Cepat Rambat Bunyi (IPA)

Cepat Rambat Bunyi

Faktor yg mempengaruhi cepat rambat bunyi?
1. Kerapatan partikel medium yang dilalui bunyi. Semakin rapat susunan partikel medium maka semakin cepat bunyi merambat, sehingga bunyi merambat paling cepat pada zat padat.
2. Suhu medium, semakin panas suhu medium yang dilalui maka semakin cepat bunyi merambat. Hubungan ini dapat dirumuskan kedalam persamaan matematis (v = v0 + 0,6.t) dimana v0 adalah cepat rambat pada suhu nol derajat dan t adalah suhu medium.

Cepat rambat bunyi dipengaruhi oleh jenis medium perambatannya. Medium udara, air, zat padat dan suhu akan menghasilkan cepat rambat bunyi yang berbeda-beda.Semakin padat suatu medium makin rapat pula partikel dalam medium dan makin kuat gayakohesi diantara partikel medium tersebut. Sehingga suatu bagian dari medium yang bergetar akan menyebabkan bagian lain ikut bergetar secara cepat.Demikian pula dengan suhu suatu medium. Makin tinggi suhu suatu medium, makin cepatgetaran partikel-partikel dalam medium tersebut, sehingga proses perpindahan getaran semakin cepat.
Merambat Melalui Medium
Bagaimana bunyi merambat ketika kamu bertepuk tangan? Getaran yang dihasilkan oleh tepukan tanganmu menimbulkan gelombang longitudinal yang merambat melalui udara menuju temanmu. Proses ini serupa dengan apa yang kamu lihat ketika kamu membuat gelombang longitudinal pada pegas. Seperti diilustrasikan dalam Gambar 10.27, Tepukan tanganmu menyebabkan terjadinya rapatan dan renggangan di antara partikel-partikel di udara. Apakah bunyi hanya merambat melalui udara saja? Bunyi dapat merambat melalui zat padat, cair dan gas (sebagai contoh kayu, gelas, baja, air, udara). Kamu dapat menyelidiki hal ini melalui kegiatan dalam Lab Mini 10.3. Pikirkan lagi tentang radiomu. Pengeras suara dalam radiomu sebenarnya menggerakkan udara di depannya sehingga partikel-partikel udara itu bergetar. Jika tidak ada udara (medium) di depan pengeras suara itu, tidak akan terjadi bunyi. Tanpa medium untuk merambatkan getaran, tidak akan terjadi bunyi. Di permukaan bulan tidak ada atmosfer, sehingga tidak ada medium untuk merambatkan gelombang. Jadi tidak ada bunyi di bulan maupun di ruang hampa di tempat lain.

Cepat Rambat Bunyi
Jika seruling dan gitar dimain-kan bersamaan, kedua gelombang bunyi itu akan sampai di telingamu dalam waktu yang sama. Cepat rambat bunyi tidak bergantung pada jenis sumber bunyinya. Cepat rambat bunyi bergantung pada dua hal: jenis medium yang dilalui gelombang bunyi dan suhu medium. Udara merupakan medium yang paling sering dilalui gelombang bunyi yang kamu dengar, seperti bunyi angklung pada Gambar 10.28. Seperti telah kamu amati dalam Lab Mini 10.3, gelombang bunyi dapat merambat melalui berbagai jenis medium. Zat cair dan zat padat merupakan penghantar yang lebih baik daripada udara sebab partikel-partikel di dalam zat cair atau zat padat saling mempengaruhi lebih kuat daripada partikel-partikel udara. Hal ini mengakibatkan perpindahan energi gelombang bunyi di dalam zat padat atau zat cair menjadi lebih mudah daripada di udara. Perhatikan cepat rambat bunyi pada berbagai jenis bahan dalam Tabel 10.1.
Berkas:Angklung.jpg
Suhu medium juga merupakan faktor penting dalam menentukan cepat rambat bunyi. Pada saat suhu zat meningkat, molekul-molekulnya bergerak lebih cepat sehingga frekuensi tumbukan antar partikel lebih banyak. Meningkatnya tumbukan molekul ini akan lebih banyak memindahkan energi dalam waktu yang lebih singkat. Ini memungkinkan gelombang bunyi berpindah lebih cepat. Bunyi merambat melalui udara dengan cepat rambat 344 m/s, pada suhu 20° C, namun hanya dengan cepat rambat 332 m/s, pada suhu 0° C. Setelah membahas faktor-faktor yang mempengaruhi cepat rambat bunyi, jawablah pertanyaan dalam Gambar 10.29. Cepat rambat bunyi untuk medium tertentu dan suhu tertentu besarnya tetap. Gerak dengan kecepatan tetap ini disebut gerak lurus beraturan (GLB).


