Bab 8 Getaran, Gelombang, dan Bunyi Kelas 8 Kurikulum Merdeka

A.      Getaran

Getaran adalah gerak bolak-balik yang melalui titik kesetimbangan. Adapun titik kesetimbangan yaitu titik dimana suatu benda berada pada posisi diam. Jadi, benda dikatakan bergetar jika benda tersebut bergerak bolak-balik secara teratur dan periodik melalui titik kesetimbangannya.

Satu kali getaran yaitu gerak bolak-balik yang melalui titik kesetimbangan dari titik awal dan kembali ke titik awal lagi.

 

Perhatikan bandul berikut!

Gambar. Bandul Sederhana

 

Bandul di atas mula-mula diam pada posisi O (kedudukan setimbang). Apabila bandul ditarik ke posisi A, kemudian dilepas. Pada saat bandul dilepas dari posisi A maka bandul akan bergerak bolak balik secara teratur melalui titik A – O – B – O – A.

Gerakan bandul bolak balik dari posisi A – O – B – O – A atau B – O – A – O – B disebut satu kali getaran

 

1.         Amplitudo

Benda akan bergetar ketika diberi gangguan. Getaran memiliki salah satu ciri yaitu adanya amplitudo (A) atau simpangan terbesar.

Apabila merujuk ke gambar di atas. Titik O merupakan titik kesetimbangan. Jarak dari titik O pada selang waktu tertentu disebut simpangan. Simpangan terbesar dari bandul di atas adalah titik OA atau titik OB. Simpangan tersebar ini yang merupakan amplitude (A).

 

2.         Periode getaran

Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu getaran disebut periode (T) dengan satuan sekon atau detik.

Periode secara matematis dapat dirumuskan menjadi:

Keterangan :

T        = periode getaran (s)

t         = waktu terjadinya getaran (s)

n        = jumlah getaran

 

3.         Frekuensi getaran

Jumlah getaran yang dapat terjadi dalam satu detik disebut frekuensi (f) dengan satuan Hertz (Hz). Frekuensi secara matematis dapat dirumuskan menjadi.

Keterangan :

f        = frekuensi getaran (Hz)

lalu, bagaimana hubungan antara periode dengan frekuensi? Panjang tali pada bandul berpengaruh terhadap periode getaran. Semakin panjang tali, maka semakin besar periode getarannya dan semakin kecil frekuensinya. Sebaliknya semakin kecil periode maka semakin besar frekuensi.

 

Hubungan antara periode dengan frekuensi secara matematis dapat ditulis:

    atau  

 

B.       Gelombang

Gelombang merupakan getaran yang merambat dan membawa energi di kala perambatannya. Pada perambatan gelombang, yang merambat adalah energinya sedangkan zat perantara atau mediumnya tidak ikut merambat. Jadi, gelombang terjadi karena adanya getaran.

 

1.             Berdasarkan Medium Perambatannya

 

a.       Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium untuk merambat. Contoh gelombang mekanik adalah gelombang pada tali, gelombang air laut, dan gelombang bunyi.

 

b.      Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat. Contoh gelombang elektromagnetik adalah gelombang cahaya, gelombang radio, dan sinar x

 

2.             Berdasarkan Arah Rambat dan Arah Getar

a.       Gelombang Transversal

Gelombang Transversal adalah gelombang yang arah rambatnya tegak lurus terhadap arah getarnya.

Terdapat beberapa contoh gelombang transversal, diantaranya yaitu gelombang pada tali dan gelombang cahaya

 

b.      Gelombang Longitudinal

Kebalikan dengan gelombang transversal, gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah rambatnya sejajar dengan arah getarnya.

Terdapat beberapa contoh gelombang longitudinal, diantaranya gelombang pada pegas dan gelombang bunyi.

 

3.             Besaran-besaran pada Gelombang

 

a.       Besaran-besaran pada Gelombang Transversal

Perhatikan grafik simpangan arah getar terhadap arah rambat pada gelombang transversal berikut:

 

Gambar. Grafik Simpangan Arah Getar Terhadap Arah Rambat

 

Besaran-besaran pada gelombang transversal

1)      Dasar gelombang terletak pada titik terendah gelombang, yaitu d dan h. Lengkungan c – d – e dan g – h – i merupakan lembah gelombang.

