Halaman
Pusat PerbukuanDepartemen Pendidikan Nasional
FISIKAuntuk Kelas XII SMA dan MAPenyusun:SuharyantoKaryonoDwi Satya PalupiDesain Sampul:Uzi Sulistyo AdhiLay out:Sri WahyuniUkuran Buku:17,6 x 25 cmHak Cipta pada Departemen Pendidikan NasionalDilindungi Undang-undang530.07SUHSUHARYANTOfFisika : untuk SMA dan MA Kelas XII /penulis, Suharyanto, Karyono,Dwi Satia Palupi .— Jakarta : Pusat Perbukuan,Departemen Pendidikan Nasional, 2009.vi, 361 hlm, : ilus. ; 25 cmBibliografi : hlm. 335IndeksISBN 978-979-068-802-5 (nomor jilid lengkap)ISBN 978-979-068-810-01. Fisika-Studi dan Pengajaran I. JudulII. Karyono III. Dwi Satia PalupiHak Cipta Buku ini dibeli oleh Departemen Pendidikan Nasionaldari Penerbit CV. SahabatDiterbitkan oleh Pusat PerbukuanDepartemen Pendidikan Nasional Tahun 2009Diperbanyak oleh ....
Kata SambutanPuji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, berkatrahmat dan karunia-Nya, Pemerintah, dalam hal ini,Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2009, telahmembeli hak cipta buku teks pelajaran ini dari penulis/penerbit untuk disebarluaskan kepada masyarakat melaluisitus internet (website) Jaringan Pendidikan Nasional.Buku teks pelajaran ini telah dinilai oleh Badan StandarNasional Pendidikan dan telah ditetapkan sebagai buku tekspelajaran yang memenuhi syarat kelayakan untuk digunakandalam proses pembelajaran melalui Peraturan MenteriPendidikan Nasional Nomor 22 Tahun 2007.Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada para penulis/penerbit yang telah berkenanmengalihkan hak cipta karyanya kepada DepartemenPendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh parasiswa dan guru di seluruh Indonesia.Buku-buku teks pelajaran yang telah dialihkan hakciptanya kepada Departemen Pendidikan Nasional ini, dapatdiunduh (down load), digandakan, dicetak, dialihmediakan,atau difotokopi oleh masyarakat. Namun, untuk penggandaanyang bersifat komersial harga penjualannya harus memenuhiketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Diharapkanbahwa buku teks pelajaran ini akan lebih mudah diaksessehingga siswa dan guru di seluruh Indonesia maupun sekolahIndonesia yang berada di luar negeri dapat memanfaatkansumber belajar ini.Kami berharap, semua pihak dapat mendukungkebijakan ini. Kepada para siswa kami ucapkan selamat belajardan manfaatkanlah buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadaribahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Olehkarena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan.Jakarta, Juni 2009Kepala Pusat Perbukuaniii
Kata PengantarBuku Fisika ini disusun untuk membimbing peserta didikSMA/MA agar; (1) membentuk sikap positif terhadap fisikadengan menyadari keteraturan dan keindahan alam sertamengagungkan kebesaran Tuhan Yang Maha Esa, (2)memupuk sikap ilmiah yaitu jujur, obyektif, terbuka, ulet,kritis dan dapat bekerja sama dengan orang lain, (3)mengembangkan pengalaman untuk dapat merumuskanmasalah, mengajukan dan menguji hipotesis melaluipercobaan, merancang dan merakit instrumen percobaan,mengumpulkan, mengolah, dan menafsirkan data, sertamengkomunikasikan hasil percobaan secara lisan dan tertulis,(4) mengembangkan kemampuan bernalar dalam berpikiranalisis induktif dan deduktif dengan menggunakan konsepdan prinsip fisika untuk menjelaskan berbagai peristiwa alamdan menyelesaikan masalah baik secara kualitatif maupunkuantitatif, dan (5) menguasai konsep dan prinsip fisika sertamempunyai keterampilan mengembangkan pengetahuan,dan sikap percaya diri sebagai bekal untuk melanjutkan padajenjang yang lebih tinggi serta mengembangkan ilmupengetahuan dan teknologi.Cakupan materinya di samping sesuai dengan standar isipendidikan juga disesuaikan dengan kemampuan siswa.Materi buku ini akurat, mutakhir, mengandung wawasanproduktivitas, merangsang keingintahuan siswa, mengem-bangkan kecakapan hidup, dan kontekstual.Penyajian materinya mudah dipahami karena bahasa yangdigunakan dalam buku ini komunikatif dan interaktif, lugas,runtut, dan sesuai dengan kaidah bahasa Indonesia yang baku.Lebih dari itu, buku ini disajikan secara sistematis, logis, danseimbang; dan disertai contoh-contoh dan latihan untukmendorong kecakapan siswa.Semoga buku ini bermanfaat bagi siswa-siswa SMA/MAuntuk mencapai cita-cita luhurnya, yaitu menjadi putra bangsayang terbaik, unggul, dan mempunyai daya saing secara glo-bal di masa datang.Yogyakarta, Mei 2007Penulisiv
Daftar IsiKata Sambutan........................................................................................................iiiKata Pengantar........................................................................................................ivDaftar Isi....................................................................................................................vBab IGelombangA.Jenis Gelombang dan Sifatnya .....................................................3B.Gelombang Berjalan .......................................................................9C.Gelombang Stasioner .....................................................................1 3D. Percobaan Melde ............................................................................2 3E.Gelombang Bunyi ...........................................................................2 5F.Penerapan Gelombang Bunyi dalam Teknologi .......................4 2Uji Kompetensi .......................................................................................4 7Bab IICahayaA.Pembiasan Cahaya pada Prisma ..................................................5 3B.Interferensi Cahaya ........................................................................6 4C.Difraksi Cahaya ..............................................................................6 8D. Polarisasi Cahaya ............................................................................7 4Uji Kompetensi .......................................................................................7 9Bab IIIElektrostatikaA.Hukum Coulomb ...........................................................................8 5B.Medan Listrik dan Kuat Medan Listrik .....................................8 9C.Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik ............................9 3D. Kapasitor ..........................................................................................9 5Uji Kompetensi .......................................................................................106Bab IVMedan MagnetA.Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus ..................................113B.Gaya Magnetik (Gaya Lorentz) ....................................................124C.Penerapan Gaya Magnetik dalam Industri ................................131Uji Kompetensi .......................................................................................134Bab VInduksi ElektromagnetikA.GGL Induksi ....................................................................................140B.Hukum Lenz ...................................................................................149C.GGL Induksi Diri ............................................................................151D. Penerapan Induksi Magnetik di dalam Bidang Teknologi .....158Uji Kompetensi .......................................................................................167v
Bab VI Arus dan Tegangan Bolak-BalikA.Pengertian Arus dan Tegangan Bolak-Balik ...............................175B.Rangkaian Arus Bolak-Balik .........................................................181C.Faktor Daya .....................................................................................198Uji Kompetensi .......................................................................................202Uji Kompetensi Akhir Semester 1 .......................................................205Bab VII Dualisme Gelombang CahayaA.Radiasi Benda Hitam ......................................................................219B.Efek Fotolistrik ................................................................................225C.Efek Compton .................................................................................229D. Sifat Gelombang dan Partikel ......................................................232Uji Kompetensi .......................................................................................236Bab VIII Perkembangan Teori AtomA.Model Atom Dalton .......................................................................241B.Model Atom Thomson ..................................................................242C.Model Atom Rutherford ...............................................................242D. Spektrum Atom Hidrogen ...........................................................244E.Model Atom Bohr ...........................................................................246F.Tingkat Energi Elektron ................................................................246G.Teori Kuantum Atom .....................................................................252H. Efek Zeeman...................................................................................259Uji Kompetensi .......................................................................................262Bab IXRelativitasA.Relativitas Newton ..........................................................................269B.Teori Relativitas Einstein ...............................................................274Uji Kompetensi .......................................................................................289Bab XInti Atom dan RadioaktivitasA.Inti Atom ..........................................................................................295B.Radioaktivitas ..................................................................................299C.Reaksi Inti ........................................................................................308D. Reaktor Atom ..................................................................................311E.Pemanfaatan Radioisotop dalam Teknologi ..............................313Uji Kompetensi .......................................................................................319Uji Kompetensi Akhir Semester 2 .......................................................322Daftar Pustaka.........................................................................................................335Lampiran...................................................................................................................337vi
1Fisika SMA/MA XIIBab IGelombangSumber : Ilmu Pengetahuan Populer 10Seorang dokter dapat mendeteksi penyakit yang berbahaya di dalam organ tubuh pasienmenggunakan gelombang ultrasonik.
