Pembahasan Fisika UN: Gelombang Bunyi

Diagram Efek Dopppler

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional (UN) bidang studi Fisika dengan materi pembahasan Gelombang Bunyi yang meliputi:

• cepat rambat gelombang, 
• efek Doppler, serta 
• intensitas dan taraf intensitas.

Soal Gelombang bunyi UN 2012

Perhatikan faktor-faktor berikut:

1. memperbesar massa jenis kawat,
2. memperpanjang kawat,
3. memperbesar tegangan kawat,
4. memperbesar ukuran kawat.

Faktor-faktor yang dapat mempercepat perambatan gelombang pada kawat adalah ….

A.   (1), (2), (3), dan (4)
B.   (1), (2), dan (3)
C.   (2) dan (3)
D.   (1) saja
E.   (3) saja

Pembahasan

Cepat rambat gelombang pada kawat atau dawai memenuhi persamaan

Berdasarkan rumus di atas, untuk mempercepat perambatan gelombang (v) maka yang harus dilakukan adalah:

• memperbesar tegangan kawat (F)  [pernyataan 3 benar]
• memperpanjang kawat (l)  [pernyataan 2 benar]
• mengurangi massa kawat (m)
• mengurangi massa jenis kawat (ρ) [pernyataan 1 salah]
• mengurangi ukuran atau luas penampang kawat (A) [pernyataan 4 salah]

Jadi, faktor-faktor yang mempercepat perambatan gelombang bunyi pada kawat adalah pernyataan nomor 2 dan 3 (C).

Soal Gelombang Bunyi UN 2014

Sebuah mobil pemadam kebakaran dan motor bergerak saling menjauhi. Motor bergerak dengan kecepatan 40 m.s⁻¹. Mobil kebakaran membunyikan sirene dengan frekuensi 400 Hz dan didengar oleh pengendara motor dengan frekuensi 300 Hz. Jika cepat rambat bunyi di udara 340 m.s⁻¹ maka kecepatan mobil pemadam kebakaran adalah ....

A.   20 m.s⁻¹
B.   25 m.s⁻¹
C.   30 m.s⁻¹
D.   50 m.s⁻¹
E.   60 m.s⁻¹

Pembahasan

Soal di atas merupakan contoh efek Doppler yang dirumuskan:

Indeks p untuk pendengar (pengendara motor) sedangkan indeks s untuk sumber bunyi (sirene mobil pemadam kebakaran).

Untuk menentukan nilai positif atau negatif pada v_p dan v_s, kita gambar ilustrasi soal di atas dengan meletakkan pendengar di sebelah kiri. 

Dengan meletakkan pendengar di sebelah kiri maka arah panah ke kanan berarti positif (v_s bernilai positif) sedangkan arah panah ke kiri berarti negatif (v_p bernilai negatif). Sehingga rumus di atas menjadi

Mari kita selesaikan soal di atas!

   
340 + v_s = 400
           v_s = 400 − 340
               = 60

Jadi, kecepatan mobil pemadam kebakaran tersebut adalah 60 m.s⁻¹ (E).

Soal Gelombang Bunyi UN 2011

Dini berada di dalam kereta api A yang berhenti. Sebuah kereta api lain (B) bergerak mendekati A dengan kecepatan 2 m/s sambil membunyikan peluit dengan frekuensi 676 Hz. Bila cepat rambat bunyi di udara 340 m/s maka frekuensi peluit kereta B yang didengar Dini adalah ….

A.   680 Hz
B.   676 Hz
C.   660 Hz
D.   656 Hz
E.   640 Hz

Pembahasan

Perhatikan ilustrasi gambar untuk soal di atas!

Berdasarkan ilustrasi di atas, v_p bernilai nol sehingga tidak perlu dicantumkan dalam rumus. Sedangkan v_s bergerak ke arah kiri sehingga bernilai negatif (Ingat, selalu letakkan pendengar di sebelah kiri). Dengan demikian, rumus efek Doppler yang berlaku adalah:

Nah, tinggal langkah terakhir, menentukan frekuensi pendengar.