2)      Puncak gelombang terletak pada titik tertinggi yaitu b dan f. lengkungan a – b – c dan e – f – g merupakan bukit gelombang

3)      Panjang gelombang dilambangkan dengan λ (dibaca lamda) dengan satuan meter. Panjang satu gelombang transversal sama dengan jarak satu bukit gelombang dan satu lembah gelombang (contoh : a – b – c – d – e)

4)      Amplitudo adalah simpangan terbesar dari gelombang (contoh : bb’ atau dd’).

5)      Periode gelombang adalah waktu yang diperlukan untuk menempuh satu gelombang. Lambang untuk periode adalah T dan satuannya sekon (s)

6)      Frekuensi gelombang adalah jumlah gelombang yang terbentuk dalam 1 sekon. Lambang untuk frekuensi adalah f dan satuannya hertz (Hz)

7)      Hubungan antara periode dan frekuensi gelombang

atau

atau

atau 

8)      Kecepatan atau cepat rambat gelombang adalah perbandingan jarak gelombang yang ditempuh dalam waktu tertentu.

v = λ . f

Keterangan :

v = kecepatan gelombang (m/s)

λ = panjang gelombang (m)

 

b.      Besaran-besaran pada Gelombang Longitudinal

Perhatikan gambar yang menunjukan arah getar terhadap arah rambat pada gelombang longitudinal berikut.

 

Gambar. Rapatan dan Renggangan pada gelombang longitudinal

Besaran-besaran pada gelombang longitudinal

1)      Rapatan adalah bagian gelombang yang lebih rapat

2)      Renggangan adalah bagian gelombang yang lebih renggang

3)      Panjang satu gelombang longitudinal terdiri atas satu rapatan dan satu renggangan

4)      Amplitudo gelombang ditunjukan oleh rapatan dan renggangan. Amplitudo gelombang yang lebih besar memiliki rapatan yang lebih rapat dan renggangan yang lebih renggang

5)      Besaran periode, frekuensi, dan kecepatan gelombang memiliki pengertian yang sama dengan pada gelombang transversal.

 

C.      Bunyi

Bunyi termasuk gelombang mekanik longitudinal. Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah rambatnya sejajar dengan arah getarnya. Dalam perambatannya bunyi memerlukan medium perantara dan rampabatan atau perpindahan gelombanangnya berupa rapatan dan renggangan bergantian secara periodik. Jarak yang dibentuk rapatan dan renggangan disebut panjang gelombang; semakin pendek panjang gelombang semakin tinggi frekuensi.

 

1.         Syarat Terdengarnya bunyi

Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar. Getarannya akan merambat melalui udara hingga sampai pada telinga pendengarnya. Oleh karena itu syarat terdengarnya bunyi, yaitu:

a.       Ada sumber bunyi yang bergetar

b.      Ada zat perantara (medium) yang merambatkan gelombang-gelombang bunyi dari sumber bunyi ke telinga.

c.       Getaan mempunyai frekuensi tertentu (20 Hz – 20.000 Hz)

d.      Indra pendengar dalam keadaan baik

 

2.         Frekuensi Bunyi

Berdasarkan fekuensinya bunyi dibagi menjadi 3 yaitu:

a.       Gelombang Bunyi Infrasonik

Gelombang infrasonik memiliki frekuensi kurang dari 20 Hz (Hertz). Bunyi ini dapat didengar oleh beberapa hewan seperti lumba-lumba, gajah, anjing, laba-laba, dan jangkrik

b.      Gelombang Bunyi Audiosonik

Gelombang audiosonik adalah gelombang bunyi yang memeiliki frekuensi 20 Hz sampai 20.000 Hz. Bunyi inilah yang dapat didengar oleh manusia saat orang lain berbicara, bernyanyi, atau mendengar suara hewan di sekitar.

c.       Gelombang Bunyi ultrasonik

Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang memiliki frekuensi lebih dari 20.000 Hz. Bunyi ini hanya dapat didengar oleh hewan seperti kalelawar dan lumba-lumba, teman-teman.

