Resonansi Fix [PDF]

Citation preview

A. TUJUAN PRAKTIKUM 1. Memahami gejala resonansi bunyi. 2. Menentukan cepat rambat bunyi di udara dengan variasi frekuensi.



B. LANDASAN TEORI



Bunyi adalah gelombang mekanik longitudinal yang merambat melalui suatu medium dengan frekuensi antara 20-20.000 Hz, atau gelombang yang dapat didengar. Dalam rambatannya gelombang bunyi mempunyai besaran kecepatan, frekuensi dan panjang gelombang. Sebagaimana gelombang cahaya, gelombang bunyi dapat dipantulkan oleh suatu benda tegar, dimana benda pemantul merupakan tempat simpul gelombang stasioner yang terjadi dari hasil superposisi antara gelombang datang dan gelombang pantul. Fenomena resonansi terjadi apabila sebuah sistem berosilasi dipengaruhi oleh sederet pulsa periodik yang sama atau hampir sama dengan salah satu frekuensi alami dari osilasi sistem. Sistem tersebut akan berosilasi dengan amplitudo yang relatif besar atau amplitudo maksimal. Salah satu contoh terjadinya persitiwa resonansi adalah pada tali yang terikat kedua ujungnya kemudian terjadi gelombang datang dan gelombang pantul yang berlawanan arah rambatnya. Peristiwa resonansi merupakan peristiwa bergetarnya suatu sistem fisis dengan nilai frekuensi tertentu akibat dipengaruhi oleh sistem fisis lain (sumber) yang bergetar dengan frekuensi tertentu pula dimana nilai kedua frekuensi ini sama. Peristiwa ini dapat diamati dengan menggunakan kolom udara. Kolom udara dapat dibuat dengan menggunakan tabung yang disambungkan dengan audio generator dan osiloskop. Sistem fisis sumber adalah audio generator yang dapat menghasilkan gelombang bunyi dengan nilai frekuensi bervariasi, sedangkan sistem fisis yang ikut bergetar adalah molekul-molekul udara yang bergetar karena variasi tekanan. Gelombang yang terbentuk dalam kolom udara merupakan gelombang bunyi berdiri. Peristiwa resonansi terjadi saat frekuensi sumber nilainya sama dengan frekuensi gelombang bunyi pada kolom udara yang dicirikan dengan terdengarnya bunyi yang paling nyaring (amplitudo maksimal). Ketika gelombang bunyi melewati udara maka molekul - molekul udara berpindah dari kedudukan awalnya secara sinusoidal. Karena perpindahan secara sinusoidal ini maka terjadi variasi tekanan dan kerapatan yang juga secara sinusoidal. Di tempat yang kerapatannya tinggi maka tekanannya juga tinggi. Berdasarkan hukum gas ideal bahwa tekanan berbanding lurus dengan kerapatannya pada kondisi temperaturnya konstan.



Hubungan antara perpindahan dan tekanan ialah bahwa ditempat yang tekananannya tinggi maka perpindahannya nol dan sebaliknya ditempat yang tekanannya nol maka perpindahan molekulnya besar. Pulsa tekanan/perpindahan merambat melalui medium, ketika pulsa tekanan itu mencapai telinga bagian luar manusia ,maka akan terasa variasi kecil tekanan udara yang akan menyebabkan bergetarnya gendang telinga ,sehingga otak kita akan mendeteksi adanya bunyi. Bunyi dapat merambat didalam medium tapi tidak dapat merambat diruang hampa. Cepat rambat bunyi dalam medium berbeda beda tergantung pada jenis mediumnya. Pada percobaan ini akan dilakukan pengukuran cepat rambat bunyi di udara dengan cara membangkitkan gelombang bunyi berdiri diudara. Dengan mengukur panjang gelombang bunyi berdiri yang terbentuk λ dan mengetahui frekuensi signal audio generator f maka cepat rambat bunyi V diudara dapat ditentukan: V=λ.f Resonansi terjadi jika frekuensi nada dasar atau nada atas dari kolom udara sama dengan frekuensi garpu penala. Bila resonansi terjadi pada nada dasar, maka terdapat satu simpul dan satu perut pada saat itu berarti berlaku: .........................................................................................(1.1) Kolom udara



Gambar 2. Kolom udara L1 Dengan L1 : panjang kolom udara di dalam tabung minimum ketika terjadi resonansi untuk yang pertama kali, dan λ : panjang gelombang bunyi di udara. Bila yang beresonansi adalah nada atas pertama maka akan terdapat dua simpul dan dua perut, maka aka berlaku : .................................................................................................(1.2)



Gambar 3. Kolom udara L2 Dengan L2 : panjang kolom udara yang kedua setelah panjang minimum saat terjadi resonansi, atau panjang kolom udara ketika terjadi resonansi untuk kedua kalinya.



