Transcript Gelombang Mekanik

Fenomena gelombang
Gelombang Mekanik
Gelombang adalah suatu fenomena
perambatan gangguan (energi dan
momentum).
Pada penjalarannya memerlukan suatu
materi yang disebut medium ( zat padat
maupun alir )
Terjadi interaksi di dalam medium (satu
bagian medium mengganggu bagian
medium di sekitarnya
Tidak terjadi pemindahan massa
Tipe Gelombang
Gelombang Longitudinal
Gelombang Transversal
Tipe Gelombang
Gelombang Air
Cahaya Tampak
• Cahaya tampak (sering disebut cahaya) adalah radiasi gelombang
elektromagnetik yang dapat dideteksi
oleh
mata manusia.
Berdasarkan dari urutan frekuensi terkecil, ia memiliki cahaya
Merah, Jingga, Kuning, Hijau , Biru, Nila dan Ungu ( Me Ji Ku Hi Bi
Ni U)
BUNYI
Istilah dan terminologi
Sumber titik (Point source):
ukuran sumber emisi kecil
dibandingkan jarak antara
sumber dan pengamat.
Muka gelombang (Wave front):
permukaan dengan fasa sama.
Sinar (Rays): tegak lurus terhadap
wave front, arah penjalaran.
Pada radius besar (jauh dari sumber titik):
Muka gelombang sferis  muka gelombang planar
Fungsi Gelombang
y(x,t) = ymsin(kx-wt)
Gelombang Transversal
Gelombang Longitudinal
s(x,t) = smcos(kx-wt)
s: perpindahan (displacement) dari posisi setimbang
Fungsi sin dan cos identik untuk fungsi gelombang,
berbeda hanya pada konstanta fasa. Kita
menggunakan cos untuk perpindahan.
sin(q+90˚)=cosq
Contoh gelombang menjalar
Amplitudo Tekanan
∆p(x,t) = ∆pmsin(kx-wt)
∆p: perubahan tekanan dalam medium karena
kompresi (∆p >0) atau ekspansi (∆p <0)
∆p(x,t) dan s(x,t) berbeda fasa 90˚
Artinya jika s maksimum, p adalah 0
Laju Gelombang
Gelombang Transversal (Tali):
v
Tegangan
F

elastisitas
Densitas Linier
inersial
Modulus Bulk
B
Gelombang Bunyi (Longitudinal):
v
B
Modulus Bulk

Densitas Volume
P
V / V
elastik
inersial
v
v
B

 RT
M
T = Suhu Mutlak (K)
R = Konstanta gas
R = 8,314 J/mol. K
M = massa molar gas
M(gas) = 29 x 10-3 kg/mol
 = konstanta
gas = 1,4

• Mengapa suara yang didengar pada
malam hari lebih jelas dibandingkan
dengan siang hari?
Intensitas
Gelombang Transversal (Tali):
1
2 2
P  vw ym
2
Gelombang Bunyi (Longitudinal):
P 1
2 2
I   vw sm
A 2
Hubungan Tekanan dan Amplitudo Perpindahan
∆pm = (w)Sm
Intensitas Bunnyi Sumber Titik
Luas Wavefront pada jarak r dari sumber:
A = 4pr2
Ps
Ps
I 
2
A 4pr
Skala Decibel
Bagaimana mengukur ke-nyaring-an bunyi?
Level bunyi dapat berubah beberapa besaran orde (orders of
magnitude).
Karena iti, tingkat bunyi b didefinisikan sebagai:
I
b  10dB log
I0
decibel
Catatan: Jika I berubah
jadi 10 kali, b bertambah 1.
10-12 W/m2, ambang
pendengaran manusia
• Apa perbedaan tinggi rendahnya bunyi
dengan kuat lemahnya bunyi?
• Tinggi rendah bunyi bergantung pada
frekuensi getaran sumber bunyi
• Kuat bunyi bergantung pada besarnya
amplitudo
• Faktor-faktor yang memengaruhi frekuensi nada
alamiah sebuah senar atau dawai menurut
Marsenne adalah sebagai berikut.