       = 680

Jadi, frekuensi peluit kereta B yang didengar oleh Dini adalah 680 Hz (A).

Soal Gelombang Bunyi UN 2013

Intensitas bunyi di titik P yang berjarak 3 m dari sumber bunyi adalah 10⁻⁴ watt.m⁻². Titik R berjarak 300 m dari sumber bunyi. Jika intensitas ambang I₀ = 10⁻¹² watt.m⁻² maka perbandingan taraf intensitas di titik P dan R adalah ....

A.   1 : 2
B.   2 : 1
C.   2 : 3
D.   2 : 4
E.   3 : 4

Pembahasan

Data yang dapat kita ketahui dari soal: 

r_P = 3 m 
I_P = 10⁻⁴ watt.m⁻² 
r_R = 300 m 
I₀ = 10⁻¹² watt.m⁻²

Intensitas bunyi pada jarak tertentu terhadap sumber bunyi dirumuskan sebagai

Berdasarkan rumus di atas, kita dapat menentukan hubungan antara intensitas dan jarak sebagai berikut:

      I_R = 10⁻⁴ × 10⁻⁴
          = 10⁻⁸

Sementara itu, hubungan antara intensitas dan taraf intensitas dirumuskan sebagai

Nah, sekarang kita tentukan taraf intensitas di titik P dan R berdasarkan rumus di atas.

• Taraf intensitas di titik P

         = 10 log 10⁸ dB
         = 80 dB

• Taraf intensitas di titik R

         = 10 log 10⁴ dB
         = 40 dB

Dengan demikian, perbandingan antara TI_P dan TI_R adalah 

TI_P : TI_R = 80 dB : 40 dB
               = 2 : 1

Jadi, perbandingan antara taraf intensitas di titik P dan taraf intensitas di titik R adalah 2 : 1 (B).

Soal Gelombang Bunyi UN 2015

Sebuah mesin menghasilkan bunyi dengan taraf intensitas bunyi sebesar 40 dB. Jika intensitas ambang pendengaran manusia 10⁻¹² W.m⁻² maka untuk dua mesin identik yang sedang bekerja bersama menghasilkan intensitas bunyi sebesar ....

A.   2 × 10⁻⁸ W.m⁻²
B.   3 × 10⁻⁸ W.m⁻²
C.   4 × 10⁻⁸ W.m⁻²
D.   5 × 10⁻⁸ W.m⁻²
E.   6 × 10⁻⁸ W.m⁻²

Pembahasan

Diketahui: 

TI₁ = 40 dB 
  I₀ = 10⁻¹² W.m⁻²

Taraf intensitas untuk n sumber bunyi dirumuskan sebagai 

TI_n = TI₁ + 10 log n

Untuk dua mesin identik yang bekerja bersama akan menghasilkan taraf intensitas: 

TI₂ = TI₁ + 10 log 2
      = 40 + 10 log 2   ... (1)

Hubungan antara taraf intensitas dan intensitas adalah

Berdasarkan hubungan di atas, diperoleh:

Substitusi persamaan (1) dan nilai I₀ ke persamaan di atas diperoleh:

Ubah angka 4 menjadi bentuk log sehingga semua suku dalam bentuk logaritma. Kemudian selesaikan dengan rumus baku logaritma.

Jadi, intensitas bunyi dari dua mesin identik yang bekerja bersama adalah 2 × 10⁻⁸ (A).

Pembahasan soal Gelombang Bunyi yang lain bisa dilihat di:
Pembahasan Fisika UN 2014 No. 24 dan 25
Pembahasan Fisika UN 2015 No. 24 dan 25
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 25
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 26
Pembahasan Fisika UN 2017 No. 31
Pembahasan Fisika UN 2018 No. 27 dan 28
Pembahasan Fisika UN 2019 No. 19 dan 20

Simak juga, Pembahasan Fisika UN: Gelombang Cahaya.

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.