 

3.         Cepat rambat bunyi

Oleh karena bunyi merupakan gelombang, maka secara matematis cepat rambat bunyi sama dengan cepat rambat gelombang

V = λ . f

Jika jarak tempuh dan waktu yang diperlukan oleh bunyi diketahui maka cepat rambat bunyi juga dapat ditentukan dengan persamaan berikut;

 

 

4.         Karakteristik Bunyi

Bunyi yang kita dengar ada yang disebut desah dan ada yang disebut nada. Desah adalah bunyi yang frekuensinya tidak beraturan, contohnya bunyi yang dihasilkan oleh daun pohon yang ditiup angin. Nada adalah bunyi yang frekuensinya beraturan, contohnya adalah bunyi yang dihasilkan oleh alat-alat musik atau gamelan.

Tidak semua bunyi dapat kita dengar, bunyi yang sangat lemah tidak akan terdenganr sebab selaput telinga kita tidak mampu digetarkan. Sebaliknya bunyi yang sangat kuat dapat merusak gendang telinga, sebab getaran selaput telinga kita sangat keras. Faktor apa yang mempengaruhi kuat lemahnya bunyi? Kuat lemahnya bunyi ditentukan oleh amplitudo (simpangan maksimum). Semakin besar amplitudo, energi bunyi semakin besar sehingga bunyi akan terdengar semakin kuat (keras). Demikian juga sebaliknya, semakin kecil amplitudo maka energi bunyi semakin kecil sehingga bunyi akan terdengan semakin lemah.

Tinggi rendahnya bunyi atau nada ditentukan oleh frekuensi, sebab semakin besar frekuensi maka bunyi akan terdengar semakin tinggi, sebaliknya semakin kecil frekuensi maka bunyi akan terdengar semakin rendah

Keunikan setiap bunyi dengan bunyi lainnya meskipun mempunyai frekuensi yang sama disebut sebagai warna bunyi. Jadi timbre atau warna bunyi adalah perbedaan bunyi yang dihasilkan antara dua bunyi walaupun kedua bunyi tersebut memiliki nada yang sama.

 

5.         Frekuensi Nada pada Senar

Orang pertama yang berhasil menemukan hubungan antara frekuensi senar-senar yang bergetar dengan tinggi rendahnya nada adalah Marsenne, seorang ahli fisika berkebangsaan Perancis, Ia menggunakan alat yang disebut sonometer.

Menurut Marsenne, faktor faktor yang mempengaruhi frekuensi alamiah sebuah senar, dawai, atau kawat adalah sebagai beriktu;

a.       Panjang senar, semakin panjang senarnya, semakin rendah frekuensinya

b.      Luas penampang senar, semakin tebal senarnya, semakin rendah frekuensinya

c.       Tegangan senar, semakin tegang (kencang) senarnya, semakin tinggi frekuensinya

d.      Massa jenis senar, semakin kecil massa jenis senar, semakin tinggi frekuensinya

 

6.         Resonansi Bunyi

Peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena pengaruh getaran benda lain disebut resonansi. Syarat terjadinya resonansi, frekuensi alamiah kedua benda harus sama. Itulah sebabnya mengapa pada saat mobil lewat di depan rumah ada beberapa benda yang ikut bergetar (karena frekuensi alamiahnya sama dengan frekuensi getaran mobil), tetapi ada pula benda-benda yang tidak ikut bergetar (karena frekuensi alamiahnya berbeda dengan frekuensi getaran).

Resonansi bunyi dapat memperkuat bunyi asli, sehingga bunyi yang dihasilkan dapat terdengar lebih keras atau nyaring.

Selain bermanfaat, resonansi bunyi juga dapat menimbulkan kerugian. Contohnya bunyi ledakan bom dapat memcahkan kaca meskipun kaca tidak terkena bom. Contoh lainnya resonansi suara deru pesawat bisa membuat kaca turut bergetar dan bahkan pecah.

