Contoh Soal Efek Doppler

Marwan berdiri diam di tepi jalan yang membujur dari timur ke barat. Markum mengendarai sepeda dari arah timur tempat Marwan berdiri dengan kelajuan 12 m/s. Sementara itu, dari tempat Marwan berdiri, sebuah mobil polisi meluncur ke timur dengan laju 72 km/jam sambil membunyikan sirine berfrekuensi 720 Hz. Jiak kecepatan bunyi di udara adalah 340 m/s, tentukan frekuensi sirine yang teramati oleh (a) Marwan, dan (b) Markum!

Jawab:

(a)    Sudut pandang Marwan, sumber bergerak menjauhi pengamat

v_p = ­­0, v_s = 72 km/jam = 20 m/s, f_s = 720 Hz

f_p =  340+0/ 340-20   x   (720 Hz) = 680 Hz

(b)   Sudut pandang Markum, sumber bergerak menjauhi pengamat

v_p = ­­12, v_s = 72 km/jam = 20 m/s, f_s = 720 Hz

f_p = 340+12 / 340-20  x   (720 Hz) = 792 Hz

Contoh Soal Pelayangan Bunyi

Sebuah sirine berbunyi dengan frekuensi 800Hz. Tiba-tiba sirine lain berbunyi. Akibatnya tersengar bunyi keras dan lemah secara periodik dengan periode 0,5 sekon. Tentukan frekuensi dari sirine yang kedua!

Jawab:

Periode pelayangan (T_p) = 0,5 s, maka f_p = 1/ T_p= 2 Hz

f _pelayangan = f_tinggi – f_rendah

Ada 2 kemungkinan jawaban. Jika sirine kedua frekuensinya lebih tinggi, berarti frekuensi sirine kedua adalah (800 + 2)Hz = 802 Hz. Jika sirine kedua frekuensinya lebih rendah, berarti frekuensi sirine kedua adalah (800 – 2) Hz = 798 Hz

COntoh Soal Intensitas Bunyi

Suatu sumber bunyi memiliki daya 20πW. Tentukan intesitas bunyi dan taraf intesitas bunyi di suatu tempat pada jarak 40 cm dari sumber bunyi itu!

Jawab:

P         = 20pw, R = 40 cm = 0,4 m

I           = P/A = (20pw)/(4p(0,4²)) = 32,25 W/m²

TI         TI         = 10 log (I/I₀) = 10 log (31,25/10^-12) = 10 (log 31,25 – log 10^-12)

= 10(1,49 + 12) = 134,9 dB

Efek Doppler pada Gelombang Bunyi

Rumus Efek Doppler
Ketika sebuah mobil ambulance yang sedang membunyikan sirinenya mendekat ke arah kita yang sedang duduk-duduk di tepi pinggiran jalan, frekuensi bunyi sirine yang didengar oleh telinga kita lebih tinggi dari frekuensi sirine "sebenarnya".
Ketika mobilnya bergerak menjauhi kita, frekuensi yang didengar oleh telinga kita menjadi lebih rendah dari frekuensi bunyi sirine.
Gejala ini yang dikenal dengan istilah efek Doppler pada gelombang bunyi.
Naik turunnya frekuensi tersebut bisa kita temukan dengan persamaan berikut:

fs = frekuensi sumber bunyi (Hz)
fp = frekuensi yang kita dengar / frekuensi pendengar (Hz)
ν = kelajuan bunyi di udara (m/s)
ν_s = kelajuan sumber bunyi (m/s)
ν _p = kelajuan pendengar (m/s)

Kesepakatan Tanda
+/− pada ν_s
+ ν_s sumber menjauhi pendengar
− ν_s sumber mendekati pendengar
+/− pada ν_p
+ ν_p pendengar mendekati sumber
− ν_p pendengar menjauhi sumber

Rumus di atas digunakan jika pengaruh angin diabaikan. Jika pengaruh angin diperhitungkan maka:


dimana ν_a adalah kelajuan angin dengan perjanjian tanda sebagai berikut:
+ ν_a jika angin mengarah dari sumber bunyi menuju pendengar
− ν_a jika angin mengarah dari pendengar ke sumber bunyi

Pelajari contoh-contoh berikut: →Seorang penonton pada lomba balap mobil mendengar bunyi (deru mobil) yang berbeda, ketika mobil mendekat dan menjauh. Rata-rata mobil balap mengeluarkan bunyi 800 Hz. Jika kecepatan bunyi di udara 340 m.s⁻¹ dan kecepatan mobil 20 m.s⁻¹, maka frekuensi yang di dengar saat mobil menjauh adalah....(Modifikasi Soal UN Fisika 2010)

Data dari soal:
Frekuensi sumber bunyi / mobil balap fs = 800 Hz
Kecepatan bunyi di udara ν = 340 m.s⁻¹
Kecepatan sumber bunyi / mobil ν_s = 20 m.s⁻¹
Mobil menjauhi pendengar → + ν_s
Penonton / pendengar diasumsi diam ν_p = 0



→Seorang penonton pada lomba balap mobil mendengar bunyi (deru mobil) yang berbeda, ketika mobil mendekat dan menjauh. Rata-rata mobil balap mengeluarkan bunyi 800 Hz. Jika kecepatan bunyi di udara 340 m.s⁻¹ , kecepatan mobil 20 m.s⁻¹ dan saat itu angin bergerak dengan kelajuan 10 m.s⁻¹ searah gerak mobil maka frekuensi yang di dengar saat mobil menjauh adalah....(Modifikasi Soal UN Fisika 2010)