1) Panjang senar, semakin panjang senar semakin
rendah frekuensi yang dihasilkan.
2) Luas penampang, semakin besar luas
penampang senar, semakin rendah frekuensi
yang dihasilkan.
3) Tegangan senar, semakin besar tegangan
senar semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.
4) Massa jenis senar, semakin kecil massa jenis
senar semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.
• Faktor-faktor yang memengaruhi kuat
bunyi adalah:
1) amplitudo,
2) jarak sumber bunyi dari pendengar,
3) jenis medium.
Efek Doppler
Efek Doppler terjadi saat terdapat gerak relatif
antara sumber dan detektor/pengamat.
Efek Doppler: perubahan frekuensi (bertambah atau
berkurang) yang disebabkan oleh gerak dari sumber
dan/atau detektor
Untuk pembahasan berikut, laju diukur relatif terhadap
udara, medium tempat menjalarnya gelombang bunyi
Klakson mobil:
Detektor Bergerak, Sumber Diam
Frekuensi yang terdeteksi oleh telinga adalah frekuensi
(rate) detektor mengintercept gelombang. Frekuensi (rate)
tersebut berubah jika detektor bergerak relatif terhadap
sumber.
Contoh: Dua mobil bergerak dengan laju v1 dan v2
Bagi orang yang duduk di mobil 1, dia melihat laju
mobil 2 relatif terhadapnya v2 - v1.
Efek Doppler secara umum
Secara umum
+ : mendekati S
v  vD 

f 
f
v  vS 
-: menjauhi S
+: menjauhi D
-: mendekati D
Semua laju diukur relatif terhadap medium
propagasi: udara
Laju Supersonik
v
f 
f
v  vS 
Jika vS>v, persamaan Doppler tidak lagi berlaku:
Laju Supersonik
Wavefront berbentuk Kerucut Mach (Mach Cone)
Gelombang Kejut (Shock Wave) akan dihasilkan:
perubahan besar (abrupt) dari tekanan udara
Supersonik
Laju sumber = Laju bunyi
(Mach 1 - sound barrier )
Laju sumber > Laju bunyi
(Mach 1.4 - supersonik )
Peluru dengan Mach 1.01
Menembus Sound Barrier
F-18 –
tepat saat
mencapai supersonik
Peluru (Mach 2.45)
Gelombang Kejut
T-38 Talon
twin-engine, high-altitude,
supersonic jet trainer
Sonic Boom:
Gelombang Kejut dan Sonic Boom
Mechanics of hearing
•
Mekanisme pendengaran
• Terdiri dari 3 bagian: telinga luar (daun telinga
sampai membran timpani) meneruskan
gelombang ke telinga tengah
• Telinga tengah: membran timpani (yang
melekat pada 3 tulang kecil sampai membrana
ovale)  getaran diteruskan
• Telinga dalam: tube berspiral seperti rumah
siput berisi cairan  cairan bervibrasi 
stimulasi rambut sel  impuls syaraf otak
Noise
What is noise?
Definisi:
• Suara-suara yang tidak dikehendaki (for Who?
Why?)
• Suara: sensasi yang diterima telinga sebagai
akibat fluktuasi tekanan udara terhadap tekanan
udara yang stabil.
• Telinga akan merespons fluktuasi-fluktuasi kecil
tersebut dengan sensitivitas yang sangat besar.
Properties of noise?
Karakteristik bising
1.
2.
3.
Intensitas/tekanan (sound pressure/intensity)
Semakin keras suara, semakin tinggi intensitasnya
Frekuensi
Frekuensi tinggi lebih berbahaya terhadap kemampuan
dengar. Telinga manusia lebih sensitif terhadap frekuensi
tinggi
Durasi eksposur terhadap bising
Semakin lama durasi eksposur semakin besar kerusakan
pada mekanisme pendengaran
JENIS BISING
Jenis kebisingan berdasarkan sifat dan spektrum bunyi
1. Bising yang kontinyu: bising dimana fluktuasi dari intensitasnya
tidak lebih dari 6 dB dan tidak putus-putus.
a. Wide Spectrum adalah bising dengan spektrum frekuensi
yang luas. bising ini relatif tetap dalam batas kurang dari 5 dB
untuk periode 0.5 detik berturut-turut, seperti suara kipas
angin, suara mesin tenun.
b. Norrow Spectrum adalah bising ini juga relatif tetap, akan tetapi
hanya mempunyai frekuensi tertentu saja (frekuensi 500,
1000, 4000) misalnya gergaji sirkuler, katup gas.