LAJU GELOMBANG BUNYI
Bunyi mempunyai cepat rambat yang terbatas. Bunyi memerlukan waktu untuk berpindah. Cepat rambat bunyi sebenarnya tidak terlampau besar. Cepat rambat bunyi jauh lebih kecil dibadingkan dengan cepat rambat cahaya. Karena bunyi termasuk gelombang, cepat rambat bunyi juga memenuhi persamaan cepat rambat gelombang. Cepat rambat bunyi merupakan jarak yang ditempuh bunyi tiap satuan waktu, yang secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :
v = s / t

Oleh karena bunyi merupakan suatu bentuk gelombang, maka :     
          λ
 v =           = f . λ
          T

Seperti untuk gelombang transversal di dalam sebuah tali, maka digunakan hukum-hukum gerak Newton, untuk menyatakan laju penjalaran gelombang longitudinal ini di dalam sifat elastis dan sifat inersia dari suatu medium. Kecepatan jalar gelombang bunyi ini bergantung pada interaksi dan sifat inersia  medium. Konstanta perbandingan perubahan tekanan pada sebuah benda, Δp, kepada bagian perubahan volume yag dihasilkan, yakni –ΔV/V, dinamakan modulus lenting elastisitas (bulk modulus of elasticity) B dari benda tersebut.
 B menyatakan interaksi antar molekul. Yakni :
               V . Δp
 B = -
          ΔV

B adalah positif (+) karena suatu penambahan tekanan akan menyebabkan suatu pengurangan volume. Dengan menyatakannya di dalam B, maka laju denyut longitudinal di dalam medium adalah :
v = √ B / ρo

    Jika medium tersebut adalah sebuah gas, seperti udara, maka kita mungkin menyatakan B di dalam tekanan gas yang tak terganggu ρo. Untuk sebuah gelombang bunyi di dalam suatu gas, maka di dapatkan :
v = √γ ρo / ρo
Di mana γ adalah sebuah konstanta yang dinamakan perbandingan kalor jenis-kalor jenis untuk gas tersebut. Jika medium tersebut adalah sebuah benda padat, maka modulus lenting digantikan oleh modulus regang (yang dinamakan modulus Young). Jika benda padat tersebut diperluas, maka harus diperhitungkan kenyataan bahwa, tidak seperti fluida, sebuah benda padat akan memancarkan resistans kepada gaya tangensial atau gaya geser dan laju gelombang longitudinal akan bergantung pada modulus geser seperti juga pada modulus lenting.
CEPAT RAMBAT BUNYI PADA MEDIUM PADAT, GAS, DAN CAIR
Cepat rambat bunyi pada berbagai medium perantara berbeda-beda. Bunyi akan paling baik dalam zat padat dan paling buruk dalam gas. Cepat rambat bunyi tergantung pada modulus elastisitas dan kerapatan material. Di dalam zat cair dan zat padat, yang tingkat kompresibilitasnya lebih kecil sehingga modulus elastisitasnya jauh lebih besar, bunyi merambat dengan kecepatan yang cukup tinggi.
Cepat Rambat Bunyi Dalam Zat Padat
Cepat rambat bunyi dalam zat padat tergantung pada modulus Young dan massa jenis zat padat.
    Dengan :  E = modulus Young (N/m2)
 v  =  √E / ρ       
    ρ  = massa jenis (kg/m3)

Cepat Rambat Bunyi Dalam Gas
Cepat rambat bunyi dalam gas tergantung pada suhu dan jenis gas.
             R . T            Cp
   v  =  √ γ            γ  =  
               Mr                Cv


Dengan :
        γ  =  konstanta Laplace
        R =  konstanta umum gas = 8,31 J/ mol K
              Mr =  massa molekul relative gas
        T  =  suhu gas (K)
        v  = cepat rambat bunyi (m/s)

Pada gas, cepat rambat bunyi sangat bergantung pada temperature. Sebagai contoh, cepat rambat bunyi di udara meningkat sebesar 0,60 m/detik untuk setiap derajat celcius kenaikan suhu.
v  =  331 + 0,60 T (m/detik)

Di mana T adalah temperature (oC). Sebagai contoh, pada temperature 20oC, bunyi akan merambat di udara dengan kecepatan :
v = [331 + (0,60)(20)] m/detik = 343 m/detik.
Dalam medium udara, bunyi mempunyai sifat khusus, antara lain :
a)      Cepat rambat bunyi tidak tergatung pada tekanan udara, artinya jika terjadi perubahan tekanan udara, sepat rambat bunyi tidak akan berubah.
b)      Cepat rambat bunyi bergantung pada suhu. Makin tinggi suhu udara, makin besar cepat rambat bunyi.

3.      Cepat Rambat Bunyi Dalam Zat Cair
Cepat rambat bunyi dalam zat cair tergantung pada modulus Bulk dan massa jenis zat cair.
      B
 v  =  √
      ρ


Dengan :   v  =  cepat rambat bunyi (m/s)
B  =  modulus Bulk (N/m2)
ρ   =  massa jenis zat (kg/m3)

Kecepatan bunyi pada beberapa medium pada suhu yang sama (20 °C) ditunjukkan pada Tabel di bawah ini.

Pada Tabel di atas terlihat bahwa untuk medium yang berbeda, kecepatan perambatan gelombang bunyinya berbeda pula. Jika dilihat dari kepadatan medium-medium pada Tabel di atas ternyata pada medium yang mempunyai kerapatan paling kecil yaitu udara, gelombang bunyi merambat paling lambat dan sebaliknya. Jadi bunyi merambat paling baik dalam medium zat padat dan paling buruk dalam medium udara (gas).

Perbedaan cepat rambat bunyi dalam ketiga medium (padat, cair, dan gas) karena perbedaan jarak antarpartikel dalam ketiga wujud zat tersebut. Jarak antarpartikel pada zat padat sangat berdekatan sehingga energi yang dibawa oleh getaran mudah untuk dipindahkan dari partikel satu ke partikel lainnya tanpa partikel tersebut berpindah. Begitu sebaliknya pada zat gas yang memiliki jarak antarpartikel yang berjauhan. Selain bergantung pada medium perambatannya, cepat rambat gelombang bunyi juga bergantung pada suhu medium tempat gelombang bunyi tersebut merambat.