�ݺ�ߣ

Physics Study Program
Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Institut Teknologi Bandung
FI-1201
Fisika Dasar IIA
Kuliah-15
Bunyi dan Efek Doppler
PHYSI S

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Bunyi
 Bunyi adalah gelombang longitudinal dalam
sejumlah bahan
 Bahan dapat berupa padat, cair, atau gas
 Bunyi bergerak dalam 3-dimensi
 Tetapi banyak persoalan fisika dapat dianalisis dalam
1-dimensi
 Kita sudah tahu semua tentang gelombang
longitudinal 1-dimensi
 All we need to find out is the linear mass density ρl
and the elastic modulus K

PHYSI S
Bunyi dalam zat padat
 Sebuah batang dapat dipandang sebagai pegas yg
sangat kaku (very stiff spring)
 Dapat tertekan & terregang oleh gaya
 Berapa modulus elastic K?
 Modulus elastic didefinisikan sebagai
 K bergantung pada material dan ketebalan
batang
 Sebanding dengan penampang lintang batang
l
l
KF
∆
=
F
l ∆l

PHYSI S
Modulus Young
 Dapat ditulis K = YA
 A adalah penampang lintang (m2
)
 Y adalah modulus Young dari material
 satuannya Newtons/m2
 Hooke’s law dapat dituliskan sebagai
 LHS: gaya persatuan penampang lintang
 RHS: modulus Young × deformasi relatif
 Ini adalah hukum microscopic dari elastisitas, yang
mana tidak bergantung pada bentuk spesifik dari
batang
l
l
Y
A
F ∆
=

PHYSI S
Rapat Massa
 Rapat massa linier ρl
 Asumsikan rapat massa volume ρv
 Massa batang ρv × A × l
 Bagi dengan panjang  ρl = ρv × A
 Sekarang kita dapat menghitung
semuanya.

PHYSI S
Kecepatan bunyi dalam zat padat
 Kecepatan bunyi dalam zat padat
 Ini adalah tetapan material
 Contoh: besi Y = 2×1011
N/m2
, ρv = 7800 kg/m3
 Lihat di referensi
vvl
w
Y
A
YAK
c
ρρρ
===
Young’s modulus
Volume mass density
m/s5100
7800
102 11
=
×
=wc

PHYSI S
Bunyi dalam zat cair
 Cairan meneruskan bunyi dgn cara yg sama dengan zat
padat
 Tinjau suatu pipa yang diisi dengan cairan
 Gaya F mengubah volume dari penampang kecil cairan
F
l ∆l
A
lll ∆+→
lAV ∆=∆
VVV ∆+→

PHYSI S
Modulus Bulk
 Elastisitas cairan dijelaskan oleh perubahan
volume sebagai respon terhadap tekanan.
 Cairan tidak memiliki bentuk yg tetap  Can’t use
“length” or “area”
 MB adalah “modulus bulk” dari cairan
 K dapat dihitung dari MB
V
V
M
A
F
P B
∆
−==Pressure
BK M A=
l V
F K K
l V
∆ ∆
= − = −

PHYSI S
Bunyi dalam zat cair…
 Modulus elastik K = MB A
 Rapat massa linier ρl = ρv A
 Kecepatan gelombang
 Contoh: air
l
l
M
V
V
M
A
F
BB
∆
−=
∆
−= F
l ∆l
A
v
B
l
w
MK
c
ρρ
==
m/s1045.1
kg/m10
N/m101.2 3
33
29
×=
×
==
v
B
w
M
c
ρ
Bulk modulus
Volume mass density

PHYSI S
Bunyi dalam gas
 Bunyi dalam gas dapat dianalisis dengan cara yg
sama
 Gas sangat compressible, dan sangat ringan
 Untuk gas, kita tahu banyak ttg. konstanta-
konstanta
 Banyak gas pada T & P normal dekat dengan gas ideal
• gas ideal terdiri dari molekul2 yg sangat kecil yg tidak
berinteraksi satu sama lain
 Sifat-sifat gas ideal ditentukan oleh massa molekular
• MB dan ρv dapat dihitung.

PHYSI S
Rapat Volume dari Gas Ideal
 1 mole gas ideal terdiri dari 22.4 liter pada STP.
 Jika tidak STP,
0224.0
molM
v =ρ mass of 1 mole 0°C
1 atm
RT
PM
v
mol
=ρ
gas constant 8.31 J/K
nRTPV =
pressure (N/m2
)
temperature (K)
volume (m2
) amount (moles)

PHYSI S
Kompressibilitas dari Gas Ideal
 Bagaimana tekanan gas bereaksi terhadap
kompresi?
 Hk. Gas Ideal PV = nRT implikasi
 Temperatur naik ketika gas ditekan
 Kenaikan temperatur kadang lebih tinggi
• γ = 5/3 for monoatomic gasses (He, Ne, etc.)
• γ = 7/5 for diatomic gasses (H2, N2, O2, etc.)
V
P
1
∝ Wrong
γ
V
P
1
∝ γ = ratio of specific heats > 1

PHYSI S
Modulus Bulk dari Gas Ideal
 Modulus bulk MB didefinisikan sebagai
 gunakan
γ
V
P
1
∝
V
P
dV
dP
γ−= PMB γ=
V
V
MP B
∆
−=∆
dV
dP
VMB −=

