Getaran dan Gelombang
Getaran dan Gelombang
March 14, 2021
Cahaya, Cermin, dan Lensa
July 14, 2021
Telepon-Kaleng

Telepon-Kaleng

BACKGROUND READING:

FREKUENSI, KARAKTERISTIK, DAN HUKUM PEMANTULAN BUNYI

“Tanpa adanya medium atau zat perantara, bunyi tidak dapat merambat. Namun tahukah kamu pada frekuensi berapa bunyi dapat di dengar oleh manusia? bagaimana karakteristik bunyi? dan bagaimana hukum pemantulan bunyi? Ayoo… kita cari tahu bersama.”

A. Frekuensi Bunyi

Bunyi ditimbulkan oleh benda-benda yang bergetar. Bunyi sampai di telinga karena merambat dalam bentuk gelombang. Gelombang yang tersusun dari rapatan dan regangan adalah gelombang longitudinal. Bunyi dapat merambat melalui medium atau zat perantara. Syarat terdengarnya bunyi ada tiga yaitu ada sumber bunyi, medium (zat perantara), dan alat penerima (pendengar). Berdasarkan frekuensinya, bunyi dibagi menjadi tiga yaitu infrasonik, audiosonik, dan ultrasonik.

  1. Bunyi infrasonik memiliki frekuensi kurang dari 20 Hz. Bunyi ini dapat di dengar oleh hewan-hewan tertentu seperti jangkrik dan anjing.
  2. Bunyi audiosonik memiliki frekuensi antara 20-20.000 Hz. Bunyi ini dapat didengar oleh manusia.
  3. Bunyi ultrasonik memiliki frekuensi lebih dari 20.000 Hz. Bunyi ini dapat didengar oleh hewan lumba-lumba, kelelawar, dan anjing.

B. Karakteristik Bunyi

Kita dapat membedakan bunyi piano dan gitar karena setiap bunyi memiliki frekuensi, amplitudo, dan warna bunyi yang berbeda meskipun perambatannya terjadi pada medium yang sama. Adapun karakteristik bunyi dapat dibedakan sebagai berikut.

  1. Tinggi rendah dan kuat lemah bunyi
    Tinggi rendahnya nada ditentukan oleh frekuensi bunyi. Semakin besar frekuensi bunyi, maka semakin tinggi nadanya. Sebaliknya, jika frekuensi bunyi kecil, maka nada akan semakin rendah. Kuat lemahnya suara ditentukan oleh amplitudonya. Semakin besar simpangannya (amplitudonya), maka semakin kuat suara tersebut. Tinggi rendah dan kuat lemahnya bunyi pada gitar, ditentukan oleh beberapa faktor sebagai berikut:
    • Panjang senar, semakin panjang senar, semakin rendah frekuensi yang dihasilkan.
    • Tegangan senar, semakin besar tegangan senar, semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.
    • Luas penampang senar, semakin kecil penampang senar, semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.
  2. Nada
    Bunyi musik akan lebih enak didengarkan karena bunyi musik memiliki frekuensi getaran teratur yang disebut nada, sedangkan bunyi yang memiliki frekuensi yang tidak teratur disebut desah.
  3. Warna atau kualitas bunyi
    Kamu dapat membedakan bunyi yang bersumber dari alat music gitar, piano, dan lain-lain. Suara yang khas ini disebut kualitas bunyi atau yang sering disebut timbre. Pada manusia pun begitu, ada yang memiliki kualitas bunyi yang berbeda-beda.
  4. Resonansi
    Peristiwa ikut bergetarnya suatu benda akibat benda lain yang bergetar disebut resonansi. Resonansi dapat terjadi pada kolom udara yang dimanfaatkan manusia dalam berbagai alat musik. Keuntungan dari resonansi adalah memperkuat bunyi asli untuk berbagai alat musik. Kerugian dari resonansi bunyi adalah rusaknya sistem pendengaran karena bunyi yang terlalu kuat dan keras seperti bom, gemuruh, atau bunyi kendaraan yang dapat menggetarkan kaca jendela rumah.