Fisika SMA/MA XII2Peta KonsepTujuan Pembelajaran :Setelah mempelajari bab ini, kalian diharapkan mampu:1. mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang secara umum,2. mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang bunyi, dan3. menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi dalam teknologi.GelombangBerjalanMempelajariGelombangGelombangStasionerGelombangBunyiJenis dan SifatPenerapanGelombang Bunyidan TeknologiMenghasilkanMempelajariPemantulanGelombangPembiasanGelombangInterferensiGelombangDifraksiGelombang
3Fisika SMA/MA XIIDalam fisika dikenal berbagai macam gelombang,misalnya: gelombang cahaya, gelombang bunyi, gelombangtali, gelombang air, dan sebagainya, yang dikelompokkanberdasarkan sifat-sifat fisisnya. Apakah sebenarnya gelombangitu?Gejala gelombang dapat diperlihatkan dengan mudah,apabila kita melemparkan batu ke dalam kolam yang airnyatenang, maka pada permukaan air kolam itu akan timbulusikan yang merambat dari tempat batu itu jatuh ke tepikolam. Usikan yang merambat pada permukaan air tersebutdisebut gelombang.Apabila di permukaan air itu terdapat benda terapung,misalnya kayu, maka kayu itu hanya bergerak naik turun tidakikut bergerak ke tepi. Hal ini menunjukkan bahwa yangmerambat hanya gelombangnya, sedangkan airnya tidak ikutbergerak bersama gelombang. Air hanya sebagai mediumrambatan gelombang. Jadi, pada perambatan gelombangmediumnya tetap.A. Jenis Gelombang dan Sifat-sifatnyaGelombang didefinisikan sebagai getaran yang merambatmelalui medium/perantara. Medium gelombang dapat berupazat padat, cair, dan gas, misalnya tali, slinki, air, dan udara.Dalam perambatannya, gelombang membawa energi. Energigelombang air laut sangat terasa bila kita berdiri di tepi pantai,berupa dorongan gelombang pada kaki kita.Gelombang ada di sekitar kita, beriak dalam air, bergulung di ladang jagung,membuat kaki lipan bergerak teratur, serta menyampaikan bunyi dan cahayapada kita. Pemanfaatan gelombang banyak dilihat dalam bidang komunikasi,kedokteran, industri, dan bidang penelitian keilmuan. Apakah sebenarnyagelombang itu dan bagaimana sifat-sifat gelombang?Agar kalian dapat mengetahuinya, maka pelajarilah bab ini dengan saksama!gelombang, efek Doppler, SONARMotivasi BelajarKata-kata Kunci
Fisika SMA/MA XII4Gelombang dapat dikelompokkan berdasarkan sifat-sifatfisisnya, yaitu :1.Berdasarkan arah getarannya, gelombang dapatdibedakan menjadi dua, yakni gelombang longitudinaldan gelombang transversal.a.Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arahgetarannya berimpit dengan arah rambatannya,misalnya gelombang bunyi.b.Gelombang transversal, yaitu gelombang yang arahgetarannya tegak lurus dengan arah rambatannya,misalnya gelombang pada tali dan gelombang cahaya.2.Berdasarkan amplitudonya, gelombang dapat dibedakanmenjadi dua, yakni gelombang berjalan dan gelombangdiam/berdiri.a.Gelombang berjalan, yaitu gelombang yangamplitudonya tetap pada setiap titik yang dilaluigelombang, misalnya gelombang pada tali.b.Gelombang diam/berdiri, yaitu gelombang yangamplitudonya berubah, misalnya gelombang padasenar gitar yang dipetik.3.Berdasarkan zat perantara atau medium rambatannya,gelombang dibedakan menjadi dua, yakni gelombangmekanik dan gelombang elektromagnetik.a.Gelombang mekanik, yaitu gelombang yang dalamperambatannya memerlukan medium, misalnyaGambar 1.1 Jenis-jenis gelombang (a) gelombang longitudinal, (b) gelombang transversal.bawahatas
5Fisika SMA/MA XIIgelombang air, gelombang pada tali, dan gelombangbunyi.b.Gelombang elektromagnetik yaitu gelombang yangdalam perambatannya tanpa memerlukan medium,misalnya gelombang cahaya.Pada bab ini kita hanya akan mempelajari tentanggelombang beserta besaran-besaran yang berkaitan dengangelombang, yaitu simpangan (Y), amplitudo (A), frekuensi (f),periode (T), dan fase (M) yang mana besaran tersebut sudahkita pelajari saat membahas tentang getaran di kelas XIsemester 1. Pada prinsipnya gelombang adalah rambatan darienergi getaran. Semua gelombang mekanik maupungelombang elektromagnetik mempunyai sifat-sifat yang samayaitu dapat dipantulkan (refleksi), dapat dibiaskan (refraksi),dapat saling berinterferensi (memadukan), dan mengalamidifraksi (pelenturan), dispersi, dan polarisasi.Untuk mempelajari sifat pada gelombang dapat dilakukankegiatan percobaan mengamati gelombang yang terjadi dipermukaan air dengan menggunakan tangki riak atau tangkigelombang (ripple tank). Pada dasarnya tangki riak terdiri atastangki air yang dasarnya terbuat dari kaca, motor listrik sebagaisumber getar yang diletakkan di atas papan penggetar danakan menggetarkan papan penggetar yang berupa plat/kepinguntuk pembangkit gelombang lurus dan pembangkitberbentuk bola kecil untuk membangkitkan gelombanglingkaran. Sebuah lampu diletakkan di atas tangki riak untukmenyinari permukaan logam. Di bawah tangki riak diletakkankertas putih untuk mengamati bentuk gelombang padapermukaan air. Puncak dan dasar gelombang akan terlihatpada kertas putih (layar) berupa garis gelap dan terang.Gambar 1.2 Tangki riak dipergunakan untuk mengamati sifat-sifat gelombang
Fisika SMA/MA XII6Sebelum membicarakan sifatgelombang, akan kita bahas mengenaipengertian front gelombang atau mukagelombang dan sinar gelombang. Apabilakita menggunakan keping getar, makapada permukaan air akan kita lihat garislurus yang bergerak ke tepi dan jika kitamenggunakan bola sebagai penggetar-nya, maka pada permukaan timbul ling-karan-lingkaran yang bergerak ke tepi.Sekumpulan garis-garis atau lingkaran-lingkaran itu yang dinamakan frontgelombang atau muka gelombang. Jadimuka gelombang didefinisikan sebagaitempat sekumpulan titik yang mem-punyai fase yang sama pada gelombang.Muka gelombang dapat berbentuk garislurus atau lingkaran (Lihat Gambar 1.3adan 1.3b).Tempat kedudukkan titik yangmempunyai fase yang sama mempunyaijarak 1O, 2O, 3O ..., dan seterusnya,sehingga jarak antarfront gelombangyang saling berdekatan sebesar 1OGambar 1.3b Muka gelombang lingkaranGambar 1.3a Muka gelombang lurusseperti ditunjukkan dalam gambar. Setiap gelombangmerambat menurut arah tertentu. Arah rambatan gelombangdisebut sinar gelombang. Sinar gelombang arahnya selalu tegaklurus muka gelombang.1. Pemantulan GelombangUntuk mengamatipemantulan gelombangdapat dilakukan denganmenempatkan balok kacaatau logam pada tangkiriak sebagai penghalanggelombang yang mem-punyai muka gelombanglurus. Sinar gelombangtersebut akan dipantul-kan pada saat mengenaidinding penghalangtersebut. Dalam pe-mantulan gelombang tersebut berlaku hukum pemantulangelombang yaitu :muka gelombangGambar 1.4 Pemantulan gelombang lurusMukagelombangpantulSudut pantulSinar datangMukagelombangdatangSudut datangSinar pantulirGaris normal
7Fisika SMA/MA XIIa)sudut datang gelombang sama dengan sudut pantulgelombang, danb)gelombang datang, gelombang pantul, dan garis normalterletak dalam satu bidang datar.2. Pembiasan GelombangUntuk mempelajari pembiasangelombang dapat dilakukan denganmenempatkan balok kaca/logam padatangki riak yang seluruhnya berada didalam air, sehingga akan membedakankedalaman permukaan air dalam tangkiriak. Hal ini untuk menggambarkan ada-nya dua medium rambatan gelombang,permukaan dalam menggambarkanmedium yang rapat dan permukaan airyang dangkal menggambarkan mediumyang kurang rapat. Sinar gelombangyang melewati bidang batas antarakedalaman air terlihat dibelokkan/dibiaskan di mana front gelombangnyamenjadi lebih rapat. Hal ini menunjuk-kan adanya perubahan panjang ge-lombang, akan tetapi frekuensinya tetap yaitu sama denganfrekuensi sumber getarnya. Dalam pembiasan gelombangberlaku hukum pembiasan yang menyatakan :Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut biasmerupakan bilangan tetap. = konstanSecara umum sering dituliskan :.... ( 1.1)dengan :i= sudut datang gelombang (derajat atau radian)r= sudut bias gelombang (derajat atau radian)O1= panjang gelombang pada medium 1 (m)O2= panjang gelombang pada medium 2 (m)Gambar 1.5 Pembiasan gelombangmedium 1sinar datang di tempat yang dalampelat kaca membentukbatas antaradua mediummedium 2sinar bias ditempat yangdangkal
Fisika SMA/MA XII8v1= cepat rambat gelombang pada medium 1 (m/s)v2= cepat rambat gelombang pada medium 2 (m/s)n1= indeks bias medium 1n2= indeks bias medium 2n2.1= indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 13. Interferensi GelombangUntuk menunjukkan gejala inter-ferensi gelombang dapat dipergunakandua sumber getar berbentuk bola atausumber getar berupa keping/plat yangdiberi dua lubang/celah di mana celahtersebut dapat dianggap sebagai sumbergetaran (gelombang). Untuk mengamatigejala interferensi gelombang agarteramati dengan jelas, maka keduagelombang yang berinterferensi tersebutharus merupakan dua gelombang yangkoheren. Dua gelombang disebutkoheren apabila kedua gelombangtersebut memiliki frekuensi danamplitudo yang sama serta memilikiselisih fase yang tetap/konstan.Ada dua sifat hasil interferensigelombang, yaitu interferensi bersifatkonstruktif dan destruktif. Interferensibersifat konstruktif artinya saling mem-perkuat, yaitu saat kedua gelombangbertemu (berinterferensi) memiliki faseyang sama. Sedang interferensi bersifatdestruktif atau saling melemahkan jikakedua gelombang bertemu dalam faseyang berlawanan.Gambar 1.7 menunjukkan polainterferensi yang ditunjukkan tangkiriak, di mana garis tebal/tidak terputusadalah hasil interferensi yang bersifatkonstruktif, sedangkan garis putus-putus menunjukkan interferensi yangbersifat destruktif.Sumber : www.kmr.nada.kth.seGambar 1.6 Pola interferensi gelombang padapermukaan airGambar 1.7 Pola interferensi gelombang
9Fisika SMA/MA XIIGambar 1.9 Gelombang berjalan pada tali4. Difraksi GelombangUntuk menunjukkan adanyadifraksi gelombang dapat dilakukandengan meletakkan penghalang padatangki riak dengan penghalang yangmempunyai celah, yang lebar celahnyadapat diatur. Difraksi gelombang adalahperistiwa pembelokan/penyebaran(lenturan) gelombang jika gelombangtersebut melalui celah. Gejala difraksiakan semakin tampak jelas apabila lebarcelah semakin sempit. Dengan sifat inilahruangan dalam rumah kita menjaditerang pada siang hari dikarenakan adalubang kecil pada genting. Serta suaraalunan musik dari tape recorder dapat sampai ke ruanganlain, meskipun kamar tempat tape tersebut pintunya tertutuprapat.Gambar 1.8 Difraksi gelombang (a) penghalangdengan celah lebar, (b) penghalang dengan celah sempit (a) (b)penghalangB. Gelombang Berjalan1. Persamaan Gelombang BerjalanSeutas tali AB yang kita bentangkan mendatar (Gambar1.9). Ujung B diikatkan pada tiang, sedangkan ujung A kitapegang. Apabila ujung A kita getarkan naik turun terus-menerus, maka pada tali tersebut akan terjadi rambatangelombang dari ujung A ke ujung B. Misalkan amplitudogetarannya A dan gelombang merambat dengan kecepatan vdan periode getarannya T.Misalkan titik P terletak pada tali AB berjarak x dariujung A dan apabila titik A telah bergetar selama t sekon, makatitik P telah bergetar selama tP = , di mana adalahwaktu yang diperlukan gelombang merambat dari A ke P.
