Makalah Resonansi [PDF]

Citation preview

MAKALAH RESONANSI



DOSEN MATA KULIAH: FATMAWATI SABUR, S.SiT. M.T



DISUSUN OLEH: NAMA



: FAHDIL RYAN TRIANGGARA



NIT



: C1012012369



COURSE



: TNU XII



TEKNOLOGI NAVIGASI UDARA POLITEKNIK PENERBANGAN MAKASSAR MAKASSAR 2020



KATA PENGANTAR



Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat serta nikmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah yang berjudul “Resonansi”. Makalah ini dibuat sebagai tugas mata kuliah Rangkaian listrik. Saya berharap semoga makalah ini dapat bermanfaat



bagi pembaca



umumnya dan dapat dijadikan sebagai salah satu referensi tambahan dalam pembelajaran serta menambah wawasan pengetahuan yang lebih bagi. Saya menyampaikan terima kasih kepada teman-teman dan pihak tertentu, karena dalam penyusunan makalah ini Saya tidak terlepas dari bimbingan dan bantuan dari teman-teman serta semua pihak tertentu. Semoga Allah berkenan membalas budi bagi semua pihak yang telah memberikan bantuan, petunjuk dan bimbingan kepada Saya dalam menyelesaikan penyusunan makalah ini. Saya menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kata sempurna, mengingat keterbatasan dan pengetahuan Saya. Oleh sebab itu, dengan terbuka dan senang hati Saya menerima kritik dan saran dari semua pihak. Akhir kata, Saya mengharapkan semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi Saya khususnya dan bagi pembaca pada umumnya.



Sarmi, 30 Desember 2020



Penulis



DAFTAR ISI



KATA PENGANTAR............................................................................................i DAFTAR ISI..........................................................................................................ii BAB I PENDAHULUAN.......................................................................................1 1.1 Latar Belakang.......................................................................................1 1.2 Rumusan Masalah..................................................................................2 1.3 Tujuan....................................................................................................2 BAB II PEMBAHASAN........................................................................................3 2.1 Pengertian Resonansi.............................................................................3 2.2 Resonansi Pada Kolom Udara..............................................................14 2.3 Aplikasi Resonansi...............................................................................17 BAB III PENUTUP..............................................................................................29 3.1 Kesimpulan..........................................................................................29 DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................30



BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Dalam fisika terdapat pembahasan mengenai resonansi, dimana resonansi di dalam fisika berhubungan dengan bunyi, bunyi merupakan salah satu topik yang sangat menarik untuk dipelajari dan secara langsung dan bunyi sudah kita terapkan dalam kehidupan. Gelombang bunyi dihasilkan ketika sebuah benda, garpu tala yang digetarkan menyebabkan gangguan kerapatan medium. Gangguan kerapatan medium yang disebabkan oleh garpu tala yang bergetar ini mengakibatkan terjadinya cepat rambat bunyi dalam medium gas. Salah satu cara untuk dapat mengetahui cepat rambat gelombang bunyi adalah dengan mengamati resonansi gelombang bunyi. Resonansi sangat berguna karena dapat digunakan dalam kehidupan sehari-hari (Wisesa, 2019). Resonansi adalah proses bergetarnya suatu benda ketika ada pengaruh getaran benda lain, hal ini terjadi karena kedua benda tersebut memiliki frekuensi yang sama. Resonansi RLC merupakan suatu gejala yang terjadi pada rangkaian arus AC yang terdiri dari resistor (𝑅), induktor (𝐿) dan kapasitor (𝐶). Resonansi dalam rangkaian seri yaitu resonansi seri, sedangkan resonansi dalam rangkaian paralel yaitu resonansi paralel (anti resonansi). Resonansi pada rangkaian RLC terjadi ketika reaktansi kapasitif ( 𝑋c ) sama dengan reaktansi induktif ( 𝑋l) dan amplitudo tegangan 𝑉l = 𝐼𝑋l dan 𝑉c = 𝐼𝑋c adalah sama. Pada frekuensi resonansi RLC impedansi mencapai nilai minimumnya dan arus mencapai nilai maksimumnya (Mustalim dan Rahmawati, 2018).



