Bunyi merupakan gelombang longitudinal yang dihasilkan dari benda yang bergetar. Dalam perambatannya dari satu tempat ke tempat lain, gelombang bunyi akan membutuhkan waktu.

Jika dilihat dari kelembapan udara, cepat rambat bunyi pada daerah lembap akan bernilai lebih besar. Sehingga pada daerah lembap, bunyi dapat mencapai hingga ke tempat yang jaraknya terbilang jauh dibandingkan pada daerah kering.

Jadi, cepat rambat bunyi pada keadaan lembap lebih besar daripada cepat rambat bunyi saat keadaan kering sehingga dapat mencapai tempat yang jaraknya lebih jauh pada saat musim penghujan dibandingkan musim kemarau.

Jawab:

Dawai adalah tali, senar atau benang yang dapat menghasilkan bunyi pada frekuensi tertentu bergantung dengan panjang dawai, rapat massa dawai dan tegangan yang diberikan. Dawai sangat berguna terutama dalam bidang musik sebagai alat-alat musik beberapa di antaranya adalah gitar, biola, kentrung dan harpa.

Sekarang mari kita analisis penggunaan dawai berdasarkan opsi yang diberikan pada soal.

(1) Kendang, tifa dan drum adalah alat musik yang dimainkan dengan cara ditepuk dan tidak memiliki dawai.

(2) Suling adalah alat musik yang dimainkan dengan cara ditiup. Terbuat dari pipa panjang dengan sejumlah lubang dan salah satu ujungnya terbuka.

(3) Gitar adalah alat musik yang dimainkan dengan cara dipetik. Badan gitar biasanya terbuat dari kayu dan memiliki beberapa jumlah senar.

Jadi, yang termasuk pemanfaatan dawai adalah gitar.

Diketahui:

Frekuensi garpu tala $f$ = 20 Hz

Panjang gelombang garpu tala $\lambda$ = 8 cm = 0,08 m

Ditanya:

Cepat rambat garpu tala $v=?$

Jawab:

Bunyi merupakan gelombang longitudinal yang dihasilkan dari benda yang bergetar. Dalam perambatannya dari satu tempat ke tempat lain, gelombang bunyi akan membutuhkan waktu. Sementara garpu tala adalah sebuah alat yang bergigi dua layaknya garpu dan akan beresonansi dengan frekuensi tertentu jika digetarkan.

Cepat rambat bunyi adalah kelajuan bunyi yang dinyatakan dengan perbandingan jarak dan waktu tempuh bunyi. Lamda adalah panjang gelombang bunyi yang dihasilkan. Frekuensi adalah jumlah getaran yang dihasilkan bunyi setiap detiknya.

Untuk mencari besar cepat rambat bunyi garpu tala, kita dapat menggunakan persamaan $v=\lambda f.$

$v=\lambda f$

$=\left(20\right)\left(0,08\right)=1,6$ m/s.

Jadi, besar cepat rambat bunyi adalah 1,6 m/s.

Diketahui:

Panjang pipa $l$ = 100 cm = 1 m

Cepat rambat bunyi di udara $v$ = 340 m/s

Ditanya:

Frekuensi nada atas ketiga $f_3=?$

Jawab:

Pipa organa tertutup adalah sebatang pipa yang salah satu ujungnya terbuka dan satu ujung lainnya tertutup. Pipa organa tertutup dapat menghasilkan nada dengan frekuensi tertentu apabila pipa ditiup dan bergantung dengan panjang pipa dan cepat rambat bunyi di udara.

Untuk mencari frekuensi nada yang dihasilkan oleh pipa organa tertutup, kita dapat menggunakan persamaan $f_n=\left(\frac{2n+1}{4l}\right)v$.

$f_n=\left(\frac{2n+1}{4l}\right)v$

$f_3=\left(\frac{2\left(3\right)+1}{4l}\right)v$

$=\left(\frac{7}{4l}\right)v$

$=\left(\frac{7}{4\left(1\right)}\right)340=595$ Hz

Jadi, besar frekuensi nada atas ketiga pipa organa tertutup adalah 595 Hz.

