Menghitung Kecepatan Perambatan Bunyi- Coba anda perhatikan gambar berikut. Dari gambar tersebut tampak pada saat torak ditekan,
Gambar 1.59 Gelombang bunyi berbentuk rapatan dan renggangan.
tekanan akan diteruskan ke zat cair sehingga kan timbul rapatan. Jika torak ditarik di dalam tabung akan terbentuk regangan. Seterusnya, jika dilakukan penarikan dan penekanan secara periodic pada zat cair akan terbentuk rapatan-rapatan dan regangan-regangan yang merambat ke kanan. Getaran dari rapatan dan regangan ini merupakan proses perambatan gelombang longitudinal di dalam zat cair. Kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam zat cair ini bergantung pada inetraksi antara molekul dan sifat inersia medium. Interaksi antara molekul-molekul zat cair dinyatakan dengan modulus bulk (B). Modulus Bulk (B) didefinisikan sebagai berikut.
dengan:
ΔP = perubahan tekanan
ΔV = perubahan volume
V = volume
Sifat inersia medium dinyatakan oleh massa jenis mediumnya ( ρ ). Kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam zat cair memenuhi persamaan sebagai berikut.
Contoh
Tentukanlah kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam air. Jika diketahui modulus Bulk air 2,25 × 109 Nm-2 dan massa jenis air 103 kgm-3. Tentukan pula panjang gelombangnya, jika frekuensinya 4 kHz.
Jawaban:
Diketahui:
B = 2,25 109 Nm-2; = 103 kgm-3; f = 4 103 Hz
Kecepatan perambatan bunyi adalah sebagai berikut.
Panjang gelombang bunyi adalah sebagai berikut.
Bagimanakah jika perambatan bunyi tersebut terjadi di dalam tabung yang berisi gas? Dalam tabung yang berisi gas, modulus gas adalah B = P dengan adalah tetapan Laplace
yaitu, merupakan besaran untuk menunjukkan kapasitas kalor gas pada tekanan tetap dibagi kapasitas kalornya pada volume tetap. P adalah tekanan gas. Kecepatan gelombang bunyi dalam zat gas memenuhi gelombang bunyi dalam zat gas memenuhi persamaan berikut ini.
Contoh
Suatui gas ideal memiliki tekanan 7,4 × 105 Nm-2 dan rapat massanya 1,5 kgm-3. Jika dikatahui tetapan Laplace untuk gas tersebut adalah 1,4, tenatukan kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam gas tersebut.
Penyelesaian:
Diketahu: P = 7,4 × 105 Nm-2; = 1,5 kgm-3; = 1,4
Kecepatan perambatan gelombang bunyi
Untuk medium berupa zat padat, modulus Bulk (B) digantikan dengan modulus Young (E) sehingga kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam sebuah batang akan memenuhi persamaan sebagai berikut.
E dalah modulus Young sebuah batang bersatuan Nm-2 dan ρ adalah massa jenis batang bersatuan kgm-3.
Contoh
Tentukanlah kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam besi yang memiliki modulus Young 2,5 × 1011 Pa dan massa jenis 7,8 103 kgm-3.
Jawab:
Diketahui:
E = 2,5 × 1011 Pa; ρ = 7,8 103 kgm-3
Kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam batang besi adalah
Gambar 1.59 Gelombang bunyi berbentuk rapatan dan renggangan.
tekanan akan diteruskan ke zat cair sehingga kan timbul rapatan. Jika torak ditarik di dalam tabung akan terbentuk regangan. Seterusnya, jika dilakukan penarikan dan penekanan secara periodic pada zat cair akan terbentuk rapatan-rapatan dan regangan-regangan yang merambat ke kanan. Getaran dari rapatan dan regangan ini merupakan proses perambatan gelombang longitudinal di dalam zat cair. Kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam zat cair ini bergantung pada inetraksi antara molekul dan sifat inersia medium. Interaksi antara molekul-molekul zat cair dinyatakan dengan modulus bulk (B). Modulus Bulk (B) didefinisikan sebagai berikut.
dengan:
ΔP = perubahan tekanan
ΔV = perubahan volume
V = volume
Sifat inersia medium dinyatakan oleh massa jenis mediumnya ( ρ ). Kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam zat cair memenuhi persamaan sebagai berikut.
Contoh
Tentukanlah kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam air. Jika diketahui modulus Bulk air 2,25 × 109 Nm-2 dan massa jenis air 103 kgm-3. Tentukan pula panjang gelombangnya, jika frekuensinya 4 kHz.
Jawaban:
Diketahui:
B = 2,25 109 Nm-2; = 103 kgm-3; f = 4 103 Hz
Kecepatan perambatan bunyi adalah sebagai berikut.
Panjang gelombang bunyi adalah sebagai berikut.
Bagimanakah jika perambatan bunyi tersebut terjadi di dalam tabung yang berisi gas? Dalam tabung yang berisi gas, modulus gas adalah B = P dengan adalah tetapan Laplace
yaitu, merupakan besaran untuk menunjukkan kapasitas kalor gas pada tekanan tetap dibagi kapasitas kalornya pada volume tetap. P adalah tekanan gas. Kecepatan gelombang bunyi dalam zat gas memenuhi gelombang bunyi dalam zat gas memenuhi persamaan berikut ini.
Contoh
Suatui gas ideal memiliki tekanan 7,4 × 105 Nm-2 dan rapat massanya 1,5 kgm-3. Jika dikatahui tetapan Laplace untuk gas tersebut adalah 1,4, tenatukan kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam gas tersebut.
Penyelesaian:
Diketahu: P = 7,4 × 105 Nm-2; = 1,5 kgm-3; = 1,4
Kecepatan perambatan gelombang bunyi
Untuk medium berupa zat padat, modulus Bulk (B) digantikan dengan modulus Young (E) sehingga kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam sebuah batang akan memenuhi persamaan sebagai berikut.
E dalah modulus Young sebuah batang bersatuan Nm-2 dan ρ adalah massa jenis batang bersatuan kgm-3.
| Bahan | Modulus Young (Nm-2) | Modulus Bulk (Nm-2) |
| Besi | 100 × 109 | 90 × 109 |
| Baja | 200 × 109 | 140 × 109 |
| Kuningan | 100 × 109 | 80 × 109 |
| Aluminium | 70 × 109 | 70 × 109 |
Tentukanlah kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam besi yang memiliki modulus Young 2,5 × 1011 Pa dan massa jenis 7,8 103 kgm-3.
Jawab:
Diketahui:
E = 2,5 × 1011 Pa; ρ = 7,8 103 kgm-3
Kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam batang besi adalah