1.2 Rumusan Masalah 1. Apa pengertian resonansi? 2. Apa itu resonansi pada kolom udara? 3. Bagaimana aplikasi resonansi?



1.3 Tujuan 1. Untuk mengetahui pengertian resonansi. 2. Untuk mengetahui resonansi pada kolom udara. 3. Untuk mengetahui aplikasi resonansi.



BAB II PEMBAHASAN



2.1 Pengertian Resonansi Garpu tala sejenis memiliki frekuensi alamiah yang sama. Ketika garpu tala kiri digetarkan maka udara di sekitar garpu tala kiri ikut bergetar pada frekuensi yang sama. Udara yang bergetar makin jauh hingga udara yang bersentuhan dengan garpu tala kanan. Karena frekuensi getaran udara sama dengan frekuensi alamiah garpu tala, maka garpu tala kanan mulai mendapatkan gangguan yang persis sama dengan frekuensi alamiahnya. Walaupun gangguan oleh udara kecil, namun karena berlangsung pada frekuensi alamiah dan terus menerus maka amplitudo garpu talan kanan makin lama makin besar. Jika garpu tala kiri digetarkan dalam waktu yang cukup lama maka garpu tala kanan dapat berosilasi hingga simpangan terbesar. Inilah peristiwa resonansi (Abdullah, 2016). Kondisi berbeda jika dua garpu tala tidak identik, atau frekuensi alamiah tidak sama (Gambar 2). Berapa lama pun garpu tala kiri bergetar, garpu tala kanan tetap tidak bergetar karena resonansi tidak akan terjadi.



Gambar 1. Dua garpu tala identik dan memiliki frekuensi alamiah yang sama. Garpu tala kiri saja yang digetarkan sedangkan garpu tala kanan tidak diganggu. Namun, beberapa saat kemudian garpu tala kanan akan ikut bergetar dengan frekuensi yang sama. Inilah peristiwa resonansi.



Gambar 2. Dua garpu tala tidak identik sehingga memiliki frekuensi alamiah yang tidak sama. Garpu tala kiri saja yang digetarkan sedangkan garpu tala kanan tidak diganggu. Berapa lama pun garpu tala kiri digetarkan, garpu tala kanan tetap tidak bergetar akibat tidak terjadi peristiwa resonansi. Resonansi adalah proses bergetarnya suatu benda ketika ada pengaruh getaran benda lain, hal ini terjadi karena kedua benda tersebut memiliki frekuensi yang sama. Resonansi RLC merupakan suatu gejala yang terjadi pada rangkaian arus AC yang terdiri dari resistor (𝑅), induktor (𝐿) dan kapasitor (𝐶). Resonansi dalam rangkaian seri yaitu resonansi seri, sedangkan resonansi dalam rangkaian paralel yaitu resonansi paralel (anti resonansi). Resonansi pada rangkaian RLC terjadi ketika reaktansi kapasitif ( 𝑋c ) sama dengan reaktansi induktif ( 𝑋l) dan amplitudo tegangan 𝑉l = 𝐼𝑋l dan 𝑉c = 𝐼𝑋c adalah sama. Pada frekuensi resonansi



RLC impedansi mencapai nilai minimumnya dan arus mencapai nilai maksimumnya (Mustalim dan Rahmawati, 2018). Pada rangkaian RLC seri (Gambar 5), ketiga komponen R, L dan C dilewati arus yang sama, yaitu I. Sehingga pada R akan muncul tegangan VR, pada L akan muncul tegangan VL dan pada C akan muncul tegangan VC, dimana (Safitri et all., 2017): VR = R I VL = XLI VC = XCI Fasa VR sama dengan I, fasa VL mendahului fasa I sebesar 90 O, sedangkan fasa VC tertinggal terhadap fasa I sebesar 90 O. V adalah resultan dari VR, VL dan VC atau (Safitri et all., 2017):



Karena I adalah sama, maka diagram fasor bisa juga dinyatakan untuk impedansi sebagai Gambar 4. .



Gambar 3. RLC seri. (a). Rangkaian equivalen RLC seri, (b). Fasor tegangan dan arus, (c). Bentuk gelombang tegangang dan arus terhadap waktu.