Selanjutnya untuk nada dasar yang ke-n, terdapat n simpul dan juga n perut, akan memberikan panjang kolom udara ln dengan (n = 1,2,3,…) akan memenuhi persamaan : atau



....................................................(1.3)



Dengan demikian λ rata-rata dapat dihitung jika setiap terjadi resonansi panjang kolom udara diukur. Jika cepat rambat di udara adalah v sedangkan frekuensi audio generator f dan panjang gelombang λ akan berlaku hubungan: .............................................................................................................(1.4) Kombinasi persamaan persamaan (1.1) dan (1.4) akan memberikan hubungan: .........................................................................................(1.5) Sedangkan kombinasi antara persamaan (1.3) dan (1.4) akan memberikan hubungan: , , , . Diperoleh persamaan:



..........................................................(1.6)



dimana n= 1,2,3,.... adalah orde resonansi dan



C. ALAT DAN BAHAN 1. Speaker kecil



.



2. Signal generator atau audio generator 3. Mikrophone mini 4. Osciloscope dual trace dan 2 probe 5. Penggaris 6. Pipa kaca dan piston 7. Kabel penghubung



D. RANGKAIAN ALAT DAN LANGKAH KERJA



Gambar 3. Rangkaian Alat



1. Menentukan cepat rambat gelombang dengan variasi panjang kolom. a. Merangkai alat seperti pada gambat di atas. b. Menghubungkan sumber suara ke audio generator dengan kabel penghubung. c. Menghubungkan penggeser piston ke pendektesi suara. d. Menghubungkan osiloskop ke pendeteksi suara. e. Menempatkan piston pada skala. f. Setelah semuanya terhubung, memeriksa rangkaian yang akan digunakan sebelum menghidupkan osiloskop dan audio generator. g. Menghidupkan audio generator dan osiloskop. h. Mengkalibrasikan osiloskop. i.



Menempatkan piston pada skala yang menjadi variasi panjang kolom udara.



j.



Memutar pada pengatur frekuensi AFG untuk mendapatkan dengungan ( suara keras ) yang pertama dengan mengamati jarum pada pendeteksi suara hingga menyimpang maksimum.



k. Setelah menemukan bunyi keras pertama (resonansi pertama) berhenti memutar pengatur frekuensi. l.



Mengamati gelombang yang terjadi pada layar osiloskop.



m. Menentukan berapa jarak resonansi dengan mengamati skala pada tabung resonansi. n. Mencatat fekuensi yang ditunjukkan oleh alat pada tabel pengamatan. o. Menggeser piston pada jarak yang telah ditentukan lalu memutar pengatur frekuensi pada AFG hingga menemukan bunyi keras kedua oleh sumber suara dengan mengamati jarum pada pendeteksi suara menyimpang maksimum kedua. p. Setelah menemukan bunyi keras kedua berhenti memutar pengatur frekuensi. q. Mengamati gelombang yang terjadi pada layar osiloskop. r. Mencatat frekuensi yang ditunjukkan alat. s. Mengulangi langkah i-r dengan variasi panjang kolom udara.



2. Menentukan cepat rambat bunyi di udara dengan variasi frekuensi.



a. Merangkai alat seperti pada gambar di atas. b. Menempatkan piston pada skala nol. c. Menghubungkan sumber suara ke audio generator dengan kabel penghubung. d. Menghubungkan penggeser piston ke pendeteksi suara. e. Menghubungkan osiloskop ke pendeteksi suara. f. Mengatur frekuensi dan memilih gelombang yang diiinginkan pada audio generator. g. Setelah semuanya terhubung, memeriksa dulu rangkaian sebelum menghidupkan osiloskop dan audio generator. h. Mengkalibrasikan osiloskop. i.



Menghidupkan osiloskop dan audio generator.



j.



Menggeser piston ke kanan sampai menemukan bunyi keras pertama oleh sumber suara dengan mengamati jarum pada pendeteksi suara hingga menyimpang maksimum.



k. Setelah menemukan bunyi keras pertama ( resonansi pertama ) berhenti menggeser pistonnya. l.



