7572457511 kuliah 15 bunyi dan efek doppler
TRANSCRIPT
Physics Study ProgramFaculty of Mathematics and Natural SciencesInstitut Teknologi Bandung
FI-1201Fisika Dasar IIA
Kuliah-15
Bunyi dan Efek Doppler
PHYSI S
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Bunyi Bunyi adalah gelombang longitudinal dalam
sejumlah bahan Bahan dapat berupa padat, cair, atau gas
Bunyi bergerak dalam 3-dimensi Tetapi banyak persoalan fisika dapat dianalisis
dalam 1-dimensi Kita sudah tahu semua tentang gelombang
longitudinal 1-dimensi All we need to find out is the linear mass density
l and the elastic modulus K
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Bunyi dalam zat padat Sebuah batang dapat dipandang sebagai
pegas yg sangat kaku (very stiff spring) Dapat tertekan & terregang oleh gaya Berapa modulus elastic K?
Modulus elastic didefinisikan sebagai
K bergantung pada material dan ketebalan batang Sebanding dengan penampang lintang batang
l
lKF
F
l l
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Modulus Young Dapat ditulis K = YA
A adalah penampang lintang (m2) Y adalah modulus Young dari material
satuannya Newtons/m2
Hooke’s law dapat dituliskan sebagai LHS: gaya persatuan penampang lintang RHS: modulus Young deformasi relatif Ini adalah hukum microscopic dari elastisitas,
yang mana tidak bergantung pada bentuk spesifik dari batang
l
lY
A
F
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Rapat Massa Rapat massa linier l
Asumsikan rapat massa volume v
Massa batang v A l
Bagi dengan panjang l = v A
Sekarang kita dapat menghitung semuanya.
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Kecepatan bunyi dalam zat padat
Kecepatan bunyi dalam zat padat
Ini adalah tetapan material Contoh: besi Y = 21011 N/m2, v = 7800
kg/m3
Lihat di referensi
vvlw
Y
A
YAKc
Young’s modulus
Volume mass density
m/s 51007800
102 11
wc
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Bunyi dalam zat cair Cairan meneruskan bunyi dgn cara yg sama
dengan zat padat Tinjau suatu pipa yang diisi dengan cairan
Gaya F mengubah volume dari penampang kecil cairan
F
l l
A
lll lAV
VVV
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Modulus Bulk Elastisitas cairan dijelaskan oleh perubahan
volume sebagai respon terhadap tekanan. Cairan tidak memiliki bentuk yg tetap Can’t
use “length” or “area”
MB adalah “modulus bulk” dari cairan
K dapat dihitung dari MB
V
VM
A
FP B
Pressure
BK M Al V
F K Kl V
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Bunyi dalam zat cair…
Modulus elastik K = MB A
Rapat massa linier l = v A
Kecepatan gelombang
Contoh: air
l
lM
V
VM
A
FBB
F
l l
A
v
B
lw
MKc
m/s 1045.1kg/m 10
N/m 101.2 333
29
v
Bw
Mc
Bulk modulus
Volume mass density
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Bunyi dalam gas Bunyi dalam gas dapat dianalisis dengan
cara yg sama Gas sangat compressible, dan sangat ringan
Untuk gas, kita tahu banyak ttg. konstanta-konstanta Banyak gas pada T & P normal dekat dengan gas
ideal• gas ideal terdiri dari molekul2 yg sangat kecil yg tidak
berinteraksi satu sama lain Sifat-sifat gas ideal ditentukan oleh massa
molekular• MB dan v dapat dihitung.
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Rapat Volume dari Gas Ideal
1 mole gas ideal terdiri dari 22.4 liter pada STP.
Jika tidak STP, 0224.0
molMv mass of 1 mole 0°C
1 atm
RT
PMv
mol
gas constant 8.31 J/K
nRTPV
pressure (N/m2)
temperature (K)
volume (m2) amount (moles)
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Kompressibilitas dari Gas Ideal
Bagaimana tekanan gas bereaksi terhadap kompresi?
Hk. Gas Ideal PV = nRT implikasi
Temperatur naik ketika gas ditekan Kenaikan temperatur kadang lebih tinggi
• = 5/3 for monoatomic gasses (He, Ne, etc.)
• = 7/5 for diatomic gasses (H2, N2, O2, etc.)