Gambar 4. Fasor impedansi Impedansi gabungan R, L dan C seri adalah (Safitri et all., 2017):



Pada frekuensi tertentu, dimana XL = XC , maka θ = 0o yang disebut frekuensi resonansi RLC (frekuensi roll- off RLC), yaitu pada (Safitri et all., 2017):



Apabila digrafikkan antara frekuensi dan besarnya impedansi serta sudut fasanya tampak seperti Gambar 5.



Gambar 5. Grafik untuk rangkaian RLC seri (a). Impedansi terhadap frekuensi, (b). Sudut fasa terhadap frekuensi. Pada frekuensi rendah, nilai impedansi besar dan arus kecil. Ketika frekuensi bertambah, impedansi akan menurun sedang arus akan membesar. Tepat pada frekuensi resonansi, impedansi akan minimum (sebesar R) dan arus akan maksimum (sebesar Vt/R). Ketika frekuensi naik lagi, impedansi akan membesar lagi sedang arus akan menurun lagi. Fasa juga akan berubah dari mendekati – 90o pada frekuensi rendah, kemudian akan mengecil mendekati 0 o. Tepat pada frekeunsi resonansi, besar fasa adalah 0 o. Fasa kemudian akan naik ke mendekati 90o ketika frekuensi naik lagi (Safitri et all., 2017). Pada rangkaian RLC paralel (Gambar 7) masing-masing R, L dan C mempunyai tegangan yang sama, V. Sedang arus yang lewat R adalah IR, L adalah IL dan C adalah IC. Sehingga (Safitri et all., 2017): IR = V/R I L = V/XL IC = V/XC



Gambar 6. RLC paralel. (a). Rangkaian equivalen RLC paralel, (b). Fasor tegangan dan arus, (c). Bentuk gelombang tegangang dan arus terhadap waktu. Fase IR akan dengan V, fasa IC mendahului fasa V sebesar 90 o, sedang fase I L tertinggal terhadap fasa V sebesar 90 o. I adalah resultan dari I R, I L dan I C atau (Safitri et all., 2017):



Karena V adalah sama, maka fasor dinyatakan sebagai admitansi. Admitansi gabungan R L dan C adalah sebagai berikut (Safitri et all., 2017):



Pada frekuensi tertentu, dimana XL = XC , maka θ = 0o yang disebut frekuensi resonansi RLC (frekuensi roll-off RLC), yaitu pada (Safitri et all., 2017):



Apabila digrafikkan antara frekuensi dan besarnya impedansi serta sudut fasanya tampak (Gambar 7).



Gambar 7. Grafik untuk rangkaian RLC paralel, (a). Impedansi terhadap frekuensi, (b). Sudut fasa terhadap frekuensi. Pada frekuensi rendah, nilai impedansi kecil dan arus besar. Ketika frekuensi bertambah, impedansi akan bertambah sedang arus akan mengecil. Tepat pada frekuensi resonansi, impedansi akan maksimum (sebesar R) dan arus akan minimum (sebesar Vt/R). Ketika frekuensi naik lagi, impedansi akan menurun lagi sedang arus akan membesar lagi. Fasa juga akan berubah dari



mendekati – 90o pada frekuensi rendah, kemudian akan mengecil mendekati 0 o. Tepat pada frekeunsi resonansi, besar fasa adalah 0 o. Fasa kemudian akan naik ke mendekati 90o ketika frekuensi naik lagi (Safitri et all., 2017). 2.2 Resonansi Pada Kolom Udara



Gambar 8. Pipa Kolom Udara Gambar 8. Menggambarkan peristiwa resonansi yang terjadi pada kolom udara. Tabung resonansi terdiri atas tabung kaca yang dihubungkan dengan bejana kaca melalui selang plastik. Sebuah garpu tala digetarkan diatas tabung kaca. Bersamaan dengan itu, bejana kaca diturunkan dengan kecepatan tetap. Selama penurunan itu, aka nada bunyi yang sangat keras. Jika penurunannya sangat panjang (jauh), maka dapat didengar bunyi yang lebih keras beberapa kali. Bunyi keras itu timbul akibat adanya resonansi antara garpu tala dan udara yang ada dalam tabung kaca di atas air (kolom udara dalam tabung). Peristiwa resonansi terjadi sesuai dengan getaran udara pada pipa organa tertutup. Jadi, resonansi petama akan terjadi jika panjang kolom udara di atas air ¼ λ, resonansi ke dua ¾ λ, resonansi ke tiga 5/4 λ, dan seterusnya. Kolom udara pada percobaan penentuan resonansi di atas berfungsi sebagai tabung resonator. Peristiwa resonansi ini dapat dipakai untuk mengukur kecepatan perambatan



