BAB
I
PENDAHULUAN
1.1.
Tujuan
percobaan
Dengan
dilakukannya percobaan ini, maka mahasiswa dapat :
1) Mengamati
dan memahami peristiwa resonansi dari gelombang suara.
2) Menentukan
kecepatan merambat gelombang suara di udara.
3) Menentukan
frekuensi dari suatu garputala
1.2.
Dasar
Teori
Resonansi
merupakan suatu fenomena dimana sebuah sistem yang bergetar dengan amplitudo
yang maksimum akibat adanya impuls gaya yang berubah-ubah yang bekerja pada
impuls tersebut. Kondisi seperti ini dapat terjadi bila frekuensi gaya yang
bekerja tersebut berimpit atau sama dengan frekuensi getar yang tidak diredamkan
dari sistem tersebut.
Banyak
contoh dari peristiwa resonansi yang dihadapi dalam kehidupan sehari-hari,
antara lain : bila berdekatan dengan sebuah gelas dan dibangkitkan suatu nada (
frekuensi ) yang besarnya sama dengan frekuensi alam gelas itu sendiri maka
gelas itu akan bergetar ( berbunyi) sekeras-kerasnya. Bila nada (frekuensi) tadi
dibunyikan cukup keras dan secara terus-menerus maka getar gelas akan semakin diperkeras
sehingga gelas dapat pecah. Dengan suara, orang dapat menghancurkan suatu
benda. Juga peristiwa keruntuhan pesawat terbang yang kecepatannya mendekati
kecepatan menjalar bumi berdasar atas peristiwa resonansi.
Getar
pesawat yang disebabkan oleh gerak mesin – mesinnya yang diteruskan pada udara
sebagai bunyi, tidak dapat dengan cepat ditinggalkan (atau meninggalkan) pesawat
terbang karena kecepatan pesawat terbang tidak berbeda banyak dengan kecepatan
menjalar bumi. Akibatnya ialah getar badan pesawat terbang diperkeras dengan
cepat sekali sehingga pesawat terbang runtuh karena hal tersebut. Dengan kecepatan
agak di atas kecepatan menjalar bumi, pesawat terbang dapat terbang
dengan
selamat ( Supersonic Flight ).
Contoh
peristiwa resonansi lainnya ialah bila suatu garpu tala (sumber getar) digetarkan
di dekat suatu kolom udara yang salah satu ujungnya tertutup sedangkan ujung
yang lain terbuka akan terjadi resonansi bila : (lihat gambar 2.2)
⊃ L = (2m + 1) / 4f
l
|
(gambar
2.2)
Dimana
λ
= V / f , maka : L = ( 2m + 1 ) / 4f
Dimana
:
L
= panjang kolom udara
m
= bilangan resonansi ( 0,1,2,3,……….)
f
= frekuensi garpu tala
λ
= panjang gelombang
V
= kecepatan suara di udara
c
|
⊂
L
|
A
|
B
|
Keterangan :
A:Tabung baja berisi
air
B:Pipa baja kecil
dengan kolom udara yang dapat diubah – ubah
C:Jarak tabung dengan
garpu tala
Konsep
resonansi yang terjadi antara garpu tala (sumber getar) dengan kolom udara
dapat dijadikan dasar untuk menentukan nilai kecepatan suara di udara secara cepat
dan mudah dibandingkan dengan cara yang lainnya. Gambar 2.2 memperlihatkan
sebuah alat sederhana yang dapat digunakan untuk mengukur laju bunyi di udara
dengan metode resonansi Sebuah garpu tala yang bergetar dengan frekuensinya f
dipegang di dekat ujung terbuka dari sebuah tabung. Tabung itu sebagian diisi
dengan air. Panjang kolom udara dapat diubah-ubah dengan mengubah tinggi
permukaan air. Didapatkan bahwa intensitas bunyi adalah maksimum bila tinggi
permukaan air lambat laun direndahkan dari puncak tabung sejarak a.
Setelah
itu, intensitas mencapai lagi pada jarak – jarak d, 2d, 3d dan seterusnya.