C. Hukum Pemantulan Bunyi

Berikut ini adalah hukum pemantulan bunyi:

1. Arah bunyi dating, bunyi pantul, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.

2. Besarnya sudut dating (i) sama dengan besarnya sudut pantul (r).

Terdapat kegunaan dalam pemantulan bunyi yaitu bunyi pantul yang memperkuat bunyi asli, gema, dan gaung.

  1. Bunyi pantul yang memperkuat bunyi asli, hal ini disebabkan oleh jarak sumber bunyi dan dinding pemantul berdekatan sehingga selang waktu antara bunyi asli dan bunyi pantul sangat kecil. Bunyi asli dan bunyi pantul akan terdengar hampir bersamaan, sehingga bunyi asli terdengar lebih keras.
  2. Gaung atau kerdam adalah bunyi pantul yang sebagian terdengar bersama-sama dengan bunyi asli sehingga bunyi asli terdengar tidak jelas. Gaung biasanya terjadi pada ruang tertutup atau di dalam gedung. Untuk menghindari terjadinya gaung, dinding ruangan yang besar harus dilengkapi peredam suara yang terbuat dari bahan karet busa, karton tebal, karpet, dan bahan-bahan lain yang bersifat lunak.
  3. Gema adalah bunyi yang terdengar setelah bunyi aslli. Hal ini terjadi karena bunyi yang dating ke dinding tebing dan bunyi yang dipantulkannya memerlukan waktu untuk merambat. Gema biasanya terjadi di lereng gunung atau lapangan terbuka.

Info Menarik: “Perempuan atau Laki-laki yang Memiliki Suara Lebih Tinggi?”

Ilustrasi paduan suara
Ilustrasi perbedaan suara dalam paduan suara. Sumber: (image.google.com)

Perempuan atau Laki-laki yang Memiliki Suara Lebih Tinggi?
Pada orang dewasa, suara perempuan lebih tinggi dibandingkan suara laki-laki. Pita suara laki-laki 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 250 Hz. Mengapa dapat demikian? Nada suara manusia ditentukan oleh bentuk dan tekanan pada pita suara. Tekanan pita suara sendiri dikendalikan oleh otot-otot laring (pangkal tenggorokan). Semakin besar tekanan pada laring, maka getaran yang dihasilkan akan semakin cepat. Getaran pita suara pria lebih lambat sehingga menghasilkan suara dengan nada rendah. Selain itu, hormone juga menentukan rendah tingginya nada. Pria memiliki kadar testosterone tinggi yang menyebabkan nada suara menjadi lebih rendah.


PENERAPAN GETARAN DAN GELOMBANG PADA MANUSIA, HEWAN, DAN TEKNOLOGI

“Mengapa kelelawar tidak pernah menabrak benda meski ia beraktivitas pada malam hari? Bagaimana lumba-lumba dapat menemukan mangsanya dan berkomunikasi di dalam laut? Apakah ada hubungannya dengan getaran dan gelombang? Lantas teknologi apa yang menerapkan getaran dan gelombang?” “Ayoo… kita cari tahu bersama.”

A. Proses Pendengaran Manusia

Telinga manusia adalah organ yang berperan penting dalam proses pendengaran manusia. Telinga manusia terdiri atas tiga bagian yaitu bagian luar, bagian tengah, dan bagian dalam. Bagian telinga luar ada daun telinga dan saluran telinga.

  • Daun telinga berfungsi untuk mengumpulkan gelombang suara ke saluran telinga.
  • Saluran telinga berfungsi untuk menangkap debu yang masuk ke saluran telinga dan mencegah hewan kecil masuk ke dalam telinga.

Bagian telinga tengah terdiri atas gendang telinga dan tulang telinga.

  • Gendang telinga berfungsi untuk menangkap gelombang suara dan mengubahnya menjadi getaran yang diteruskan ke tulang telinga.
  • Tulang telinga berfungsi untuk meneruskan getaran dari gendang telinga ke rumah siput.

