2 blog ilmu pelajaran: Persamaan Efek Doppler

Sumber bunyi berasal dari benda yang menghasilkan bunyi. Sebuah benda dapat menghasilkan bunyi karena bergetar sehingga menghasilkan frekuensi yang bisa terdengar. Bunyi yang dapat didengar oleh manusia memiliki frekuensi antara 20 Hz sampai dengan 20.000 Hz. Dari sumber bunyi, bunyi dapat terdengar oleh pendengar karena merambat melalui medium perantara seperti udara, air, atau benda padat. Bunyi yang membutuhkan medium perantara dalam merambat disebut gelombang mekanik. Beberapa contoh gelombang mekanik antara lain adalah gelombang pada tali, air, slinki, dan gelombang bunyi.

Sumber bunyi yang bergerak dapat terdengar lebih rendah atau lebih tinggi. Misalnya pada sebuah ambulance yang bergerak dari kejauhan menuju seseorang yang sedang diam berdiri. Frekuensi sirine ambulance yang menjauhi pendengar yang diam akan terdengar semakin rendah. Sedangkan frekuensi sirine ambulance yang mendekati pendengar yang diam akan terdengar semakin tinggi. Nyatanya, frekuensi suara sirine dari ambulance tersebut dibunyikan dengan frekuensi yang sama besar. Sehingga, seharusnya suara sirine tidak akan mengalami perubahan dan terdengar sama kuat. Mengapa bisa terjadi demikian? Peristiwa ini terjadi karena dua objek memiliki kecepatan yang berbeda.

Permasalahan perbedaan frekuensi bunyi dari benda bergerak dengan kecepatan berbeda dijelaskan melalui bahasan Efek Doppler. Persamaan Efek Doppler merumuskan hubungan besar frekuensi yang didengar oleh pengamat/pendengar dengan besar frekuensi sumber bunyi. Bagaimanakah bentuk persamaan Efek Doppler? Bagaimana penggunaan persamaan tersebut dalam menyelesaikan soal terkait peristiwa yang berhubungan dengan Efek Doppler? Sobat idschool dapat mencari tahu lebih jauh melalui ulasan di bawah.

Rumus pada Efek Doppler

Besar frekuensi pada sumber bunyi memiliki nilai yang sama dari waktu – ke waktu. Namun, bunyi tersebut terdengar seakan – akan memiliki besar frekuensi yang berbeda saat didengar oleh pengamat ketika sumber bunyi atau pengamat memiliki kecepatan yang berbeda. Peristiwa tersebut sering disebut dengan Efek Doppler. Persamaan dalam Efek Doppler menyatakan hubungan antara besar frekuensi yang didengar oleh pengamat (f_p) dan frekuensi pada sumber bunyi (f_s).

Besarnya frekuensi yang didengar oleh pengamat dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor – faktor tersebut adalah kecepatan medium, kecepatan sumber bunyi, dan kecepatan pendengar/pengamat. Persamaan hubungan frekuensi sumber dan frekuensi yang didengar oleh pendengar diberikan seperti berikut.

Penggunaan tanda positif (+) atau negatif (–) pada rumus efek doppler di atas disesuaikan dengan kondisi pendengar dan sumber bunyi. Beberapa kondisi yang dapat terjadi adalah sebagai berikut.

Sumber bunyi dan pendengar saling mendekat: pembilang positif (+), penyebut negatif (−)
Sumber bunyi dan pengamat saling menjauh: pembilang negatif (−), penyebut positif (+)
Sumber bunyi berada di belakang pendengar dan bergerak searah: pembilang negatif (−), penyebut positif (+)
Sumber bunyi berada di depan pendengar dan bergerak searah: pembilang positif (+), penyebut negatif (−)

Atau dapat juga menggunakan kondisi berikut.

Kecepatan pendengar (V_p) bernilai positif ketika mendekati sumber bunyi dan bernilai negatif ketika menjauhi sumber bunyi
Kecepatan sumber bunyi (V_s) bernilai positif jika menjauhi pendengar dan bernilai negatif jika mendekati pendengar
Untuk V_p dan V_s dalam keadaan diam, nilainya akan sama dengan 0 sehingga tanda positif/ negatif pada pembilang/penyebut tidak mempengaruhi hasil.

Contoh Soal dan Pembahasan

Sobat idschool dapat menambah kemampuan pemahaman materi bahasan di atas melalui beberapa contoh soal yang akan diberikan di bawah. Setiap contoh soal yang diberikan dilengkapi dengan pembahasannya. Sobat idschool dapat menggunakan pembahasan soal tersebut sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal. Selamat berlatih!

Contoh 1 – Soal Mencari Frekuensi Sumber Bunyi pada Efek Doppler

Kereta bergerak dengan laju 72 km/jam menuju stasiun sambil menyembunyikan peluitnya. Bunyi peluit kereta api tersebut terdengar oleh kepala stasiun dengan frekuensi 680 Hz. Diketahui bahwa laju suara di udara adalah 340 m/s. Besar frekuensi peluit kereta api tersebut adalah ….
A. 640
B. 648
C. 654
D. 660
E. 672

Pembahasan:

Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh informasi berikut.

Laju kereta: V_s = –72 km/jam (bernilai negatif karena sumber bunyi mendekati pengamat/pendengar)
Laju pendengar/kepala stasiun: V_p = 0 m/s (karena dalam posisi diam)
Frekuensi bunyi yang di dengar kepala stasiun: f_p = 680 Hz
Laju suara di udara: V_u = 340 m/s

Mengubah satuan laju kereta dari km/jam menjadi m/s:

V_s = 72 km/jam
V_s = 72 × ^1.000/_3.600 m/s
V_s = ^72.000/_3.600 m/s
V_s = 20 m/s

Menghitung besar frekuensi peluit/sumber:

Cara Menghitung Frekuensi yang Didengar Pengamat dengan Persamaan Efek Doppler

Besar frekuensi peluit kereta api tersebut adalah 640 Hz.

Jawaban: A

Contoh 2 – Soal Mencari Kecepatan Sumber Bunyi pada Efek Doppler

Seseorang mengendarai sepeda motor dengan kecepatan 36 km/jam mendekati mobil yang membunyikan kelakson frekuensi klakson mobil 690 Hz. Bunyi tersebut terdengar oleh pengendara sepeda motor dengan frekuensi 700 Hz. Diketahui kecepatan cepat rambat gelombang bunyi di udara adalah 340 m/s, besar kecepatan mobil tersebut adalah ….
A. 25 m/s
B. 20 m/s
C. 15 m/s
D. 10 m/s
E. 5 m/s

Pembahasan:

Berdasarkan informasi pada soal dapat diperoleh informasi bahwa:

Kecepatan motor (sebagai pengamta): V_p = 36 km/jam (bernilai positif karena pengamat/pendengar mendekati sumber bunyi)
Frekuensi sumber bunyi: f_s = 690 Hz
Frekuensi yang di dengar pengamat/pengendara motor: f_p = 700 Hz
Cepat rambat bunyi di udara: V_u = 340 m/s

Mengubah satuan kecepatan pengendara motor dari km/jam menjadi m/s:

V_s = 36 km/jam
V_s = 36 × ^1.000/_3.600 m/s
V_s = ^36.000/_3.600 m/s
V_s = 10 m/s

Menghitung kecepatan pengendara motor:

Jadi, kecepatan mobil tersebut adalah 5 m/s.

Jawaban: E

Demikianlah tadi ulasan materi persamaan Efek Doppler yang memuat bahasan hubungan frekuensi bunyi oleh pendengar/pengamat dan sumber bunyi. Terimakasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat.

Sumber gini.com