Fisika SMA/MA XII10Persamaan simpangan titik P pada saat itu dapat dinyatakansebagai berikut :YP = A sinZ tPYP = A sin Z = A sin di mana Z = 2Sf = maka persamaan tersebut dapat ditulismenjadi : YP = A sin = A sin .Jika = k, di mana k didefinisikan sebagai bilangangelombangmaka persamaan simpangan dapat dituliskan menjadi : Yp = A sin (Zt – kx) .... (1.2)Persamaan tersebut yang disebut sebagai persamaangelombang berjalan yang secara umum dapat dituliskan : Yp = A sin (Zt ± kx) ....(1.3)Dalam persamaan di atas dipakai nilai negatif (-) jika gelom-bang berasal dari sebelah kiri titik P atau gelombang merambatke kanan dan dipakai positif (+) jika gelombang berasal darisebelah kanan titik P atau gelombang merambat ke kiri.2. Sudut Fase, Fase, dan Beda Fase padaGelombangSeperti halnya pada getaran, pada gelombang pun dikenalpengertian sudut fase, fase, dan beda fase. Oleh karena ituperhatikan lagi persamaan gelombang berjalan berikut ini!YP = A sin (Zt - kx) = A sin = A sin 2Sdi mana T disebut sudut fase sehingga : .... (1.4)
11Fisika SMA/MA XIIMengingat hubungan antara sudut fase (T) dengan fase (M)adalah T = 2SM maka fase titik P adalah:MP = .... (1.5)Apabila pada tali tersebut terdapat dua buah titik, titik P yangberjarak x1 dari titik asal getaran dan titik Q yang berjarak x2dari titik asal getaran, maka besarnya beda fase antara titikP dan Q adalah 'M = MP - MQ = 'M = .... (1.6)Sebuah gelombang merambat pada tali yang memenuhi persamaan :Y = 0,4 sin 2S (60 t – 0,4 x) di mana Y dan x dalam meter dan t dalamsekon, tentukanlah :a.amplitudo gelombang,b.frekuensi gelombang,c.panjang gelombang,d.cepat rambat gelombang, dane.beda fase antara titik A dan B pada tali itu yang terpisah sejauh 1 m.Penyelesaian :Untuk menyelesaikan persoalan gelombang berjalan yang diketahuipersamaan gelombangnya, kita mengubah bentuk persamaan gelombangtersebut ke dalam bentuk persamaan gelombang umum.Diketahui:Y = 0,4 sin 2S (60 t – 0,4 x)Ditanyakan:a.A = ... ?b.f = ... ?c.O = ... ?d.v = ... ?e.'M = ... ?Contoh Soal
Fisika SMA/MA XII12Jawab :Y= 0,4 sin 2S (60 t – 0,4x) diubah menjadi bentukY= 0,4 sin (120St – 0,8Sx)YP= A sin (Zt – kx)a.A = 0,4 mb.Zt = 120 StZ = 2Sfo 2Sf = 120 Sof = = 60 Hzc.k = 0,8So = 0,8SoO = = 2,5 md.v = f x O = 60 x 2,5 = 150 m/se.'M = Soal Latihan :1.Sebuah gelombang merambat pada tali memenuhipersamaan Y = 0,2 sin ( 10St – 0,2Sx ), jika Y dan x dalammeter dan t dalam sekon, tentukanlah :a.amplitudo gelombang,b.frekueksi gelombang,c.panjang gelombang,d.cepat rambat gelombang,e.beda fase antara titik A dan B pada tali itu yangterpisah sejauh 2,5 m.2.Gelombang transversal merambat pada tali memenuhipersamaan Y = 0,5 sin S ( 60t + 0,5x ) jika Y dan x dalammeter dan t dalam sekon, tentukanlah :a.amplitudo gelombang,b.frekuensi gelombang,c.panjang gelombang,d.cepat rambat gelombang,e.beda fase antara titik A dan B pada tali itu yangterpisah sejauh 3 m.
13Fisika SMA/MA XIILife Skills : Kecakapan AkademikSebuah tali yang panjang dibentangkan horisontal, apabila salah satu ujungnyadigetarkan terus-menerus dengan periode 0,2 s dengan amplitudo 20 cm,sehingga pada tali merambat gelombang transversal dengan kecepatan10 m/s. Sebuah titik P terletak pada jarak 2,5 m dari ujung yang digetarkan.Tuliskan bentuk persamaan simpangan titik P tersebut!Hasilnya dikumpulkan kepada guru kalian!C. Gelombang StasionerCobalah ambil seutas tali yang panjangnya kira-kira 4 - 5meter, kemudian ikatkan salah satu ujungnya pada tiang danujung yang lain kalian getarkan naik turun. Pada tali tersebutakan merambat gelombang dari ujung tali yang kita getarkanke ujung yang terikat. Coba perhatikan apa yang terjadi padaujung gelombang saat mencapai bagian tali yang terikat,ternyata gelombang itu akan dipantulkan kembali ke arahsemula. Antara gelombang datang dengan gelombang pantulini akan saling berinterferensi, sehingga menimbulkangelombang yang disebut gelombang stasioner atau gelombangberdiri.Gelombang stasioner terjadi jika dua gelombang yangmempunyai frekuensi dan amplitudo sama bertemu dalamarah yang berlawanan. Gelombang stasioner memiliki ciri-ciri,yaitu terdiri atas simpul dan perut. Simpul yaitu tempatkedudukan titik yang mempunyai amplitudo minimal (nol),sedangkan perut yaitu tempat kedudukan titik-titik yangmempunyai amplitudo maksimum pada gelombang tersebut.Gelombang stasioner dapat dibedakan menjadi dua, yaituGelombang stasioner yang terjadi pada ujung pemantul bebasdan gelombang stasioner yang terjadi pada ujung pemantultetap.1. Gelombang Stasioner pada Ujung BebasCoba sekali lagi lakukan kegiatan seperti di depan, akantetapi ikatan tali pada tiang dibuat longgar sehingga tali dapatbergerak bebas pada tiang tersebut. Kemudian buatlah usikanpada tali itu yang menimbulkan rambatan satu gelombangdan coba kalian perhatikan bagaimana pemantulangelombangnya. Hasil pengamatanmu akan sesuai denganGambar 1.10a dan 1.10b.
Fisika SMA/MA XII14Apabila ujung bebas telah bergetar selama t sekon,maka persamaan gelombang datang pada titik C dinyatakanYd = A sin (Zt - kx) dan persamaan gelombang pantul yangsampai di titik C dinyatakan Yp = A sin (Zt + kx). Persamaangelombang stasioner dapat diperoleh dengan menjumlahkanpersamaan gelombang datang dan gelombang pantul yangsampai di titik C, yaitu sebagai berikut :YC= Yd + Yp= A sin(Zt - kx) + A sin (Zt + kx)= A {sin(Zt - kx) + sin (Zt + kx)}= 2A sin{(Zt - kx) + (Zt + kx)}cos {(Zt - kx) - (Zt + kx)}= 2A sinZt cos kxatau YC = 2A cos kx sinZt.... (1.7)Jika 2A cos kx = A’ maka persamaan dapat ditulis YC = A’ sin Zt.Di mana A’ = amplitudo gelombang stasioner pada dawaiujung bebas, yang berarti bahwa amplitudo gelombangstasioner tergantung pada jarak suatu titik terhadap ujungpemantul (x).Gambar 1.11 Gelombang stasioner ujung bebasMaka letak simpul-simpul gelombang stasioner padaujung bebas jika A’ = 0, A’ akan sama dengan nol jika cos kx = 0,jadi nilai kx = dan seterusnya.Gambar 1.10a Gelombang datangGambar 1.10b Gelombang pantul
15Fisika SMA/MA XIIJadi secara berurutan letak-letak simpul dari ujung bebas dapatditentukan sebagai berikut :a.Simpul pertamakx1 = Sb.Simpul keduakx2 = c.Simpul ketigakx3 = d.Simpul keempatkx4 = dan seterusnya.Dari data tersebut letak simpul-simpul gelombangstasioner pada ujung bebas dapat dinyatakan dalam persamaansebagai berikut : x = (2n – 1) O .... (1.8)di manax = jarak simpul dari ujung bebasn = 1, 2, 3... dan seterusnya (orde simpul)O = panjang gelombang stasionerPerut gelombang terjadi jika A’ mencapai hargamaksimum, A’ akan maksimum jika cos kx = 1, jadi nilaikx = 0, S, 2S, 3S, 4S dan seterusnya.Letak kedudukan perut gelombang dari ujung bebasdapat dinyatakan sebagai berikut :a.Perut pertamakx1 = 0x1 = 0b .Perut keduakx2 = Sc.Perut ketigakx3 = 2S
Fisika SMA/MA XII16d.Perut keempatkx4 = 3Se.Perut kelimakx5 = 4Sdan seterusnya.Dari data tersebut letak kedudukan perut-perutgelombang stasioner dari ujung bebas dapat dinyatakan dalampersamaan :x = (n – 1) O .... (1.9)di manax = jarak perut gelombang dari ujung bebasn = 1, 2, 3, ...... dan seterusnya (orde perut)Sebuah tali yang panjang, salah satu ujungnya digetarkan terus-menerusdengan amplitudo 10 cm, periode 2 s, sedangkan ujung yang lain dibuatbebas. Jika cepat rambat gelombang pada tali tersebut 18 cm/s dan padatali terjadi gelombang stasioner, tentukanlah :a.amplitudo gelombang stasioner pada titik P yang berjarak 12 cm dariujung bebas,b .letak simpul ke-2 dan perut ke-3 dari ujung bebas.Penyelesaian :Diketahui:A= 10 cmT= 2sv= 18 cm/sO= v × T = 18 cm/s × 2s = 36 cmk= Ditanyakan:a.AP = ...? (x = 12 cm)b . letak simpul ke-2 = ...?letak perut ke-3 = ...?Contoh Soal
17Fisika SMA/MA XIIJawab :a.Besarnya amplitudo di titik P yang berjarak 20 cm dari ujung bebasadalah :AP= 2A cos kx= 2A cos 12= 2 × 10 cos = 20 cos (180o)= 20 cos 120o= 20 × () = -10 cmBesarnya amplitudo diambil harga mutlak/positifnya yaitu 10 cm.b .Letak simpul ke-2Letak perut ke-3XS2= ( 2n – 1) XP3= (n – 1) O= (2.2 – 1) × 36= (3 – 1) × 36= × 36= 2 × 18= 27 cm= 36 cmSoal Latihan :1.Sebuah tali yang panjang salah satu ujungnya digetarkansecara kontinu dengan amplitudo 20 cm dan periodenya4 s, sehingga pada tali tersebut terbentuk gelombangstasioner. Jika cepat rambat gelombang pada tali tersebut20 m/s. tentukanlah :a.persamaan gelombang stasioner pada tali tersebut,b .jarak antara tiga simpul yang berurutan,c.letak perut ke-4.2.Jika jarak simpul ke-3 dari ujung bebas adalah 50 cm,tentukanlah jarak perut ke-5 dari ujung bebas!