Bagian telinga dalam terdiri atas saluran eustachius, rumah siput, dan saluran gelang.

  • Saluran eustachius berfungsi untuk menghubungkan ruang telinga tengah dengan rongga mulut guna menjaga tekanan udara antara telinga tengah dengan saluran di telinga luar agar seimbang. Tekanan yang terlalu tinggi dapat mengakibatkan gendang telinga tertekan kuat sehingga dapat sobek.
  • Rumah siput merupakan saluran berbentuk spiral yang menyerupai rumah siput. Organ berisi ribuan sel rambut yang peka terhadap tekanan getaran. Getaran akan diubah menjadi impuls saraf di dalam sel rambut dan diteruskan oleh saraf ke otak.
  • Saluran gelang berfungsi untuk mengetahui posisi tubuh (alat keseimbangan).

Prose pendengaran manusia diawali dari lubang telinga yang menerima gelombang dari sumber suara. Gelombang suara yang masuk ke dalam lubang telinga akan menggetarkan gendang telinga (yang disebut membran timpani). Getaran membran timpani ditransmisikan melintasi telinga tengah melalui tiga tulang kecil, yang terdiri atas tulang martil, landasan, dan sanggurdi. Telinga tengah dihubungkan ke faring oleh tabung eustachius. Getaran dari tulang sanggurdi ditransmisikan ke telinga dalam melalui membran jendela oval ke koklea. Koklea merupakan suatu tabung yang bergulung seperti rumah siput. Koklea berisi cairan limfa. Getaran dari jendela oval ditransmisikan ke dalam cairan limfa dalam ruangan koklea. Di bagian dalam ruangan koklea terdapat organ korti. Organ korti berisi cairan sel-sel rambut yang sangat peka. Inilah reseptor getaran yang sebenarnya. Sel-sel rambut ini akan bergerak ketika ada getaran di dalam koklea, sehingga menstimulasi getaran yang diteruskan oleh saraf auditori ke otak.

Pendengaran Manusia

Sumber: Kemendikbud, 2017

B. Penerapan Getaran dan Gelombang pada Beberapa Hewan

Beberapa mamalia menggunakan daun telinga untuk memfokuskan suara yang diterima. Sistemyang digunakan untuk mendeteksi tempat dalam melakukan pergerakan dengan deteksi suara frekuensi tinggi (ultrasonik) disebut sonar (sound navigation and ranging). Hwan yang menggunakan sistem sonar adalah kelelawar, lumba-lumba, anjing, kucing, dan burung wallet.

1. Kelelawar

Adalah binatang nokturnal atau aktif di malam hari. Perlu kamu ketahui, bahwa kelelawar memiliki penglihatan yang kurang baik. Sehingga untuk mencari mangsa (makanan) dan menentukan arah navigasi, kelelawar akan mengeluarkan suara ultrasonik. Ketika kelelawar terbang, suara ultrasonik yang dikeluarkannya tersebut akan memantul.

Kelelawar
Kelelawar. Sumber: (lifescience.com)

Dari pantulan suara tersebut kelelawar mampu mendeteksi berapa jauh jaraknya dengan mangsa dan dalam kejauhan berapa. Frekuensi yang dapat didengar dan dikeluarkan kelelawar mencapai 3.000 Hz-120.000 Hz.

2. Anjing

Adalah binatang yang biasa dijadikan peliharaan. Lebih dari itu anjing memang memiliki kemampuan yang bagus dalam segi pendengaran dan penciuman. Anjing pun ternyata salah satu binatang mampu mengeluarkan suara ultarsonik mencapai 40.000 Hz.

Anjing
Anjing. Sumber: (nativebreed.org)
3. Kucing

Sama halnya dengan anjing, kucing pun acap kali dijadikan binatang peliharaan. Dari segi pendengaran pun kucing ternyata memiliki kemampuan sama layaknya anjing, frekuensi suara yang dapat dikeluarkan dan didengar oleh kucing mencapai 60.000 Hz.