 

7.         Pemantulan Bunyu

Hukum Pemantulan Bunyi

Sama halnya dengan gelombang-gelombang yang lain, gelombang bunyi juga dapat dipantulkan oleh dinding pemantul. Pemantulan gelombang bunyi oleh dinding pemantul ternyata mempunyai ketentuan-ketentuan tertentu yaitu hukum pemantulan bunyi

Hukum pemantulan bunyi mengatakan:

1)      Bunyi datang, garis normal dan bunyi pantul terletak sebidang datar.

2)      Sudut datang sama dengan sudut pantul.

 

Gambar. Pemantulan Bunyi

 

Bunyi pantul dapat kita bagi menjadi 3 macam bunyi pantul, yaitu:

1)      Gema

Gema adalah bunyi pantul yang terdengan dengan jelas, karena datangnya seletah bunyi asli selesai mengudara. Untuk mendengar gema, kita perlu menunggu beberapa saat setalah bunyi aslinya. Hal ini disebabkan karena bunyi membutuhkan waktu untuk bergerak dari tempat sumber bunyi ke dinding pemantul dan dari dinding pemantul menuju ketempat sumber bunyi kembali.

Contoh:

Bunyi asli                        : Fi – si – ka

Bunyi pantul                   :                    fi – si – ka

Bunyi yang terdengar     : Fi – si – ka – fi – si – ka

2)      Gaung/kerdam

Gaung atau kerdam adalah bunyi pantul yang tidak terdengar dengan jelas karena datangnya hampir bersamaan dengan bunyi aslinya. Hal ini disebabkan karena jarak antar sumber bunyi dan dinding pemantulnya relatif dekat. Keadaan seperti ini sering menjadi masalah bagi manusia khususnya dalam hal pengaturan suara dalam ruang pertemuan. Ruang konser musik, gedung, bioskop, dan sebagainnya.

Untuk mengurangi akibat yang ditimbulkan gaung ini, manusia menciptakan alat-alat peredam suara dengan cara memasang kain-kain tebal pada dinding.

Contoh:

Bunyi asli                        : Fi – si – ka

Bunyi pantul                   : …...fi – si – ka

Bunyi yang terdengar     : Fi ………... ka

3)      Bunyi pantul yang memperkuat bunyi asli

Apabila kalian berbicara di ruangan yang kecil, suara yang terdengar akan lebih keras dibandingkan dengan suara di ruang terbuka. Hal ini disebabkan jarak sumber bunyi dan dinding pemantul berdekatan sehingga selang waktu antara bunyi asli dengan bunyi pantul sangat kecil. Antara bunyi asli dan bunyi pantul akan terdengan hampir bersamaan sehingga menyebabkan bunyi asli terdengar lebih keras.

 

8.         Manfaat Pemantulan Bunyi

Berikut ini berbagai manfaat pemantulan bunyi yang sangat bermanfaat bagi kehidupan kita:

a.       Mendeteksi benda-benda di bawah laut.

Benda-benda di dalam laut bisa di deteksi dengan mengirimkan gelombang ultrasonik menggunakan alat tertentu yang ditempatkan pada bagian kapal, maka dapat diketahui kedudukan kapal selam.

b.      Melakukan survey geofisika

Penerapannya dalam ilmu geofisika sangat bermanfaat dalam mendeteksi adanya manfaat sumber daya alam yang mengendap di dalam bumi. Resonansi bunyi dapat digunakan untuk mendeteksi dan menentukan lokasi strutkur bumi dan dapat menemukan lapisan batuan yang mengandung endapan minyak.

c.       Menentukan kedalaman laut

Mekanismenya hampi sama dengan memanfaatkan pemantulan bunyi untuk mendeteksi benda di bawah laut. Kedalaman laut dapat mengetahui manfaat laut, yakni dengan cara menempelkan sebuah sumber getaran pada dinding kapal bagian bawah. Didekat sumber getaran ini dipasang sebuat alat penerima getaran. Untuk mengecek kedalaman laut dapat digunakan persamaan:

d.      Mendeteksi kerusakan pada stuktur logam

Scanning dengan pemantulan bunyi bermanfaat untuk menemukan retak-retak yang tersembunyi pada badan pesawat terbang, yang dapat membahayakan penerbangan.