Mengamati gelombang yang tejadi pada layar osiloskop.



m. Menentukan berapa jarak resonansi pertama ( L1 ) dengan mengamati skala pada tabung resonansi. n. Mencatat jarak resonansi pertama pada tabel pengamatan. o. Menggeser piston ke kanan lagi sampai menemukan bunyi keras kedua oleh sumber suara dengan mengamati jarum pada pendeteksi suara hingga menyimpang maksimum yang kedua. p. Setelah menemukan bunyi keras kedua ( resonansi kedua ) berhenti menggeser pistonnya. q. Mengamati gelombang yang terjadi pada layar osiloskop. r. Menentukan berapa jarak resonansi kedua (L2) dengan mengamati skala pada tabung resonansi. s. Mencatat jarak resonansi kedua pada tabel pengamatan. t. Mengulangi percobaan dari j-s dengan variasi frekuensi. u. Menghitung jarak antara resonansi pertama ke resonansi kedua dengan menghitung selisih dari jarak resonansi kedua dengan jarak resonansi pertama. v. Menghitung panjang gelombang. w. Menghitung cepat rambat bunyi.



E. DATA PENGAMATAN 1. Menentukan cepat rambat bunyi di udara dengan variasi frekuensi. No



Frekuensi



Perut



Simpul



1



1500



3



9,4



16



21,6



27,4



32,8



39,2



44,6



2000



0,4



7,2



2000



9,4



13,6



2000



18,6



24,8



2000



27



32,6



2000



36



40,8



44,8



48,8



9,2



5



2



3



2500



4



5



2500



16,4



12,2



2500



23,4



19



2500



30,4



26



2500



37,2



33,2



2500



44,2



40,4



51



47



3000



2,4



5,2



3000



8,8



11



3000



14



18



3000



19,8



22,4



3000



26



28,6



3000



31,4



34,4



3000



37,2



40,2



3000



43



45



48



52



3320



1,8



4,8



3320



7



10



3320



12



15,4



3320



17,5



20,6



3320



22,6



25,8



3320



28



31



3320



33



36,2



3320



38,2



41,2



43,6



46,6



F. ANALISIS Data yang digunakan praktikan untuk pengolahan data No.



L (10-2 m)



Frekuensi (Hz)



Perut



simpul



3



9,4



16



21,6



27,4



32,8



0,4



7,2



9,4



13,6



18,6



24,8



9,2



5



16,4



12,2



23,4



19



2,4



5,2



8,8



11



14



18



1,8



4,8



7



10



12



15,4



1



1500 2



2000 3



2500 4



3000 5



3320



Perhitungan V teori V



√



T ( Suhu Ruangan ) = 28 = 28



+ 273



= 301 K R (konstanta gas universal) = 8,314 J/mol.K M ( Massa molar gas, 1 mol gas ) = 29 x 10-3 kg/mol ( konstanta yang bergantung pada jenis gas ) untuk udara 1,4 √ teori = 347,5 m/s Perhitungan Delta L pada Perut gelombang 1) Pada frekuensi 1500 Hz



L1 = 3 cm L2 = 16 cm L3 = 27,4 cm Delta L1 = L2 – L1 = 16 – 3 = 13 cm Delta L2 = L3 – L2 = 27,4 – 16 = 11,4 2) Pada frekuensi 2000 Hz L1 = 0,4 cm L2 = 9,4 cm L3 = 18,6 cm Delta L1 = L2 – L1 = 9,4 – 0,4 = 9 cm Delta L2 = L3 – L2 = 18,6 – 9,4 = 9,2 cm 3) Pada frekuensi 2500 Hz L1 = 9,2 cm L2 = 16,4 cm L3 = 23,4 cm Delta L1 = L2 – L1 = 16,4 – 9,2 = 7,2 cm Delta L2 = L3 – L2 = 23,4 – 16,4 = 7 cm 4) Pada frekuensi 3000 Hz L1 = 2,4 cm L2 = 8,8 cm L3 = 14 cm Delta L1 = L2 – L1 = 8,8 – 2,4



= 6,4 cm Delta L2 = L3 – L2 = 14 – 8,8 = 5,2 cm 5) Pada frekuensi 3320 Hz L1 = 1,8 cm L2 = 7 cm L3 = 12 Delta L1 = L2 – L1 = 7 – 1,8 = 5,2 cm Delta L2 = L3 – L2 = 12 – 7 = 5 cm Perhitungan delta L pada simpul digelombang 1) Pada frekuensi 1500 Hz L1 = 9,4 cm L2 = 21,6 cm L3 = 32,8 cm Delta L1 = L2 – L1 = 21,6 – 9,4 = 12,2 cm Delta L2 = L3 – L2 = 32,8 – 21,6 = 11,2 cm 2) Pada frekuensi 2000 Hz L1 = 7,2 cm L2 = 13,6 cm L3 = 24,8 cm Delta L1 = L2 – L1 = 13,6 – 7,2 = 6,4 cm Delta L2= L3 – L2 = 24,8 – 13,6 = 11,2 cm