Fisika SMA/MA XII18Life Skills : Kecakapan Akademik3.Jika jarak 3 perut yang berurutan pada gelombangstasioner adalah 60 cm, tentukanlah letak perut ke-2 dansimpul 3 dari ujung bebas!Sebuah tali yang panjangnya 250 cm salah satu ujungnya digetarkan secarakontinu dengan amplitudo 10 cm dan periodenya 2 s. Jika cepat rambatgelombang pada tali 25 m/s dan pada tali tersebut terjadi gelombangstasioner, tentukanlah :a.bentuk persamaan gelombang stasioner pada tali tersebut,b .letak perut ke-3 dari titik asal getaran,c.letak simpul ke-2 dari titik asal getaran.Hasilnya dikumpulkan kepada guru kalian!2. Gelombang Stasioner pada Ujung TerikatCoba sekali lagi lakukan kegiatan di depan, akan tetapimengikatnya tali pada tiang dibuat kuat sehingga tali tersebuttidak dapat bergerak. Selanjutnya kalian buat usikan pada taliitu yang menimbulkan rambatan satu gelombang dan cobaperhatikan bagaimana pemantulan gelombangnya. Hasilpengamatanmu akan sesuai dengan Gambar 1.12a dan 1.12b.Pada ujung tetap ternyata hasil pemantulan gelombangterjadi loncatan fase sebesar sehingga gelombang yang tadi-nya datang berwujud bukit gelombang dipantulkan berupalembah gelombang. Apabila ujung bebas telah bergetar selamat sekon maka persamaan gelombang datang pada titik Cdinyatakan Yd = A sin (Zt - kx) dan persamaan gelombangpantul yang sampai di titik C dinyatakan Yp = A sin (Zt + kx)= - A sin (Zt + kx). Persamaan gelombang stasioner dapatdiperoleh dengan menjumlahkan persamaan gelombangdatang dan gelombang pantul yang sampai di titik C yaitusebagai berikut.Gambar 1.12a Gelombang datangGambar 1.12b Gelombang pantul
19Fisika SMA/MA XIIYC= Yd + Yp= A sin(Zt - kx) - A sin(Zt + kx)= A {sin(Zt - kx) - sin(Zt + kx)}= 2A cos{(Zt - kx) + (Zt + kx)}sin{(Zt - kx) -(Zt + kx)}= 2A cosZt sin kxatauYC = 2A sin kx cosZt .... (1.10)Jika 2A sin kx = A’ maka persamaan dapat ditulis YP = A’ cosZt,di mana A’ = amplitudo gelombang stasioner pada dawaiujung terikat.Oleh karena itu, letak simpul-simpul gelombangstasioner pada ujung terikat jika A’ = 0, A’ akan sama dengannol jika sin kx = 0, jadi nilai kx = 0, S, 2S, 3S, 4S dan seterusnya.Jadi secara berurutan letak-letak simpul dari ujung terikatdapat ditentukan sebagai berikut.a.Simpul pertamakx1 = 0x1 = 0b.Simpul keduakx2 = Sc.Simpul ketigakx3 = 2Sd.Simpul keempatkx4 = 3Se.Simpul kelimakx5 = 4Sdan seterusnya.Gambar 1.13 Gelombang stasioner ujung terikat
Fisika SMA/MA XII20Berdasarkan data tersebut letak simpul-simpul gelom-bang stasioner pada ujung terikat dapat dinyatakan dalampersamaan sebagai berikut. x = (n - 1) O .... (1.11)di manax = jarak simpul dari ujung terikatn = 1, 2, 3... dan seterusnya (orde simpul)O = panjang gelombang stasionerPerut gelombang terjadi jika A’ mencapai hargamaksimum, A’ akan maksimum jika cos kx = 1, jadi nilaikx = dan seterusnya.Letak kedudukan perut gelombang dari ujung terikatdapat dinyatakan sebagai berikut :a.Perut pertamakx1 = Sb .Perut keduakx2 = c.Perut ketigakx3 = d.Perut keempatkx4 = dan seterusnya.Berdasarkan data tersebut letak kedudukan perut-perutgelombang stasioner dari ujung terikat dinyatakan dalampersamaan :x = (2n – 1) O .... (1.12)
21Fisika SMA/MA XIIdi manax = jarak perut dari ujung bebasn = 1,2,3... dan seterusnya (orde perut)O = panjang gelombang stasionerCobalah kamu perhatikan alat-alat musik petik yang pernah kamu lihat.Misalnya gitar, pada sebuah gitar pada umumnya dilengkapi 6 buah senaryang mempunyai panjang yang hampir sama tetapi memiliki diameteryang berbeda-beda. Apabila masing-masing senar tersebut dipetik ternyatapada senar yang paling kecil diameternya menghasilkan nada yangfrekuensinya paling tinggi dibandingkan dengan senar yang lainnya,demikian juga jika panjangnya diperpendek bila dipetik nada yangdihasilkannya pun semakin tinggi.Cobalah diskusikan dengan teman-teman kelompokmu, tergantung padafaktor apa saja yang memengaruhi frekuensi nada yang dihasilkan olehsumber bunyi berupa senar dawai? Presentasikan hasil diskusi di depankelas dan kumpulkan kepada guru fisika setelah selesai presentasi!Sepotong tali yang panjangnya 5 meter, salah satu ujungnya terikat kuatsedangkan ujung yang lainnya digerakkan secara kontinu denganamplitudo 10 cm dan frekuensi 4 Hz. Jika cepat rambat gelombang padatali itu 8 m/s, tentukanlah :a.amplitudo titik P yang terletak 1,5 meter dari ujung terikat,b .jarak simpul ke-3 dari ujung terikat,c.jarak perut ke-2 dari ujung terikat,Penyelesaian :a.Besarnya amplitudo di titik P yang berjarak 1,5 m dari ujung terikatadalahAP= 2A sin kx= 2A sin S 1,5= 2 × 10 sin 1,5 S= 20 sin 270o= 20 (-1)= -20 cmBesarnya amplitudo diambil harga mutlak/positifnya yaitu 20 cm.Contoh SoalWawasan Produktivitas : Kreatif
Fisika SMA/MA XII22Life Skills : Kecakapan Akademikb .Letak simpul ke-3Letak perut ke-3XS2= (n – 1) OXP3= (2n – 1) O= (3 – 1) 2= (2.2 – 1) x 2= 2 × 1= (4 – 1) = 2 m= 1 mSoal Latihan :Sebuah tali yang panjangnya 6 m direntangkan horisontal,salah satu ujungnya terikat kuat sedangkan ujung yang laindigetarkan secara kontinu, sehingga terjadi gelombangstasioner. Jika jarak perut ke-5 dari ujung terikat 2,25 meter,tentukanlah :a.panjang gelombang yang terjadi,b .letak simpul ke 6 dari ujung terikat,c.persamaan gelombang jika amplitudo getarannya 10 cm.Sebuah tali yang panjangnya 6 meter, salah satu ujungnya digetarkan denganamplitudo 20 cm dan periodenya 0,2 sekon, sedangkan ujung yang lainnyaterikat. Jika cepat rambat gelombang pada tali 8 m/s sehingga pada taliterbentuk gelombang stasioner, tentukanlah :a.persamaan gelombangnya,b .amplitudo titik P yang berjarak 2,4 m dari ujung terikat,c.letak perut ke-2 dan simpul ke-3 dari titik asal getaran.Hasilnya dikumpulkan kepada guru kalian!
