Transcript BAB 8 GELOMBANG DAN BUNYI

BAB 8
GELOMBANG DAN BUNYI
8.1 Gelombang
 = gejala perambatan usikan
 Dikenal 3 dasar pembagian gelombang:
1. Keperluan adanya medium perambatan gelombang.
2. Arah getar relatif terhadap arah rambat gelombang.
3. Kemenjalaran gelombang.
Ad 1 Keperluan adanya medium perambatan gelombang
(a) Tidak memerlukan, artinya bisa melewati vakum, dsbt gem.
Contoh: gem
Spektrum gem:
Gambar 8.1 Bagan spektrum gem.
(b) Perlu medium rambat, artinya tidak bisa melewati vakum,
dsbt gelombang mekanis.
Contoh: gelombang bunyi, air, dll.
Ad 2 Arah getar relatif terhadap arah rambat gelombang
(a) Arah getar sejajar arah rambat gelombang, dsbt.
gelombang longitudinal.
 1 = 1 regangan + 1 rapatan
 Sifatnya: sukar digambar
 Misal: gelombang bunyi, gelombang pegas
(b) Arah getar tegaklurus arah rambat gelombang, dsbt.
gelombang transversal.
 1 = jarak terdekat 2 titik pada gelombang yang
mempunyai: simpangan, arah getar, dan kelajuan
transversal yang sama.
 Bagan gelombang transversal:
Gambar 8.2 Bagan gelombang transversal.
 1 = AI, BJ, CK, HP, LT
 Amplitudo: simpangan (y) maksimum (C, G, K, O, S)
 Simpul: simpangan (y) nol (A, E, I, M, Q, U)

ŷ : arah getar gelombang;
 x̂ : arah rambat gelombang;
dy
: kelajuan transversal
dt
dx
: kelajuan rambat
dt
gelombang
 Contoh: gem, gelombang tali
 Terkadang gelombang longitudinal ditampilkan dalam
ekuivalenya sebagai gelombang transversal, misal:
piringan hitam, pita kaset karaoke, bunyi dilayar CRO.
Ad 3 Kemenjalaran gelombang
(a) Gelombang merambat:
 Ke kanan
 Ke kiri
: y1  y o sin( t 
x
)
v
x
: y 2  y o sin( t  )
v
Contoh: y = 0,1 cos(5t + 10x - ) meter
 Gelombang apa itu?
 Hitung: amplitudo, frekuensi, kelajuan rambat, dan
panjang gelombangnya.
(a) Gelombang berdiri (standing wave) = gelombang stasioner
: gelombang hasil paduan (interferensi 2 gelombang berjalan yang arahnya berlawanan)
y = y1 + y2 = Asin(t); A  2 A cos(
x
v
) = amplitudo interferensi
 Interferensi konstruktif (penguatan) maksimum:
A  2 A , berarti: cos(
xn
v
xn 
x
v
)  1 sehingga:
 0,  ,2 ,..., n
nv

; n  0,1,2,...
Contoh? Gempa di Jogjakarta, bunyi oleh 2 sumber.
 Interferensi distruktif (pelemahan) maksimum: A = 0,
berarti: cos(
x
)  0;
xn
v
v
v
x n  (2n  1) ; n  1,2,3,...


 3 5
, , ,...
2 2 2
Contoh? Bunyi oleh 2 sumber, layangan!
 Bisakah tidak terjadi interferensi?
8.2 Bunyi
 = Gelombang mekanis longitudinal yang merambat.
 Proses mendengar?
 Penggolongan bunyi:
(a) Infrasonik
(< 20 Hz)
(b) Sonik (bunyi pendengaran): 20 – 20.000 Hz
(a) Ultrasonik (> 20.000 Hz)
 Identitas bunyi pendengaran dinyatakan oleh:
(a) frekuensi bunyi
(b) Intensitas bunyi
(c) Timbre atau warna bunyi
(a) Frekuensi bunyi (f)
f >> = terdengar tinggi, melengking, misal bunyi peluit
f << = terdengar rendah, bunyi bass
Bunyi atau Suara?
Manusia suka mendengar bunyi yang terartur, misalnya hasil
paduan berselisih 1 oktaf.
c rendah = 64 Hz; c tinggi 2048 Hz; Pria/wanita: 125/150 Hz
Nada = bunyi yang teratur
Aturannya: Kelipatan 2 nada do adalah do pada oktaf
berikutnya (Gambar 8.3).
Gambar 8.3 Tangga-tangga nada
Contoh: Bunyi f = 200Hz; 400 Hz; 800 Hz termasuk nada dan oktaf
apa?
(a) Intensitas Bunyi (I)
I >> terdengar keras; I << terdengar lemah
I
Io
dP
I