bunyi di udara. Agar dapat terjadi resonansi, panjang kolom udaranya adalah l = (2n-1)¼λ dengan n = 1, 2, 3, . . . Berdasarkan penjelasan tersebut, dapat ditentukan bahwa resonansi bertuturutan dapat Anda dengar apabila suatu resonansi dengan resonansi berikutnya memiliki jarak Δl = ½ λ. Jika frekuensi garpu tala diketahui, cepat rambat gelombang bunyi di udara dapat diperoleh melalui hubungan: v= λ f Peristiwa resonansi juga dapat menimbulkan masalah dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, gelas piala bertangkai bisa pecah bila diletakkan didekat penyanyi yang sedang menyanyi. Hal ini terjadi karena gelas memiliki frekuensi alami yang sama dengan suara penyanyi sehingga gelas mengalami resonansi dan mengakibatkan pecahnya gelas tersebut. Peristiwa resonansi juga dapat menyebabkan runtuhnya jembatan gantung jika frekuensi hentakan kaki serentak orang yang berbaris di atas jembatan gantung sama dengan frekuensi alami jembatan sehingga jembatan akan berayun hebat dan dapat menyebabkan runtuhnya jembatan jembatan. Salah satu cara untuk menentukan besaran fisis terkait fenomena getaran dan gelombang bunyi adalah melalui percobaan memanfaatkan aspek resonansi dalam pipa kolom udara. Beberapa contoh eksperimen diantaranya menggunakan tiga ukuran panjang pipa PVC tertutup di salah satu ujungnya untuk membuktikan deretan harmonik, menggambarkan hubungan fungsional dan menentukan kelajuan gelombang serta memprediksi panjang gelombang harmonik dengan alat musik trompet pipa PVC. Eksperimen berikutnya menggambarkan pola hubungan resonansi kolom udara yang salah satu ujungnya tertutup dan memperoleh nilai kelajuan beserta faktor koreksi ujung pipa. Hal serupa menggunakan mode resonansi dasar untuk menunjukkan hubungan linier panjang kolom udara terukur



dan seperfrekuensi harmonik dasar dan memperoleh kecepatan suara di udara sekitar 338 m/s. Mempelajari resonansi pada sistem pipa organa terbuka menggunakan Copper pipe flute untuk menunjukkan hubungan linier panjang gelombang sebagai fungsi panjang kolom udara dan menentukan konstanta k untuk keadaan harmonik pipa terbuka di kedua ujung. Selain itu penentuan faktor koreksi ujung dan kelajauan perambatan bunyi dengan metode fitting kurva juga dapat digunakan melalui media pipa resonansi ‘Boomwhackers’. Koreksi ujung pipa organa yang terbuka di kedua ujungnya yang memiliki diameter yang berbeda-beda (Anwar et all., 2020). Sumber bunyi yang menggunakan kolom udara sebagai sumber getarnya disebut juga pipa organa. Pipa organa berupa tabung yang berisi kolom udara. Ukuran panjangnya jauh lebih besar dari lebarnya. Ukuran ini memungkinkan terbentuknya gelombang longitudinal berdiri di dalam tabung, sehingga dapat menghasilkan bunyi. Perbedaan fase yang terjadi antara gelombang datang dan gelombang pantul terletak pada perbedaan ujung pipa, yaitu terbuka dan tertutup. Dalam kolom udara, gelombang digambarkan dalam konteks aliran udara yaitu dalam konteks perpindahan dan dalam konteks tekanan (Giancoli, 2014). Pada ujung pipa udara terbuka, molekul-molekul udara secara penuh mempunyai kebebasan untuk bergerak. Gelombang yang dipantulkan oleh ujung terbuka terhadap udara mendekati sefase dengan gelombang datang jika diameter tabung relatif lebih kecil terhadap panjang gelombang bunyi. Akibatnya, ujung yang terbuka terhadap kolom udara mendekati bentuk puncak/perut dan terjadi tekanan yang minimum. Pada pipa organa dengan ujung tertutup, identik dengan gelombang transversal pada tali yang terikat dimana pada ujung yang tertutup gelombang pantul mengalami perubahan fase sebesar 180° terhadap gelombang



