Efek Doppler

Efek Doppler

Fenomena perubahan frekuensi karena pengaruh gerak relatif antara sumber bunyi dan pendengar, pertama kali diamati oleh Christian Doppler. Jika antara sumber bunyi dan pendengar tidak ada gerakan relatif, maka frekuensi sumber bunyi dan frekuensi bunyi yang didengar oleh seseorang adalah sama. Namun, jika antara sumber bunyi dan si pendengar ada gerak relatif, ternyata antara frekuensi sumber bunyi dan frekuensi bunyi yang didengar tidaklah sama. Suatu contoh, misalnya ketika Anda naik bis dan berpapasan dengan bis lain yang sedang membunyikan klakson, maka akan terdengar suara yang lebih tinggi, berarti frekuensinya lebih besar dan sebaliknya ketika bis menjauhi anda, bunyi klakson terdengar lebih rendah, karena frekuensi bunyi yang didengar berkurang. Peristiwa ini dinamakan Efek Doppler.

Jadi, Effek Doppler adalah peristiwa berubahnya harga frekuensi bunyi yang diterima oleh pendengar (P) dari frekuensi suatu sumber bunyi (S) apabila terjadi gerakan relatif antara P dan S. Oleh Doppler dirumuskan sebagai :

.........................................................(3.16)

Dengan :

f_P adalah frekuensi yang didengar oleh pendengar.

f_S adalah frekuensi yang dipancarkan oleh sumber bunyi.

v_P adalah kecepatan pendengar.

v_S adalah kecepatan sumber bunyi.

v adalah kecepatan bunyi di udara.

Tanda + untuk v_P dipakai bila pendengar bergerak mendekati sumber bunyi.

Tanda - untuk v_P dipakai bila pendengar bergerak menjauhi sumber bunyi.

Tanda + untuk v_S dipakai bila sumber bunyi bergerak menjauhi pendengar.

Tanda - untuk v_S dipakai bila sumber bunyi bergerak mendekati pendengar

Fendy berdiri di tepi jalan. Dari kejauhan datang sebuah mobil ambulan bergerak mendekati Ani, kemudian lewat di depannya, lalu menjauhinya dengan kecepatan tetap 20 ms^-1. Jika frekuensi sirine yang dipancarkan mobil ambulan 8.640 Hz, dan kecepatan gelombang bunyi di udara 340ms^-1, tentukanlah frekuensi sirine yang didengarkan Ani pada saat :  (a) Mobil ambulance mendekati Ani ; dan  (b) Mobil ambulan menjauhi Ani.

Penyelesaian:

Diketahui : 
v=340 ms^-1; v_s= 20 ms^-1; dan f_s = 8.640 Hz

a. Pada saat mobil ambulan mendekati Ani.

  = 9.180 Hz

b. Pada saat mobil ambulan menjauhi Ani.

 = 8.160 Hz

Pada saat mobil ambulan mendekati Ani, frekuensi sirine yang terdengar 9.180 Hz. Akan tetapi, pada saat mobil ambulan menjauhi Ani mendengar frekuensi sirine sebesar 8.160 Hz.

Deretan gerbong kereta api yang ditarik oleh sebuah lokomotif bergerak meninggalkan stasiun dengan kelajuan 36 km/jam. Ketika itu, seorang petugas di stasiun meniup peluit dengan frekuensi 1.700 Hz. Jika kecepatan perambatan gelombang bunyi di udara 340 ms^-1, tentukanlah frekuensi bunyi peluit yang didengar oleh seorang pengamat di dalam kereta api.

Penyelesaian:

Diketahui : v_p= 36 Km/jam = 10ms^-1 ; v_s=340 ms^-1; f_s=1.700 Hz

=1.650Hz

Jadi, frekuensi peluit yang terdengar oleh pengamat dalam kereta api sebesar 1.650 Hz.

Pengaruh Angin

Persamaan (3.24) untuk efek Doppler diperoleh dengan mengabaikan kecepatan angin v_w. Jika kecepatan angin cukup berarti sehingga tak dapat diabaikan, maka kecepatan angin v_w harus dimasukkan ke dalam persamaan efek Doppler. Dengan demikian efek Doppler dengan memasukkan pengaruh angin adalah

....................................(3.17)

Perjanjian tanda untuk v_w sama seperti v_p dan v_s yaitu positif jika searah dengan arah dari sumber ke pendengar.

Sebuah kereta api yang mendekati sebuah bukit dengan kelajuan 40 km/jam membunyikan peluit dengan frekuensi 580 Hz ketika kereta berjarak 1 km dari bukit. Angin dengan kelajuan 4 km/jam gertiup searah dengan kereta.

(a)    Tentukan frekuensi yang didengar oleh seorang pengamat di atas bukit. Cepat rambat bunyi di udara adalah 1200 km /jam.

(b)   Jarak dari bukit di mana gema dari bukit didengar oleh masinis kereta. Berapa frekuensi bunyi yang didengar oleh masinis ini?

Penyelesaian:

(a)    Masalah soal ini ditunjukkan pada gambar berikut. Cepat rambat di udara v= 1200 km/jam.

Frekuensi yang didengar oleh pengamat P di bukit dengan memasukkan kecepatan angin dihitung dengan persamaan (3-8).

Hz

(b)   Masalah kasus (b) ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Misalkan masinis mendengar bunyi peluit kereta oleh dinding bukit ketika berjarak x km dari bukit. Waktu tempuh dari A ke Badalah

 ..........................................(*)

Waktu bunyi merambat dari A ke C kemudian dipantulkan ke B adalah

......................................(**)

Samakan (**) dan (*) diperoleh,

1 + x = 30 (1 – x)

31x = 29     ↔  

Untuk gema dari bukit ke masinis, frekuensi yang didengar oleh pengamat di bukit sekarang berfungsi sebagai sumber bunyi dengan f_s' = 599 Hz. Masinis sebagai pendengar bergerak menuju ke bukit dengan kecepatan 40 km/jam. Masalahnya sekarang ditunjukkan pada gambar berikut.

Frekuensi yang akan didengar oleh masinis, f_s', adalah

1. Seorang siswa sedang berdiri di pinggir jalan ketika sebuah mobil bergerak menjauhi     siswa tersebut dengan kelajuan 40 m/s sambil membunyikan klakson yang berfrekuensi 300 Hz. Apabila cepat rambat bunyi di udara 360 m/s, maka frekuensi klakson yang didengar oleh siswa tersebut adalah ….

A. 250 Hz
B. 270 Hz
C. 300 Hz
D. 350 Hz
E. 400 Hz
Pembahasan :
Rumus efek Doppler bunyi :

f’ = frekuensi bunyi yang didengar pendengar (1/s = hz)
f = frekuensi bunyi yang dipancarkan sumber (1/s = hz)
v = laju bunyi (m/s)
v_p = laju pendengar (m/s)
v_s = laju sumber bunyi (m/s)
Aturan tanda :
v selalu positif
v_p positif jika pendengar mendekati sumber bunyi
v_p negatif jika pendengar menjahui sumber bunyi
v_s positif jika sumber bunyi menjahui pendengar
v_s negatif jika sumber bunyi mendekati pendengar
v_p = 0 jika pendengar diam
v_s = 0 jika sumber bunyi diam
Diketahui :
v_s = 40 m/s
v_p = 0
f = 300 Hz
v = 360 m/s
Ditanya :
f’
Jawab :

Jawaban yang benar adalah B