Fisika 2 bab 6 Pengetahuan tentang Bunyi dan sekitarnya

 

Gelombang Elektromagnetik: Sifat, Sumber, Hingga Jenisnya

 

Secara umum, gelombang terdiri dari gelombang elektromagnetik dan mekanik. Gelombang mekanik selalu merambat melalui perantara atau medium. Gelombang mekanik bisa sebagai gelombang transversal seperti perambatan tali, bisa juga merambat sebagai gelombang longitudinal seperti bunyi melalui medium udara atau benda lainnya.

Sedangkan gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walau tidak ada medium. Energi elektromagnetik merambat dalam bentuk gelombang dengan beberapa variabel yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang, frekuensi, dan kecepatan. Panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak.

 

Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Hubungan antara kecepatan gelombang, frekuensi dan panjang gelombang sebagai berikut

 

 

Interferensi bunyi,   

Selanjutnya interferensi, yaitu sifat gelombang bunyi yang terjadi ketika dua atau lebih gelombang bunyi bertemu dan saling berinteraksi. Interferensi ini dapat menghasilkan penguatan atau pelemahan bunyi, tergantung pada fase dan amplitudo gelombang bunyi

Pengertian resonansi

Pengertian resonansi bunyi adalah peristiwa bergetarnya suatu benda karena mendapat pengaruh dari benda lain yang bergetar dengan frekuensi getar yang sama, dikutip dari buku Explore.

Contoh fenomena resonansi bunyi, ketika saat muncul petir, muncul bunyi yang menggelegar membuat kaca jendela ikut bergetar. Hal itu disebabkan, bunyi menggelegar petir memiliki frekuensi yang sama dengan frekuensi getar dari kaca jendela.

 

Batas Frekuensi Suara yang Bisa Didengar oleh Manusia
Dalam penelitian yang diakses dari digilib Universitas Indonesia, disebutkan bahwa suara adalah kompresi mekanikal atau gelombang longitudinal yang merambat melalui perantara, baik itu benda cair, padat, maupun udara. Gelombang suara ini hanya dapat didengar manusia pada rentang frekuensi tertentu sehingga mengakibatkan respons pada indra pendengaran.

Salah satu yang menentukan kualitas bunyi adalah frekuensi atau jumlah getaran yang dihasilkan per detik. Manusia hanya mendengar suara dengan rentang frekuensi antara 20 Hz - 20.000 Hz atau yang disebut audiosonik. Ketika manusia berbicara, biasanya memiliki rentang frekuensi 250 Hz - 4.000 Hz dan atau rata-rata berfrekuensi 1.000 Hz.

Perbedaan Hz dan dB?
Selain frekuensi, intensitas gelombang suara juga mempengaruhi bagaimana telinga kita bisa merespons. Jika frekuensi adalah jumlah getaran per detik yang memiliki satuan Hertz atau Hz, maka intensitas bunyi adalah besarnya tekanan atau energi yang dipancarkan oleh suatu sumber bunyi dengan satuan desibel atau disingkat dB.

Satuan desibel paling rendah ialah 0 dB, sedangkan paling tinggi atau paling keras ialah 140 dB. Sebagai gambaran, situasi sangat sepi memiliki intensitas 0-20 dB, suasana rumah atau kantor sepi 20-40 dB, orang bercakap-cakap sekitar 40-60 dB, suasana jalanan umum 60-80 dB, suasana jalanan macet atau peluit polisi 80-100 dB, sedangkan di atas 100 dB bisa berupa petir atau meriam. Intensitas di atas 100 dB bisa membuat telinga tuli.

Jenis Suara yang Tidak Bisa Didengar Manusia
Telah dijelaskan sebelumnya bahwa manusia hanya dapat mendengar suara dengan frekuensi 20 - 20.000 Hz atau yang disebut audiosonik. Di luar itu, manusia tidak dapat mendengarnya. Ada dua jenis suara yang tidak dapat didengar manusia, yaitu infrasonik dan ultrasonik.

1. Infrasonik
Dilansir dari Encyclopedia Britannica, infrasonik adalah gelombang suara dengan getaran yang memiliki frekuensi di bawah gelombang yang dapat dideteksi oleh telinga manusia, yaitu di bawah 20 Hz. Gelombang ini dapat merambat dari jarak yang sangat jauh, bahkan menembus hambatan tanpa ada pengurangan besaran frekuensi.

Bunyi Infrasonik ini misalnya gempa bumi, gunung meletus, halilintar, meteorit dan gelombang-gelombang yang dihasilkan oleh getaran mesin yang sangat kuat. Suara ini dapat didengar oleh binatang, antara lain gajah, burung merpati, badak, owa, dan jangkrik. Oleh karena itu, hewan-hewan ini bisa segera mengetahui adanya bahaya yang akan datang.

Gelombang infrasonik ini juga dimanfaatkan manusia dalam membuat seismometer atau pendeteksi gempa. Alat penangkap gelombang infrasonik ini digunakan untuk mengantisipasi terjadinya gempa.

2. Ultrasonik
Ultrasonik memiliki frekuensi di atas gelombang yang bisa didengar manusia, yaitu di atas 20.000 Hz. Dilansir dari Modul Kelas 6 Subtema Suara dan Bunyi (2020) di laman Kemendikbud, suara ini dapat didengar oleh beberapa hewan, seperti kelelawar dan burung walet.