Data dari soal:
Frekuensi sumber bunyi / mobil balap fs = 800 Hz
Kecepatan bunyi di udara ν = 340 m.s⁻¹
Kecepatan sumber bunyi / mobil ν_s = 20 m.s⁻¹
Mobil menjauhi pendengar → + ν_s
Penonton / pendengar diasumsi diam ν_p = 0

Kelajuan angin ν_a = 10 m.s⁻¹
Gerak angin searah gerak sumber → + ν_a

Uji Pemahaman

1) Seorang penonton pada lomba balap mobil mendengar bunyi (deru mobil) yang berbeda, ketika mobil mendekat dan menjauh. Rata-rata mobil balap mengeluarkan bunyi 800 Hz. Jika kecepatan bunyi di udara 340 m.s⁻¹ dan kecepatan mobil 20 m.s⁻¹, maka frekuensi yang di dengar saat mobil mendekat adalah....UN Fisika 2009 P04

2) Mobil pemadam kebakaran sedang bergerak dengan laju 20 m.s⁻¹ sambil membunyikan sirine pada frekuensi 400 Hz (cepat rambat bunyi 300 m.s⁻¹). Jika mobil pemadam kebakaran bergerak menjauhi seseorang yang sedang berdiri di tepi jalan, maka orang tersebut akan mendengar frekuensi sirine pada frekuensi....UN Fisika 2010

3) Kereta api menuju stasiun Solo Balapan dengan kelajuan 20 m/s sambil membunyikan peluit dengan frekuensi 660 Hz. Tentukan frekuensi yang didengar oleh para penumpang yang sedang duduk menunggu di stasiun jika saat itu angin bertiup dengan kelajuan 10 m/s searah dengan gerak kereta!

4) Kereta api menuju stasiun Solo Balapan dengan kelajuan 20 m/s sambil membunyikan peluit dengan frekuensi 620 Hz. Tentukan frekuensi yang didengar oleh para penumpang yang sedang duduk menunggu di stasiun jika saat itu angin bertiup dengan kelajuan 10 m/s berlawanan arah dengan arah gerak kereta!

5) Kereta api meninggalkan stasiun Solo Balapan dengan kelajuan 20 m/s sambil membunyikan peluit dengan frekuensi 650 Hz. Tentukan frekuensi yang didengar oleh para penumpang yang sedang duduk menunggu di stasiun jika saat itu angin bertiup dengan kelajuan 10 m/s berlawanan arah dengan arah gerak kereta!

Kunci jawaban:
1) 850 Hz 2) 375 Hz 3) 660 Hz 4) 660 Hz 5) 612,86 Hz

Intensitas Bunyi dan Taraf Intensitas Bunyi

Tutorial berikut menunjukkan bagaimana cara menentukan intensitas dan taraf intensitas bunyi pada suatu titik berjarak r dari suatu sumber bunyi. Ikuti soal berikut ini:
Sebuah sumber gelombang bunyi dengan daya 50 W memancarkan gelombang ke medium di sekelilingnya yang homogen.
Tentukan intensitas radiasi gelombang tersebut pada jarak 10 m dari sumber!
(Soal UMPTN 1996)

→ Intensitas adalah daya persatuan luas.
Untuk gelombang bunyi luasan yang dipakai adalah luas bola (4πr²) . Persamaannya adalah:

I = P/A

Dimana
I = intensitas gelombang bunyi ( W/m² )
A = luas (m²)
r = jarak titik dari sumber bunyi (m)
P = daya (W)


Dengan asumsi bahwa adik sedang memegang buku cetak Fisika Kelas 12(A), sehingga tidak mempertanyakan definisi dan teori yang terlewatkan disini maka,
Data yang bisa diambil dari soal:
Daya P = 50 W
r = 10 m

I = ^P/_A
I = ^P/_4π2²
I = ⁵⁰/_4π10² = 4 x 10⁻² W/m²

Berikutnya contoh menentukan taraf intensitas dari suatu sumber bunyi:
Daya akustik yang masuk melalui sebuah jendela adalah 10⁻⁶ W. Jika harga ambang bunyi adalah 10⁻¹⁶ watt/cm² dan luas jendela adalah 1 m² tentukan taraf intensitas bunyi pada jendela tersebut!(Modifikasi Soal PP I 1982)

Ingat kembali rumus taraf intensitas bunyi:

TI = 10 log I/Io

Dimana
TI = Taraf Intensitas bunyi (dB = desiBell)
I = Intensitas bunyi ( W/m² )
I_o = Intensitas ambang bunyi ( W/m² ) → biasa diambil nilai 10⁻¹² watt/m²

Data soal:
P = 10⁻⁶ W
I_o = 10⁻¹⁶ watt/cm² → ubah ke meter I_o = 10⁻¹² watt/m²
A = 1 m²

Temukan intensitas bunyi terlebih dahulu :
I = ^P/_A = ^{10−6 W}/_{1 m²} = 10⁻⁶ W/m²

Sehingga taraf intensitas bunyi:
TI = 10 log ^I/_Io = 10 log ¹⁰⁻⁶/_10⁻¹² =10 log 10⁶ = 60 dB

Remember :
log 10 = 1
log 100 = 2
log 1000 = 3
log a^b = b log a

Uji Pemahaman

1. Sebuah sumber gelombang bunyi dengan daya 12π watt memancarkan gelombang ke medium di sekelilingnya yang homogen. Tentukan intensitas radiasi gelombang tersebut pada jarak 10 m dari sumber!
2. Intensitas suatu sumber bunyi adalah 0,01 watt/m², jika nilai intensitas ambang adalah 10⁻¹² watt/m² tentukan taraf intensitas bunyi tersebut!

Kunci:
1) 3x10⁻² W/m² 2) 100 dB