PHYSI S
Kecepatan Bunyi di Udara
 Udara: 80% N2 + 20% O2
 Berat 1 mol
 ρv pada STP
 N2 dan O2 adalah diatomic  sehingga udara
g/mol28.8g/mol322.0g/mol288.0
2.08.0 22 ONmol
=×+×=
×+×= MMM
3
kg/m29.1
0224.0
0288.0
==vρ
25
N/m101.4atm)1(
5
7
×=== PMB γ m/s330==
v
B
w
M
c
ρ

PHYSI S
Kecepatan Bunyi di Udara
 Jika tidak pada STP?
 Mmol = 0.0288 kg/m3
, γ = 7/5 gives
 Kecepatan bunyi pada suatu (ideal) gas
 Tidak bergantung pada tekanan P
 Dalam penerbangan, periksa suhu di luar pesawat
• Jika T = −60°C,
RT
PM
v
mol
=ρ
PMB γ=
molmol M
RT
PM
PRTM
c
v
B
w
γγ
ρ
===
m/s(K)1.20
0288.0
31.84.1
T
T
cw =
××
=
wc Tµ
km/h1050m/s2926027320 ==−=wc

PHYSI S
Intensitas Bunyi
 Intensitas bunyi (how “loud”) diberikan oleh
energi yang dibawa oleh bunyi.
 Karena bunyi menyebar ke segala arah, kita
membutuhkan rapat energi per satuan luas
How much power
(in Watts) goes
through this area?

PHYSI S
Intensitas bunyi…
 Satuan SI untuk intensitas bunyi adalah
Watt per meter kuadrat (W/m2
)
 Intensitas bunyi diukur dalam skala desibel
(dB), yang merupakan skala logaritmik
perbandingan antara intensitas suatu
gelombang bunyi (I) dengan intensitas
minimum yang dapat dideteksi (I0)






=
0
10log10
I
I
β

PHYSI S
Sensitivitas Manusia terhadap Bunyi
 Manusia dapat mendengar bunyi: 20 Hz – 20 kHz
 Rentang intensitas: 10-12
W/m2
– 1 W/m2
 Pembicaraan normal ~10-6
W/m2
 Kita merasakan frekuensi dan intensitas dalam
skala log (β antara 0 – 120 dB)
 Relatif terhadap 400 Hz
• 800 Hz adalah 1 oktaf lebih tinggi
• 1600 Hz adalah 1 oktaf lebih tinggi lagi
 Relatif terhadap 10-6
W/m2
• 10-5
W/m2
adalah nyaring
• 10-4
W/m2
adalah dua kali lebih nyaring

PHYSI S
kecepatan sumber lebih rendah dari
kecepatan bunyi
Subsonic:
Supersonic: - kecepatan sumber lebih tinggi dari kecepatan
bunyi
Bilangan Mach
=
Kecepatan bunyi
Kecepatan benda (sumber)
Bilangan Mach (Mach Number)

PHYSI S
Frekuensi dari beberapa sumber bunyi

Physics Study Program
Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Institut Teknologi Bandung
Efek Doppler
Doppler & Son

PHYSI S
Efek Doppler
• Muncul karena perubahan frekuensi akibat gerakan
• Gejala ini dapat terjadi pada gelombang bunyi
maupun cahaya

PHYSI S
Sumber bunyi & pendengar diam
Mobil van dalam keadaan diam
Suara mesin terdengar pada pola titik nada
yang tetap

PHYSI S
Sumber bunyi mendekati pendengar
Mobil van mendekati pendengar
Pola titik nada mesin meningkat
v
v
f
vv
v
f
v
f
f
vv
f
v
ss
ss
−
=





−
==
−
=−=
1'
'
'
0
0
00
λ
λλ v = kecepatan bunyi
vs = kecepatan sumber
λ= panjang gel. Awal
f0 = frekuensi awal

PHYSI S
Sumber bunyi mendekati pendengar…
Mobil van mendekati pendengar
Cahaya dari mobil van terlihat “bluer”

PHYSI S
Sumber bunyi menjauhi pendengar
Cahaya dari mobil van terlihat “redder”

PHYSI S

PHYSI S
Efek Doppler pada Cahaya
λo
λ
∆λ
Increasing wavelength

PHYSI S
Contoh soal
Sebuah kapal selam (Kapal A) bergerak dalam air dengan
laju 8,0 m/s, memancarkan gelombang sonar pada
frekuensi 1400 Hz. Kecapatan suara dalam air adalah 533
m/s. Kapal selam kedua (Kapal B) terletak sedemikian
sehingga kedua kapal tersebut bergerak mendekat satu
sama lain. Kapal B bergerak dengan laju 9,0 m/s.
a). Tentukan frekuensi yang dideteksi oleh pengamat yang
berada di Kapal B ketika kapal saling mendekat.
b). Kedua kapal saling melewati. Tentukan frekuensi yang
dideteksi oleh pengamat yang berada di Kapal B ketika
kapal saling menjauhi satu sama lain.

PHYSI S
Contoh soal …
a). Kapal selam saling mendekat
b).Kapal selam saling menjauh

�ݺ�ߣ

7572457511 kuliah 15 bunyi dan efek doppler

More Related Content

7572457511 kuliah 15 bunyi dan efek doppler