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 :
fP adalah frekuensi yang didengar oleh pendengar.
fS adalah frekuensi yang dipancarkan oleh sumber bunyi.
vP adalah kecepatan pendengar.
vS adalah kecepatan sumber bunyi.
v adalah kecepatan bunyi di udara.
Tanda + untuk vP dipakai bila pendengar bergerak mendekati sumber bunyi.
Tanda - untuk vP dipakai bila pendengar bergerak menjauhi sumber bunyi.
Tanda + untuk vS dipakai bila sumber bunyi bergerak menjauhi pendengar.
Tanda - untuk vS 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; vs= 20 ms-1; dan fs = 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 :
vp= 36 Km/jam = 10ms-1 ;
vs=340 ms-1; fs=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 vw. Jika kecepatan angin cukup berarti sehingga tak dapat diabaikan, maka
kecepatan angin vw harus dimasukkan ke dalam persamaan efek Doppler. Dengan demikian efek
Doppler dengan memasukkan pengaruh angin adalah
....................................(3.17)
Perjanjian tanda untuk vw sama seperti vp dan vs 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 fs' = 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, fs', 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)
vp =
laju pendengar (m/s)
vs =
laju sumber bunyi (m/s)
Aturan tanda :
v selalu positif
vp positif
jika pendengar mendekati sumber bunyi
vp negatif
jika pendengar menjahui sumber bunyi
vs positif
jika sumber bunyi menjahui pendengar
vs negatif
jika sumber bunyi mendekati pendengar
vp =
0 jika pendengar diam
vs =
0 jika sumber bunyi diam
Diketahui :
vs =
40 m/s
vp =
0
f = 300 Hz
v = 360 m/s
Ditanya :
f’
Jawab :
Jawaban yang benar adalah B