datang. Sehingga, pada ujung tertutup terjadi simpul dan berkaitan dengan titik maksimum terhadap tekanan. Pipa organa dibedakan menjadi dua, yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup (Halliday dan Resnick, 1987). Surya (2010) dalam bukunya mengatakan bahwa bunyi dapat terjadi karena adanya sumber bunyi yang bergetar, telinga atau penerima yang baik, dan medium yang merambatkan bunyi. Ketika dua buah benda diletakkan berdekatan, saat benda 1 digetarkan maka benda 2 juga ikut bergetar. Gejala ikut bergetarnya suatu benda akibat getaran dari benda lain disebut resonansi. Resonansi dapat terjadi jika kedua benda mempunyai frekuensi dasar atau frekuensi alamiah yang sama. Resonansi juga dapat terjadi pada kolom-kolom udara (tabung kolom udara). Ketika suatu sumber bunyi diletakkan dekat kolom udara, udara dalam kolom tersebut akan ikut bergetar jika frekuensi sumber bunyi itu sama dengan frekuensi alamiah getaran kolom udara. Resonansi kolom udara ini ditandai dengan lebih kerasnya bunyi yang terdengar. 2.3 Aplikasi Resonansi Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena ada benda lain yang bergetar dan memiliki frekuensi yang sama atau kelipatan bilangan bulat dari frekuensi itu. Resonansi sangat bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, resonansi bunyi pada kolom udara dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan bunyi. Kita dapat mendengar bunyi karena adanya peristiwa resonansi pada telinga kita. Di dalam telinga terdapat selaput gendang telinga. Selaput ini sangat tipis dan mudah beresonansi dengan bunyi audiosonik. Alat musik gitar yaitu terdapat di bagian ruang resonansinya (lubang yang terdapat di bawah senar), jika senarnya dipetik maka ruang resonansinya ikut bergetar sehingga menghasilkan bunyi yang lebih keras.



Gambar 9. Alat musik senar Gambar 9. menunjukkan tiga buah alat musik yang menggunakan senar. Alat musik yang menggunakan senar menghasilkan bunyi sebab tiap senar atau kawat bergetar pada frekuensi alaminya sendiri. Pada alat musik yang menggunakan senar selalu ada kotak bunyi yang berisi udara. Ketika senar bergetar, getarannya merambat ke kotak bunyi, dan udara di dalam kotak bunyi ikut bergetar. Resonansi udara di dalam kotak bunyi tersebut memperkuat getaran yang dihasilkan senar, sehingga bunyi terdengar nyaring. Getar pesawat yang disebabkan oleh gerak mesin-mesinnya yang diteruskan pada udara sebagai bunyi, tidak dapat dengan cepat ditinggalkan (atau meninggalkan) pesawat terbang karena kecepatan pesawat terbang tidak berbeda banyak dengan keepatan menjalar bumi. Akibatnya ialah getar badan pesawat terbang diperkeras dengan cepat sekali sehingga pesawat terbang runtuh karena hal tersebut. Dengan kecepatan agak di atas kecepatan menjalar bumi, pesawat terbang dapat terbang dengan selamat (Supersonic Flight). Peristiwa resonansi yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari juga bisa terjadi bila dua garpu tala yang mempunyai bilangan getar atau frekuensi yang sama bila digetarkan/dibunyikan maka garpu tala yang lainnya akan ikut bergetar/berbunyi.