23Fisika SMA/MA XIID. Percobaan MeldeGambar (1.14) di atas menunjukkan peralatan yangdigunakan untuk mengukur cepat rambat gelombang trans-versal pada sebuah dawai (senar). Apabila vibrator dihidupkanmaka tali akan bergetar sehingga pada tali akan merambatgelombang transversal. Kemudian vibrator digeser menjauhiatau mendekati katrol secara perlahan-lahan sehingga padatali timbul gelombang stasioner. Setelah terbentuk gelombangstasioner, kita dapat mengukur panjang gelombang yangterjadi (O) dan jika frekuensi vibrator sama dengan f makacepat rambat gelombang dapat dicari dengan v = f.O. Untukmengetahui faktor-faktor yang memengaruhi cepat rambatgelombang dapat dilakukan dengan mengubah-ubah panjangtali, massa tali, dan tegangan tali (berat beban yang digantung-kan). Orang yang pertama kali melakukan percobaanmengukur cepat rambat gelombang adalah Melde, sehinggapercobaan seperti di atas dikenal dengan sebutan PercobaanMelde. Berdasarkan hasil percobaan diperoleh bahwakecepatan merambat gelombang transversal pada dawai :a.berbanding lurus dengan akar panjang dawai,b .berbanding terbalik dengan akar massa dawai,c.berbanding lurus dengan akar gaya tegangan dawai,d.berbanding terbalik dengan akar massa per satuanpanjang dawai,e.berbanding terbalik dengan akar massa jenis dawai,f.berbanding terbalik dengan akar luas penampang dawai.Pernyataan tersebut jika dinyatakan dalam persamaanadalah sebagai berikut.v = .... (1.13)Gambar 1.14 Alat Percobaan Melde
Fisika SMA/MA XII24denganv= cepat rambat gelombang (m/s, cm/s)F= gaya tegangan dawai (N, dyne)l= panjang dawai (m, cm)m= massa dawai (kg, gr)P= massa persatuan panjang dawai ( kg/m, gr/cm)U= massa jenis dawai (kg/m3 , gr/cm3)A= luas penampang dawai (m2 , cm2)Percobaan Melde menggunakan tali yang panjangnya 2 meter danmassanya 2,5 gr serta diberi gaya tegangan sebesar 50 N. Tentukan berapam/s cepat rambat gelombang pada tali tersebut!Penyelesaian :Diketahui:l= 2 mm= 2,5 × 10-3 kgF= 50 NDitanyakan:v= ... ?Jawab:v = = 200 m/sJadi, cepat rambat gelombang pada tali adalah 200 m/s.Untuk mengukur kecepatan rambat gelombang transversal pada tali ataudawai dapat dilakukan dengan percobaan Melde. Cobalah membuatrancangan alat percobaan Melde dengan memanfaatkan barang-barangsederhana yang ada di sekitar kita secara berkelompok dengan 1 kelompokberanggota 5 orang. Buatlah langkah-langkah kerjanya dan lakukanpercobaan untuk menguji alat tersebut. Buatlah kesimpulan berdasarkanhasil pengamatanmu pada percobaan tersebut dan laporkan secara tertuliskepada bapak/ibu guru fisika.Contoh SoalSoal Latihan :a.Pada Percobaan Melde menggunakan tali yang panjang-nya 2 m dan massanya 50 gram serta diberi beban yangmassanya 0,5 kg. Tentukan cepat rambat gelombang yangterjadi pada tali tersebut!Life Skills : Kecakapan Sosial
25Fisika SMA/MA XIIb.Jika pada Percobaan Melde menggunakan tali yangpanjangnya 50 cm dan massanya 2,5 gr. Ternyata cepatrambat gelombang yang terjadi 40 m/s, tentukan berapaN tegangan yang harus diberikan pada tali tersebut!Gelombang bunyi merupakan salah satu contoh darigelombang mekanik, yaitu gelombang merambat memerlukanzat perantara (medium perantara). Gelombang bunyi adalahgelombang mekanik yang berbentuk gelombang longitudi-nal, yaitu gelombang yang arah rambatannya sejajar denganarah getarannya. Gelombang bunyi dihasilkan oleh benda yangbergetar, benda yang bergetar disebut sumber bunyi. Karenabunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar, maka kuatkerasnya bunyi tergantung pada amplitudo getarannya. Makinbesar amplitudo getarannya, makin keras bunyi terdengar dansebaliknya makin kecil amplitudonya, makin lemah bunyiyang terdengar. Di samping itu, keras lemahnya bunyi jugatergantung pada jarak terhadap sumber bunyi, makin dekatdengan sumber bunyi, bunyi terdengar makin keras dansebaliknya makin jauh dari sumber bunyi, makin lemah bunyiyang kita dengar. Gelombang bunyi berdasarkan dayapendengaran manusia dibedakan menjadi menjadi tiga, yaituPada Percobaan Melde dengan menggunakan tali yang panjangnya 2 mdan massanya 2 gr serta diberi beban yang massanya 400 gr. Tentukancepat rambat gelombang pada tali tersebut dan tentukan pula berapamassa beban yang harus digantungkan agar cepat rambat gelombangnyamenjadi dua kalinya! Berkonsultasilah kepada guru kalian!E. Gelombang BunyiSumber : Ilmu Pengetahuan Populer 5Gambar 1.15 Setiap garputala dipukul, garputala bergetar, menimbulkan pemampatan danperenggangan berganti-ganti yang konsentris sebagai sumber bunyi.Life Skills : Kecakapan Akademik
Fisika SMA/MA XII26audio/bunyi,infrasonik dan ultrasonik. Audio yaitu daerahgelombang bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusiayang memiliki frekuensi berkisar antara 20 hingga 20.000 Hz.Infrasonik yaitu gelombang bunyi yang memiliki frekuensi dibawah 20 Hz. Sedangkan ultrasonik yaitu gelombang bunyiyang memiliki frekuensi di atas 20.000 Hz. Baik gelombanginfrasonik maupun ultrasonik tidak dapat didengar olehtelinga manusia.1. Sumber BunyiSumber bunyi adalah sesuatu yang bergetar. Untukmeyakinkan hal ini tempelkan jari pada tenggorokan selamakalian berbicara, maka terasalah suatu getaran. Bunyitermasuk gelombang longitudinal. Alat-alat musik sepertigitar, biola, harmonika, seruling termasuk sumber bunyi. Padadasarnya sumber getaran semua alat-alat musik itu adalahdawai dan kolom udara. Pada bab ini kita akan mempelajarinada-nada yang dihasilkan oleh sumber bunyi tersebut.a. Sumber Bunyi DawaiSebuah gitar merupakan suatu alatmusik yang menggunakan dawai/senarsebagai sumber bunyinya. Gitar dapatmenghasilkan nada-nada yang berbedadengan jalan menekan bagian tertentupada senar itu, saat dipetik. Getaran padasenar gitar yang dipetik itu akanmenghasilkan gelombang stasioner padaujung terikat. Satu senar pada gitar akanmenghasilkan berbagai frekuensiresonansi dari pola gelombang palingsederhana sampai majemuk. Nada yangdihasilkan dengan pola paling sederhanadisebut nada dasar, kemudian secaraberturut-turut pola gelombang yangterbentuk menghasilkan nada atas ke-1,nada atas ke-2, nada atas ke-3 ... danseterusnya.Gambar di samping menggambar-kan pola-pola yang terjadi pada sebuahdawai yang kedua ujungnya terikat jikadipetik akan bergetar menghasilkannada-nada sebagai berikut :Gambar 1.16 Pola gelombang nada-nada yangdihasilkan petikan dawai
27Fisika SMA/MA XII1) Nada DasarJika sepanjang dawai terbentuk gelombang, maka nadayang dihasilkan disebut nada dasar.l atau O = 2l bila frekuensi nada dasar dilambangkan f0maka besarnya :f0 =2) Nada Atas 1Jika sepanjang dawai terbentuk 1 gelombang, maka nadayang dihasilkan disebut nada atas 1.l= O1 atau O1 =l bila frekuensi nada atas 1 dilambangkanf1 maka besarnya :f1 =3) Nada Atas 2Jika sepanjang dawai terbentuk 1,5 gelombang, makanada yang dihasilkan disebut nada atas 2.l= 2 atau O2 = bila frekuensi nada atas 2dilambangkan f2 maka besarnya :4) Nada Atas 3Jika sepanjang dawai terbentuk 2 gelombang, maka nadayang dihasilkan disebut nada atas 3.l = 2O3 atau O3 = ½l bila frekuensi nada atas 3dilambangkan f3 maka besarnya :f3 = dan seterusnya.Berdasarkan data tersebut dapat kita simpulkan bahwaperbandingan frekuensi nada-nada yang dihasilkan olehsumber bunyi berupa dawai dengan frekuensi nada dasarnyamerupakan perbandingan bilangan bulat.
Fisika SMA/MA XII28 f0 : f1 : f2 : f3 : ... = = 1 : 2 : 3 : 4 ...(1.14)Seutas dawai yang panjangnya 2,5 m, massanya 250 gram diberitegangan 250 N. Kemudian dipetik sehingga pada dawai tersebutmembentuk pola 2,5 gelombang. Tentukan berapa Hz frekuensi nada yangdihasilkan dan nada atas yang ke berapa!Penyelesaian :Diketahui:l= 2,5 mm= 250 gr = 0,250 kgF= 250 NDitanyakan:a.f = ...? (frekuensi nada yang dihasilkan)b .Nada atas yang ke berapa yang dihasilkan oleh dawai tersebut?Jawab :a.2,5 O= 2,5 mO= 1 mv= = 50 m/sf= = 50 HzJadi frekuensi nada yang dihasilkan adalah 50 Hz.b .Karena sepanjang dawai terbentuk 2,5 gelombang maka nada yangdihasilkan adalah nada atas ke-4.Soal Latihan :1.Sebuah kawat yang panjangnya 1 m, massanya 100 grdiberi tegangan 1.600 N. Kemudian digetarkan sehinggapada kawat tersebut membentuk pola 2 gelombang.Berapa frekuensi nada yang dihasilkan oleh kawattersebut?Contoh Soal
29Fisika SMA/MA XII2.Sebuah kawat yang panjangnya 180 cm, kedua ujungnyadiikat kuat-kuat. Cepat rambat gelombang pada kawattersebut adalah 330 m/s. Bila kawat tersebut dipetiksehingga menghasilkan nada atas ke 2, hitunglahfrekuensi nada yang dihasilkan kawat tersebut?b. Sumber Bunyi Kolom UdaraSeruling dan terompet merupakancontoh sumber bunyi berupa kolomudara. Sumber bunyi yang mengguna-kan kolom udara sebagai sumbergetarnya disebut juga pipa organa. Pipaorgana dibedakan menjadi dua, yaitupipa organa terbuka dan pipa organatertutup.1) Pipa Organa TerbukaSebuah pipa organa jika ditiup jugaakan menghasilkan frekuensi nadadengan pola-pola gelombang yang dapatdilihat pada Gambar 1.18.a.Nada dasarJika sepanjang pipa organa ter-bentuk gelombang, maka nada yangdihasilkan disebut nada dasar.l = O0 atau O0 = 2 l bila frekuensi nadadasar dilambangkan f0 maka besarnya :f0 =b .Nada atas 1Jika sepanjang pipa organa ter-bentuk 1 gelombang, maka nada yangdihasilkan disebut nada atas 1.l = O1atau O1 = "bila frekuensi nadaatas 1 dilambangkan f0 maka besarnya :f1 = Gambar 1.17 Salah satu alat musik tiup. Gelombangnaik turun udara bergetar melalui lubang serulingmenghasilkan suara yang merduGambar 1.18 Pola gelombang nada-nada pada pipaorgana terbukaa. Nada Dasarb. Nada Atas 1c. Nada Atas 2d. Nada Atas 3
Fisika SMA/MA XII30c.Nada atas 2Jika sepanjang pipa organa terbentuk gelombang, makanada yang dihasilkan disebut nada atas 2.l = l2 atau l2 = l bila frekuensi nada atas 2dilambangkan f2 maka besarnya :f2 =d.Nada atas 3Jika sepanjang dawai terbentuk 2 gelombang, maka nadayang dihasilkan disebut nada atas 3.l = 2O3 atau O3 = l bila frekuensi nada atas 3dilambangkan f3 maka besarnya :f3 = ... dan seterusnya.Berdasarkan data tersebut dapat dikatakan bahwaperbandingan frekuensi nada-nada yang dihasilkan oleh pipaorgana terbuka dengan frekuensi nada dasarnya merupakanperbandingan bilangan bulat.fo : f1 : f2 : f3 : = = 1 : 2 : 3 : 4 .... (1.15)2) Pipa Organa TertutupSebuah pipa organa tertutup jika ditiup juga akanmenghasilkan frekuensi nada dengan pola-pola gelombangyang dapat dilihat pada Gambar 1.19.a.Nada dasarJika sepanjang pipa organa terbentuk gelombang, makanada yang dihasilkan disebut nada dasar.
