas. Bunyi tak dapat merambat pada ruang hampa. Jika kita bercakap-cakap, maka bunyi yang kita dengar merambat dari pita suara yang berbicara menuju pendengar melalui medium udara.

Ada beberapa syarat bunyi dapat terdengar telinga kita. Pertama, adanya sumber bunyi. Misalnya, ada gitar yang dipetik, ada gong yang dipukul, ada yang bersuara dan ada suara kendaraan lewat. Kedua, ada mediumnya. Bunyi dapat merambat dalam medium udara (zat gas), air (zat cair) maupun zat padat. Ketiga, bunyi dapat didengar telinga bila memiliki frekuensi 20 - 20.000 Hz. Batas pendengaran manusia adalah pada frekuensi tersebut bahkan pada saat dewasa terjadi pengurangan interval tersebut karena faktor kebisingan atau sakit. Berdasarkan batasan pendengaran manusia itu gelombang dapat dibagi menjadi tiga yaitu audiosonik (20-20.000 Hz), infrasonik (di bawah 20 Hz) dan ultrasonik (di atas 20.000 Hz). Binatang-binatang banyak yang dapat mendengar di luar audio sonik. Contohnya jangkerik dapat mendengar infrasonik (di bawah 20 Hz), anjing dapat mendengar ultrasonik (hingga 25.000 Hz).

bunyi

Bunyi ialah penggangguan tenaga mekanik yang merambat melalui jirim dalam bentuk gelombang (melalui cecair dalam bentuk gelombang mampatan, dan melalui pepejal dalam bentuk gelombang mampatan dan ricih). Bunyi disifatkan secara lebih terperinci melalui ciri-ciri gelombang yang generik, iaitu frekuensi, jarak gelombang, tempoh, amplitud, kelajuan, dan arah (kelajuan dan arah juga digabungkan menjadi vektor halaju, atau jarak gelombang dan arah digabungkan menjadi vektor gelombang).

Manusia merasai bunyi melalui deria pendengaran. Kita mengenali bunyi sebagai getaran yang melalui udara dan boleh didengari manusia. Namun begitu, saintis dan jurutera mengamalkan definasi yang lebih luas bagi bunyi yang merangkumi getaran ferkuensi rendah dan tinggi di udara yang tidak boleh didengari manusia, dan getaran yang melalui semua bentuk jirim, iaitu gas, cecair, pepejal, dan plasma.

Jirim yang menampung bunyi dipanggil medium. Bunyi merambat sebagai gelombang tekanan ulang alik, lalu menghasilkan pemampatan dan rarefaksi. Zarah-zarah dalam medium dialihkan oleh gelombang lalu berayun. Kajian saintifik mengenai penyerapan dan pemantulan gelombang bunyi dipanggil akustik.

Hingar (bunyi bising) sering didefinasi sebagai bunyi yang tidak diingini. Dalam bidang sains dan kejuruteraan, hingar ini merupakan komponen tidak diingini yang mengaburkan isyarat yang diingini.

polarisasi cahaya

Polarisasi cahaya atau polarisasi optik adalah salah satu sifat cahaya yang bergerak secara oscillasi dan menuju arah tertentu. Karena cahaya termasuk gelombang elektromagnetik, maka cahaya ini mempunyai medan listrik, E dan juga medan magnet, H yang keduanya saling beroscilasi dan saling tegak lurus satu sama lain, serta tegak lurus terhadap arah rambatan (lihat gambar).

Cahaya juga dikategorikan sebagai gelombang transversal; yang berarti bahwa cahaya merambat tegak lurus terhadap arah oscilasinya. Adapun syaratnya adalah bahwa gelombang tersebut mempunyai arah oscilasi tegak lurus terhadap bidang rambatannya. Gelombang bunyi, berbeda dengan gelombang cahaya, tidak dapat terpolarisasi sehingga dia bukan gelombang transversal.

Suatu cahaya dikatakan terpolarisasi apabila cahaya itu bergerak merambat ke arah tertentu. Arah polarisasi gelombang ini dicirikan oleh arah vektor bidang medan listrik gelombang tersebut serta arah vektor bidang medan magnetnya.