Gambar 10. Dua garpu tala saling beresonansi Resonansi pada pipa organa terbuka merupakan salah satu materi yang dipelajari pada mata kuliah Gelombang dan Optik. Untuk memahami materi tersebut dilakukan praktikum resonansi pada pipa organa tertutup. Percobaan tersebut dilakukan untuk menyelidiki hubungan frekuensi dengan panjang gelombang dan menentukan besar cepat rambat bunyi di udara. Percobaan yang dilakukan dengan cara “memukul” garpu tala, kemudian mendekatkan garpu tala tersebut di atas pipa organa yang terbuat dari kaca. Cara seperti ini beresiko merusak pipa organa. Hasil observasi di laboratorium pendidikan fisika, ada pipa organa yang pecah disebabkan oleh garpu tala yang bergetar menyentuh pipa organa. Garpu tala yang digunakan juga terbatas sehingga variasi frekuensi sumber yang digunakan menyesuaikan frekuensi garpu tala yang tersedia di laboratorium (Hamdani, 2020). Hasil percobaan yang telah dilakukan mahasiswa pendidikan fisika juga kurang memuaskan. Cepat rambat gelombang bunyi di udara yang diperoleh tidak sesuai dengan cepat rambat bunyi di udara yang termuat di dalam buku teks sebesar 340 m/s. Salah satu faktor penyebab perbedaan hasil cepat rambat bunyi di udara yang diperoleh karena bunyi yang dihasilkan pada garpu tala tidak



berkesinambungan atau terus menerus. Untuk mengatasi masalah yang ditemukan dalam percobaan pipa organa maka diperlukan alat yang tidak beresiko memecahkan pipa organa, dan ada pengganti garputala dengan frekuensi yang dihasilkan bervariasi. Tone generator merupkan salah satu aplikasi yang dapat digunakan untuk menghasilkan suara dengan frekuensi bervariasi dan tetap menghasilkan bunyi jika aplikasi dijalankan. Aplikasi ini dapat didownload melalui play store menggunakan smart phone. Penelitian yang memanfaatkan software pada percobaan eksperimen bunyi telah dilakukan, hasilnya menunjukan alat eksperimen bunyi dengan sistem akuisisi data berbasis smartphone android dapat digunakan dalam pembelajaran pipa organa tertutup. Selain itu, Ristanto dan Santoso (2016) juga memanfaatkan software dalam praktikum efek dopler, hasilnya software soundcard oscilloscope V1.40 dapat digunakan untuk praktikum efek dopler pada frekuensi pada rentang 100 Hz sampai 300 Hz (Hamdani, 2020). Peristiwa resonansi Suara pada Gitar dan Roket. Ketika pesawat luar angkasa melesat dari landasannya di Kennedy Space Center, suaranya sangat menggelegar. Beberapa kilometer darinya, para penonton harus memegang erat bangkunya karena getaran suara yang dihasilkan begitu besar sampai terasa menembus daging dan tulang. Alat musik akustik



seperti



seruling, biola, drum, dan sexofon



memanfaatkan resonansi agar diperoleh bunyi yang merdu. Alat musik tradisional, seperti gamelan juga memanfaatkan peristiwa resonansi.



Gambar 11. Alat musik tiup Gambar 11. merupakan alat musik tiup yang memanfaatkan resonansi udara dalam pipa (tabung). Alat musik mengeluarkan bunyi karena udara dalam pipa (tabung) dibuat ikut bergetar dan beresonansi pada frekuensi alaminya. Frekuensi resonansi instrumen ini diatur oleh panjang efektif kolom udara di dalam pipa. Ketika memainkan suling, nada (frekuensi) yang dikeluarkan suling diatur dengan menutup lubang-lubang pada suling dengan jari. Dengan menutup lubang-lubang dengan jari maka telah mengatur panjang efektif kolom udara dalam pipa suling. Katak dapat mengeluarkan bunyi yang sangat keras karena resonansi yang terjadi pada rongga mulut katak. Rongga mulut katak dapat mengembang sedemikian rupa sehingga menyerupai selaput tipis. Pada selaput tipis inilah terjadi peristiwa resonansi. Peristiwa



