CHAPTER II
SOUND AS WAVE Subject: 1. 2. 3. 4. 5.
Melde experiment The source of sound Sound speed Interference and beat of sound Doppler effect
1. Melde Experiment
v
Fl m
m l
v
F
2. The source of sound a. Strings
f 0 : f 1 : f 2 : f 3 .. 1 : 2 : 3: 4....
b. Organ pipes - Open end organ pipes
f 0 : f 1 : f 2 ... 1 : 2 : 3 ....
1 Physic Student Work Sheet BY : Ayu Sundari
- Closed-end organ pipes
f 0 : f 1 : f 2 ... 1 : 3: 5 ....
3. Sound speed
a.
the speed of sound in liquid
v
B 0
b. the speed of sound in solid
v
c.
E 0
the speed of sound in solid
v
P0 0
2 Physic Student Work Sheet BY : Ayu Sundari
Exercise 1.
A string is 3 mm in length, both end are tied. The string is vibrated resulting in first overtone resonance frequency of 60 Hz. If the mass per unit length of string is µ = 0.01 gr/cm, calculate the string tension
2. An organ pipe is 50 cm in length, given that the speed of sound in the air is 340 m/s, calculate the frequency of fundamental tone and the second overtone if the organ pipe is: a. open-end b. closed-end 3. A string is stretched using force of 100 N and vibrated, so that resonance occurs with frequency of fundamental tone f0. calculate the string tension required in order for the resonance frequency to become 2 f0 4. Two string with different density have the same diameter and length. Both are given the same tension. The density of the first string is 5 g/cm3 and the second is 7.2 g/cm3. if the fundamental tone frequency of the first string is 300 Hz, calculate the fundamental tone frequency of the second string 5. A Closed-end organ pipe has the length of 68 cm. if the speed of sound in the air is 340 /s, determine the frequency of fundamental tone., second overtone and fourth overtone
3 Physic Student Work Sheet BY : Ayu Sundari
6. In experiment with a resonator tube, it is found out that the first resonance occurs when water level in the tube is 20 cm from the top end of tube. Calculate the distance of water level from the top end of tube at the second resonance 7. an open-end organ pipe has a length of 30 cm and inside it occurs 3 nodes whose tone resonate with the tone of closed-end organ pipe which has 2 nodes. What is the length of the closed-end organ pipe 8. dari hasil percobaan menggunakan tabung resonator, diperoleh bunyi kuat pertama, kedua dan ketiga dengan panjang kolom udaranya masing-masing 8 cm, 23,5 cm, dan 39 cm. Jika frekuensi garpu tala yang digunakan 1.050 Hz, tentukan nilai v1, v2 dan v3 dari setiap panjang kolam udara 9. untuk mengukur kecepatan perambatan gelombang bunyi di udara, andi menggunakan sebuah pluit dan sebuah jam digital. Andi berdiri 80 m dari sebuah tembok tinggi. Kemudian pluit ditiup. Pantulan bunyi pluit itu terdengar kembali setelah 0,5 s. Tentukanlah kecepatan perambatan gelombang bunyi diudara enurut anda 10. dengan menggunakan kolom udara didalam tabung, rena melakukan pengukuran kecepatan gelombang bunyi di udara. Dari hasil pengamatan tersebut, rena mendapatkan bunyi kuat berurutan terdengar ketika beda panjang kolom udaraya 12 cm, jika frkuensi yang digunakan adalah f = 1.420 Hz. Tentukanlah kecepatan perambatan gelombang bunyi diudara
4 Physic Student Work Sheet BY : Ayu Sundari
