visitaaponce.com

PADA pelajaran ilmu pengetahuan alam di Kelas VIII semester 2 terdapat materi tentang getaran, gelombang, dan bunyi. Para siswa sekolah menengah pertama (SMP) tersebut mesti memahami tentang tiga hal tersebut.

Karena itu, mari kita belajar bersama tentang getaran, gelombang, dan bunyi. Artikel ini mengutip dari buku Ilmu Pengetahuan Alam Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan untuk SMP/MTs Kelas VIII Semester 2 dan kanal Portal Edukasi di Youtube. Yuk, belajar.

Getaran

Semua benda akan bergetar apabila diberi gangguan. Benda yang bergetar ada yang dapat terlihat secara kasat mata karena simpangan yang diberikan besar. Ada pula yang tidak dapat dilihat karena simpangannya kecil. Benda dapat dikatakan bergetar jika benda bergerak bolak-balik secara teratur melalui titik kesetimbangan. 

Baca juga: Sistem Ekskresi pada Manusia, Organ-Organ, dan Gangguannya

Apakah orang yang berjalan bolak-balik dapat disebut dengan bergetar? Tentu saja tidak. Orang yang berjalan bolak balik belum tentu melalui titik kesetimbangan. Agar memahami tentang getaran, kita lihat bandul sederhana.

Suatu bandul sederhana mula-mula diam pada kedudukan O (kedudukan setimbang). Bandul tersebut ditarik ke kedudukan A (diberi simpangan kecil). Pada saat benda dilepas dari kedudukan A, bandul akan bergerak bolak-balik secara teratur melalui titik A-O-B-O-A. Gerak bolak balik ini disebut satu getaran. 

Salah satu ciri dari getaran yaitu ada amplitudo atau simpangan terbesar. Waktu yang diperlukan untuk melakukan satu getaran disebut periode (T). Jumlah getaran yang terjadi dalam satu detik disebut frekuensi (f).

Baca juga: Uraian tentang Hukum Archimedes dan Hukum Pascal

Berdasarkan percobaan pada bandul sederhana itu, dapat diketahui bahwa panjang tali pada bandul berpengaruh terhadap periode getar. Semakin panjang tali, semakin besar periode getarnya dan semakin kecil frekuensinya. Dengan demikian, besar periode berbanding terbalik dengan besar frekuensi.

Rumus antara hubungan periode dan frekuensi menjadi T = 1/f atau f = 1/T atau f = n/t. T = periode, f = frekuensi, n = jumlah getaran, dan t = waktu.

Contoh soal

1. Diketahui bandul mula-mula diam pada posisi A dengan titik B sebagai titik seimbangnya. Kemudian bandul tersebut digoyangkan sehingga bergerak mengikuti pola A B C B A B C B A. Berapa getaran yang dihasilkan oleh bandul tersebut?

Jawaban:

Ketika bandul bergerak dari A ke B terus ke C terus ke B terus ke A lagi itu sudah satu getaran. Bandul masih bergerak menjadi A B C B A. Jadi jawabannya yaitu dua getaran.

Baca juga: Mempelajari Sistem Transportasi pada Tubuh Manusia

2. Suatu benda bergetar sebanyak 50 kali dalam 2 detik. Berapa frekuensi benda tersebut?

Diketahui: n = 50, t= 2 detik.

Ditanya: frekuensinya atau F.

Jawaban.

Rumusnya, F = n/t.

F = 50/2 

F = 25 Hz.

Perlu diingat lagi, benda dikatakan bergetar atau berosilasi jika benda tersebut bergerak bolak-balik secara teratur melalui titik seimbangnya. 

Gelombang

Jika kamu memukul panci di dekat wadah berlapis plastik yang di atasnya ditaruh segenggam beras, hasilnya ialah beras akan bergetar. Mengapa hal itu dapat terjadi? Ternyata, energi getaran yang dihasilkan dari pukulan panci akan merambat, sehingga menyebabkan plastik ikut bergerak. 