resonansi



ada



juga



yang



merugikan



manusia



karena



menyebabkan kerusakan atau ketidaknyamanan. Oleh karena itu, manusia berusaha untuk menghilangkan atau mencegahnya. Contohnya resonansi yang merugikan antara lain resonansi pada mesin, resonansi pada pesawat, dan resonansi pada mobil. Resonansi dapat memiliki efek yang luar biasa pada banguan. Tacoma Narrow Bridge (jembatan Tacoma) yang merupakan jembatan gantung di Washington, USA ambruk tanggal 7 November 1940 (Gambar 15). Padahal jembatan tersebut baru saja dibuka tanggal 1 Juli 1940. Jembatan gantung sepanjang 1,8 km tersebut ambruk oleh tiupan angin dengan kecepatan 64 km/jam. Banyak yang menyebutkan bahwa ambruknya jembatan tersebut disebabkan peristiwa resonansi. Angin yang bertiup membawa getaran pada frekuensi yang sama dengan frekuensi alamiah jembatan sehingga jembatan mengalami osilasi dengan



amplitudo makin besar. Osilasi dengan amplitudo tak terkontrol menyebabkan kegagalan struktur jembatan sehingga jembatan ambruk (Abdullah, 2016).



Gambar 12. Jembatan Tacoma Narrow Bridge diduga ambruk karena peristiwa resonansi. Angin yang bertiup pelan membawa osilasi yang sama persis dengan frekuensi alamiah jembnatan. Akibatnya terjadi resonansi. Osilasi jembatan makin lama



makin



besar



sehingga



terjadi



kegagalan



struktur



dan



ambruk



(faculty.plattsburgh.edu). Ambruknya jalan bebas hambatan Nimitz di Oakland, California tahun 1989 juga contoh peristiwa resonansi. Dimulai dari gempa bumi yang memiliki getaran pada berbagai frekuensi rendah. Frekuensi getaranyang dibawa gempa biasanya tersebar antara 1 Hz sampai 10 Hz. Bagian jembatan Nimitz ada yang dibangun di atas tanah berlumpur yang memiliki frekuensi alamiah sekitar 2,5 Hz. Ketika terjadi gempa, maka frekuensi 2,5 Hz yang terkandung dalam gempa menggetarkan tanah berlumpur tempat jembatan dibangun. Terjadi resonansi sehingga lapisan tanah bergetar sangat kencang yang berakibat jembatan yang dibagun di atasnya ambruk (Gambar 16) (Abdullah, 2016).



Gambar 13. Jalan bebas hambatan Nimitz di Oakland, California yang ambruk tahun 1989 akibat peristiwa resonansi saat terjadi gempa bumi. Gempa bumi membawa frekuensi yang sama dengan frekuensi alamiah lapisan tanah tempat jembatan dibangun (vias.org). Saat ini para insinyur harus memperhitungkan kondisi lingkungan ketika membuat bangunan atau jembatan. Pada lokasi tersebut, berapa saja frekuensi yang dibawa oleh angin dan kalau terjadi gempa, berapa frekuensi yang dibawa getaran gempa. Tanah yang ada juga harus diketahui frekuensi alamiahnya sehingga tidak bergoncang keras saat terjadi gempa yang menyebabkan bangunan di atasnya ambruk. Berdasarkan data tersebut maka bangunan atau jembatan dirancang agar memiliki frekuensi alamiah yang jauh dari frekuensi angin atau gempa yang terjadi atau mungkin terjadi di tempat tersebut. Dengan demikian saat terjadi tiupan angin atau saat muncul gempa tidak terjadi resonansi. Sehingga jembatan atau bangunan tidak ambruk (Abdullah, 2016).



Resonansi terjadi karena gangguan yang diberikan pada benda yang berosilasi dapat dipandang sebagai penyerahan energi pada benda berosilasi tersebut. Jika energi diberikan pada saat yang tepat maka energi tersebut akan terus-menerus diserap oleh benda yang sedang berosilasi sehingga energi benda yang berosilasi makin besar. Energi akan terus menerus diserap benda apabila frekuensi pemberian gangguan persis sama dengan frekuensi alamiah osilasi benda (Abdullah, 2016).