VP
1 Wrong
VP
1 = ratio of specific heats > 1
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Modulus Bulk dari Gas Ideal Modulus bulk MB didefinisikan sebagai
gunakan
VP
1
V
P
dV
dP PM B
V
VMP B
dV
dPVM B
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Kecepatan Bunyi di Udara Udara: 80% N2 + 20% O2
Berat 1 mol
v pada STP
N2 dan O2 adalah diatomic sehingga udara
g/mol 28.8g/mol 322.0g/mol 288.0
2.08.022 ONmol
MMM
3kg/m 29.10224.0
0288.0v
25 N/m 101.4atm) 1(5
7 PM B m/s 330
v
Bw
Mc
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Kecepatan Bunyi di Udara Jika tidak pada STP?
Mmol = 0.0288 kg/m3, = 7/5 gives
Kecepatan bunyi pada suatu (ideal) gas Tidak bergantung pada tekanan P Dalam penerbangan, periksa suhu di luar pesawat
• Jika T = 60°C,
RT
PMv
mol
PM B
molmol M
RT
PM
PRTMc
v
Bw
m/s (K) 1.200288.0
31.84.1T
Tcw
wc T
km/h 1050m/s 2926027320 wc
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Intensitas Bunyi Intensitas bunyi (how “loud”) diberikan oleh
energi yang dibawa oleh bunyi. Karena bunyi menyebar ke segala arah, kita
membutuhkan rapat energi per satuan luas
How much power(in Watts) goes
through this area?
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Intensitas bunyi… Satuan SI untuk intensitas bunyi adalah Watt per
meter kuadrat (W/m2) Intensitas bunyi diukur dalam skala desibel (dB),
yang merupakan skala logaritmik perbandingan antara intensitas suatu gelombang bunyi (I) dengan intensitas minimum yang dapat dideteksi (I0)
I0 = 10-12 (W/m2)
010log10I
I
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Sensitivitas Manusia terhadap Bunyi
Manusia dapat mendengar bunyi: 20 Hz – 20 kHz
Rentang intensitas: 10-12 W/m2 – 1 W/m2
Pembicaraan normal ~10-6 W/m2
Kita merasakan frekuensi dan intensitas dalam skala log ( antara 0 – 120 dB) Relatif terhadap 400 Hz
• 800 Hz adalah 1 oktaf lebih tinggi• 1600 Hz adalah 1 oktaf lebih tinggi lagi
Relatif terhadap 10-6 W/m2
• 10-5 W/m2 adalah nyaring• 10-4 W/m2 adalah dua kali lebih nyaring
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
kecepatan sumber lebih rendah dari kecepatan bunyi
Subsonic:
Supersonic: - kecepatan sumber lebih tinggi dari kecepatan bunyi
Bilangan Mach
=
Kecepatan bunyi
Kecepatan benda (sumber)
Bilangan Mach (Mach Number)
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Frekuensi dari beberapa sumber bunyi
Physics Study ProgramFaculty of Mathematics and Natural SciencesInstitut Teknologi Bandung
Efek Doppler
Doppler & Son
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Efek Doppler
• Muncul karena perubahan frekuensi akibat gerakan
• Gejala ini dapat terjadi pada gelombang bunyi maupun cahaya
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Sumber bunyi & pendengar diam
Mobil van dalam keadaan diam
Suara mesin terdengar pada pola titik nada yang tetap
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Sumber bunyi mendekati pendengar
Mobil van mendekati pendengar
Pola titik nada mesin meningkat
vvf
vv
vf
vf
f
vv
f
v
ss
ss
1''
'
00
00
v = kecepatan bunyi
vs = kecepatan sumber
= panjang gel. Awal
f0 = frekuensi awal
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Sumber bunyi mendekati pendengar…
Mobil van mendekati pendengar
Cahaya dari mobil van terlihat “bluer”
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Sumber bunyi menjauhi pendengar
Cahaya dari mobil van terlihat “redder”
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Efek Doppler pada Cahaya
o
Increasing wavelength
Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Contoh soalSebuah kapal selam (Kapal A) bergerak dalam air
dengan laju 8,0 m/s, memancarkan gelombang sonar pada frekuensi 1400 Hz. Kecapatan suara dalam air adalah 533 m/s. Kapal selam kedua (Kapal B) terletak sedemikian sehingga kedua kapal tersebut bergerak mendekat satu sama lain. Kapal B bergerak dengan laju 9,0 m/s.
a). Tentukan frekuensi yang dideteksi oleh pengamat yang berada di Kapal B ketika kapal saling mendekat.
b). Kedua kapal saling melewati. Tentukan frekuensi yang dideteksi oleh pengamat yang berada di Kapal B ketika kapal saling menjauhi satu sama lain.