Baca juga: Belajar Sistem Transportasi pada Tumbuhan

Dalam bentuk apa energi getaran itu merambat? Energi getaran akan merambat dalam bentuk gelombang. Pada perambatan gelombang, yang merambat ialah energi. Sedangkan zat perantaranya tidak ikut merambat (hanya ikut bergetar). Pada saat kita mendengar, getaran akan merambat dalam bentuk gelombang yang membawa sejumlah energi, sehingga sampai ke saraf yang menghubungkan ke otak kita.

Berdasarkan energinya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu gelombang mekanis dan gelombang elektromagnetik. Perambatan gelombang mekanis memerlukan medium (perantara), misal gelombang tali, gelombang air, dan gelombang bunyi. 

Berdasarkan arah rambat dan arah getarannya, gelombang dibedakan menjadi gelombang transversal dan gelombang longitudinal. 

Baca juga: Mengenal Organ-Organ Pernapasan Manusia dalam Sistem Respirasi

a. Gelombang transversal. 

Ketika tali diberi simpangan, tali akan bergetar dengan arah getaran ke atas dan ke bawah. Pada tali, gelombang merambat tegak lurus dengan arah getarnya. Bentukan seperti ini disebut gelombang transversal. 

Contoh lain gelombang transversal ada pada permukaan air. Panjang gelombang transversal sama dengan jarak satu bukit gelombang dan satu lembah gelombang (a-b-c-d-e).

Panjang satu gelombang dilambangkan dengan λ (dibaca lambda) dengan satuan meter. Simpangan terbesar dari gelombang itu disebut amplitudo (bb' atau dd'). 

Dasar gelombang terletak pada titik terendah gelombang, yaitu d dan h. Puncak gelombang terletak pada titik tertinggi yaitu b dan f. Lengkungan c-d-e dan g-h-i merupakan lembah gelombang. Lengkungan a-b-c dan e-f-g merupakan bukit gelombang

Waktu yang diperlukan untuk menempuh satu gelombang disebut periode gelombang. Satuannya sekon (s) dan dilambangkan dengan T. Jumlah gelombang yang terbentuk dalam 1 sekon disebut frekuensi gelombang. Lambang untuk frekuensi adalah f dan satuannya hertz (Hz). Gelombang yang merambat dari ujung satu ke ujung yang lain memiliki kecepatan tertentu dengan menempuh jarak tertentu dalam waktu tertentu pula.

b. Gelombang longitudinal.

Gelombang longitudinal dapat diamati pada slinki atau pegas yang diletakkan di atas lantai. Ketika slinki digerakkan maju-mundur secara terus menerus, akan terjadi gelombang yang merambat pada slinki dan membentuk pola rapatan dan regangan. Gelombang longitudinal memiliki arah rambat yang sejajar dengan arah getarnya.

Slinki.

Contoh gelombang longitudinal ialah gelombang bunyi. Satu gelombang longitudinal terdiri atas satu rapatan dan satu regangan. Besaran-besaran yang digunakan pada gelombang longitudinal sama dengan besaran-besaran pada gelombang transversal.

c. Hubungan panjang gelombang, frekuensi, cepat rambat, periode gelombang.

Pernahkah kamu memerhatikan cahaya kilat dan bunyi guntur? Kamu akan mendengar bunyi guntur beberapa saat setelah cahaya kilat terlihat. Walaupun guntur dan cahaya kilat muncul dalam waktu yang bersamaan, kamu akan melihat cahaya kilat lebih dahulu karena cahaya merambat jauh lebih cepat daripada bunyi. Cahaya merambat dengan kecepatan 3 × 108 m/s, sedangkan bunyi hanya merambat dengan kecepatan 340 m/s. 

Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan v dengan satuan m/s. Karena gelombang menempuh jarak satu panjang gelombang (λ) dalam waktu satu periode gelombang (T), kecepatan gelombang dapat ditulis sebagai berikut.

v = λ/T

Karena T = 1/f , cepat rambat gelombang dapat juga dinyatakan sebagai berikut v = f × λ.

Misalnya, cepat rambat gelombang pada tali ialah 12 m/s dengan frekuensi gelombang 4 Hz. Jadi, panjang gelombangnya ialah 3 m (λ = 3 m). 

Contoh Soal

Gelombang pada permukaan air merambat dengan panjang gelombang 2 m. Jika waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu gelombang Ialah 0,5 sekon. 

a. Cepat rambat gelombang?
b. Frekuensi gelombang?