Beberapa macam / jenis polarisasi: polarisasi linear, polarisasi melingkar, polarisasi ellips. Gelombang dengan polarisasi melingkar dan polarisasi ellips dapat diuraikan menjadi 2 gelombang dengan polarisasi tegak lurus. Polarisasi linear terjadi ketika cahaya merambat hanya dengan satu arah yang tegak lurus terhadap arah rambatan atau bidang medan listriknya.

intrferensi gelombang

Interferensi Gelombang
Interferensi merupakan sifat cahaya yang dapat diamati ketika perbedaan gelombang cahaya dicampur bersamaan. Contoh interferensi adalah pelangi yang kamu lihat dalam gelembung sabun, spektrum warna opal, dan kilauan warna dari beberapa bulu burung. Di sebagian area pola interferensi, gelombang cahaya berada dalam fase, dengan bukit dan lembah saling menguatkan, membentuk daerah yang berkilau. Di daeah lain, di luar fase, dengan bukit dan lembah yang berlawanan, membentuk daerah yang suram. Terdapat berbagai variasi cara untuk memperagakan interferensi, pada bagian daerah yang terang maupun daerah suram, dan perbedaan warna menggambarkan perbedaan panjang gelombang cahaya. Interferensi menghasilkan gelombang yang berhimpit. Ketika dua bukit (titik tertinggi) gelombang bertemu, mereka bergabung menjadi gelombang yang lebih besar. Ketika bukit sebuah gelombang dan lembah (titik terendah) gelombang bertemu, gelombang saling mengapuskan satu sama lain. Posisi bukit dan lembah disebut fase.
Alat dan Bahan yang Digunakan
		:: ll Nampan pendek l Lensa cembung l Air l Selembar kertas l Sumpit atau dua pena dan karet gelang, atau benda yang berbentuk Y l 2 buah klem dan penahannya l Layar putih atau dinding putih l Beberapa atau semua bahan berikut ini: larutan gelembung, bulu burung, kaca bujursangkar dengan panjang sisi 20 cm dua potong, yang pinggir-pinggirnya telah di ampelasl Slide proyektor yang sudah tak dipakai l Gunting l Pelobang kertas l Paku payung l Berbagai sumber cahaya (bola lampu, laser pointer,laser labor, lampu sorot biasa, lampu sorot dengan lensa) l Cat semprot hitam l Isolasi transparan l Bantalan peluru l Kertas warna hitam ::
Prosedur
		Isi talam dengan air. Ikat dua sumpit dengan karet gelang untuk membuat sumber gangguan yang bercabang. Pukul air dengan sumpit (atau pukul dengan dua jari, dua pena, atau benda yang berbentuk Y) dan amati pola yang dihasilkan gelombang dari dua gangguan yang berpotongan. Ketika gelombang bergabung, kamu mendapatkan gelombang yang lebih besar (interferensi konstruktif). Ketika gelombang saling menghapus satu sama lain, kamu mendapatkan titik yang tenang (interferansi destruktif). Ujilah berbagai material optik interferensi yang menyebabkan pola gelap dan terang, atau pola berwarna. Kamu bisa menguji gelembung sabun, opal, dan bulu burung. Jika kamu tinggal dekat pangkalan atau dok kapal, kamu bisa mengamati air yang ditumpahi setetes atau dua tetes minyak dari kapal, warna pelangi yang dipancarkan dari lapisan minyak yang mengembang menyebar sepanjang permukaan. Kamu bisa membuat pola optik interferensi dengan menggabungkan dua plat kaca yang tipis bersamaan. Bidikkan sumber cahaya pada kaca tersebut, dan tekan bersamaan. Akan terlihat kilauan cincin yang terang dan gelap, dengan berwarna warni. Variasikan efeknya dengan membuat celah kecil antara plat pada satu sudut, menggunakan sepotong kertas. Sebagai alternatif, ganti lensa cembung dari sepasang kaca mata tua atau lensa kamera yang pecah ke sepotong kaca, dan ujilah apa yang terjadi ketika kamu menekan lensa ke kaca.
		Gunakan klem dan penyangga untuk menyetel laser pointer sehingga sinarnya melewati celah penyaring (filter) ke layar putih atau dinding putih. (Kamu bisa membuat filter dari slide foto tua. Potong plastik gambar, dan isolasikan dua kertas hitam segiempat pada tempatnya, tutup bersamaan, biarkan terbentuk celah yang sama besarnya vertikal ke bawah di tengah filter.) Satu misteri besar cahaya, sinar melewati filter secara ajaib membentuk daerah terang dan gelap yang disebut pola difraksi. Ganti celah filter dengan filter jenis lain: celah dengan lebar dan bentuk yang berbeda-beda; lobang dengan ukuran yang berbeda-beda; sebuah lensa di depan bantalan peluru.
		Untuk membuat filter dengan lobang yang berbeda-beda, ambil beberapa slide yang tidak diperlukan lagi dan gelapkan dengan cat semprot hitam. Lobangi dengan berbagai ukuran lobang, gunakan paku payung, pelobang kertas.
		Kamu bisa merubah variabel tertentu dalam merancang eksperimen yang lebih lanjut.Variasikan sumber cahaya untuk membandingkan perbedaan antara laser pointer, laser labor, lampu sorot biasa, lampu sorot dengan lensa, dan bola lampu dari berbagai tipe. Atau pelajari pola difraksi pada layar sebagai fungsi jarak antara laser dan filter, dan/atau filter dan layar.

difraksi cahaya

Imuwan ilmuwan fisika pada awal abad ke 19 diherankan oleh perilaku cahaya yang berbelok di sekitar sudut.