Gambar 14. Pine Flat Dam di Sacramento, Californai, Amerika Serikat memiliki frekuensi alamiah 3,47 Hz pada kedalaman 310 kaki dan 3,27 Hz pada kedalaman 345 kaki (gambar:www.spk.usace.army.mil). Berikut ini adalah hasil perhitungan frekuensi alamiah sejumlah bangunan di Amerika Serikat. Pine Flat Dam di Sacramento yang memiliki ketinggian 400 kaki (Gambar 6) memiliki frekuensi alamiah 3,47 Hz pada kedalaman 310 kaki dan 3,27 Hz pada kedalaman 345 kaki. Golden Gate Bridge memiliki frekuensi



alamiah 0,055 Hz untuk getaran arah transversal, 0,092 Hz untuk getaran vertikal, 0,26 Hz untuk getaran agah longitudinal, dan 0,23 Hz untuk getaran torsional (Abdullah, 2016).



BAB III PENUTUP



3.1 Kesimpulan Resonansi adalah proses bergetarnya suatu benda ketika ada pengaruh getaran benda lain, hal ini terjadi karena kedua benda tersebut memiliki frekuensi yang sama. Resonansi pada rangkaian RLC terjadi ketika reaktansi kapasitif ( 𝑋c ) sama dengan reaktansi induktif ( 𝑋l) dan amplitudo tegangan 𝑉l = 𝐼𝑋l dan 𝑉c = 𝐼𝑋c adalah sama. Pada frekuensi resonansi RLC impedansi mencapai nilai minimumnya dan arus mencapai nilai maksimumnya. Tabung resonansi terdiri atas tabung kaca yang dihubungkan dengan bejana kaca melalui selang plastik. Sebuah garpu tala digetarkan diatas tabung kaca. Bersamaan dengan itu, bejana kaca diturunkan dengan kecepatan tetap. Selama penurunan itu, aka nada bunyi yang sangat keras. Jika penurunannya sangat panjang (jauh), maka dapat didengar bunyi yang lebih keras beberapa kali. Bunyi keras itu timbul akibat adanya resonansi antara garpu tala dan udara yang ada dalam tabung kaca di atas air (kolom udara dalam tabung). Pengaplikasian resonansi dalam kehidupan seharihari sangat banyak ada yang bermanfaat dan ada yang merugikan, bermanfaat seperti kita dapat mendengar bunyi karena adanya peristiwa resonansi pada telinga kita karena di dalam telinga terdapat selaput gendang telinga, sedangkan resonansi dapat menyebabkan kerugian yaitu bunyi ledakan bom dapat memecahkan kaca walaupun kaca tidak terkena langsung pecahan bom.



DAFTAR PUSTAKA



Abdullah, M., 2016. Fisika Dasar I. ITB. Bandung. Anwar, K. Viridi, S. Rudiana, D dan Kaniawati, Ida., 2020. Pengaruh Variasi Luas Ujung Pipa Pada Sistem Resonansi Bunyi Kolom Udara. Jurnal Riset dan Kajian Pendidikan Fisika. 7(1): 27-34. Giancoli, D. C., 2014. Fisika: Prinsip dan Aplikasi Edisi ke Tujuh. Erlangga. Jakarta. Halliday, D dan Resnick, R., 1987. Fisika Edisi 3. Erlangga. Jakarta. Hamdani, H., 2020. Penerapan Aplikasi Tone Generator Pada Eksperimen Resonansi Bunyi. Jurnal Pendidikan Informatika dan Sains. 9(1): 86-89. Mustalim, F.R dan Rahmawati, E., 2018. Rancang Bangun Alat Percobaan Resonansi Rangkaian RLC Menggunakan Sistem Digital. Jurnal Inovasi Fisika Indonesia (IFI). 7(2): 54-58. Safitri, N. Suryati dan Rachmawati., 2017. Analisis Rangkaian Listrik. Politeknik Negeri Lhokseumawe. Aceh. Surya, Y., 2010. Getaran dan Gelombang. PT Kandel. Jakarta. Wisesa, W.D., 2019. Rancang Bangun Trainer Kit: Pengaruh Suhu Terhadap Cepat Rambat Bunyi Pada Pipa Organa TertutupBerbantu Mikrokontroler Arduino Uno. UNEJ. Jember.