2. Bising terputus-putus: bising jenis ini sering disebut
juga intermittent noise, yaitu bising yang berlangsung secar
tidak terus-menerus, melainkan ada periode relatif tenang,
misalnya lalu lintas, kendaraan, kapal terbang, kereta api
3. Bising impulsif: bising jenis ini memiliki perubahan intensitas
suara melebihi 40 dB dalam waktu sangat cepat dan biasanya
mengejutkan pendengarnya seperti suara tembakan, suara
ledakan mercon, meriam.
4. Bising impulsif berulang: sama dengan bising impulsif, hanya
bising ini terjadi berulang-ulang, misalnya mesin tempa
Berdasarkan pengaruhnya pada manusia, bising dapat dibagi atas ,
1. Bising yang mengganggu (Irritating noise). Merupakan bising yang
mempunyai intensitas tidak terlalu keras, misalnya mendengkur.
2. Bising yang menutupi (Masking noise). Merupakan bunyi yang
menutupi pendengaran yang jelas, secara tidak langsung bunyi ini
akan membahayakan kesehatan dan keselamatan tenaga kerja ,
karena teriakan atau isyarat tanda bahaya tenggelam dalam bising
dari sumber lain
3. Bising yang merusak (damaging/ injurious noise). Merupakan
bunyi yang intensitasnya melampui nilai ambang batas. Bunyi
jenis ini akan merusak atau menurunkan fungsi pendengaran
Contoh…
Tekanan = Sound Pressure
 Manusia dapat mendengar suara pada tekanan antara 0,0002
dynes/cm2 (ambang dengar/threshold of hearing) sampai 2000
dynes/cm2  range besar sehingga satuan yang dipakai dB
(decibel): logaritmik
 Dinyatakan dalam decibel (dB) yang dilengkapi skala A, B, dan C
 sesuai dengan berbagai kegunaan
 Skala A digunakan karena merupakan response yang paling cocok
dengan telinga manusia (peka terhadap frekuensi tinggi)
 Skala B dan C untuk evaluasi kebisingan mesin, dan cocok untuk
kebisingan frekuensi rendah
Intensitas
• Laju aliran energi tiap satuan luas yang dinyatakan
dalam desibell (dB) – Alexander Graham Bell• dB adalah merupakan satuan yang dihasilkan dari
perhitungan yang membandingkan suatu tekanan suara
yang terukur terhadap suatu tekanan acuan (sebesar
0,0002 dyne/cm2).
• B = log (int.terukur/int.acuan) untuk mendapatkan angka
yang lebih akurat ditentukan dengan angka kelipatan 10
(desi)
• Intensity level dB=10 Log (I/I0)
• Sound pressure level (tekanan bunyi) = 20 log (I/I0),
karena intensitas sebanding dengan kuadrat tekanan
bunyi.
The decibel
•
dB = 10 log (I1/I0)
dB = 20 log (P1/P0)
I = Intensitas
P= Tekanan = 0,0002
dynes/cm2
SP (microbar)
0,0002
0,002
SPL (dB)
0
20
Ratio Intensitas
100
102
Jadi bila SP berubah 10x, maka dB bertambah ? x
Pressure
Sound intensities
Pa
Bel (B) Decibel (dB)
Threshold of hearing
0,00002
0
0
Quiet office
0,002
4
40
Ringing alarm clock at 1 m
0,2
8
80
Ship's engine room
20
12
120
Turbo jet engine
2000
16
160
Frekuensi
• Adalah jumlah getaran dalam tekanan suara per
satuan waktu (Hertz atau cycle per detik),
frekuensi dipengaruhi ukuran, bentuk dan
pergerakan sumber, pendengaran normal orang
dewasa dapat menangkap bunyi dengan
frekuensi 20-20.000 Hz.