Kucing
Kucing. Sumber: (www.bbc.com)

4. Lumba-lumba

Mamalia ini bernapas melalui lubang yang ada di atas kepalanya. Tepat di bawah lubang ini, terdapat kantung-kantung kecil berisi udara. Dengan mengalirkan udara melalui kantung-kantung ini, lumba-lumba menghasilkan bunyi dengan frekuensi tinggi. Kantung udara ini berperan sebagai cermin akustik yang memfokuskan bunyi yang dihasilkan gumpalan kecil jaringan lemak yang berada tepat di bawah lubang pernapasan. Frekuensi bunyi ultrasonik yang dimiliki lumba-lumba cukup tinggi mencapai 100.000 Hz.

Lumba-lumba
Lumba-lumba. Sumber: (drivetheworld.com)

Kemudian, bunyi ini dipancarkan ke arah sekitarnya secara terputus-putus. Gelombang bunyi lumba-lumba segera memantul kembali bila membentur suatu benda. Pantulan gelombang bunyi tersebut ditangkap di bagian rahang bawahnya yang disebut “jendela akustik”. Dari bagian tersebut, informasi bunyi diteruskan ke telinga bagian tengah, dan akhirnya ke otak untuk diterjemahkan. Pantulan bunyi dari sekelilingnya memberi informasi rinci tentang jarak benda-benda dari mereka, ukuran dan pergerakannya.

5. Burung Wallet

Burung yang acap dipelihara serta dimanfaatkan sarangnya ini sama halnya kelelawar, merupakan binatang nokturnal. Tak hanya aktif di malam hari, ternyata burung walet pun layaknya kelelawar untuk navigasi dan mencari mangsanya menggunakan frekuensi ultrasonik.

Walet
Walet. Sumber: (allaboutbirds.org)

C. Teknologi yang Menerapkan Konsep Getaran dan Gelombang

Terinspirasin oleh sistem sonar yang dimiliki beberapa hewan, diciptakanlah teknologi-teknologi canggih yang menggunakan konsep tersebut dan memanfaatkan gelombang dalam tahap kerjanya.

1. Sonar (Sound Navigation and Ranging)

Sonar digunakan untuk menentukan kedalaman dasar lautan yang diperoleh dengan cara memancarkan bunyi ke dalam air. Gelombang bunyi akan merambat menurut garis lurus hingga mengenai penghalang, misalnya dasar laut.

Ilustrasi pemanfaatan gelombang sonar dalam sistem navigasi
Ilustrasi pemanfaatan gelombang sonar dalam sistem navigasi. Sumber: (www.geologi.co.id)

Gelombang bunyi saat mengenai penghalang sebagian gelombang dipantulkan kembali ke kapal sebagai gema.

Ilustrasi rambatan gelombang sonar di dalam air
Ilustrasi rambatan gelombang sonar di dalam air. Sumber: (www.geologi.co.id)

Waktu yang diperlukan gelombang bunyi untuk bergerak turun ke dasar dan kembali ke atas diukur dengan cermat. Data waktu dan cepat rambat bunyi di air laut digunakan untuk menghitung jarak kedalaman laut menggunakan persamaan berikut.

Persamaan pada gelombang sonar
2. Sonikator

Merupakan alat yang digunakan untuk memberikan energi gelombang ultrasonic pada suatu bahan larutan atau campuran (sonifikasi). Kegunaan sonikator adalah mempercepat ekstraksi untuk pengambilan minyak, merusak atau menonaktifkan material organic, dan memancarkan gelombang ultrasonic pada serat selulosa.

Ilustrasi sonikator. Sumber: (lwww. aboplus.pl)

3. USG (Ultrasonografi)

USG (Ultrasonografi) merupakan teknik pencitraan untuk diagnosis dengan menggunakan gelombang ultrasonik. Frekuensi yang digunakan berkisar antara 1 – 8 MHz. Kegunaan USG adalah melihat struktur internal di dalam tubuh seperti tendon, otot, sendi, bayi yang berada dalam kandungan, serta penyakit seperti kanker. Proses pembentukan gambar dari bunyi dilakukan dengan tiga tahapan, yaitu pemancaran gelombang, penerimaan gelombang pantul, dan interpretasi gelombang pantul. Alat USG memancarkan berkas gelombang ultrasonik ke jaringan tubuh menggunakan alat pemancar sekaligus penerima gelombang transduser.