11. Tentukanlah kecepatan perambatan gelombang bunyi didalam air, jika diketahui modulus bulk air 2,25 x 109 Nm -2 dan massa jenis air 103 kgm-3. tentukan pula panjang gelombang bunyi tersebut jika frekuensinya 1 Khz. 12. Suatu gas ideal mempunyai tekanan 6,4 x 105 Nm-2 dan rapat massanya 1,4 kgm-3, jika diketahui tetapan laplace untuk gas tersebut 1,4 tentukanlah kecepatan perambatan gelombang bunyi didalam gas 13. Dua batang logam A dan B masing-masing memiliki modulus young 0,2 x 1011 Pa. apabila perbangdingan antara massa jenis logam A dan B adalah 20 : 1, tentukan perbandingan cepat rambat buny pada logam A dan B 14. Diketahui odulus bulk dari gliserin sebesar 5 x 109 Nm-2 dan massa jenisnya 1,25 x 103 kgm-3. tentukanlah kecepatan perambatan gelombang bunyi didalam gliserin jika frekuensi getarnya 500 Hz. Tentukan pula panjang gelombangnya 15. Resonansi pertama terjadi jika panjang kolom udara diatas permukaan air 6 cm, tentukanlah panjang kolom udaranya untuk resonansi yang ketiga 16. Sebuah garpu tala dengan frekuensi 1.360 Hz digetarkan diatas kolom udara, jika kecepatan perambatan bunyi diudara 340 ms-1, tentukanlah panjang kolom udara pada resonansi kedua 17. untuk menentukan kecepatan perambatan gelombang dalam gas digunakan tabung kudt. Batang penggetar bergetar dengan frekuensi 500 Hz dan jarak dua simpul berdekatan dalam tabung gas adalah 0,4
5 Physic Student Work Sheet BY : Ayu Sundari
m, tentukanlah kecepatan perambatan gelombang tersebut dalam gas 18. Dari hasi percobaan diperoleh bahwa bunyi kuat berurutan terjadi ketika beda panjang kolom udara didlm tabung 8,5 cm, jika diketahui kecepatan perambatan gelombang Bunyi diudara ketika itu adalah 340 m/s tentukn frekuensi getaran yang dihasilkan oleh sumber bunyi. 19. Bunyi gemuruh dari suatu kilat terdengar 2 s kemudian oleh seorang pengamat. Jika diketahui perambatan cahaya dan bunyi di udara masing-masing 3 X 108 m/s dan 340 m/s. Perkirakanlah jarak terjadinya kilat diukur dari tempat pengamat 20. Jika jarak antara pengamat dengan sumber kilat adalah 3000 m dan cepat rambat bunyi di udara pada saat itu 320 m/s, berapa lamakah pengama menunggu bunyi guntur setelah kilat menyambar? 21. Suara guntur terdengar 12 second setelah kilat terlihat. Jka jarak asal kilat dari pengamat adalah 3 960 m. Berapakah cepat rambat bunyi? 22. Sebuah lokomotif uap mendekati sebuah bukit dengan suatu kecepatan konstan. Ketika lokootif berjarak 0,90 km dari bukit, lokomotif membunyikan sebuah pluit. Jika masinis lokomotif mendengar gema pluit setelah 5,0 sekon dan cepat rambat bunyi di udara 320 m/s, hitunglah kelajuan lokomotif itu. 23. Seorang anak melepaskan sebuah kelereng dari tepi atas sebuah sumur, setelah 25/8 sekon, ia mendengar bunyi kelerang menyentuh air. Jika g = 10 m/s2 dan laju rambat bunyi 360/sekon, tentukanlah
6 Physic Student Work Sheet BY : Ayu Sundari
kedalaman permukaan air sumur di ukur dari tepi atas sumur 24. Tentukanlah kecepatan perambatan gelombang bunyi didalam alkohol yang memiliki nilai modulus bulk 1,25 x 109 Pa dan massa jenis 0,8 x 103 kgm-3 25. Gelombang bunyi merambat dalam gas hidrogen dengan kecepatan 1.400 m/s, jika diketahui massa jenis gas hidrogen ketika itu 0,2 kgm-3 dan tetapan laplace gas 1,4 tentukanlah tekanan gas hidrogennya 26. Sebuah batang panjangnya 10 mdan meiliki modulus bulk 0,65 x 1011 Pa. Massa jenis batang adalah 2,6 x 103 kgm-3. tentukanlah waktu yang dibutuhkan oleh gelombang bunyi untuk merabat sepanjang batng tersebut. 27. Di bawah kondisi tertentu cepat rambat bunyi dalam suatu gas tertentu adalah 500 m/s, berpkah cepat rambat bunyi dalam gas jika : a. tekanannya dikrangi 4 persen b. suhu mutlaknya dinaikkan 8 persen
7 Physic Student Work Sheet BY : Ayu Sundari
4. effek dopler
fp
v vp v vs
fp = frekuensi pengamat v = kecepatan bunyi ( selalu psitif) vp= kecepatan pengamat ( mendekati sumber, + menjauhi –) vs= kecepatan sumber (mendekati pengamat, - menjauhi +) fs = frekuensi sumber
fs
5. Interference and beat of sound
Tint erverensi
2 f1 f 2
TL = ½ Tinterferensi
TL
1 f1 f 2
f L f1 f 2
6. Intensitas bunyi Adalah besarnya energi gelombang yang melewati permukaan persatuan waktu
I
P P A 4 r 2
8 Physic Student Work Sheet BY : Ayu Sundari
Exercise 1.