Frekuensi
 Dibagi dalam 8 octaf (octave bands), 37.5, 75,
150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 Hz
 Telinga manusia bereaksi beda terhadap
berbagai frekuensi
 Kebisingan ‘rata-rata’ mencakup seluruh taraf
kebisingan dari setiap frekuensi  dihitung Leq
Leq = ekuivalen noise level/ekuivalen energi
level
Leq = 10 log (Σ 10 Lpi/10)
Satuan (Konversi)
1bar=105Pa=105N/m2
=105.105dyne/104cm2
=106dyne/cm2 atau
1microbar = 1 dyne/cm2
Pengukuran kebisingan
• Mengukur overall level  sound level
meter (satuan dBA)
• Mengukur kebisingan pada setiap level
frekuensi  SLM dengan frequency
analyzer
• Penentuan eksposur kebisingan pada
pekerja  noise dosimeter (satuan dBA)
Alat ukur
• Sound level meter, mencatat keseluruhan
suara yang dihasilkan tanpa memperhatikan
frekuensi yang berhubungan dengan bising
total (30-130 d) – (20-20.000Hz)
• Sound level meter dengan octave band
analyzer, mengukur level bising pada berbagai
batas oktaf di atas range pendengaran manusia
dengan mempergunakan filter menurut oktaf
yang diinginkan (narrow band analyzers untuk
spektrum sempit 2-200 Hz)
NOISE
MEASUREMENT
KIT
NOISE KALIBRATOR
SOUND
LEVEL
METER
NOISE DOSIMETER
PENGUKURAN PADA
PEKERJA
DOSEBADGER
Ketulian
= berkurangnya
ketajaman pendengaran
dibanding/terhadap orang normal (15 dB)/ gol usia
• Ada 2 macam:
- permanen: karena penyakit, usia tua, obat, trauma, dan
kebisingan
- temporer: akibat ekposur bising, dapat pulih setelah
istirahat beberapa saat tergantung keparahan
• Ketulian temporer akan menjadi permanen bila terus
terekpos bising (dari rumah, tempat umum, rekreasi,
musik, industri, dll.)
• Secara mekanisme: ketulian ada 2:
- konduktif: peralatan konduksi suara rusak akibat
trauma atau sakit
- sensorinueral: akibat persyarafan pendengaran rusak
Audiometric test
•
Audiometric test
•
Audiometric test
Current OSHA Standards
•1926.52 Occupational Noise Exposure
•TABLE D-2 - PERMISSIBLE NOISE EXPOSURES
Duration per day, hours
Sound Level dBA slow
response
8
90
6
92
4
95
3
97
2
100
1 1/2
102
1
105
1/2
110
1/4 or less
115
FIGURE 1. Audiogram findings in the patient in
case 1.
The area below the curves represents sound levels that the patient
could still hear.
(X = left ear; O = right ear)
Case Study 2 Factory Worker Age 55
Carpenter Hearing Losses by Age
Pengendalian kebisingan
SUMBER
PATHWAY/MEDIA
PENERIMA/RECEIVER
Pengendalian dilakukan di 3 bagian: SUMBER, RUANG
ANTARA sumber dan penerima/pekerja, pada
PENERIMA/PEKERJA
Urutan pengendalian paling efektif:
• Kurangi/hilangkan sumber bising
• Pengendalian pathway: jarak diperjauh dengan
perisai/isolator/automatisasi
• Perlindungan penerima dari bising (APD)
•Cara teknis:
SUMBER
PATHWAY
PENERIMA
Substitusi
Absorpsi/damping
Isolasi pekerja
Insulasi sumber
Perisai
Reduksi waktu
Perpanjang jarak
APD
•Cara medis:
Pemeriksaan ketajaman pendengaran secara periodik
Penempatan pekerja sesuai dengan kepekaan thd bising
Monitor ketulian temporer
•Cara manajemen:
Reduksi waktu eksposur
Diklat pemakaian dan pemeliharaan APD