Ilustrasi ibu yang sedang di-USG. Sumber: (adviceacademy.com)

Gelombang yang dipancarkan akan dipantulkan sebagian oleh jaringan tubuh dengan besar yang beragam, baik jangka waktu pantulan dan besar kecil gelombang yang dipantulkan. Gelombang yang dipantulkan oleh jaringan tubuh kemudian diterima oleh transduser. Transduser mengubah gelombang yang diterima menjadi sinyal listrik, dihantarkan menuju komputer. Komputer memeroses dan mengubah sinyal listrik menjadi gambar.

3. Terapi Ultrasonik

Adalah terapi yang menggunakan gelombang ultrasonic untuk keperluan medis. Alat ini memancarkan gelombang dengan frekuensi tinggi (800-2000 kHz) pada jaringan tubuh. Keginaannya adalah untuk menangani keseleo pada ligament, otot, tendonitis, inflamasi sendir, dan osteoartritis, dan memecah endapan batu pada penderita batu ginjal.

Terapi ultrasonik. Sumber: (www.kurio.id)
4. Pengujian Ultrasonik

Teknik ini merupakan teknik pengujian dengan menyalurkan gelombang ultrasonic pada material yang diuji. Alat ini menggunakan gelombang dengan frekuensi 0,1 – 15 Mhz. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kerusakan pada benda, ketebalan, dan karakteristik benda. Keunggulan alat ini adalah memiliki daya yang tinggi untuk menembus bahan, memiliki sensitivitas yang tinggi, akurat, tidak berbahaya, dan mudah dibawa.

Ilustrasi pengujian ultrasonik. Sumber: (www.alatuji.com)
4. Pembersih Ultrasonik

Merupakan alat yang menggunakan gelombang ultrasonik dengan frekuensi 20-400 KHz dan cairan pembersih tertentu. Benda yang dibersihkan tidak perlu dibongkar karena pembersih ultrasonik menghasilkan gelembung-gelembung cairan pembersih yang terbentuk akibat adanya gelombang ultrasonik bertekanan tinggi. Pergerakan gelembung cairan menghasilkan gaya yang besar untuk melepas kotoran yang melekat pada benda. Benda yang dibersihkan seperti alat bedah, alat musik, alat laboratorium, dan alat elektronik tertentu.

Pembersih ultrasonik. Sumber: (www.biltema.dk)

TELUSUR, TULIS, DAN TERANGKAN

  1. Setelah selesai membaca tentang gelombang bunyi dan penerapannya, ayo kita coba amati sekitar kita dan temukan contoh penerapan lainnya tentang materi ini dan permasalahan yang terjadi lalu ceritakanlah dalam bentuk paragraf (latar belakang).
  2. Selanjutnya buatlah pertanyaan-pertanyaan dari permasalahan yang kamu temukan pada poin 1.
  3. Buatlah tujuan yang ingin kamu capai dan menjawab pertanyaan kamu pada poin 2.
  4. Latar belakang, rumusan masalah, dan tujuan pembelajaran ditulis pada buku latihan ya dan dikumpul ke gurumu pada pertemuan pertama saat membahas materi ini ya.
Ayu Candra Wesnawati
Ayu Candra Wesnawati
Penikmat melodi, penjelajah sastra, peneliti semesta. Aku menulis karena aku ada dan agar aku senantiasa ada sebagai bagian dari semesta. Aku berbagi karena semesta telah berbaik hati mengizinkan aku untuk menjadi bagian darinya. "Ilmu pengetahuan adalah berasal dari semesta, lahir dan tumbuh untuk kembali memberi manfaat bagi semesta", sebagaimana hutan yang rimbun yang menjadi paru-paru dunia, yang memberi kehidupan bagi setiap makhluk yang bersuaka di dalamnya - WANAPUSTAKA

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Buy now