Penyelesaian.

Diketahui perambatan gelombang pada air.

λ = 2 m
T= 0,5 s

Ditanya: 

a. Cepat rambat gelombang (v)
b. Frekuensi (f)

Jawab:

a. v = λ/T = 2 m/0,5 s = 4 m/s.

Jadi, cepat rambat gelombang air adalah 4 m/s

b. f = 1/T = 1/0,5 s = 2 Hz.

Jadi, frekuensi gelombang air adalah 2 Hz.

Bunyi.

Bunyi dapat terdengar bila ada sumber bunyi, medium/zat perantara, dan alat penerima/pendengar. Seberapa cepat kita dapat mendengar bunyi ahli fisika bernama Miller melakukan percobaan untuk mengukur kecepatan bunyi di udara dengan menembakkan peluru sebagai sumber bunyi dan meletakkan detektor pada jarak tertentu. 

Pada percobaan tersebut, kecepatan bunyi tergantung pada temperatur. Semakin rendah suhu udara, semakin besar kecepatan bunyi. Hal ini yang menjelaskan pada malam hari bunyi terdengar lebih jelas daripada siang hari. 

Pada siang hari gelombang bunyi dibiaskan ke arah udara yang lebih panas (ke arah atas) karena suhu udara di permukaan bumi lebih dingin dibandingkan dengan udara pada bagian atasnya. Berlawanan pada malam hari, gelombang bunyi dipantulkan ke arah yang lebih rendah karena suhu permukaan bumi lebih hangat dibandingkan dengan udara pada bagian atasnya.

Selain dipengaruhi oleh suhu, cepat rambat bunyi di udara juga dipengaruhi oleh jenis medium. Medium manakah yang akan menghantarkan bunyi paling cepat? 

Cepat rambat bunyi pada berbagai medium.

a. Frekuensi bunyi.

Apakah semua bunyi dapat terdengar oleh telinga manusia? Ketika guru menggetarkan penggaris di meja dengan getaran kurang dari 20 getaran per sekon, kita tidak dapat mendengar bunyi. Kita baru dapat mendengarkan bunyi ketika penggaris menghasilkan 20 getaran per sekon atau lebih.

Berdasarkan frekuensinya, bunyi dibagi menjadi tiga, yaitu infrasonik, audiosonik, dan ultrasonik. Bunyi infrasonik memiliki frekuensi kurang dari 20 Hz. Bunyi infrasonik hanya mampu didengar oleh hewan-hewan tertentu seperti jangkrik dan anjing. 

Bunyi yang memiliki frekuensi 20-20.000 Hz disebut audiosonik. Manusia dapat mendengar bunyi hanya pada kisaran ini. Bunyi dengan frekuensi di atas 20.000 Hz disebut ultrasonik. Kelelawar, lumba-lumba, dan anjing ialah contoh hewan yang dapat mendengar bunyi ultrasonik.

Anjing adalah salah satu contoh hewan yang mampu menangkap bunyi infrasonik, audiosonik, dan ultrasonik (kurang dari 20 Hz hingga 40.000 Hz). Anjing akan terbangun jika mendengar langkah kaki manusia walaupun sangat pelan. Hal ini menjadi alasan oleh sebagian orang untuk memanfaatkan anjing sebagai penjaga rumah.

Selain anjing, kelelawar juga mampu memanfaatkan bunyi dengan baik. Kelelawar dapat mengeluarkan gelombang ultrasonik saat terbang. Pada malam hari, mata kelelawar mengalami disfungsi (pelemahan fungsi). Kelelawar menggunakan indra pendengarannya untuk 'melihat'. Kelelawar mengeluarkan bunyi ultrasonik sebanyak mungkin. Kemudian, kelelawar mendengarkan bunyi pantul tersebut untuk mengetahui letak suatu benda dengan tepat, sehingga kelelawar mampu terbang dalam keadaan gelap tanpa menabrak benda-benda di sekitarnya. Mekanisme untuk memahami keadaan lingkungan dengan bantuan bunyi pantul ini sering disebut dengan sistem ekolokasi.

b. Karakteristik bunyi.