31Fisika SMA/MA XIIl = O0 atau O0 = 4 l bila frekuensinada dasar dilambangkan f0 makabesarnya :b .Nada atas 1Jika sepanjang pipa organaterbentuk gelombang, makanada yang dihasilkan disebut nadaatas 1.l = O1 atau O1= lbila frekuensinada dasar dilambangkan f1 makabesarnya :c.Nada atas 2Jika sepanjang pipa organa terbentuk gelombang, makanada yang dihasilkan disebut nada atas 2.l= O2 atau O= l bila frekuensi nada dasar dilambangkanf2 maka besarnya :d. Nada atas 3Jika sepanjang pipa organa terbentuk gelombang, makanada yang dihasilkan disebut nada atas 3.l= O3 atau O3 = l bila frekuensi nada atas 3dilambangkan f3 maka besarnya :dan seterusnya.Gambar 1.19 Pola gelombang nada-nada pada pipaorgana tertutupa. Nada Dasarb. Nada Atas 1c. Nada Atas 2d. Nada Atas 3
Fisika SMA/MA XII32Dari data tersebut dapat dikatakan bahwa perbandinganfrekuensi nada-nada yang dihasilkan oleh pipa organa tertutupdengan frekuensi nada dasarnya merupakan perbandinganbilangan ganjil.f0 : f1 : f2 : f3 : = = 1 : 3 : 5 : 7 : ... .... (1. 16)Nada atas pertama pipa organa terbuka beresonansi dengan nada ataskeempat pipa organa tertutup. Jika panjang pipa organa terbuka tersebut90 cm. Tentukan berapa panjang pipa organa tertutupnya! (Resonansiadalah peristiwa ikut bergetarnya sumber bunyi karena pengaruh sumberbunyi lain yang bergetar di dekatnya yang disebabkan kedua sumber bunyimempunyai frekuensi yang sama).Penyelesaian:Diketahui:lTB= 90 cmf1TB= f4TTDitanyakan:lTT= ... ?Jawab:f1TB= f4TT94TBTTvv""4 lTT= 9 lTBlTT= lTB = × 90 = 40 cmJadi, panjang pipa organa tertutup adalah 40 cm.Latihan Soal :1.Nada dasar yang dihasilkan oleh sebuah pipa organaterbuka adalah sama dengan nada atas kedua yangdihasilkan oleh sebuah dawai. Tentukan berapa per-bandingan antara panjang pipa organa dengan panjangdawai!Contoh Soal
33Fisika SMA/MA XII2.Nada atas ke-3 pipa organa terbuka tepat sama dengannada atas ke-2 dari pipa organa tertutup. Bila panjang pipaorgana tertutup adalah 50 cm. Tentukan berapa panjangpipa organa terbukanya!2. Intensitas dan Taraf Intensitas BunyiPada dasarnya gelombang bunyi adalah rambatan energiyang berasal dari sumber bunyi yang merambat ke segalaarah, sehingga muka gelombangnya berbentuk bola. Energigelombang bunyi yang menembus permukaan bidangtiap satu satuan luas tiap detiknya disebut intensitas bunyi.Apabila suatu sumber bunyi mempunyai daya sebesar P watt,maka besarnya intensitas bunyi di suatu tempat yang berjarakr dari sumber bunyi dapat dinyatakan :I = .... (1. 17)dengan :I= intensitas bunyi (watt/m2)P= daya sumber bunyi (watt, joule/s)A= luas permukaan yang ditembus gelombang bunyi (m2)r= jarak tempat dari sumber bunyi (m)Berdasarkan persamaan di atas terlihat bahwa intensitasbunyi di suatu tempat berbanding terbalik dengan kuadratjaraknya, makin jauh dari sumber bunyi, maka intensitasnyasemakin kecil. Jika titik A berjarak r1 dan titik B berjarak r2dari sumber bunyi, maka perbandingan intensitas bunyi antaratitik A dan B dapat dinyatakan dalam persamaan : .... (1.18)
Fisika SMA/MA XII34Dikarenakan pendengaran telinga manusia mempunyaiketerbatasan, maka para ahli menggunakan istilah dalamintensitas bunyi dengan menggunakan ambang pendengarandan ambang perasaan. Intensitas ambang pendengaran (Io) yaituintensitas bunyi terkecil yang masih mampu didengar olehtelinga, sedangkan intensitas ambang perasaan yaitu intensitasbunyi yang terbesar yang masih dapat didengar telinga tanpamenimbulkan rasa sakit. Besarnya ambang pendengaranberkisar pada 10-12 watt/m2 dan besarnya ambang perasaanberkisar pada 1 watt/m2.Berdasarkan hasil penelitian para ahli ternyata bahwa dayapendengaran telinga manusia terhadap gelombang bunyibersifat logaritmis, sehingga para ilmuwan menyatakanmengukur intensitas bunyi tidak dalam watt/m2 melainkandalam satuan dB (desi bell) yang menyatakan Taraf Intensitasbunyi (TI). Taraf intensitas bunyi merupakan perbandingannilai logaritma antara intensitas bunyi yang diukur denganintensitas ambang pendengaran (Io) yang dituliskan dalampersamaan : TI = 10 .... (1.19)dengan :TI= taraf intensitas bunyi (dB = desi bell)I= intesitas bunyi (watt.m-2)Io= intensitas ambang pendengaran (Io = 10-12 watt.m-2)1.2.3.4.5.6.7.8.9.Ambang pendengaranBisik-bisikPerpustakaanRumah tinggalPercakapan pada umumnyaLalu lintas ramaiSuara sepeda motor dengan knalpot terbukaSenjata mesinPesawat jet tinggal landasNo.Sumber BunyiTI (dB)010 - 2030 - 4050 - 6060 - 7070 - 8090 - 100120 - 130130 - 150Tabel 1.1 Taraf Intensitas dari Berbagai Sumber Bunyi
35Fisika SMA/MA XIISuatu sumber bunyi dengan daya 12,56 watt memancarkan gelombangbunyi berupa gelombang speris. Intensitas ambang pendengaran10-12 watt/m2. Tentukan taraf intensitas bunyi pada jarak 100 meter darisumber bunyi!Penyelesaian:Diketahui:P= 12,56 wattIo= 10-12 watt.m-2r= 100 mDitanyakan:TI= ...?Jawab:Intensitas bunyi pada jarak 100 m dari sumber bunyiadalah : I = = 10-4 watt.m-2TI = 10 log = 10 log 108 = 10 x 8 = 80 dBJadi, taraf intensitas bunyinya adalah 80 dB.Soal Latihan :1.Taraf intensitas bunyi pada suatu tempat yang berjarak1m dari sumber bunyi adalah 60 dB. Jika harga ambangbunyi 10-16 watt.m-2. Tentukan berapa dB taraf intensitasbunyi di tempat yang berjarak 100 meter dari sumberbunyi!2.Taraf intensitas sebuah mesin ketik adalah 40 dB, tentukanberapa taraf intensitas yang ditimbulkan oleh 100 mesinketik yang dipakai secara bersamaan!3. Layangan BunyiBunyi termasuk sebagai gelombang dan sebagai salah satusifat gelombang yaitu dapat berinterferensi, demikian jugapada bunyi juga mengalami interferensi. Peristiwa interferensidapat terjadi bila dua buah gelombang bunyi memilikifrekuensi yang sama atau berbeda sedikit dan berada dalamsatu ruang dengan arah yang berlawanan. Interferensisemacam ini sering disebut interferensi ruang. Interferensi dapatContoh Soal
Fisika SMA/MA XII36juga terjadi jika dua gelombang bunyi yang mempunyaifrekuensi sama atau berbeda sedikit yang merambat dalamarah yang sama, interferensi yang terjadi disebut interferensiwaktu.Dalam peristiwa interferensi gelombang bunyi yangberasal dari dua sumber bunyi yang memiliki frekuensi yangberbeda sedikit, misalnya frekuensinya f1 dan f2, maka akibatdari interferensi gelombang bunyi tersebut akan kita dengarbunyi keras dan lemah yang berulang secara periodik.Terjadinya pengerasan bunyi dan pelemahan bunyi tersebutadalah efek dari interferensi gelombang bunyi yang disebutdengan istilah layangan bunyi atau pelayangan bunyi. Kuatdan lemahnya bunyi yang terdengar tergantung pada besarkecil amplitudo gelombang bunyi. Demikian juga kuat danlemahnya pelayangan bunyi bergantung pada amplitudogelombang bunyi yang berinterferensi.Banyaknya pelemahan dan penguatan bunyi yang terjadidalam satu detik disebut frekuensi layangan bunyi yangbesarnya sama dengan selisih antara dua gelombang bunyiyang berinterferensi tersebut. Besarnya frekuensi layanganbunyi dapat dinyatakan dalam persamaan : fn = N = | f1 – f2 | .... (1.20)dengan :fn= frekuensi layangan bunyiN= banyaknya layangan bunyi tiap detiknyaf1 dan f2= frekuensi gelombang bunyi yang berinterferensiPipa organa terbuka panjangnya 40 cm, menghasilkan nada dasar danmembuat layangan bunyi dengan garputala yang frekuensinya 420 Hz.Apabila cepat rambat bunyi di udara 340 m/s. Tentukan berapabanyaknya layangan bunyi tiap detiknya!Penyelesaian:Diketahui:"= 40 cmfg= 420 Hzv= 340 m/sDitanyakan:N= ...?Contoh Soal
37Fisika SMA/MA XIIJawab:fn = N = | fp – fg |fp = = 425 HzJadi, banyaknya layangan bunyi tiap detiknya= N = 425 – 420 = 5 layangan bunyi.Seorang anak diam di pinggir jalan. Pada saat itu dari samping kiribergerak mobil ambulan dengan kecepatan 72 km/jam sambilmembunyikan sirine yang frekuensinya 1.000 Hz dan dari sebelah kananbergerak sebuah bis dengan kecepatan 54 km/jam sambil membunyikanklaksonnya yang mempunyai frekuensi 1000 Hz. Apabila pada saat itukecepatan bunyi di udara 340 m/s dan udara di sekitar dianggap tenang,tentukan berapa frekuensi layangan bunyi yang didengar anak tersebut!Hasilnya dikumpulkan pada guru fisika kalian!Membayangkan Efek DopplerCara lain untuk memikirkan efek Doppler ialahmembayangkan seorang pendengar yangberjalan mendekati sumber bunyi. Semakindekat ia mendatangi lonceng, semakin cepatmuka-muka gelombang mencapainya, dansemakin tinggi nada bunyi lonceng itu dalampendengarannya.Info Sains4. Efek DopplerDalam kehidupan sehari-hari, kitasering menjumpai bunyi yang kitadengar akan terdengar berbeda apabilaantara sumber bunyi dan pendengarterjadi gerakan relatif. Misalnya pada saatkita menaiki sepeda motor di jalan rayaberpapasan dengan mobil ambulan ataumobil patroli yang membunyikan sirine.Bunyi sirine yang terdengar akan makinkeras saat kita bergerak saling mendekatidan akan semakin lemah pada saat kitabergerak saling menjauhinya. Peristiwaini disebut efek Doppler yaitu peristiwaterjadinya perubahan frekuensi bunyiyang diterima oleh pendengar akanberubah jika terjadi gerakan relatif antarasumber bunyi dan pendengar.Keras dan lemahnya bunyi yang terdengar bergantung padafrekuensi yang diterima pendengar. Besar kecil perubahanfrekuensi yang terjadi bergantung pada cepat rambat gelom-bang bunyi dan perubahan kecepatan relatif antara pendengardan sumber bunyi. Peristiwa ini pertama kali dikemukakanoleh Christian Johann Doppler pada tahun 1942 dan secaraeksperimen dilakukan oleh Buys Ballot pada tahun 1945.Life Skills : Kecakapan Akademik
