Cepat Rambat Bunyi

Bagaimana konsep cepat rambat bunyi di setiap medium? Bicara mengenai bunyi merupakan gelombang mekanik. Gelombang mekanik merupakan suatu gelombang yang memerlukan medium untuk perambatan energi. Dalam hal ini, medium untuk merambatkan gelombang bunyi adalah partikel udara. Berdasarkan arah rambat dan getar partikel udara, bunyi merupakan gelombang longitudinal. Arah getar dan rambat gelombang ini selalu berada dalam arah yang sama. Sering pula bunyi disebut gelombang kompresional. Bahasa lainnya gelombang ini adalah gelombang tekanan. 

Medium Padat
Pada medium padat gelombang bunyi merambat paling cepat dibandingkan medium cair dan gas. Faktor yang mempengaruhinya adalah kerapatan dari medium dan juga elastisitas medium. Semakin tinggi tingkat elastisitas medium (E) dan kerapatannya rendah (rho) maka semakin tinggi cepat rambat bunyi di medium padat. Dalam bentuk persmaan matematika ditulis sebagai berikut:

Keterangan untuk rumus di atas adalah kecepatan (v), elastisitas medium padat (E), dan kerapatan medium dinyatakan dengan rho.

Kaji-1: Sebuah batang logam sepanjang 60 cm dijepit pada bagian tengahnya. Bantang tersebut beresonansi pada mode dasarnya ketika digerakan oleh gelombang gelombang longitudinal 3 kHz. Tentukanlah modulus young logam jika rapat massa jenis logam 8700  kg/m.m.m.

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Kecepatan gelombang dalam logam


Modulus Young pada logam dapat dihitung


Baca: Kecepatan Bunyi Aplikasinya dalam Soal Fisika

Latih-1: Sebuah batang logam sepanjang 120 cm dijepit pada bagian tengahnya. Bantang tersebut beresonansi pada mode dasarnya ketika digerakan oleh gelombang gelombang longitudinal 4 kHz. Tentukanlah modulus young logam jika rapat massa jenis logam 8000  kg/m.m.m.

Medium Cair

Hampir sama dengan perambatan pada medium padat. Cepat rambat bunyi pada medium air bergantung pada faktor elastisitas medium dan kerapatan. Elastistas medium pada keadaan ini, tentunya elastisitas medium cair yang sering disebut modulus Bulk (B), dan kerapatannya. Semakin besar nilai modulus Bulk dan rendahnya kerapatan medium menjadikan laju bunyi semakin tinggi.

Keterangan untuk rumus di atas adalah kecepatan (v), elastisitas medium cair (B), dan kerapatan medium dinyatakan dengan rho.

Kaji-1: Modulus bulk dan kerapatan jenis air laut masing-masing 2.156 x 10⁹ N/m² dan 1.1 x 10³ kg/m³. Pada eksperimen mengukur kedalaman laut dengan gema terukur bunyi dua detik sejak bunyi dipancarkan sampai gema pantulan diterima kembali. Tentukanlah kedalaman laut tersebut!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Kecepatan bunyi dalam medium air


Kedalaman laut


Latih-1: Modulus bulk dan kerapatan jenis air laut masing-masing 4 x 10⁹ N/m² dan 1 x 10³ kg/m³. Pada eksperimen mengukur kedalaman laut dengan gema terukur bunyi empat detik sejak bunyi dipancarkan sampai gema pantulan diterima kembali. Tentukanlah kedalaman laut tersebut!

Kaji-2: Modulus bulk dan kerapatan merkuri masing-masing 2.8 x 10⁹ N/m² dan 13.6 gr/cm³. Tentukanlah kecepatan bunyi merambat didalam merkuri tersebut.

Jawab:
Besaran yang diketahui


Kecepatan gelombang bunyi dalam merkuri


Latih-2: Modulus bulk dan kerapatan cairan kental masing-masing 18 x 10⁹ N/m² dan 3 gr/cm³. Tentukanlah kecepatan bunyi merambat didalam cairan kental tersebut.

Medium Gas

Pada medium gas, kelajuan cepat rambat bunyi ditentukan oleh faktor suhu udara dan massa relatif udara atau gas. Semakin tinggi suhu suatu udara maka semakin tinggi pula laju bunyi di udara. Hal sebaliknya terjadi jika massa relatifnya kecil maka laju bunyi semakin tinggi.

Keterangan untuk rumus di atas adalah kecepatan (v), konstanta Laplace (gamma), Konstanta gas universal (R), suhu mutlak (T), dan massa relatif gas (M).

Kaji-1: Gas hidrogen dan oksigen mempunyai tetapan Laplace yang sama. Pada temperatur yang sama, tentukanlah perbandingan kecepatan gas hidrogen terhadap oksigen!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Perbandingan kecepatan kedua gas 

 

Baca: Kecepatan Bunyi Aplikasinya dalam Soal Fisika

Latih-1: Gas helium dan oksigen mempunyai tetapan Laplace yang sama. Pada temperatur yang sama, tentukanlah perbandingan kecepatan gas hidrogen terhadap oksigen!