3) Pada frekuensi 2500 Hz L1 = 5 cm L2 = 12,2 cm L3 = 19 cm Delta L1 = L2 – L1 = 12,2 – 5 = 7,2 cm Delta L2 = L3 – L2 = 19 – 12,2 = 6,8 cm



4) Pada frekuensi 3000 Hz L1 = 5,2 cm L2 = 11 cm L3 = 18 cm Delta L1 = L2 – L1 = 11 – 5,2 = 5,8 cm Delta L2 = L3 – L2 = 18 – 11 = 7 cm 5) Pada frekuensi 3320 Hz L1 = 4,8 cm L2 = 10 cm L3 = 15,4 cm Delta L1 = L2 – L1 = 10 – 4,8 = 5,2 cm Delta L2 = L3 – L2 = 15,4 – 10 = 5,4 cm



̅̅̅̅ (10-2 m)



∆L (10-2 m) No



1



2



3



4



5



Frekuensi (Hz)



1500



2000



2500



3000



3320



Perut



simpul



13



12,2



11,4



11,2



9



6,4



9,2



11,2



7,2



7,2



7



6,8



6,4



5,8



5,2



7



5,2



5,2



5



5,4



Perut



Simpul



12,2



11,7



9,1



8,8



7,1



7



5,8



6,4



5,1



5,3



PERUT



|



|



|



|



| |



| |



|



|



|



|



Ketepatan = 100% - Kesesatan = 100% - 5,5% = 94,5 %



SIMPUL



|



|



|



|



|



|



|



|



| |



| |



Ketepatan = 100% - kesesatan = 100% - 5,3% = 94,7%



RALAT GRAFIK Untuk variasi frekuensi dan panjang kolom udara. (



)



( ) ( ) ( )



y ̅



∑ ∑



m



x



, , , ,



|



|



|



|



x 100%



G. PEMBAHASAN Percobaan resonansi yang kami lakukan bertujuan untuk menentukan cepat rambat gelombang bunyi di udara, sesuai dengan persamaan v = λ.f, kami memvariasikan frekuensi sebesar (1500,2000,2500,3000,3320)Hz. Variasi frekuensi yang di lakukan dalam percobaan ini bertujuan untuk menunjukkan bahwa cepat rambat suatu gelombang (bunyi) bersifat kostan terhadap suatu medium, jadi berapapun nilai frekuensinya cepat rambatnya tetap sama, yaitu mendekati (vteori = 340 m/s). Frekuensi bunyi diperoleh dari pengeras suara yang dihubungkan dengan pembangkit frekuensi audio kemudian dimasukan ke dalam lubang tabung. Sumber bunyi tersebut akan menggetarkan partikel udara yang ada di dalam tabung resonansi. Resonansi yang dimaksud ditandai oleh intensitas bunyi yang terdengar paling keras dibandingkan dengan keadaan lainnya pada panjang kolom tabung tertentu. Hal ini terjadi karena terjadi superposisi konstruktif, antara partikel udara yang bergetar dengan gelombang bunyi datang. Nilai tiap frekuensi dilakukan pengukuran panjang perut pertama dan perut kedua serta panjang simpul pertama dan simpul kedua untuk menentukan panjang gelombang bunyi. Perut gelombang ditandai dengan terdengarnya bunyi paling keras, hal ini ditunjukan pada soundmeter yang menyimpang, menunjuk skala paling besar. Perut gelombang juga ditunjukkan melalui gambar osiloskop, yang memperlihatkan gambar pada chanel 2 mempunyai amplitudo paling tinggi. Hal ini disebabkan karena saat itu terjadi superposisi konstruktif sehingga menyebabkan amplitudo pada chanel 2 lebih tinggi daripada chanel 1. Di saat inilah terjadi bunyi paling keras yang menunjukkan tejadinya resonansi. Simpul gelombang ditandai dengan terdengarnya bunyi paling lemah, hal ini ditunjukkan pada soundmeter yang menunjukkan angka 0. Simpul gelombang juga ditunjukkan melalui gambar osiloskop, yang memperlihatkan gambar pada chanel 2 mempunyai amplitudo paling rendah. Hal ini disebabkan karena saat itu terjadi superposisi destruktif sehingga menyebabkan terdengarnya bunyi paling lemah. Perubahan nilai frekuensi mempengaruhi panjang jarak antara perut pertama dan perut kedua serta simpul pertama dan simpul kedua. Perubahan jarak tersebut menunjukkan perubahan nilai panjang gelombang, karena jarak antar perut maupun antar simpul merupakan panjang setengah gelombang. Berdasarkan hasil percobaan, dapat disimpulkan bahwa panjang gelombang berbanding terbalik dengan nilai frekuensi, semakin besar nilai frekuensi maka panjang gelombang akan semakin kecil. Dari data pengamatan didapatkan cepat rambat gelombang bunyi berdasarkan jarak antar perut sebesar