Bagus berdiri ditepi jalan. Dari kejauhan datang sebuah mobil ambulan bergerak mendekati bagus, kemudian lewat di depannya, lalu menjauinya dengan kecepatan tetap 20 m/s. Jika frekuensi sirine yang dipancarkan mobil ambulan 8.640 Hz, dan kecepata gelombang bunyi di udara 340 m/s. Tentukan frekuensi sirine yang didengarkan bagus pada saat: a. mobil ambulan mendekati bagus b. mobil ambulan menjauhi bagus
2.
Deretan gelombang kereta api yang ditarik oleh sebuah lokomotif bergerak meninggalkan stasiun tanjung karang dengan kelajuan 36 km/jam. Ketika itu seorang petugas distasiun meniup pluit dengan frekuensi 1.700 Hz. Jika kecepatan perambatan gelombang bunyi di dara 340 . tentukan frekuensi bunyi pluit yang didengar oleh seorang pengamat didalam kereta api
3.
Mobil A mendekati pegamat diam dengan kecepatan 30 m/s sambil membunyikan sirine berfrekuensi 504 Hz. Saat itu juga mobil B mendekati pengamat dari arah yang berlawanan dengan A, pada kecepatan 20 m/s sambil membunyikan sirine berfrekuensi 518 Hz. Jika cepat rambat bunyi di udara saat ini 300 m/s, tentukan frekuensi layangan yang didengar oleh pengamat
4.
Dua buah gelombang dengan frekuensi masingasing 342 Hz dan 340 Hz dibunyikan pada saat bersamaan. Berapa banyak layangan yang terjadi dalam 4 sekon?
5.
Sebuah sumber bunyi denngan daya 2 watt merambatkan energi kesegala arah dalam bentuk gelombang longitudinal. Tentukanlah perbandingan intensitas bunyi pada jarak 1 m dan jarak 2 m dari sumber bunyi tersebut
9 Physic Student Work Sheet BY : Ayu Sundari
Interferensi Cahaya Pengaruh yang timbul karena bersuperposisinya 2 gelombang cahaya Konstruktif
S d sin n
dy n L Dekstruktif
1 S d sin ( n ) 2
dy 1 (n ) L 2
10 Physic Student Work Sheet BY : Ayu Sundari
Exercise
1. Dua celah sempit dengan jarak pisah 1,00 mm berada sejauh 1,00 m dari layar. Jika cahaya merah dengan panjang gelombang 6500 A disorotkan pada kedua celah, tentukan: a. Jarak antara pita gelap kelima dan pita terang pusat b. Jarak antara pita terang ke tiga dan pita terang pusat c. Jarak terdekat antara pita gelap ke satu dan pita terang ke dua d. Jarak terjauh antara pita gelap ke satu dan pita terang kedua 2. Pada percobaan celah ganda Young. Diperoleh enam kali jarak antara pita terang yang berdekatan adalah 4,0 mm. Jarak antara layar dan celah adalah 35 cm. Jika panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah 0,60 µm hitunglah jarak antar celah 3. Cahaya suatu sumber melalui dua celah sempit yang terpisah 0,10 mm. jika jarak antara dua celah sempit terhadap layar 100 cm dan jarak antara pita gelap pertama dan pita terang pertama adalah 2,95 mm, berapa panjang gelombang cahaya yang diguakan ( dalam angstrom)
11 Physic Student Work Sheet BY : Ayu Sundari