Diketahui:

Waktu getaran hingga diterima kembali $t$ = 12 s

Cepat rambat bunyi di air $v$ = 1.200 m/s

Ditanya:

Kedalaman laut $s=?$

Jawab:

Bunyi adalah gelombang longitudinal yang dalam perambatannya membutuhkan medium. Salah satu pemanfaatan bunyi adalah untuk mengukur kedalaman laut dengan menggunakan persamaan $v=\frac{s}{t}$.

$v=\frac{s}{t}$

$s=vt$

Namun yang perlu diperhatikan adalah waktu yang ditempuh bunyi selama 12 sekon adalah waktu tempuh bolak-balik. Sementara untuk mengukur kedalaman laut, waktu yang digunakan hanyalah untuk satu kali perjalanan pergi atau balik, sehingga waktu yang ditempuh bunyi harus dibagi dua. Persamaan menjadi:

$s=\frac{vt}{2}$

$=\frac{\left(1.200\right)\left(12\right)}{2}$

$=7.200$ m

Jadi, kedalaman laut adalah 7.200 meter.

Diketahui:

Kecepatan sumber $v_s$ 

Cepat rambat bunyi di udara $v$

Frekuensi sumber $f_s$

Ditanya:

Frekuensi pendengar $f_p=?$

Jawab:

Konsep yang digunakan pada kasus kali ini adalah Efek Doppler. Efek Doppler adalah sebuah peristiwa yang disebabkan oleh perubahan frekuensi atau panjang gelombang terhadap seorang penerima yang sedang bergerak relatif terhadap sumber gelombang.

Efek Doppler dirumuskan dengan persamaan $f_p=\frac{v\pm v_p}{v\text{ }\pm v_s}f_s$ dengan perjanjian sebagai berikut.

(1) Kecepatan sumber $v_s$ akan bernilai positif (+) jika menjauhi pendengar dan bernilai negatif (-) jika mendekati pendengar.

(2) Kecepatan pendengar $v_p$ akan bernilai positif (+) jika mendekati sumber dan bernilai negatif (-) jika menjauhi sumber.

Sekarang mari kita kembali pada soal. Karena pendengar hanya berdiri di pinggir jalan maka $v_p=0$.

Karena sumber mendekati, maka $v_s$ bernilai negatif (-).

$f_p=\frac{v\pm v_p​}{v\pm v_s}f_s$

$=\frac{v+0}{v-v_s}f_s$

$=\frac{v}{v-v_s}f_s$

Jadi, frekuensi pendengar dapat dinyatakan dengan $f_p=\frac{v}{v-v_s}f_s.$

Diketahui:

Kecepatan sumber $v_s$ = 5 m/s

Cepat rambat bunyi di udara $v$ = 340 m/s

Frekuensi sumber $f_s$ = 670 Hz

Ditanya:

Perbandingan frekuensi pendengar apabila kereta api 2 bergerak mendekati dan menjauhi Dani $f_{pd}\ :\ f_{pj}?$

Jawab:

Konsep yang digunakan pada kasus kali ini adalah Efek Doppler. Efek Doppler adalah sebuah peristiwa yang disebabkan oleh perubahan frekuensi atau panjang gelombang terhadap seorang penerima yang sedang bergerak relatif terhadap sumber gelombang.

Efek Doppler dirumuskan dengan persamaan $f_p=\frac{v\pm v_p}{v\text{ }\pm v_s}f_s$ dengan perjanjian sebagai berikut.

(1) Kecepatan sumber $v_s$ akan bernilai positif (+) jika menjauhi pendengar dan bernilai negatif (-) jika mendekati pendengar.

(2) Kecepatan pendengar $v_p$ akan bernilai positif (+) jika mendekati sumber dan bernilai negatif (-) jika menjauhi sumber.

