Senin, 28 September 2015

Efek Doppler pada Gelombang Bunyi

Materi : Gelombang Bunyi
Topik : Efek Doppler pada Gelombang Bunyi
Kelas : 12 SMA IPA

Rumus Efek Doppler
Ketika sebuah mobil ambulance yang sedang membunyikan sirinenya mendekat ke arah kita yang sedang duduk-duduk di tepi pinggiran jalan, frekuensi bunyi sirine yang didengar oleh telinga kita lebih tinggi dari frekuensi sirine "sebenarnya".
Ketika mobilnya bergerak menjauhi kita, frekuensi yang didengar oleh telinga kita menjadi lebih rendah dari frekuensi bunyi sirine.
Gejala ini yang dikenal dengan istilah efek Doppler pada gelombang bunyi.
Naik turunnya frekuensi tersebut bisa kita temukan dengan persamaan berikut:

fs = frekuensi sumber bunyi (Hz)
fp = frekuensi yang kita dengar / frekuensi pendengar (Hz)
ν = kelajuan bunyi di udara (m/s)
νs = kelajuan sumber bunyi (m/s)
ν p = kelajuan pendengar (m/s)

Kesepakatan Tanda 
+/− pada νs
+ νs sumber menjauhi pendengar
− νs sumber mendekati pendengar
+/− pada νp
+ νp pendengar mendekati sumber
− νp pendengar menjauhi sumber
atau perisetan
Rumus di atas digunakan jika pengaruh angin diabaikan. Jika pengaruh angin diperhitungkan maka:

dimana νa adalah kelajuan angin dengan perjanjian tanda sebagai berikut:
+ νa jika angin mengarah dari sumber bunyi menuju pendengar
− νa jika angin mengarah dari pendengar ke sumber bunyi

Pelajari contoh-contoh berikut: →Seorang penonton pada lomba balap mobil mendengar bunyi (deru mobil) yang berbeda, ketika mobil mendekat dan menjauh. Rata-rata mobil balap mengeluarkan bunyi 800 Hz. Jika kecepatan bunyi di udara 340 m.s−1 dan kecepatan mobil 20 m.s−1, maka frekuensi yang di dengar saat mobil menjauh adalah....(Modifikasi Soal UN Fisika 2010)

Data dari soal:
Frekuensi sumber bunyi / mobil balap fs = 800 Hz
Kecepatan bunyi di udara ν = 340 m.s−1
Kecepatan sumber bunyi / mobil νs = 20 m.s−1
Mobil menjauhi pendengar → + νs
Penonton / pendengar diasumsi diam νp = 0



Seorang penonton pada lomba balap mobil mendengar bunyi (deru mobil) yang berbeda, ketika mobil mendekat dan menjauh. Rata-rata mobil balap mengeluarkan bunyi 800 Hz. Jika kecepatan bunyi di udara 340 m.s−1 , kecepatan mobil 20 m.s−1 dan saat itu angin bergerak dengan kelajuan 10 m.s−1 searah gerak mobil maka frekuensi yang di dengar saat mobil menjauh adalah....(Modifikasi Soal UN Fisika 2010)

Data dari soal:
Frekuensi sumber bunyi / mobil balap fs = 800 Hz
Kecepatan bunyi di udara ν = 340 m.s−1
Kecepatan sumber bunyi / mobil νs = 20 m.s−1
Mobil menjauhi pendengar → + νs
Penonton / pendengar diasumsi diam νp = 0

Kelajuan angin νa = 10 m.s−1
Gerak angin searah gerak sumber → + νa

Uji Pemahaman

1) Seorang penonton pada lomba balap mobil mendengar bunyi (deru mobil) yang berbeda, ketika mobil mendekat dan menjauh. Rata-rata mobil balap mengeluarkan bunyi 800 Hz. Jika kecepatan bunyi di udara 340 m.s−1 dan kecepatan mobil 20 m.s−1, maka frekuensi yang di dengar saat mobil mendekat adalah....UN Fisika 2009 P04

2) Mobil pemadam kebakaran sedang bergerak dengan laju 20 m.s−1 sambil membunyikan sirine pada frekuensi 400 Hz (cepat rambat bunyi 300 m.s−1). Jika mobil pemadam kebakaran bergerak menjauhi seseorang yang sedang berdiri di tepi jalan, maka orang tersebut akan mendengar frekuensi sirine pada frekuensi....UN Fisika 2010

3) Kereta api menuju stasiun Solo Balapan dengan kelajuan 20 m/s sambil membunyikan peluit dengan frekuensi 660 Hz. Tentukan frekuensi yang didengar oleh para penumpang yang sedang duduk menunggu di stasiun jika saat itu angin bertiup dengan kelajuan 10 m/s searah dengan gerak kereta!

4) Kereta api menuju stasiun Solo Balapan dengan kelajuan 20 m/s sambil membunyikan peluit dengan frekuensi 620 Hz. Tentukan frekuensi yang didengar oleh para penumpang yang sedang duduk menunggu di stasiun jika saat itu angin bertiup dengan kelajuan 10 m/s berlawanan arah dengan arah gerak kereta!