Intensitas
bunyi mencapai maksimum bila kolom udara beresonansi dengan garpu tala
tersebut. Kolom udara beraksi seperti sebuah tabung yang tertutup di salah satu
ujung. Pada gelombang tegak terdiri dari sebuah titik simpul dipermukaan air
dan sebuah titik perut di dekat ujung terbuka. Karena frekuensi dari sumber
adalah tetap dan laju bunyi di dalam kolom udara mempunyai sebuah nilai yang
pasti, maka resonansi terjadi pada sebuah panjang gelombang spesifik,
λ=
V / f
Jarak
d diantara kedudukan – kedudukan resonansi yang berturutan adalah jarak
diantara titik – titik simpul yang berdekatan.( lihat gambar 2.1 )
d
=λ/ 2 atau λ= 2d
Dengan
menggabungkan persamaan – persamaan maka kita akan mendapatkan ,
2d
= V / f atau V = 2df
Bunyi
Bunyi
atau suara adalah kompresi mekanikal atau gelombang longitudinal yang merambat
melalui medium. Medium atau zat perantara ini dapat berupa zat cair, padat,
gas. Jadi, gelombang bunyi dapat merambat misalnya di dalam air, batu bara,
atau udara.
Kebanyakan
suara adalah merupakan gabungan berbagai sinyal, tetapi suara murni secara
teoritis dapat dijelaskan dengan kecepatan osilasi atau frekuensi yang diukur
dalam Hertz (Hz) dan amplitudo atau kenyaringan bunyi dengan pengukuran dalam
desibel.
Manusia
mendengar bunyi saat gelombang bunyi, yaitu getaran di udara atau medium lain,
sampai ke gendang telinga manusia. Batas frekuensi bunyi yang dapat didengar
oleh telinga manusia kira-kira dari 20 Hz sampai 20 kHz pada amplitudo umum
dengan berbagai variasi dalam kurva responsnya. Suara di atas 20 kHz disebut
ultrasonik dan di bawah 20 Hz disebut infrasonik.
Panjang
Gelombang
Panjang
gelombang adalah sebuah jarak antara satuan berulang dari sebuah pola
gelombang. Biasanya memiliki denotasi huruf Yunani lambda (λ).
Dalam
sebuah gelombang sinus, panjang gelombang adalah jarak antara puncak:
Axis
x mewakilkan panjang, dan I mewakilkan kuantitas yang bervariasi (misalnya
tekanan udara untuk sebuah gelombang suara atau kekuatan listrik atau medan
magnet untuk cahaya), pada suatu titik dalam fungsi waktu x.
Panjang
gelombang λ memiliki hubungan inverse terhadap frekuensi f, jumlah puncak untuk
melewati sebuah titik dalam sebuah waktu yang diberikan. Panjan gelombang sama
dengan kecepatan jenis gelombang dibagi oleh frekuensi gelombang. Ketika
berhadapan dengan radiasi elektromagnetik dalam ruang hampa, kecepatan ini
adalah kecepatan cahaya c, untuku sinyal (gelombang) di udara, ini merupakan
kecepatan suara di udara. Hubungannya adalah: di mana:
λ
= panjang gelombang dari sebuah gelombang suara atau gelombang elektromagnetik
c
= kecepatan cahaya dalam vakum = 299,792.458 km/d ~ 300,000 km/d = 300,000,000
m/d atau
c
= kecepatan suara dalam udara = 343 m/d pada 20 °C (68 °F)
f
= frekuensi gelombang
BAB
II
ALAT
DAN BAHAN
2.1.
Peralatan
dan Bahan yang Digunakan
1) Tabung
resonansi berskala beserta reservoirnya.
2) Beberapa
garputala dengan salah satu diantaranya diketahui frekuensinya.
3) Pemukul
garputala.
4) Jangka
sorong.
BAB
III
METODA
KERJA
1)
Catatlah suhu, tekanan dan kelembaban
ruangan sebelum dan sesudah percobaan.
2)
Ukurlah diameter bagian dalam tabung
beberapa kali.
3)
Usahakan agar permukaan air dekat dengan
ujung atas dengan mengatu garputala.
4)
Getaran garputala yang telah diketahui
frekuensinya dengan pemukul garputala. Untuk menjamin keamanan tabung gelas
lakukanlah pemukul garputala jauh dari tabung.
5)
Dekatkanlah garputala yang bergetar pada
ujung atas tabung.
6)
Dengan pertolongan reservoir turunkan
permukaan air perlahan-lahan sehingga pada suatu tinggi tertentu terjasi
resonansi (terdengar suara mengaung). Ini adalah resonansi ordo pertama.
7)
Catatlah kedudukan permukaan air,
8)
Turunkan lagi permukaan air sampai
terjadi resonansi ordo kedua, catat kedudukan ini.
9)
Ulangi percobaan No. 3 s/d 8 untuk
memastikan tepatnya tempat-tempat terjadinya resonansi.
10) Ulangi
percobaan no. 3 s/d 9 dengan menggunakan garputala yang lain.
BAB
IV
DATA
PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN
4.1.
Data
Pengamatan
Berdasarkan
data percobaan dan perhitungan yang telah dilakukan tanggal 5 Desember 2011,
maka dapat dilaporkan hasil sebagai berikut.