Ketika kamu mendengar bunyi, apakah kamu dapat membedakan sumber bunyi? Misalnya ketika membedakan bunyi gitar dan piano. Hal ini disebabkan setiap gelombang bunyi memiliki frekuensi, amplitudo, dan warna bunyi yang berbeda meskipun perambatannya terjadi pada medium yang sama.

1. Tinggi rendah dan kuat lemah bunyi.

Pada orang dewasa, suara perempuan lebih tinggi dibandingkan suara laki-laki. Pita suara laki-laki yang bentuknya lebih panjang dan berat mengakibatkan laki-laki memiliki nada dasar sebesar 125 Hz. Sedangkan perempuan memiliki nada dasar satu oktaf (dua kali lipat) lebih tinggi, yaitu sekitar 250 Hz. 

2. Nada.

Kamu akan lebih nyaman ketika mendengarkan bunyi musik dibandingkan dengan bunyi ramainya orang yang ada di pasar. Mengapa? Bunyi musik akan lebih enak didengarkan karena bunyi musik memiliki frekuensi getaran teratur yang disebut nada. Sebaliknya bunyi yang memiliki frekuensi yang tidak teratur disebut desah. 

3. Warna atau kualitas bunyi.

Pada saat bermain alat musik, kamu dapat membedakan bunyi yang bersumber dari alat musik gitar, piano dan lain-lain. Setiap alat musik akan mengeluarkan suara yang khas. Suara yang khas ini disebut kualitas bunyi atau yang sering disebut timbre. 

Begitu pula pada manusia, juga memiliki kualitas bunyi yang berbeda-beda. Ada yang memiliki suara merdu atau serak.

4. Resonansi.

Tahukah kamu mengapa kentongan menghasilkan bunyi yang lebih keras daripada kayu yang tidak berongga ketika dipukul? Ikut bergetarnya udara yang ada di dalam kentongan setelah dipukul mengakibatkan bunyi kentongan terdengar semakin keras. 

Hal itulah yang disebut resonansi. Resonansi dapat terjadi pada kolom udara. Bunyi akan terdengar kuat ketika panjang kolom udara mencapai kelipatan ganjil dari 1/4 panjang gelombang (λ) bunyi. Resonansi kolom udara ternyata telah dimanfaatkan oleh manusia dalam berbagai alat musik, antara lain pada gamelan, alat musik pukul, alat musik tiup, dan alat musik petik atau gesek.

5. Pemantulan bunyi.

Apabila kita berbicara di dalam ruangan kecil, suara yang terdengar akan lebih keras dibandingkan dengan berbicara di ruang terbuka, misalnya lapangan. Hal ini disebabkan jarak sumber bunyi dan dinding pemantul berdekatan sehingga selang waktu antara bunyi asli dan bunyi pantul sangat kecil. Antara bunyi asli dan bunyi pantul akan terdengar hampir bersamaan, sehingga bunyi asli terdengar lebih keras.

Jika kamu mengucapkan suatu kata dalam ruang gedung yang luas, kamu akan mendengar kata tersebut kurang jelas. Bunyi seperti ini disebut gaung atau kerdam. Gaung atau kerdam adalah bunyi pantul yang sebagian terdengar bersama-sama dengan bunyi asli sehingga bunyi asli terdengar tidak jelas. 

Bagaimana cara menghindari terjadinya gaung? Agar dapat menghindari terjadinya gaung, pada dinding ruangan yang besar harus dilengkapi peredam suara

Peredam suara terbuat dari bahan karet busa, karton tebal, karpet, dan bahan-bahan lain yang bersifat lunak. Biasanya bahan-bahan tersebut sering kita jumpai di gedung bioskop, studio TV atau radio, aula, dan studio rekaman.

Apabila kamu berteriak di lereng gunung atau lapangan terbuka, kamu akan mendengar bunyi pantul yang persis sama seperti bunyi asli dan akan terdengar setelah bunyi asli.Hal ini terjadi karena bunyi yang datang ke dinding tebing dan bunyi yang dipantulkannya memerlukan waktu untuk merambat. Jadi, gema adalah bunyi pantul yang terdengar sesudah bunyi asli. (Z-2)