e.       Mengukur ketebalan logam

Hukum pemantulan bunyi bisa dijadikan untuk menemukan ketebalan suatu logam. Prinsip pemantulan bunyi dapat digunakan mengukur ketebalan pelat logam dan pembungkus logam  yang mudah berkarat.

f.        Membantu proses USG

Manfaat pemantulan bunyi ini digunakan dalam alat kedokteran. Sebut contoh pada pmeriksaan USG (ultrasonografi) dengan memanfaatkan gelombang bunyi (ultrasonik). Teknik ultrasonik ini dapat membantu mengamati janin dalam kandungan, bahkan dapat menghilangkan jaringan otak yang rusak pada operasi bedah otak yang beresiko tinggi.

g.      Menghancurkan batu ginjal

Prinsip dan logikanya sama dengan penghancuran tumor. Bunyi dengan frekuensi tertentu dapat merusak dan memcahkan benda-benda padat. Itulah yang dimanfaatkan di dalam kedokteran untuk membantu mengatasi batu ginjal. Tidak perlu dilakukan pembedahan karena hanya menggunakan gelombang ultrasonik.

 

D.      Mekanisme Mendengar Pada Manusia

Manusia hanya dapat mendengar bunyi yang memiliki frekuensi 20 – 20.000 Hz, yang disebut audiosonik.

Bagaimana proses mendengar pada manusia?

Gambar. Proses mendengar pada Manusia

 

Proses mendengar dimulai dari adanya gelombang suara yang masuk ke dalam lubang telinga yang akan menggetarkan gendang telinga (membran timpani). Getaran membran timpani ditransmisikan melintasi telinga tengah melalui tiga tulang kecil, yaitu: tulang martil, landasan dan sanggurdi. Getaran dari tulang sanggurdi ditransmisikan ke telinga dalam melalui membran jendela oval ke dalam ruangan koklea. Di bagian dalam koklea terdapat organ korti. Organ korti berisi cairan sel-sel rambut yang sangat peka. Inilah reseptor getaran yang sebenarnya. Sel-sel rambut ini akan bergerak ketika ada getaran di dalam koklea, sehingga menstimulasi getaran yang diteruskan oleh saraf auditori ke otak.

 

E.       Sistem Sonar pada Hewan

1.      Kelelawar

Kelelawar dapat mengeluarkan dan menerima gelombang ultrasonik dengan frekuensi di atas 20.000 Hz pada saat ia terbang. Gelombang yang dikeluarkan akan dipantulkan kembali oleh objek yang akan dilewatinya dan diterima oleh receiver (alat penerima) yang berada di tubuh kelelawar. Kemampuan kelelawar untuk menentukan lokasi ini disebut dengan ekolokasi.

Pada saat terbang dan berburu, kelelawar akan mengeluarkan bunyi yang frekuensinya tinggi, kemudian mendengarkan gema yang dihasilkan. Pada saat kelelawar mendengarkan gema, kelelawar hanya akan terfokus pada suara yang dipancarkannya sendiri.

2.      Batu ginjal

Lumba-lumba  dapat dilihat di permukaan air, namun sebagian besar waktu mereka di kedalaman lautan yang cukup gelap. Lumba-lumba mempunyai sistem yang memungkinkan untuk berkomunikasi dan menerima rangsangan, yaitu sistem sonar.

Gelombang bunyi lumba-lumba akan dipantulkan kembali bila membentur suatu benda. Denan cara tersebut, lumba-lumba mengetahui lokasi, ukuran, dan pergerakan mangsanya. Lumba-lumba juga mampu saling berkirim pesan walaupun terpisahkan oleh jarak lebih dari 220 km. lumba-lumba berkomunikasi untuk menemukan pasangan dan saling mengingatkan akan bahaya.