;
dA
r2
Satuan dalam (watt/m2)
Batas pendengaran: Io = 10-12 (W/m2) sd Ia = 1 (W/m2)
I
TI = 10 log ( ) , dalam dB
Io
(a) Timbre = warna bunyi
= pengaruh bunyi latar yang selalu menyertai nada asli
Manfaatnya: karakter sumber bunyi, identitas diri
Gambar 8.4 Bagan ekuivalen bunyi nada gitar.
Peristiwa terkait bunyi:
1. Pembiasan bunyi: malam hari terasa lebih keras
karena bunyi belok ke atas (suhu lebih besar) shg
energinya susut hanya sedikit.
Ragam pembiasan:
(a) gerak mobil di tikungan,
(b) bunyi pada malam hari,
(c) air mengalir di tempat lebih dangkal,
(d) pembiasan cahaya.
2. Gema (echo): d = ½ vt, untuk mengukur jarak
3. Reverberasi = gema namun ada bagian tumpang tindih bunyi asal dan pantulan. Terdengar menggelegar.
4. Layangan (beat): f l  f1  f 2
1. Efek doppler: cahaya, bunyi
= Gejala perbedaan frekuensi (cahaya atau bunyi)
oleh sumber dan penerima karena adanya gerak relatif
antara sumber dengan penerima.
(a) Cahaya: dikoreksi oleh gerak sumber.
(b) Bunyi: gerak relatifnya harus < dari kelajuan bunyi
di udara, lihat Gambar 8.5.
Gambar 8.5 Beragam peristiwa efek doppler untuk bunyi.
v
fs
v  vs
v  vp
(b) f p 
fs
v  vs
(a) f p 
(c) f p 
(d) f p 
v  vp
v  vs
fs
v
v  vs  v p
fs
8.3 Bunyi dan Jaringan Tubuh
 Sebagai gelombang: pantulan, pembiasan, difraksi, interferensi
 Mengenai jaringan tubuh: dipantulkan + diteruskan
 Ao2  R 2 Ao2  T 2 Ao2 ; 1 = R2 + T2
 R = koef refleksi, T = koef transmisi, Ao = amplitudo glb.
Gambar 8.6 Bagan refleksi dan transmisi bunyi oleh jaringan.
 R
z1  z 2
2z z
;T 1 2
z1  z 2
z1  z 2

A  Ao e x ; I  A 2 ; I  I o e 2x ;

 = koefisien absorsi oleh jaringan (bergantung bahannya).


x1/2 = nilai paruh ketebalan (half value thickness), adalah x
ketika I = ½ Io.
Koefisien absorbsi dan nilai paruh ketebalan
Bahan
Otot
Lemak
Otak
Tulang
Air
-1
 (cm )
0,13
0,05
0,11
0,04
2,5x10-4
x1/2 (cm)
2,7
6,9
1,2
6,95
14x103
8.4 Pemanfaatan Ultrasonik untuk Kedokteran
 Frekuensi > 20.000 Hz
 Efeknya:
(a) Mekanika: desintegrasi bahan padat (kencing batu)
(b) Panas: jaringan memanas (memuai, timbul rongga)
(c) Kimia: proses oksidasi, hidrolisis
(d) Biologie: pelebaran pembuluh darah, virus mati, keletihan
 Sumber: elektromagnet, piezoelektrik
 Pemanfaatan:
(a) diagnosa: frekuensi 1 – 5 MHz, I = 0,01 W/cm2
(b) Pengobatan: I = 1 W/cm2, merusak kanker 103 W/cm2
(a) Diagnosa:
a.1 Skaning A (amplitudo): sumber+detektor diam, citra 1D
Gambar 8.7 Skaning 1 dimensi
a.2 Skaning B: sumber + detektor bergerak, citra 2D
a.3 Skaning M (modulasi): prinsip doppler, citra benda bergerak
Gambar 8.9 Skaning benda bergerak
(b)Pengobatan:
b.1 Pemanasan (I hampir 10 W/cm2, 3 – 10 menit, 2 kali sehari,
seminggu 3 kali)
b.2 Penekan (I = 1 – 10 W/cm2, f = 1 MHz)
b.3 Bahaya: penghancuran tumor ganas, sukar difokuskan.