Hewan tersebut memiliki kemampuan biosonar sehingga dapat mengetahui kondisi sekitar. Caranya dengan memancarkan sinyal ultrasonik yang kemudian dipantulkan oleh benda di sekitarnya dan diterima kembali ke tubuhnya.

Oleh karenanya, kelelawar dan walet dapat bergerak bebas dan mencari mangsa meski situasi sangat gelap. Manusia pun masih bisa mendengar suara ultrasonik yang frekuensinya masih di ambang batas dengan audiosonik, misalnya suara bel yang sangat dekat dengan telinga. Namun tentunya suara ini bisa merusak alat pendengaran.

Sementara dalam medis, gelombang ultrasonik dimanfaatkan untuk bagian radiologi. Dilansir dari radiologyinfo.org, gelombang ini digunakan untuk menghasilkan gambaran bagian dalam tubuh, seperti untuk memeriksa kandungan ibu hamil, mendiagnosis penyakit, dan infeksi organ dalam.

 

Gambar 1: Ketika sumber dan pengamat bergerak semakin dekat, jarak antara puncak gelombang yang berurutan semakin berkurang, sehingga mengakibatkan peningkatan frekuensi yang dirasakan; yang sebaliknya terjadi ketika keduanya menjauh. (Sumber gambar: Fakta Sains)

Meskipun sebutan efek Doppler banyak digunakan, sebenarnya ada dua “mekanisme” fisika berbeda yang berperan dan dua rangkaian persamaan deskriptif. Satu untuk gelombang akustik dan satu lagi untuk gelombang elektromagnetik. Mengapa ada perbedaan? Untuk energi akustik dan gelombang energi lainnya yang merambat dalam medium berwujud (udara, air, bahkan benda padat), kecepatan pengamat dan kecepatan sumber diukur relatif terhadap medium tempat energi gelombang ditransmisikan. Tampaknya cukup jelas, dan efek Doppler yang diamati secara keseluruhan adalah hasil dari pergerakan sumbernya saja, pengamatnya sendiri, baik sumber maupun pengamatnya, dan bahkan pergerakan mediumnya.

 

Namun, untuk energi elektromagnetik (cahaya, RF) yang tidak memerlukan media nyata seperti udara, analisis Doppler agak berbeda, dan hanya perbedaan kecepatan relatif antara pengamat dan sumber yang dimasukkan ke dalam analisis. Hal ini terkait dengan premis relativitas khusus, di mana salah satu postulat radikal Albert Einstein dalam makalahnya tahun 1905 adalah bahwa kecepatan cahaya terhadap kerangka inersia adalah konstan, dan tidak bergantung pada pergerakan sumber cahaya itu sendiri.

 

Perhatikan bahwa di banyak sistem, sumber frekuensi dan pengamat berada di lokasi yang sama, dan efek Doppler dipandang sebagai pantulan dari suatu target; ini menambahkan faktor dua ke dalam persamaan yang relevan, namun prinsipnya tidak berubah.

Doppler,  

Penjelasan mengenai efek Doppler hampir intuitif bagi kita, dengan pemahaman kita tentang fenomena gelombang serta sumber frekuensi dan peralatan pengukuran yang tersedia. Doppler menggambarkan fenomena tersebut sebagai penjelasan bagaimana warna cahaya bintang berubah seiring pergerakan bintang. Namun, tidak ada cara yang tersedia pada saat itu untuk menguji pernyataannya dengan tepat. Bahkan, ia diejek oleh banyak fisikawan terkemuka lainnya dan bahkan dikeluarkan dari asosiasi ilmiah terkemuka karena gagasannya yang “sesat”. Butuh waktu beberapa dekade, seiring dengan ketidakmampuan para peneliti untuk menyelesaikan ketidakkonsistenan data yang dicatat dari berbagai eksperimen yang belum dikoreksi karena efek eponymous-nya, untuk memenangkan hati para pengkritiknya.

 

Kemajuan yang tidak terkait membantu kasusnya: pengembangan jalur kereta api pada era tersebut, yang memungkinkan pengujian berulang dilakukan menggunakan gerakan linier dan sepanjang jalur dengan suara berkecepatan tetap (pita bahkan digunakan pada satu kereta!), yang membantu mengkonfirmasi pernyataannya. Kisah percobaan dan kesengsaraan Doppler diceritakan dalam artikel terperinci dan beranotasi dalam terbitan terbaru Physics Today (lihat Referensi). Ini adalah pelajaran yang perlu diingat: ide-ide yang pada awalnya diolok-olok pada akhirnya dapat diterima sebagai “benar” (pikirkan Galileo dan pandangannya yang berpusat pada matahari terhadap sistem kita). Christian Doppler pada akhirnya terbukti benar, karena namanya sekarang menjadi sebutan standar untuk analisis dan kesimpulannya yang awalnya ditolak.

 

Meskipun efek Doppler merupakan fenomena yang sangat berguna, efek Doppler juga merupakan sumber dari banyak tantangan teknis. Bagaimana? Meskipun dapat digunakan untuk mengukur kecepatan, hal ini juga mempengaruhi stabilitas frekuensi. Misalnya, frekuensi pembawa nominal satelit yang mengorbit Bumi (seperti GPS) dan kendaraan luar angkasa (seperti pendarat Mars baru-baru ini) bergeser karena efek Doppler. Jadi jalur transmisi dan penerimaan harus mengimbangi dan mengakomodasi pergeseran frekuensi ini, yang dapat menjadi besar mengingat kecepatan kendaraan.