Gelombang Bunyi | Fisika Kelas XII

Gelombang adalah sebuah getaran yang merambat. Secara umum, gelombang terbagi menjadi kelompok gelombang berdasarkan arah rambat dan kelompok gelombang berdasarkan medium rambat. Berdasarkan arah rambatnya, gelombang dapat dikelompokkan menjadi gelombang longitudinal dan gelombang transversal. Sedangkan berdasarkan medium perambatannya, gelombang dikelompokkan menjadi gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.

Gelombang yang memerlukan medium perambatan di sebut gelombang mekanik, contohnya: gelombang pada slinki, gelombang permukaan air, dan gelombang  bunyi. 

Sedangkan gelombang yang tidak memerlukan medium perambatan di sebut gelombang elektromagnetik, contohnya: gelombang cahaya, gelombang radio, dan sinar X . Dengan kata lain, gelombang elektromagnetik dapat merambat melalui vakum (hampa udara), sedangkan gelombang mekanik tidak.

Gelombang Bunyi

Setelah sebelumnya pernah dibahas tentang gelombang mekanik, maka pada artikel kali ini akan dibahas tentang gelombang bunyi. Gelombang bunyi masuk ke dalam kelompok gelombang mekanik, dimana tidak memerlukan media untuk merambat.

Medium rambatannya dapat berupa zat cair, zat padat, dan udara. Gelombang bunyi tidak dapat merambat di dalam ruang hampa udara. Hal ini disebabkan karena kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam zat padat lebih cepat dibandingkan di dalam gas atau udara. 

Contoh dari penerapan gelombang bunyi adalah ultrasonografi (alat untuk melihat bayi dalam kandungan), SONAR (alat untuk mendeteksi  keberadaan sesuatu yang bergerak), dan fathometer (alat yang digunakan untuk mengukur kedalaman laut).

Klasifikasi Gelombang Bunyi

Suatu bunyi dapat didengar oleh manusia karena memiliki 3 hal yaitu, adanya sumber bunyi, adanya medium rambat bunyi, dan frekuensinya yang berada antara 20 Hz – 20.000 Hz (audiosonik). Tidak hanya manusia, semua makhluk hidup juga dapat mendengar suatu bunyi. Berdasarkan frekuensinya, gelombang bunyi diklasifikasikan sebagai berikut:

1. Infrasonik: bunyi yang memiliki frekuensi < 20 Hz. Bunyi ini dapat didengar oleh hewan seperti jangkrik, laba-laba, gajah, anjing, dan lumba-lumba.

Nilai kecepatan dari gelombang bunyi bervariasi. Hal ini tergantung dari medium rambatannya. Secara umum, cara menghitung cepat rambat bunyi adalah sebagai berikut: 

Di mana:

v = cepat rambat bunyi (m/s)

s   = jarak tempuh (m)

t   = waktu (s)

1. Melalui Zat Padat

Gelombang bunyi dapat merambat melalui zat padat. Contoh medium rambatan zat padat yaitu alumunium, baja, kaca, dan lain-lain. Rumus menghitung cepat rambat bunyi yang merambat melalui  zat padat adalah sebagai berikut:

Di mana 

v = cepat rambat bunyi (m/s)

E = modulus young (N/m²)

ρ = massa jenis (Kg/m³) 

Modulus young (E ) merupakan ukuran kekakuan suatu bahan zat padat. Nilai modulus young zat padat berbeda-beda.

2. Melalui Zat Cair

Gelombang bunyi juga dapat merambat melalui zat cair. Medium zat cair dapat berupa air, raksa, helium cair, dan lainnya. Rumus untuk menghitung cepat rambat bunyi dalam zat cair adalah sebagai berikut: 

Di mana 

v = cepat rambat bunyi (m/s)

B = Modulus Bulk (N/m²)

ρ = massa jenis (Kg/m³)

Modulus Bulk (B) merupakan kecenderungan suatu benda untuk berubah bentuk ke segala arah ketika diberi suatu tegangan ke segala arah.

3. Melalui Udara atau Gas

Gelombang bunyi juga dapat merambat melalui medium udara atau gas. Rumus untuk menghitung cepat rambat bunyi dalam gas adalah sebagai berikut: 

Di mana 

v = cepat rambat bunyi (m/s)

γ = konstanta laplace

R = konstanta gas umum (J/mol K)

T = suhu gas (K)

M = massa molekul relatif gas

Konstanta laplace (notasi γ) adalah perbandingan antara kapasitas kalor gas pada tekanan tetap dengan kapasitas kalor pada volume tetap. Konstanta laplace dapat dipakai untuk gas monoatomik atau diatomik. Konstanta laplace untuk gas monoatomik adalah: 

Sedangkan konstanta laplace untuk gas diatomik dibagi menjadi 3 keadaan yaitu pada suhu rendah, suhu sedang, dan suhu tinggi.