Sekarang mari kita kembali pada soal. Karena kereta 1 yang ditumpangi Dani dalam keadaan berheti maka

$v_p=0$. Karena soal meminta perbandingan frekuensi pendengar pada saat sumber bergerak mendekati dan menjauhi, maka kita harus mencari satu-satu nilainya.

(1) Ketika sumber bergerak mendekati kereta yang ditumpangi Dani

Karena sumber mendekati, maka $v_s$ bernilai negatif (-).

$f_{pd}=\frac{v\pm v_p​}{v\pm v_s}f_s$

$=\frac{340+0}{340-5}\left(670\right)$

$=\frac{340}{335}\left(670\right)=680$ Hz

(2) Ketika sumber bergerak menjauhi kereta yang ditumpangi Dani

Karena sumber menjauhi, maka $v_s$ bernilai positif (+).

$f_{pj}=\frac{v\pm v_p​}{v\pm v_s}f_s$

$=\frac{340+0}{340+5}\left(670\right)$

$=\frac{340}{345}\left(670\right)=660$ Hz

Kemudian kita cari nilai perbandingan keduanya seperti berikut ini.

$\frac{f_{pd}}{f_{pj}}=\frac{680}{660}=\frac{34}{33}$

Jadi, perbandingan frekuensi pendengar apabila kereta api 2 bergerak mendekati dan menjauhi Dani adalah 34 : 33.

Diketahui:

Massa relatif hidrogen $M_H$ = 0,00009 g/cm³

Massa relatif propana $M_{C_3H_8}=$ 0,00202 g/cm³

Massa relatif karbon dioksida $M_{CO_2}$ = 0,00198 g/cm³

Massa relatif oksigen $M_{O_2}$ = 0,00143 g/cm³

Massa relatif karbon monoksida $M_{CO_{ }}$ = 0,00130 g/cm³

Ditanya:

Gas yang memiliki cepat rambat bunyi paling besar?

Jawab:

Bunyi merupakan gelombang longitudinal yang dihasilkan dari benda yang bergetar. Dalam perambatannya dari satu tempat ke tempat lain, gelombang bunyi akan membutuhkan waktu.

Untuk membuktikan cepat rambat bunyi akan bernilai lebih besar pada medium gas, kita dapat menggunakan persamaan $v=\sqrt{\frac{\gamma RT}{M}}$ dengan $\gamma$ adalah tetapan Laplace, $R$ adalah tetapan umum gas, $T$ adalah suhu mutlak dan $M$ adalah massa molekul gas.

Kemudian kita lakukan perbandingan untuk mengetahui nilai cepat rambat bunyi yang lebih besar.

$\sqrt{\frac{\gamma RT}{M_H}}:\ \sqrt{\frac{\gamma RT}{M_{C_3H_8}}}:\ \sqrt{\frac{\gamma RT}{M_{CO_2}}}:\ \sqrt{\frac{\gamma RT}{M_{\left(O\right)_2}}}:\ \sqrt{\frac{\gamma RT}{M_{CO}}}$

Karena dengan $\gamma$, $R$, dan $T$ bernilai konstan, maka dapat kita coret pada masing-masing gas. Sehingga persamaan menjadi:

$\sqrt{\frac{1}{M_H}}:\ \sqrt{\frac{1}{M_{C_3H_8}}}:\ \sqrt{\frac{1}{M_{CO_2}}}:\ \sqrt{\frac{1}{M_{\left(O\right)_2}}}:\ \sqrt{\frac{1}{M_{CO}}}$

$\sqrt{\frac{1}{0,00009}}:\ \sqrt{\frac{1}{0,00202}}:\ \sqrt{\frac{1}{0,00198}}:\ \sqrt{\frac{1}{0,00143}}:\ \sqrt{\frac{1}{0,00130}}$

$105,4\ :\ 22,25\ :\ 22,47\ :\ 26,44\ :\ 27,74$

Jadi, cepat rambat bunyi terbesar adalah ketika bunyi merambat pada gas hidrogen.