, dengan kesesatan



dan ketepatan sebesar 94,5 % sedangkan berdasarkan simpul didapatkan nilai sebesar 366 m/s, dengan kesesatan sebesar



, ketepatan sebesar 94,7% jadi percobaan ini dikatakan



berhasil karena mendekati nilai teori. Pembahasan Gambar gelombang pada percobaan resonansi Percobaan ini dilakukan pada tabung resonansi terbuka ( pipa organa terbuka ) di mana kedua ujung tabung tanpa ad penghalang atau penutup. Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui amplitudo yang dihasilkan oleh perbedaan frekuensi yang digunakan. Percobaan dilakukan dengan menggunakan 5 variasi frekuensi (Hz), yaitu 1500,2000,2500,3016,dan 3320. Dari hasil praktikum dapat dilihat pada lembar lampiran, bentuk gelombang yang dihasilkan oleh osiloskop menghasilkan amplitudo yang berbeda – beda sesuai dengan frekuensi yang digunakan. Dari praktikum yang dilakukan dapat dilihat :



No.



Frekuensi(Hz)



Simpangan



Simpangan Minimum



Maksimum yang



yang ditunjukkan



ditunjukkan oleh



oleh Sound level



Sound level meter



meter



1.



1500



4,5



0



2.



2000



1



0



3.



2500



1



0



4.



3016,3



3



0



5.



3320



3,5



0



Amplitudo maksimum dapat diamati gejalanya pada Sound Level Meter yang menunjukkan nilai maksimum dari frekuensi yang digunakan dan amplitudo minimum ditunjukkan oleh nilai 0 ( nol ) pada Sound Level meter. Dari hasil praktikum diatas ( pipa organa terbuka ), Amplitudo maksimum dapat terjadi pada perut gelombang. Hal ini sesuai dengan perumusan simpangan maksimum pada pipa organa terbuka, yaitu bernilai pada saat sin ωt bernilai 1. Dan pada amplitudo minimum dapat terjadi pada simpul, yaitu bernilai nol pada saat sin ωt bernilai 0 ( nol ).



H. Kesimpulan 1. Gejala resonansi bunyi ditandai oleh intensitas bunyi yang terdengar paling keras dibandingkan dengan keadaan lainnya pada panjang kolom tabung tertentu, hal tersebut terjadi karena adanya superposisi konstruktif, antara partikel udara yang bergetar dengan gelombang bunyi datang. 2. Perubahan nilai frekuensi mempengaruhi panjang jarak antara perut pertama dan perut kedua serta simpul pertama dan simpul kedua, dari percobaan didapatkan bahwa panjang gelombang berbanding terbalik dengan nilai frekuensi, semakin besar nilai frekuensi maka panjang gelombang akan semakin kecil.



DAFTAR PUSTAKA Khanafiyah, Siti dan Elianawati. 2007. Fenomena Gelombang. Semarang: H20 Publishing Tipler, P.A.1991.Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid 1. Jakarta:Erlangga. Sinaga, P. ____. PHYSICS LABORATORY INSTRUCTION MANUAL. Di unduh dalam http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/196204261987031PARLINDUNGAN_SINAGA/INSTRUCTION_MANUAL_EkFis_1_dan_2.pdf (tanggal 1 Mei 2014) Sugiyanto, Aan dan Eus Sustini. 2011. Kajian Fenomena Resonansi Gelombang pada Beberapa Alat Musik dan Animasinya dalam Ponsel Menggunakan Flashlite. Di unduh



dalam



http://dosen.narotama.ac.id/wpcontent/uploads/2012/02/Kajian



Fenomena-Resonansi-Gelombang-pada-Beberapa-Alat-Musik-dan-Animasinyadalam-Ponsel-Menggunakan-Flashlite.pdf http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/469/jbptunikompp-gdl-janautama-23432-17-module-i.doc http://ff12klsc.weebly.com/uploads/1/3/6/5/13650042/laporan_praktikum_g1.docx