Keadaan
ruangan
|
P
(cm)Hg
|
T
(oC)
|
C
(%)
|
Sebelum
percobaan
|
75,25
Hg
|
31oC
|
65
%
|
Sesudah
percobaan
|
75,25
Hg
|
32oC
|
65
%
|
a. Garputala
I
Frekuensi
= 947 Hz
No
|
L0
(m)
|
L1
(m)
|
v
(m/s)
|
f
(Hz)
|
e
|
1
|
0,25
|
0,44
|
359,86
|
947
|
1,23
|
2
|
0,26
|
0,44
|
340,92
|
947
|
1,23
|
350,39
|
947
|
1,23
|
|||
b. Garputala
II
Kecepatan
= 350,39 m/s
No
|
L0
(m)
|
L1
(m)
|
v
(m/s)
|
f
(Hz)
|
e
|
1
|
0,1
|
0,34
|
350,39
|
729,979
|
1,23
|
2
|
0,09
|
0,35
|
350,39
|
673,83
|
1,23
|
350,39
|
701,90
|
1,23
|
|||
c. Garputala
III
Kecepatan
= 350,39 m/s
No
|
L0
(m)
|
L1
(m)
|
v
(m/s)
|
f
(Hz)
|
e
|
1
|
0,17
|
0,48
|
350,39
|
565,145
|
1,23
|
2
|
0,16
|
0,49
|
350,39
|
530,89
|
1,23
|
350,39
|
548,017
|
1,23
|
|||
4.2.
Perhitungan
a. Garputala
I
· Menghitung
v
m/s
m/s
· Menghitung
e
e1 = 0,6 . R e2 = 0,6 . R
= 0,6 . 2,05 =
0,6 . 2,05
=
1,23 =
1,23
b. Garputala
II
· Menghitung
f
· Menghitung
e
e1 = 0,6 . R e2 = 0,6 . R
= 0,6 . 2,05 =
0,6 . 2,05
=
1,23 =
1,23
c. Garputala
III
· Menghitung
f
· Menghitung
e
e1 = 0,6 . R e2 = 0,6 . R
= 0,6 . 2,05 =
0,6 . 2,05
=
1,23 =
1,23
BAB
V
PEMBAHASAN
Pada hakekatnya
gelombang menjalar adalah suatu penjalaran gangguan, energi atas atau momentum
Perambatan gelombang ada yang memerlukan medium, seperti gelombang tali melalui
tali dan ada pula yang tidak memerlukan medium, seperti gelombang listrik magnet
dapat merambat dalam vakum. Perambatan gelombang dalam medium tidak diikuti
oleh perambatan media, tapi partikel-partikel mediumnya akan bergetar.
Perumusan matematika suatu gelombang dapat diturunkan dengan peninjauan
penjalaran suatu pulsa. Dilihat dari ketentuan pengulangan bentuk, gelombang
dibagi atas gelombang periodik dan gelombang non periodik.
Jika dua buah gelombang merambat dalam satu
medium, hasilnya adalah jumlah dari simpangan kedua gelombang tersebut. Hasil
dari supersosisi ini menimbulkan berbagai fenomena yang menarik, seperti adanya
pelayangan, interferensi, difraksi, dan resonansi. Misalkan superposisi dari
suatu gelombang datang dengan gelombang pantulnya bisa menghasilkan gelombang
yang dikenal sebagai gelombang stasioner atau gelombang berdiri.
Jika gelombang datang secara terus menerus
maka akan terjadi resonansi. Resonansi pada umumnya terjadi jika gelombang
mempunyai frekuensi yang sama dengan atau mendekati frekuensi alamiah, sehingga
terjadi amplitudo yang maksimal. Peristiwa resonansi ini banyak dimanfaatkan
dalam kehidupan, misalkan saja resonansi gelombang suara pada alat-alat musik.
Gelombang suara
merupakan gelombang mekanik yang dapat dipandang sebagai gelombang simpangan
maupun sebagai gelombang tekanan.
Jika gelombang suara
merambat dalam suatu tabung berisi udara, maka antara gelombang datang dan
gelombang yang dipantulkan oleh dasar tabung akan terjadi superposisi, sehingga
dapat timbul resonansi gelombang berdiri jika panjang tabung udara merupakan
kelipatan dari λ/4 (λ = panjang gelombang).