Fisika SMA/MA XII38Sebagai contoh sumber bunyi mengeluarkanbunyi dengan frekuensi fs dan bergerak dengankecepatan vs dan pendengar bergerak dengankecepatan vp dan kecepatan rambat gelombangbunyi adalah v maka frekuensi bunyi yang diterimaoleh pendengar apabila terjadi gerakan relatif antarasumber bunyi dengan pendengar dapatdirumuskan :.... (1.21)dengan :fp= frekuensi bunyi yang diterima pendengar (Hz)fs= frekuensi sumber bunyi (Hz)v= cepat rambat bunyi di udara (ms1)vp= kecepatan pendengar (ms1)vs= kecepatan sumber bunyi (ms1)Aturan penulisan kecepatan :zvp berharga positif jika pendengar bergerak mendekati sumber bunyidan sebaliknya vpberharga negatif jika pendengar bergerak menjauhisumber bunyi.zvs berharga positif jika sumber bunyi menjauhi pendengar dansebaliknya berharga negatif jika sumber bunyi bergerak mendekatipendengar.Sebuah mobil patroli polisi bergerak dengan kelajuan 72 km/jamsambil membunyikan sirine yang mempunyai frekuensi 800 Hz. Tentukanberapa frekuensi bunyi sirine yang diterima oleh seseorang yang diam dipinggir jalan pada saat mobil tersebut bergerak mendekatinya! Apabiladiketahui cepat rambat gelombang bunyi di udara 340 m/s.Penyelesaian:Diketahui:vs= 72 km/jam = 20 m/sfs= 800 Hzvp= 0v= 340 m/sDitanyakan:fp= ?Contoh Soal
39Fisika SMA/MA XIIJawab:fp=== 850 HzJadi, frekuensi bunyi sirine yang diterima pendengar adalah 850 Hz.Soal Latihan :1.Sebuah mobil ambulan bergerak dengan kelajuan54 km/jam sambil membunyikan sirine yang memilikifrekuensi 1000 Hz, berpapasan dengan seorangpengendara sepeda motor yang bergerak dalam arahberlawanan dengan kelajuan 36 km/jam. Apabila cepatrambat bunyi di udara saat itu 340 m/s tentukan berapafrekuensi bunyi sirine yang diterima pengendara sepedamotor pada saat (a) saling mendekati dan (b) salingmenjauhi!2.Seorang pilot pesawat terbang bergerak mendekatibandara. Apabila pilot tersebut mendengar bunyi sirineyang dipancarkan oleh menara pengawas denganfrekuensi 2000 Hz, dan cepat rambat gelombangbunyi di udara 340 m/s, frekuensi sumber bunyi (sirine)1700 Hz. Berapa km/jam kelajuan pesawat tersebut?5. Mengukur Cepat Rambat BunyiBagaimana cara mengukur cepat rambat gelombang bunyidi udara? Mengukur cepat rambat gelombang bunyi dapatdilakukan dengan metode resonansi pada tabung resonator(kolom udara). Pengukuran menggunakan peralatan yangterdiri atas tabung kaca yang panjangnya 1 meter, sebuah slangkaret/plastik, jerigen (tempat air) dan garputala seperti terlihatdalam Gambar 1.20.Bagaimana prinsip kerja alat ini? Mula-mula diatursedemikian, permukaan air tepat memenuhi pipa dengan jalanmenurunkan jerigen. Sebuah garputala digetarkan dengan caradipukul menggunakan pemukul dari karet dan diletakkan diatas bibir tabung kaca, tetapi tidak menyentuh bibir tabungdan secara perlahan-lahan tempat air kita turunkan. Lama-kelamaan akan terdengar bunyi yang makin lama makin kerasdan akhirnya terdengar paling keras yang pertama. Jika jerigen
Fisika SMA/MA XII40terus kita turunkan perlahan-lahan (dengan garputala masihbergetar dengan jalan setiap berhenti dipukul lagi), makabunyi akan melemah dan tak terdengar, tetapi semakin lamaakan terdengar makin keras kembali. Apa yang menyebabkanterdengar bunyi keras tersebut?Gelombang yang dihasilkan garpu-tala tersebut merambat pada kolomudara dalam tabung dan mengenaipermukaan air dalam tabung, kemudiandipantulkan kembali ke atas. Keduagelombang ini akan saling berinter-ferensi. Apabila kedua gelombangbertemu pada fase yang sama akanterjadi interferensi yang saling mem-perkuat, sehingga pada saat itu padakolom udara timbul gelombang stasionerdan frekuensi getaran udara samadengan frekuensi garputala. Peristiwainilah yang disebut resonansi. Sebagaiakibat resonansi inilah terdengar bunyiyang keras. Resonansi pertama terjadijika panjang kolom udara sebesar O,peristiwa resonansi kedua terjadi jikapanjang kolom udara O, ketiga jika Odan seterusnya. Dengan mengukurpanjang kolom udara saat terjadiresonansi, maka panjang gelombangbunyi dapat dihitung. Oleh karena itu,cepat rambat gelombang bunyi dapatdicari dengan persamaan : v = f × O .... (1.22)dengan :v= cepat rambat gelombang bunyi (m/s)f= frekuensi garputala (Hz)O= panjang gelombang bunyi (m)Resonansi I jika :L1 = O atau O = 4 L1Resonansi II jika :L2 = O atau O = L2Resonansi ke III jika :L3 = O atauO = L3Atau O dapat dicari denganO= 2 (L2 - L1) = (L3 – L1)Gambar 1.20 Percobaan resonansiGarputalaL = ¼OL = ¾OL = O
41Fisika SMA/MA XIIPada percobaan resonansi dipakai garpu tala yang frekuensinya 512 Hz.Resonansi yang pertama terjadi saat panjang kolom udaranya 16 cm danresonansi yang kedua terjadi pada saat panjang kolom udaranya 48 cm.Tentukan berapa kecepatan rambat gelombang bunyi pada saat itu!Penyelesaian:Diketahui:f= 512 HzL1= 16 cmL2= 48 cmDitanyakan:v= ........ ?Jawab:v= f × OO= 2 (L2 – L1)= 2 (48 – 16)= 2 (32) = 64 cm = 0,66 mv= 512 × 0,66 = 338 ms1Jadi, cepat rambat gelombang bunyinya adalah 338 ms1.Soal Latihan :Pada percobaan resonansi, terjadi resonansi yang pertama padasaat panjang kolom udaranya 20 cm dan resonansi yang keduaterjadi pada saat panjang kolom udaranya 60 cm. Jika lajubunyi di udara saat itu 300 m/s , tentukan frekuensi garputalayang digunakan!Dengan menggunakan prinsip efek Doppler sekarang ini dapat digunakanuntuk menghitung kecepatan gerak suatu benda misalnya pesawat terbangatau gerak benda angkasa luar atau planet. Cobalah kamu cari bagaimanacara pengukuran gerak planet menggunakan prinsip efek Doppler melaluiinternet, majalah, buku-buku literatur yang lain dan tuliskan hasilnya dankumpulkan pada guru fisika di kelasmu!Contoh SoalWawasan Produktivitas : Etos Kerja
Fisika SMA/MA XII42F. Penerapan Gelombang Bunyi dalam TeknologiDalam perkembangan duniapengetahuan sekarang ini, gelombangbunyi dapat dimanfaatkan dalamberbagai keperluan penelitian. Di bidangkelautan misalnya untuk mengukurkedalaman laut, di bidang industrimisalnya untuk mengetahui cacat yangterjadi pada benda-benda hasilproduksinya, di bidang pertanian untukmeningkatkan kualitas hasil pertanian,dan di bidang kedokteran dapat di-gunakan untuk terapi adanya penyakitdalam organ tubuh. Untuk keperluantersebut digunakan suatu alat yangbekerja berdasarkan prinsip pemantulan gelombang bunyiyang disebut SONAR (Sound Navigation Ranging).Prinsip kerja SONAR berdasarkan prinsip pemantulangelombang ultrasonik. Alat ini diperkenalkan pertama kalioleh Paul Langenvin, seorang ilmuwan dari Prancis padatahun 1914. Pada saat itu Paul dan pembantunya membuatalat yang dapat mengirim pancaran kuat gelombang bunyiberfrekuensi tinggi (ultrasonik) melalui air. Pada dasarnyaSONAR memiliki dua bagian alat yang memancarkangelombang ultrasonik yang disebut transmiter (emiter) dan alatyang dapat mendeteksi datangnya gelombang pantul (gema)yang disebut sensor (reciver).Gelombang ultrasonik dipancarkan oleh transmiter(pemancar) yang diarahkan ke sasaran, kemudian akandipantulkan kembali dan ditangkap oleh pesawat penerima(reciver). Dengan mengukur waktu yang diperlukan darigelombang dipancarkan sampai gelombang diterima lagi,maka dapat diketahui jarak yang ditentukan. Untuk meng-ukur kedalaman laut, SONAR diletakkan di bawah kapal.Dengan pancaran ultrasonik diarahkan lurus ke dasarlaut, dalamnya air dapat dihitung dari panjang waktu antarapancaran yang turun dan naik setelah digemakan. Apabilacepat rambat gelombang bunyi di udara v, selang waktu antaragelombang dipancarkan dengan gelombang pantul datangadalah 't, indeks bias air n, dan kedalaman laut adalah d makakedalaman laut tersebut dapat dicari dengan persamaan :Sumber : Hamparan Dunia Ilmu “Energi dan Fisika”Gambar 1.21 Sonar digunakan untuk mengukurkedalaman laut.
43Fisika SMA/MA XII d = .... (1. 23)dengan :d= jarak yang diukur (m)'t= waktu yang diperlukan gelombang dari dipancarkansampai diterima kembali (s)v= kecepatan rambat gelombang ultrasonik (m/s)n = indeks bias mediumSelanjutnya dalam perkembangannya,penggunaan gelombang ultrasonikdalam pelayaran digunakan sebagai navi-gator. Pada mesin cuci, getaran utrasonikyang kuat dapat menggugurkan ikatanantarpartikel kotoran dan menggetar-kan debu yang melekat pada pakaiansehingga lepas. Di sekitar lapangan udara(bandara), getaran gelombang ultrasonikyang kuat dapat membuyarkan kabut.Dalam bidang kedokteran, getarangelombang ultrasonik yang berenergirendah dapat digunakan untuk men-deteksi/ menemukan penyakit yang ber-bahaya di dalam organ tubuh, misalnyadi jantung, payudara, hati, otak, ginjal,dan beberapa organ lain. Pengamatanultrasonik pada wanita hamil untukmelihat perkembangan janin dalamuterus dengan menggunakan ultra-sonografi. Dengan menggunakan ultrasonik yang berenergitinggi dapat digunakan sebagai pisau bedah, yang padaumumnya untuk melakukan pembedahan dalam neurologidan otologi.Di bidang pertanian, ultrasonik berenergi rendahdigunakan untuk meningkatkan hasil pertanian, misalnyapenyinaran biji atau benih dengan menggunakan ultrasonikdapat menghasilkan pertumbuhan yang lebih cepat daribiasanya, tanaman kentang yang dirawat dengan radiasiultrasonik dapat meningkat produksi panennya.Sumber : Ilmu Pengetahuan Populer 5Gambar 1.22 Ultrasonografi digunakan untuk melihatperkembangan janin dalam kandungan.