Diketahui:

Frekuensi 1 $f_1$ = 250 Hz

Jumlah pelayangan $n$ = 10

Waktu $t$ = 2 s

Ditanya:

Frekuensi 2 $f_2$ = ?

Jawab:

Pelayangan adalah sebuah peristiwa perubahan frekuensi bunyi karena terdapat dua sumber bunyi dengan selisih frekuensi yang berbeda sedikit saja.

Besarnya frekuensi pelayangan buni dapat dicari menggunakan persamaan $f_L=\frac{n}{t}$ atau $f_L=\left|f_1-f_2\right|$ sesuai dengan informasi yang diberikan soal.

Untuk mencari nilai frekuensi kedua yang bernilai x Hz, pertama kali kita harus mencari frekuensi pelayangan menggunakan informasi yang diberikan soal yaitu jumlah pelayangan $n$ dan waktu $t$. Sehingga kita akan menggunakan persamaan $f_L=\frac{n}{t}$.

$f_L=\frac{n}{t}$

$=\frac{10}{2}=5$ Hz

Setelah mengetahui besar frekuensi pelayangan, kita dapat kita cari besar frekuensi kedua yang bernilai x Hz menggunakan persamaan $f_L=\left|f_1-f_2\right|$ . Karena frekuensi pelayangan bernilai mutlak maka harus kita cari kedua kemungkinan, yaitu nilai negatif dan positif sebagai berikut.

$f_L=\left|f_1-f_2\right|$

$5=\left|250-x\right|$

Kini cari untuk masing-masing nilai frekuensi.

(1) Nilai positif

$5=\left|250-x\right|$

$5=250-x$

$5-250=-x$

$-245=-x$

$x=245$ Hz

(2) Nilai negatif

$5=\left|250-x\right|$

$5=-\left(250-x\right)$

$5=-250+x$

$x=5+250=255$ Hz

Jadi, frekuensi kedua bernilai 245 Hz dan 255 Hz.

Diketahui:

Kecepatan mobil patroli polisi $v_s$ = 50 m/s

Kecepatan mobil perampok $v_p$ = 60 m/s

Cepat rambat bunyi di udara $v$ = 350 m/s

Frekuensi yang didengar perampok $f_p$ = 300 Hz

Ditanya:

Frekuensi sirine mobil polisi $f_s=?$

Jawab:

Konsep yang digunakan pada kasus kali ini adalah Efek Doppler. Efek Doppler adalah sebuah peristiwa yang disebabkan oleh perubahan frekuensi atau panjang gelombang terhadap seorang penerima yang sedang bergerak relatif terhadap sumber gelombang.

Efek Doppler dirumuskan dengan persamaan $f_p=\frac{v\pm v_p}{v\text{ }\pm v_s}f_s$ dengan perjanjian sebagai berikut.

(1) Kecepatan sumber $v_s$ akan bernilai positif (+) jika menjauhi pendengar dan bernilai negatif (-) jika mendekati pendengar.

(2) Kecepatan pendengar $v_p$ akan bernilai positif (+) jika mendekati sumber dan bernilai negatif (-) jika menjauhi sumber.

Sekarang mari kita kembali pada soal. Karena mobil polisi mengejar perampok maka, mobil polisi mendekati perampok $\left(v_s=-\right)$ dan mobil perampok menjauhi polisi $\left(v_p=-\right)$. Sehingga persamaan menjadi:

$​f_p=\frac{v\pm v_p​}{v\pm v_s}f_s$

$​f_p=\frac{v-v_p​}{v-v_s}f_s$

$\left(f_p\right)\left(v-v_s\right)=\left(v-v_p\right)\left(f_s\right)$

$f_s=\frac{v-v_s}{v-v_p}f_p$

$=\frac{\left(350-60\right)}{\left(350-50\right)}\left(300\right)$

$=\frac{490}{300}\left(300\right)=490$ Hz

Jadi, frekuensi sirine mobil polisi adalah 490 Hz.