BAB
VI
KESIMPULAN
Dari percobaan I maupun
percobaan II maka dapat diambil kesimpulansebagai berikut :
1. Bahwa
peristiwa resonansi terjadi pada saat panjang kolom udara (L’)merupakan
kelipatan ganjil dari ¼ panjang gelombang atau dengan mengikuti rumus (2m + 1)
/ 4
* Untuk Percobaan I :
1. Kecepatan
suara di udara = 350,39 m/s
2. Frekuensi
= 974 Hz
3. e
= 1,23 cm
* Untuk Percobaan I :
1. Kecepatan
suara di udara = 350,39 m/s
2. Frekuensi
= 701,90 Hz
3. e
= 1,23 cm
* Untuk Percobaan I :
1. Kecepatan
suara di udara = 350,39 m/s
2. Frekuensi
= 548,017 Hz
3. e
= 1,23 cm
LAMPIRAN
Tugas
Akhir
1.
Hitunglah diameter tabung beserta
ketidakpastiannya.
2.
Hitunglah faktor koreksi dari e dari
hitungan no. 1.
3.
Hitunglah v dengan menggunakan rumus
R = 8,314 J/mol
K
M = 29 kg/mol
Carilah
satuan-satuannya di text book fisika yang ada, sesuaikan dengan satuan
internasional (SI).
4.
Hitung harga v dengan menggunakan
rumus :
5.
Dari data garputala yang diketahui frekuensinya
hitung harga v dan e
6.
Bandingkan hasil dari no. 3, 4 dan 5.
7.
Dari data garputala yang lain hitunglah
f dan e untuk masing-masing garputala. Gunakan harga v dari hasil perhitungan
no. 5
8.
Gambarkan grafik antar L0 dan
(L0
adalah panjang tabung pada resonansi pertama untuk masing-masing garputala)
9.
Hitunglah v dan e dari grafik no. 8
tersebut.
Jawab
1.
Diameter tabung beserta ketidakpastian
Data
|
D
|
1
|
4,125
|
2
|
4,075
|
3
|
4,1
|
4,1
|
= 0,03535
Ketelitian =
=
= 99,14 %
2.
Koreksi dari e dari hitungan no.1
e1 = 0,6 . R e2 = 0,6 . R
= 0,6 . 2,05 =
0,6 . 2,05
=
1,23 =
1,23
3.
v dengan menggunakan rumus v=(∂RT/M)1/2
R = 8,314 J/mol
K
M
= 29 kg/mol
m/s
m/s
m/s
4.
v dengan rumus
m/s
m/s
5.
Perhitungan v dan e
d. Garputala
I
· Menghitung
v
m/s
m/s
· Menghitung
e
e1 = 0,6 . R e2 = 0,6 . R
= 0,6 . 2,05 =
0,6 . 2,05
=
1,23 =
1,23
6.
Pada percobaan dengan garputala 1,2 dan
3 terjadi perbedaan frekuensi karena berbedanya L0 dan L1.
Yang menyebabkan frekuensi masing-masing berbeda. Tetapi pada kecepatannya
semua sama.
7.
Perhitungan f dan e
a. Garputala
II
· Menghitung
f
· Menghitung
e
e1 = 0,6 . R e2 = 0,6 . R
= 0,6 . 2,05 =
0,6 . 2,05
=
1,23 =
1,23
b. Garputala
III
· Menghitung
f
· Menghitung
e
e1 = 0,6 . R e2 = 0,6 . R
= 0,6 . 2,05 =
0,6 . 2,05
=
1,23 =
1,23
8.
Grafik L0 dengan
·
L0
|
·
L0
|
·
L0
|
9.
Perhitungan v dan e dari grafik no.8
a. Garputala
I
· Menghitung
v
m/s
m/s
· Menghitung
e
e1 = 0,6 . R e2 = 0,6 . R
= 0,6 . 2,05 =
0,6 . 2,05
=
1,23 =
1,23
b. Garputala
II
· Menghitung
v
m/s
m/s
· Menghitung
e
e1 = 0,6 . R e2 = 0,6 . R
= 0,6 . 2,05 =
0,6 . 2,05
=
1,23 =
1,23
c. Garputala
II
· Menghitung
v
m/s
m/s
· Menghitung
e
e1 = 0,6 . R e2 = 0,6 . R
= 0,6 . 2,05 =
0,6 . 2,05
=
1,23 =
1,23
DAFTAR
PUSTAKA
Alonso,
Marcello & Edward J. Finn. 1980. Dasar-Dasar
Fisika Universitas. Erlangga. Jakarta
2011.
Buku Penuntun Praktikum Fisika Dasar .
Universitas Pakuan. Bogor
Hilliday,
David & Robert Resnick. 1985. Fisika.
Erlangga. Jakarta
Tiper,
Paul A. 1991. Fisika Untuk Sains dan
Teknik. Erlangga. Jakarta
kak kami izin posting ulang untuk tugas
BalasHapusmakasih