Fisika SMA/MA XII441.Gelombang adalah rambatanenergi getaran.2.Gelombang mekanik yaitu gelom-bang yang merambat memerlu-kan medium/zat perantara.3.Gelombang elektromagnetik yaitugelombang yang merambat tanpamemerlukan medium/zat peran-tara.Dari berbagai alat musik yang terdapat di sekeliling kita dapat kitakelompokkan berdasarkan sumber getarnya. Cobalah sebutkan masing-masing tiga contoh alat-alat musik yang sumber getarnya berupa :a.kolom udarab .senar/dawaic.membrand.plat/lempenganChristian HuygensChristian Huygens dilahirkan pada tanggal14 April 1629. Pada mulanya ia adalah seorang sarjanailmu pasti dari Belanda, namun kemudian mendalamifisika dalam bidang mekanika dan optik. Huygens aktifmenyelidiki gerak jatuh, konstruksi jam bandul, lensa,dan banyak mengemukakan teori cahaya sebagaigelombang. Dialah yang mengemukakan bahwa tiaptitik pada permukaan gelombang dapat dianggapsebagai sumber gelombang yang dapat mengeluarkangelombang baru. Sumber : wikipedia4.Gelombang transversal yaitugelombang yang arah rambatan-nya tegak lurus arah getarannya.5.Gelombang longitudinal yaitugelombang yang arah rambatan-nya sejajar arah getarannya.6.Persamaan gelombang berjalanY = A sin (wt ± kx)Wawasan KontekstualRingkasanSeputar Tokoh
45Fisika SMA/MA XII7.Persamaan gelombang stasionerpada ujung bebas :Y = 2A cos kx sin wtLetak kedudukan simpul-simpuldari ujung bebas Xs = (2n – 1) lLetak kedudukan perut-perut dariujung bebas Xp = ( n – 1) l8.Persamaan gelombang stasionerpada ujung terikat :Y = 2A sin kx cos wtLetak kedudukan simpul-simpuldari ujung bebas Xs = ( n – 1) lLetak kedudukan perut-perut dariujung bebas Xp = (2n – 1) l9.Untuk mengukur cepat rambatgelombang pada dawai dapatdilakukan dengan percobaanMelde yang dituliskan dalampersamaanv =10. Sumber bunyi adalah benda yangbergetar. Sumber bunyi dapatberupa plat getar, dawai tali, ataukolom udara, seperti padaharmonika, gitar, dan seruling.11. Frekuensi nada-nada yang dihasil-kan oleh sumber bunyi yangberupa dawai/tali dengan fre-kuensi nada dasarnya merupakanperbandingan bilangan bulat.f1 : f1 : f2 : f3 : ...= = 1 : 2 : 3 : 4 : ...12. Frekuensi nada-nada yang dihasil-kan oleh pipa organa terbukadengan frekuensi nada dasarnyamerupakan perbandingan bilang-an bulat.f1 : f1 : f2 : f3 : ...= = 1 : 2 : 3 : 4 : ...13. Intensitas bunyi yaitu besarnyaenergi bunyi yang menembuspermukaan bidang tiap satusatuan luas tiap detiknya.14. Ambang pendengaran yaitu inten-sitas bunyi terkecil yang masihdapat didengar oleh telingamanusia. Besarnya ambang pen-dengaran sebesar 10-12 Watt/m2.15. Ambang perasaan yaitu intensitasbunyi terbesar yang masihdapat didengar telinga manusiatanpa menimbulkan rasa sakit,besarnya ambang perasaan sebesar1 Watt/m2.16. Taraf intensitas bunyi yaitu per-bandingan logaritma antara inten-sitas bunyi dengan ambangpendengaran yang dinyatakandalam persamaan TI = 10
Fisika SMA/MA XII4617. Layangan bunyi yaitu peristiwaterdengarnya keras lemahnyabunyi yang diakibatkan inter-ferensi antara dua gelombangbunyi yang mempunyai frekuensiyang berbeda sedikit. Frekuensilayangan bunyi yaitu banyaknyalayangan bunyi yang tejadi tiapsekonnya. Dinyatakan dalampersamaan : fn = |f1 - f2|18. Effek Doppler yaitu peristiwaperubahan frekuensi bunyi yangterdengar oleh pendengar apabilaterjadi gerak relatif antara sumberbunyi dengan pendengar.Frekuensi bunyi akan terdengarlebih tinggi jika antara sumberbunyi dengan pendengar bergeraksaling mendekati atau pendengardiam sumber bunyi bergerakmendekati pendengar atausebaliknya. Sedangkan frekuensibunyi akan terdengar lebih rendahjika antara sumber bunyi denganpendengar bergerak salingmenjauhi atau pendengar diamsumber bunyi bergerak menjauhipendengar atau sebaliknya. EffekDoppler dirumuskan :
47Fisika SMA/MA XIIUji KompetensiKerjakan di buku tugas kalian!A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat denganmemberi tanda silang (X) pada huruf A, B, C, D, atau E!1.Sebuah gelombang transversal dengan persamaany = 5.sin S meter. Cepat rambat gelombangtersebut adalah ....A. 2 ms-1B. 4 ms-1C. 8 ms-1D. 16 ms-1E. 32 ms-12.Persamaan sebuah gelombang yang berjalan pada seutastali adalah y = 10 sin 2S (t - 2x) setelah 2 detik; titik-titikyang mempunyai simpangan 5 cm antara lain pada x samadengan ....A. mD. mB. mE. mC. m3.Sebuah tali panjangnya 80 cm diberi tegangan, jika cepatrambat gelombang pada tali itu 720 m/s. Besarnyafrekuensi nada dasar yang ditimbulkan oleh tali itu adalah....A. 240 HzB. 360 HzC. 450 HzD. 500 HzE. 750 Hz
Fisika SMA/MA XII484.Kecepatan gelombang transversal dalam dawai adalah:1.berbanding lurus dengan akar gaya tegangan dawai2.berbanding terbalik dengan akar massa panjangdawai3.berbanding terbalik dengan panjang gelombangdalam dawai4.berbanding terbalik dengan frekuensi gelombangdalam dawaiYang benar adalah pernyataan ....A. 1, 2, 3 dan 4B. 1, 2, dan 3C. 1 dan 2D. 2 dan 4E. 4 saja5.Seutas senar yang panjangnya 0,4 m dan massanya2.10-3 kg diikat pada salah satu garputala yang merambat300 getaran detik-1. Tegangan yang harus diberikan agarterjadi gelombang adalah ....A. 4 NB. 8 NC. 12 ND. 16 NE. 32 N6.Dua buah pipa organa terbuka A dan B ditiup bersama-sama. Pipa A menghasilkan nada dasar yang sama tinggidengan nada atas kedua pipa B. Perbandingan panjangpipa organa A dengan pipa organa B adalah ....A. 1 : 3B. 3 : 1C. 1 : 2D. 2 : 2E. 2 : 37.Jarak A ke sumber bunyi adalah 3 kali jarak B ke sumberbunyi. Intensitas bunyi yang diterima A dibandingkandengan intensitas bunyi yang diterima B adalah ....A. 1 : 2B. 3 : 1C. 1 : 3D. 9 : 1E. 1 : 9
49Fisika SMA/MA XII8.Sebuah sirine rata-rata menimbulkan taraf intensitas100 dB. Berapa taraf intensitas yang ditimbulkan oleh10 buah sirine secara bersamaan?A. 105 dBB. 110 dBC. 115 dBD. 120 dBE. 130 dB9.Taraf intensitas bunyi suatu tempat yang berjarak 5 mdari sumber bunyi sebesar 70 dB. Tempat yang berjarak0,5 m dari sumber bunyi bertaraf intensitas sebesar ....A. 9 dBB. 80 dBC. 90 dBD. 100 dBE. 110 dB10. Sebuah gelombang stasioner pada ujung tetap dinyatakandalam persamaan : Y = 4 sin cos 6St cm, makabesarnya simpangan maksimum pada titik yang berjarakx = 5 cm dari ujung tetap adalah ....A. 0 cmB. 2 cmC. 2 cmD. 2 cmE. 4 cmB.Kerjakan soal di bawah ini!1.Jelaskan perbedaan antara gelombang mekanik dengangelombang elektromagnetik, dan berilah masing-masingtiga contohnya!2.Suatu gelombang merambat pada tali dinyatakan dalampersamaan Y = 0,1 sin (20St - 4Sx), jika Y dan x dalammeter dan t dalam sekon. Hitunglah panjang gelombangdan kecepatan gelombang yang merambat pada talitersebut!
Fisika SMA/MA XII50Setelah mempelajari bab ini, kalian seharusnya memahami tentang :1.jenis dan sifat-sifat gelombang,2.gelombang berjalan dan stasioner,3.gelombang bunyi, dan4.penerapan gelombang bunyi dalam teknologi.Apabila ada hal-hal yang belum kalian pahami, pelajari kembali materi inisebelum melanjutkan ke bab berikutnya.Refleksi3.Dua buah pipa organa terbuka (A) dan pipa organatertutup (B) ditiup secara bersamaan sehingga masing-masing menghasilkan nada atas pertama fA dan fB. Apabilakedua pipa organa tersebut memiliki panjang yang sama,tentukan perbandingan frekuensi nada yang dihasilkanoleh kedua pipa organa tersebut!4.Besarnya taraf intensitas suatu tempat yang berjarak2 meter dari sumber bunyi adalah 60 dB. Tentukan berapataraf intensitas di tempat yang berjarak 20 cm dari sumberbunyi tersebut!5.Mobil ambulans bergerak dengan kelajuan 72 km/jamsambil membunyikan sirine yang frekuensinya 1000 Hzdan sebuah bus bergerak berlawanan dengan kelajuan36 km/jam. Bila kelajuan gelombang bunyi di udara340 m/s, tentukan berapa frekuensi bunyi sirine yangditerima pengemudi bus pada saat : (a) bergerak salingmendekati dan (b) bergerak saling menjauhi!