5) Kereta api meninggalkan stasiun Solo Balapan dengan kelajuan 20 m/s sambil membunyikan peluit dengan frekuensi 650 Hz. Tentukan frekuensi yang didengar oleh para penumpang yang sedang duduk menunggu di stasiun jika saat itu angin bertiup dengan kelajuan 10 m/s berlawanan arah dengan arah gerak kereta!

Kunci jawaban:
1) 850 Hz 2) 375 Hz 3) 660 Hz 4) 660 Hz 5) 612,86 Hz

Fisikastudycenter.com- Belajar Ujian Nasional (UN) Fisika SMA 2011, membandingkan SKL UN Fisika 2010 beserta kemampuan yang diuji dan SKL UN Fisika 2011 beserta Indikatornya.
SKL No. 4 Indikator keenam (Bunyi-Efek Doppler) dari enam indikator .

SKL No. 4
-Menerapkan konsep dan prinsip optik dan gelombang dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi.

Perbandingan
Tahun 2010
Kemampuan yang diuji:
-Menentukan besaran-besaran yang menimbulkan efek Doppler dan menentukan perubahan akibat efek Doppler tersebut.

Tahun 2011
Indikator:
-Menentukan besaran-besaran tertentu yang menimbulkan efek Doppler atau menentukan perubahan akibat efek Doppler tersebut.

Tipikal Soal

A. Hitungan
Contoh:
1) Mobil pemadam kebakaran sedang bergerak dengan laju 20 m.s−1 sambil membunyikan sirine pada frekuensi 400 Hz (cepat rambat bunyi 300 m.s−1). Jika mobil pemadam kebakaran bergerak menjauhi seseorang yang sedang berdiri di tepi jalan, maka orang tersebut akan mendengar frekuensi sirine pada frekuensi....
A. 375 Hz
B. 575 Hz
C. 600 Hz
D. 620 Hz
E. 725 Hz
(Sumber soal : Soal UN Fisika 2010 P04)

2) Suatu sumber bunyi bergerak dengan kecepatan 20 m s–1 mendekati seseorang yang diam. Frekuensi sumber bunyi = 380 Hz. Dan cepat rambat bunyi di udara 400 m s–1. Frekuensi gelombang bunyi yang didengar orang tersebut adalah....
A. 400 Hz
B. 420 Hz
C. 440 Hz
D. 460 Hz
E. 480 Hz
(Sumber soal : Soal EBTANAS 2000)

3) Seorang pendengar berdiri di samping sumber bunyi yang frekuensinya 684 Hz. Sebuah sumber bunyi lain dengan frekuensi 676 Hz bergerak mendekati pendengar itu dengan kecepatan 2 m s–1. Bila kecepatan merambat bunyi di udara 340 m s–1, maka frekuensi layangan yang didengar oleh pendengar itu adalah....
A. 2 Hz
B. 3 Hz
C. 4 Hz
D. 5 Hz
E. 6 Hz
(Sumber soal : Soal EBTANAS 2001)

4) Seorang penonton pada lomba balap mobil mendengar bunyi (deru mobil) yang berbeda, ketika mobil mendekat dan menjauh. Rata-rata mobil balap mengeluarkan bunyi 800 Hz. Jika kecepatan bunyi di udara 340 m.s−1 dan kecepatan mobil 20 m.s−1, maka frekuensi yang di dengar saat mobil mendekat adalah....
A. 805 Hz
B. 810 Hz
C. 815 Hz
D. 850 Hz
E. 875 Hz
(Sumber soal : Soal UN Fisika 2009 P04)

5) Suatu sumber bunyi bergerak relatif terhadap pendengar yang diam. Bila cepat rambat bunyi di udara 325 ms−1 dan kecepatan sumber bunyi 25 m s−1 maka perbandingan frekuensi yang diterima pendengar itu pada saat bunyi mendekati dan menjauhi adalah....
A. 5 : 6
B. 6 : 7
C. 7 : 6
D. 6 : 5
E. 5 : 4
(Sumber soal : Soal UMPTN 1996)

6) Seorang penerbang yang pesawat terbangnya menuju ke menara bandara mendengar bunyi sirine menara dengan frekuensi 2 kHz. Jika sirine memancarkan bunyi dengan frekuensi 1,7 kHz, dan cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, maka kecepatan pesawat adalah....
A. 55 m/s
B. 58 m/s
C. 60 m/s
D. 62 m/s
E. 65 m/s
(Sumber soal : Fisikastudycenter.com-Modifikasi Soal UMPTN 1993)

B. Teori
Contoh:
Frekuensi bunyi dari satu sumber bunyi oleh seorang pendengar akan:
(1) Bertambah, jika sumber dan pendengar bergerak searah dengan pendengar di depan, dan kelajuan sumber lebih besar daripada kelajuan pendengar
(2) Bertambah, jika sumber diam dan pendengar mendekati sumber
(3) Berkurang, jika pendengar diam dan sumber bunyi menjauhi pendengar
(4) Tetap, jika sumber bunyi dan pendengar sama-sama diam, tetapi medium bergerak relatif menuju pendengar
Pernyataan yang benar adalah....
A. 1, 2, dan 3
B. 1 dan 3
C. 2 dan 4
D. 4
E. 1, 2, 3 dan 4
(Sumber soal : Modifikasi-Soal UMPTN 1999)

Tidak ada komentar: