Ringkasan Materi Kelas 8 Semester 2
Bab 10 (Getaran, Gelombang dan
Bunyi dalam Kehidupan
Sehari - hari)
Kita seringkali mendengar tentang USG. USG adalah peralatan
medis yang digunakan untuk mendeteksi keadaan janin dalam kandungan. USG
bekerja dengan cara memanfatkan pantulan gelombang ultrsonik yang dipancarkan
ke rahim ibu hamil. Lalu, bagaimana sistem kerja dari USG? Apakah hanya
gelombang bunyi saja yang bisa dimanfaatkan dalam bidang medis dan kehidupan
sehari – hari? Untuk mengetahui jawabannya, yuk
simak ringkasan materi berikut dengan seksama.
a.
Getaran
□
Getaran adalah gerakan bolak –
balik melalui titik kesetimbangan yang energinya
akan merambat dalam bentuk gelombang, contohnya bandul sederhana.
□
Bandul sederhana mula – mula di
posisi O, bila ditarik ke posisi A kemudian dilepas, bandul akan bergerak bolak
– balik secara teratur melalui titik A-O-B-O-A
dan gerakan bolak – balik ini disebut satu getaran. Ciri getaran adalah adanya simpangan terbesar
(amplitudo).
□
Panjang tali berpengaruh terhadap
periode getar, semakin panjang tali semakin
besar periode getarnya dan semakin kecil frekuensinya. Karena getaran berbanding terbalik dengan frekuensi.
b.
Gelombang
□
Energi getaran merambat dalam
bentuk gelombang, namun yang merambat hanyalah energinya, zat perantaranya
tidak ikut merambat (hanya ikut bergetar). Ketika kita mendengar, getaran
merambat melalui gelombang yang membawa energi sehingga sampai ke saraf yang menghubungkan dengan otak.
□
Berdasar energinya, gelombang
dibagi 2 yaitu gelombang mekanis dan elektromagnetik.
Gelombang mekanis memerlukan perantara (medium), contohnya gelombang tali,
gelombang air dan gelombang bunyi. Gelombang elektromagnetik tidak memerlukan
medium, contohnya gelomabng cahaya.
□
Berdasar arah rambat dan arah
getarannya, gelombang dibagi 2 yaitu gelombang
transversal dan gelombang longitudinal. Gelombang transversal adalah gelombang
yang arah rambatnya tegak lurus dengan arah getarnya, contohnya gelombang tali
dan gelombang air. Berikut ilustrasi
gelombang transversal :
□
Panjang gelombang transversal adalah jarak antara 1
bukit dan 1 lembah (a
sampai e atau d sampai h). Panjang gelombang dilambangkan
(dibaca lambda) dan satuannya meter. Simpangan terjauh dalam gelombng disebut
amplitudo (bb’ atau dd’), dasar gelombang terletak pada titik terendah (d dan
h), puncak gelombang terletak pada titik tertinggi (b dan f).
□
Lengkungan c-d-e dan g-h-i adalah
lembah gelombang. Lengkungan a-b-c dan
e-f-g adalah bukit gelombang. Periode gelombang adalah waktu yang ditentukan
untuk menempuh satu gelombang, satuannya sekon (s) dan lambangnya T. Frekuensi gelombang adalah jumlah
gelombang yang terbentuk dalam 1 sekon, lambangnya f dan satuannya hertz (Hz).
□
Gelombang longitudinal adalah
gelombang yang arah rambatnya sejajar dengan arah getarnya, contohnya gelombang
bunyi, dapat diamati pada slinki atau
pegas yang diletakkan diatas lantai. Ketika slinki digerakkan
maju-mundur
secara terus menerus, gelombang merambat pada slinki yang berupa rapatan dan
renggangan.
□
Berikut ilustrasi gelombang longitudinal :
□ 1 gelombang
longitudinal terdiri dari 1 rapatan dan 1 renggangan.
□
Gelombang cahaya memiliki kecepatan
3 × 108 m/s, gelombang bunyi memiliki
kecepatan 340 m/s. Cepat rambat gelombang dilambangkan
dengan , satuan gelombang m/s.
□
Cepat rambat gelombang dirumuskan dengan :
karena maka cepat rambat gelombang
ditulis :
Keterangan : =
cepat rambat gelombang (m/s)
= panjang gelombang (m)
= frekuensi gelombang (Hz)
= periode gelombang (s)
□
Dalam medium yang sama, cepat
rambat gelombang adalah tetap atau sama. Contohnya diketahui pada tali adalah 12 m/s, adalah 4 Hz, maka adalah 3 m. Jika diperbesar menjadi 6 Hz, maka adalah 2
m dan tetap 12 m/s.
□
Pemantulan gelombang adalah
membaliknya gelombang setelah mengenai penghalang,
contohnya gelombang air dan gelombang tali :
(a) : gelombang air
(b) : gelombang tali
□
Pada
gelombang tali, gelombang yang mencapai ujung akan memberi gaya keatas pada
penopang yang ada di ujung, sehingga penopang memberikan gaya yang sama tetapi
berlawanan arah kebawah pada tali. Gaya tali kebawah inilah yang membangkitkan
gelombang pantulan yang terbalik.
c.
Bunyi
□
Bunyi adalah gelombang longitudinal
yang merambatkan energi gelombang di udara sampai terdengar oleh reseptor
pendengar. Bunyi ditimbulkan oleh benda
– benda yang bergetar, misalnya garpu tala. Bunyi garpu tala menuju telinga
dihantarkan oleh rapatan dan renggangan partikel – partikel udara.
□
Pada waktu bunyi keluar dari garpu
tala, langsung menumbuk molekul – molekul
udara disebelahnya yang mengakibatkan rapatan dan renggangan, demikian
seterusnya hingga sampai ke telinga. Berikut gelombang bunyi yang merambat menuju telinga :
□
Bunyi dapat terdengar bila ada :
1). Sumber bunyi, 2). Medium/zat perantara dan 3). Alat penerima/pendengar.
Kecepatan bunyi dipengaruhi oleh suhu dan medium, dipengaruhi oleh suhu :
semakin rendah suhu udara, kecepatan
bunyi semakin tinggi. Hal ini menjelaskan pada malam hari bunyi terdengar lebih jelas daripada siang
hari.
□
Pada
siang hari, bunyi dibiaskan ke arah udara yang lebih panas (ke atas) karena
suhu udara di permukaan bumi lebih dingin dibanding udara diatasnya. Pada malam hari, gelombang bunyi dipantulkan ke
arah lebih rendah, karena suhu bumi
lebih hangat daripada udara diatasnya.
□ Berikut cepat rambat
bunyi pada berbagai medium :
|
Medium Suhu
(°C) Cepat rambat bunyi (m/s)
|
|
Udara
|
0
|
331
|
|
Udara
|
15
|
340
|
|
Air
|
25
|
1940
|
|
Air laut
|
25
|
1530
|
|
Alumunium
|
20
|
5100
|
|
Tembaga
|
20
|
3560
|
|
Besi
|
20
|
5130
|
□
Berdasar frekuensinya, bunyi dibagi
menjadi 3 yaitu infrasonik, audiosonik dan ultrasonik. Infrasonik :
frekuensinya <20 Hz, mampu didengar oleh hewan seperti jangkrik dan anjing.
Audiosonik : frekuensinya 20 – 20.000 Hz, mampu didengar oleh semua makhluk
hidup termasuk manusia. Ultrasonik : mampu didengar oleh hewan seperti
kelelawar, lumba – lumba dan anjing.
□
Pada manusia dewasa, suara
perempuan lebih tinggi daripada laki – laki.
Laki – laki memiliki nada dasar sebesar 125 Hz, perempuan mempunyai nada
dasar oktaf yaitu 250 Hz. Tinggi rendahnya nada ditentukan oleh frekuensi,
semakin besar frekuensinya, semakin tinggi pula nadanya, semakin kecil
frekuensinya, semakin rendah pula nadanya.
□
Faktor – faktor yang menentukan
tinggi rendahnya nada pada dawai atau senar
gitar yaitu :
1). Panjang
senar : semakin panjang senar, semakin
rendah frekuensi yang dihasilkan.
2). Tegangan senar : semakin besar tegangan senar, semakin semakin tinggi frekuensi
yang dihasilkan.
3). Luas
penampang senar : semakin kecil penampang senar,
semakin tinggi frekuensi yang
dihasilkan
□
Nada adalah bunyi yang memiliki frekuensi getaran teratur, desah adalah bunyi yang frekuensinya tidak
teratur. Berikut deret nada yang berlaku standar :
□
Setiap alat musik memiliki suara
yang khas yang disebut dengan kualitas bunyi (timbre). Manusia juga memiliki
kualitas suara yang berbeda – beda, ada
yang memiliki suara merdu atau serak. Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya
sebuah benda karena kesamaan frekuensi alami benda dengan frekuensi sumber getar.
□ Resonansi terjadi
pada kolom udara; bunyi akan terdengar kuat
ketika
panjang kolom udara mencapai kelipatan ganjil dari panjang
gelombang bunyi; contohnya pada kentongan, gamelan, alat musik pukul, alat musik tiup
dan alat musik petik atau gesek.
□
Telinga memiliki
selaput tipis yang mudah bergetar apabila diluar terdapat sumber getar, mudah beresonansi, sehingga sumber
getar yang frekuensinya lebih kecil
atau lebih besar dengan mudah menyebabkan selaput tipis ikut bergetar. Prinsip
kerja resonansi dimanfaatkan manusia seperti memperkuat bunyi asli pada alat
musik.
□
Dampak yang merugikan dari
resonansi yaitu bunyi ledakan bom dapat memecahkan
kaca jendela meskipun tidak mengenai kaca, bunyi guntur juga dapat memecahkan kaca jendela meskipun tidak
mengenai kaca.
□ Hukum pemantulan
bunyi :
1.
Arah bunyi datang, bunyi pantul dan
garis normal terletak pada satu bidang
datar
2. Besarnya sudut
datang (i) sama dengan besarnya sudut pantul (r).
□
Bunyi pantul yang memperkuat bunyi
asli : antara bunyi pantul dan bunyi asli terdengar
hampir bersamaan, sehingga bunyi asli terdengar lebih keras. Contohnya apabila berbicara di ruangan kecil, lebih
terdengar jelas daripada berbicara di ruang terbuka seperti lapangan.
□
Gaung atau kerdam adalah bunyi pantul yang sebagian terdengar bersama
–
sama dengan bunyi asli sehingga bunyi asli terdengar tidak jelas, contohnya
apabila mengucapkan fisika :
Bunyi asli :
fi-si-ka
Bunyi pantul :
fi... si... ka...
Bunyi yang terdengar jelas : fi....................... ka
□
Agar dapat menghindari terjadinya
gaung, pada dinding ruangan besar dilengkapi peredam suara. Peredam suara
terbuat dari karet busa, karton tebal,
karpet dan bahan – bahan lain yang bersifat lunak. Biasanya dijumpai di bioskop, studio TV atau radio,
aula dan studio rekaman.
□
Gema adalah bunyi pantul yang
terdengar setelah bunyi asli. Contohnya apabila berteriak di lapangan atau
lereng gunung, bunyi pantul yang terdengar sama persis seperti bunyi asli dan
akan terdengar setelah bunyi asli.
d.
Mekanisme Mendengar pada Manusia
□
Manusia mendengar melalui telinga. Telinga mempunyai 3 bagian yaitu telinga luar, telinga tengah dan telinga dalam. Berikut struktur telinga :
□
Bunyi memerlukan medium untuk
merambat, pada telinga luar dan telinga tengah
terisi oleh udara dan rongga telinga dalam terisi oleh cairan limfa. Berikut
bagian telinga dan fungsinya :
|
Bagian
penyusun telinga
|
Fungsi
|
|
Bagian luar :
|
|
Daun telinga
|
Mengumpulkan
gelombang suara ke saluran telinga
|
|
Saluran
telinga (menghasilkan minyak serumen)
|
Menangkap
debu yang masuk ke saluran telinga
Mencegah
kewan kecil masuk telinga
|
|
Bagian
tengah :
|
|
Gendang telinga (mimbran timpani)
|
Menangkap
gelombang suara dan mengubahnya menjadi getaran yang diteruskan ke tulang
telinga
|
|
Tulang
telinga (maleus/martil, inkus/landasan, stapes/sanggurdi
|
Meneruskan
getaran dari gendang telinga ke rumah siput
|
|
Bagian dalam
:
|
|
Saluran eustachius
|
Menghubungkan
ruang telinga tengah dengan rongga mulut (faring)
Berfungsi
menjaga tekanan udara antara telinga tengah dengan saluran di telinga luar
agar seimbang
Tekanan
udara terlalu tinggi atau rendah disalurkan ke telinga luar akan
mengakibatkan gendang telinga tertekan kuat lalu sobek
|
|
Rumah siput (koklea)
|
Saluran
berbentuk spiral yang menyerupai rumah siput Terdapat organ korti yang
merupakan fonoreseptor
Organ
korti berisi ribuan sel rambut yang peka terhadap tekanan getaran. Getaran
akan diubah
menjadi impuls
saraf didalam sel
|
|
|
rambut
kemudian diteruskan ke otak.
|
|
Saluran gelang (labirin)
|
Terdiri atas saluran setengah lingkaran
(semisirkularis) Berfungsi mengetahui posisi tubuh (alat keseimbangan)
|
□
Tahapan mendengar pada manusia : lubang
telinga menerima gelombang dari sumber suara → gelombang menggetarkan membran
timpani → getaran ditransmisikan
melalui tulang martil, landasan dan sanggurdi → getaran dari tulang sanggurdi
ditransmisikan melalui koklea → dalam koklea terdapat organ korti, berisi
cairan sel – sel rambut yang merupakan reseptor
→ getaran diteruskan
melalui saraf auditori ke otak.
□ Berikut proses
mendengar pada manusia :
e.
Mekanisme Mendengar pada Hewan
□
Sistem sonar adalah sistem yang
digunakan untuk mendeteksi tempat dalam melakukan pergerakan dengan deteksi
suara frekuensi tinggi (ultrasonik). Sound
Navigation and Ranging (sonar) merupakan metode penggunaan gelombang
ultrasonik untuk menaksir ukuran, bentuk, letak dan kedalaman benda – benda. Berikut sistem sonar pada kelelawar
:
□
Kelelawar : dapat mengeluarkan dan
menerima gelombang ultrasonik lebih dari
20.000 Hz ketika terbang. Gelombang yang dikeluarkan akan dipantulkan kembali oleh objek yang dilewati dan diterima
oleh receiver kelelawar. Ekolokasi adalah kemampuan kelelawar menentukan lokasi.
□
Ketika kelelawar terbang dan
berburu, kelelawar menghasilkan bunyi berfrekuensi
tinggi kemudian mendengarkan gema yang dihasilkan. Ketika kelelawar mendengarkan gema, kelelawar terfokus pada
suaranya sendiri. Rentang frekuensi
yang mampu didengar oleh kelelawar terbatas, sehingga kelelawar harus
menghindari efek dopler yang muncul.
□
Efek dopler : jika sumber bunyi dan
penerima suara keduanya tak bergerak, maka penerima akan mendengar frekuensi
bunyi yang sama dengan yang dipancarkan
oleh sumber suara. Namun, jika sumber bunyi atau penerima suara bergerak,
frekuensi yang diterima berbeda dengan yang dipancarkan.
□
Lumba – lumba : memiliki sistem sonar
untuk menghindari benda – benda di lautan, mencari makan dan berkomunikasi.
Cara kerja sistem sonarnya yaitu lumba
– lumba bernapas melalui lubang yang ada di kepala, dibawah lubang ini terdapat kantung – kantung
udara yang dapat dialirkan udara untuk menghasilkan
bunyi berfrekuensi tinggi.
□
Kantung udara fungsinya memfokuskan
bunyi, kemudian diteruskan ke semua
arah secara putus – putus. Gelombang bunyi dipantulkan kembali jika membentur
benda, kemudian ditangkap bagian bawah rahang (jendela akustik), selanjutnya
informasi bunyi diteruskan ke telinga tengah dan ke otak untuk diterjemahkan.
Berikut sitem sonar pada lumba – lumba :
f.
Aplikasi Getaran dan Gelombang
dalam Teknologi
□
Ultrsonografi (USG) : teknik
pencitraan untuk diagnosis menggunakan gelombang ultrasonik, frekuensinya
sekitar 1-8 MHz. USG digunakan untuk melihat struktur internal seperti otot,
tendon, sendi, pembuluh darah, bayi dalam
kandungan, berbagai jenis penyakit seperti kanker dan sebagainya.
□
Tahap gelombang
bunyi menghasilkan gambar ada 3 yaitu pemancaran gelombang, penerimaan
gelombang pantul dan interpretasi gelombang pantul. USG memancarkan berkas
gelombang ultrasonik ke jaringan tubuh menggunakan
alat pemancar sekaligus penerima gelombang (transducer).
□
Selanjutnya, transducer mengubah
gelombang menjadi sinyal listrik dan dihantarkan
ke komputer. Komputer memproses dan mengubah sinyal listrik menjadi gambar.
Berikut contoh hasil USG :
(a) : transduser USG
(b) : komputer pemroses
hasil USG
(c) : hasil USG bayi
□
Sonar : digunakan untuk menentukan
kedalaman dasar laut dengan cara memancarkan
bunyi kedalam air. Data waktu dan
cepat rambat bunyi di air laut
digunakan untuk menghitung kedalaman dasar laut menggunakan persamaan :
Dengan : s = kedalaman lautan
v
= kecepatan gelombang ultrasonik t = waktu tiba gelombang ultrasonik
□
Untuk mengukur kedalaman laut,
menggunakan transduser dan detektor. Transduser
mengubah sinyal listrik menjadi gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke dasar
laut. Pantulan gelombang menimbulkan efek gema
(echo) dan dipantulkan kembali ke kapal kemudian ditangkap detektor.
Berikut contoh pengukuran kedalaman laut :
□
Sonar banyak digunakan nelayan
modern untuk menentukan lokasi ikan, kondisi
ombak dan kecepatan arus air laut.
□
Terapi Ultrasonik
: terapi yang menggunakan gelombang ultrasonik untuk keperluan medis. Metode yang digunakan yaitu memancarkan
gelombang berfrekuensi tinggi (800 – 2000 kHz) pada jaringan tubuh; contohnya
keseleo pada ligamen, keseleo pada otot, tendonitis, inflamasi sendi,
osteoartritis dan memecah endapan batu pada penderita batu ginjal
(lithotripsi).
□ Berikut contoh
terapi pada penderita batu ginjal :
□
Selain
itu, terapi ultrasonik untuk membersihkan gigi, penanganan penyakit katarak, kemoterapi sel – sel
kanker dan sebagainya.
□
Pembersih Ultrasonik : alat yang
menggunakan gelombang ultrasonik dengan frekuensi antara 20 – 400 kHz dengan
cairan pembersih atau air biasa untuk membersihkan benda seperti perhiasan,
lensa, jam tangan, alat bedah, alat
musik, alat laboratorium dan alat – alat elektronik tertentu. Berikut contoh
pembersih ultrasonik pada benda :
(a) : alat pembersih
ultrasonik
(b) : gelombang dan
gelembung pembersih ultrasonik
(c) : hasil pembersihan
ultrasonik
□
Sonifikasi (Sonifikation) : proses
pemberian gelombang ultrasonik pada suatu bahan (larutan atau campuran)
sehingga dapat dipecah menjadi sangat kecil. Didalam laboratorium, sonifikasi
dilakukan menggunakan sonikator. Pada alat pembuatan kertas, terdapat alat yang
memancarkan gelombang ultrasonik pada serat selulosa sehingga tersebar merata dan kertas menjadi lebih kuat.
□
Sonifikasi juga digunakan dalam
prosuksi nanopartikel seperti nanoemulsi dan nanokristal; mempercepat ekstraksi
minyak dari jaringan tumbuhan dan pemurnian
minyak bumi; merusak atau menonaktifkan material organik seperti merusak membran sel dan melepaskan isi
selulernya (sonoporasi). Berikut
contoh sonikator :
□
Pengujian Ultrasonik (ultrasonic testing) : teknik pengujian
berdasar penyaluran gelombang ultrasonik pada objek atau material yang diuji.
Frekuensi gelombang yang digunakan sekitar 0,1 – 15 MHz. Dengan teknik pemantulan gelombang ultrasonik
yang dipancarkan dalam benda, kerusakan bagian dalam benda, ketebalan dan
karakteristiknya dapat diketahui.
□
Contohnya kerusakan logam akibat
korosi. Pengujian ultrasonik digunakan dalam produksi logam baja dan alumunium;
produksi pesawat; automotif dan industri
lainnya. Keunggulan pengujian ultrasonik yaitu daya tinggi, akurat, tidak berbahaya dan mudah dibawa.
Demikian
ringkasan materi bab Getaran, Gelombang dan Bunyi dalam Kehidupan Sehari – hari
semoga bermanfaat dan bisa menambah referensi kamu...
Selamat Membaca... ☺
☺ ☺
Jangan
lupa untuk terus kunjungi blog kami dan share ke temen – temen kamu ya...? ☺ ☺
☺