Ketika cahaya dari sebuah sumber titik mengenai tepian yang menghasilkan suatu bayangan, maka tepi bayangan itu tidak pernah tajam secara sempurna. Pada tepian itu kita mendapati adanya pola gelap dan terang secara bergantian. Alasan untuk peristiwa tersebut adalah karena adanya peristiwa difaksi, yang kemudian terjadi efek interferensi yang dihasilkan dari banyak gelombang cahaya.

Difraksi merupakan peristiwa pelenturan cahaya, karena adanya penghalang misalnya celah kisi. Difraksi juga bisa dijelaskan sebagai "pembelokan cahaya disekitar sebuah rintangan"

Difraksi Fresnel
Apabila suatu seumber cahaya dan layar relatif dekat ke kisi yang membentuk pola difraksi.

Difraksi Fraunhofer
Apabila sumber, kisi dan layar cukup jauh jaraknya , sehingga semua garis dari sumber ke kisi dapat dianggap sejajar.

Ketika suatu cahaya dengan panjang gelombang tertentu di lewatkan pada sebuah celah, maka cahaya itu akan mengalami difraksi dan interferensi.

Pada suatu kisi difraksi, tiap celah menimbulkan berkas difraksi atau muka gelombang yang baru, kemudian berkas tersebut saling berinterferensi satu sama lain sehingga menghasilkan pola akhir gelap dan terang

pembiasan gelombang

Pembiasan Gelombang

Pembiasan gelombang adalah perubahan arah gerakan atau permbatan gelombang yang disebabkan oleh perubahan laju gelombang.

Pembiasan gelombang terjadi jika gelombang melalui bidang batas dua medium zat yang berbeda kerapatannya atau indeks biasnya (n). Contoh pembiasan gelombang adalah cahaya yang merambat dari udara menuju air.

Hukum Pembiasan

n Sinar datang, garis normal, dan sinar bias berpotongan pada satu bidang batas.

n Sinar datang dari medium kurang rapat menuju medium lebih rapat (n1

n Perbandingan Sinus Sudut datang (sin i) terhadap sinus sudut biasnya (sin r) dari satu medium ke medium lainya selalu tetap, secara matematis dapat ditulis :

n1 sin i = n2 sin r

Persamaan Hukum Pembiasan:

Muka Gelombang Pada Peristiwa Pembiasan

Dari gambar kita dapatkan bahwa = i dan = r sehingga

Bila kita bagi sin I dan sin r kita akan peroleh, persamaan pembiasan cahaya,

Keterangan :
i = sudut datang
r= sudut bias
v1 = kecepatan cahaya sebelum dibiaskan
v2 = kecepatan cahaya setelah dibiaskan

Indeks Bias Relatif

Adalah perbandingan indeks bias dua medium yang berbeda.

Indeks bias relatif medium kedua terhadap medium pertama didefinisikan sebagai perbandingan indeks bias medium kedua terhadap medium pertama.

Persamaan indeks bias relatif dua medium,

Keterangan :
n21 = indeks bias relatif medium kedua terhadap medium pertama.
n1 = indeks bias mutlak medium pertama.
n2 = indeks bias mutlak medium kedua.

Persamaan pembiasan cahaya dari medium 1 ke medium 2

=

= n₂₁

Kesimpulan

Jadi, nilai tetap (konstan) pernyataan kedua hukum pembiasan cahaya diatas adalah indeks bias relatif antara dua medium seperti diuraikan sebelumnya.

Sedangkan yang dimaksudsatu bidang pada pernyataan pertama dapat dijelaskan dengan melihat kembali pada gambar pembiasan gelombang diatas. Pada gambar tersebut tampak sinar datang, sinar bias, dan garis normal berada pada satu bidang, yakni bidang batas.

Aplikasi Dalam Kehidupan Sehari – hari

Pada malam hari bunyi petir terdengar lebih keras dari pada siang hari. Hal ini disebabkan karena pada siang hari udara lapisan atas lebih dingin daripada lapisan bawah. Karena cepat rambat bunyi pada suhu dingin lebih kecil daripada suhu panas maka kecepatan bunyi lapisan udara atas lebih kecil daripada lapisan bawah, yang berakibat medium lapisan atas lebih rapat dari medium lapisan bawah. Hal yang sebaliknya terjadi pada malam hari. Jadi pada siang hari bunyi petir merambat dari lapisan udara atas kelapisan udara bawah.