7572457511 kuliah 15 bunyi dan efek doppler

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


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


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


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.


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


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


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


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


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.


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)


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


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


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


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


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?


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


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


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)


PHYSI S

Frekuensi dari beberapa sumber bunyi

Physics Study ProgramFaculty of Mathematics and Natural SciencesInstitut Teknologi Bandung

Efek Doppler

Doppler & Son


PHYSI S

Efek Doppler

• Muncul karena perubahan frekuensi akibat gerakan

• Gejala ini dapat terjadi pada gelombang bunyi maupun cahaya


PHYSI S

Sumber bunyi & pendengar diam

Mobil van dalam keadaan diam

Suara mesin terdengar pada pola titik nada yang tetap


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


PHYSI S

Sumber bunyi mendekati pendengar…

Mobil van mendekati pendengar

Cahaya dari mobil van terlihat “bluer”


PHYSI S

Sumber bunyi menjauhi pendengar

Cahaya dari mobil van terlihat “redder”


PHYSI S


PHYSI S

Efek Doppler pada Cahaya

o

Increasing wavelength


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.


PHYSI S

Contoh soal …a). Kapal selam saling mendekat

b).Kapal selam saling menjauh

7572457511 kuliah 15 bunyi dan efek doppler

Documents

mb a rapat massa linier

batang l l y a f

cairan gaya f mengubah

v a kecepatan gelombang

zat cair modulus elastik

penampang lintang m2

efek doppler physi s

kaku very stiff spring