Gelombang Dan Bunyi Dan Thermodinamika

1

LAPORAN

GELOMBANG BUNYI DAN THERMODINAMIKA

Teman kelompok : Ummi lailatun N

: Sutriani

: Faridah

: Erika Iskandar A

: Agus Umaeza

: Azzahrotul Fadhilatul H

Dosen pembimbing : Dra. Hj Hidayati M.pd

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SARJANAWIYATA TAMANSISWA

YOGYAKARTA

2011

2

Gelombang dan Bunyi

Pelayangan Bunyi (BEAT)

Bila gelombang bunyi yang amplitudonya sama tetapi frekuensinya sedikit berbeda

merambat dalam daerah yang sama, maka energi yang kita dengar akan berubah-ubah

kenyaringannya secara periodik. Peristiwa inilah yang dinamakan pelayangan gelombang.

Contoh:

Jika kita menggetarkan 2 garputala yang frekuensinya sedikit berbeda.

2 senar gitar yang tidak dibunyikan bersamaan.

Secara sistematis dituliskan, 2 gelombang bunyi Y1 dan Y2 menjalar dalam medium dengan

kecepatan amplitudo dan waktu yang sama, sedangkan untuk frekuensinya untuk

Y1 = W1 dan Y2 = W2

Kecepatan amplitudo waktu yang sama = (Y1 = W1 atau Y2 = W2)

Ket. F1 ≠ f2

Resultan gelombang:

y = y1 + y2

= +

= ( )

+

( )

t

= ( ) ( )

f1 + f2 dan f1 + f2 besarnya hampir sama, sehingga frekuensi yang ditimbulkan antara bagian

1 dan bagian 2 sedikit berbeda.

Gelombang y1 dan y2 dengan frekuensi yang sedikit berbeda

-y1.........................y2

Rapat Renggang

3

T = periode gelombang

T1 = perioda pelayangan

T1 = 1 layangan = keras – lemah – keras

= lemah – keras – lemah

= ½ T

Padahal frekuensi gelombang y1 = w1 / y2 = w2

Maka = w1 = w + ∆w

w2 = w

-

w1 – w2 = ∆w

(

)

F = frekuensi layangan (sejumlah layangan per detik) atau f2 = f1 – f2

Contoh: 2 garputala digetarkan yang punya f1 = 240 dan f2 = 230, berapa banyak jumlah

layangan yang terjadi dalam 5 detik.

Diketahui ; f1 = 240 Hz

f2 = 238 Hz

t = 5 s

jawaban:

f = f1 – f2

= 240 – 238

= 2,5 Hz

Garputala menghasikan nada tetap 400 hertz, garputala tadi digetarkan dan didekatkan pada

senar gitar hingga terjadi 200 bayangan dalam 5 detik. Berpa frekuensi yang mungkin dihasilkan

oleh senar gitar?

T

4

Diketahui: 400 Hz

Jumlah layangan = 20

t = 5 s

f1 =

=

= 4

f2 = f1 – f2

f2 = f1 – f2

= 400 – 4

= 396 Hz

Getaran pada tongkat / zat padat

L = ½

λ / λ= 2 λ

Pada tongkat pula dapat ditimbulkan getaran longitudinal yaitu degan cara menyepit

tongkat di satu titik lalu mengesutnya cepat-cepat kesuatu arah dengan kulit halus dan tipis yang

sudah ditaburi serbuk damar hingga timbul bunyi yang nyaring.

Pada ujung yang dijepit pasti merupakan simpul gelombang dan pada kedua ujung yang

lain merupakan perut gelombang. Dengan menjepit tongkkat di seperempat bagiannya diperoleh

nada atas yang sama.

V = λ f f =

(nada atas)

Kecepatan gelombang longitudinal dalam zat padat lebih besar dibanding kecepatan

gelombang longitudinal dalam udara. Vudara = 340 m

/s. Sehingga frekuensi dasar tongkat akan

lebih tinggi dibanding frekuensi nada dasar pada pipa organa.

Serbuk gabus mula-mula menyebar keseluruh tabung, setelah tabung bergetar menimbukan

bunyi nyaring, maka serbuk gabus akan membentuk gundukan-gundukan perut dan simpul

seperti pada gambar.

Tabung kaca

Serbuk gabus

di udara

5

Setelah didapat frekuensi yang cukup besar, sehingga partikel-partikel gas akan meliputi serbuk

gabus sepanjang pipa dan akan menimbulkan tumpukan berupa perut dan simpul saat terjadi

resonansi.

Fbt = Fgas

Interperensi gelombang longitudinal percobaan quincks

Sebuah gelombang yang ditimbulkan oleh sumber bunyi masuk kedalam sebuah pipa logam.

Didalam pipa ini gelombang dibagi menjadi 2, yang lewat lintasan Sbr dan yang satu ikut

lintasan Sar yang dapat diubah-ubah dengan menarik pipa b kekanan.

Misal : frekuensi sumber bunyi 340 Hz, rambat gelombang bunyi di udara 340 m/s, maka

panjang gelombang :

Jika kedua lintasan sama panjang, maka kedua gelombang akan sampai di R pada saat

bersamaan dan getaran yang ditimbulkan oleh kedua gelombang akan sefase.

Hasil getaran yang memiliki amplitudo sama besar dengan jumlah amplitudo kedua

gelombang disebut interferensi saling memperkuat.

Jika tabung digeser kekanan sejauh 25 cm berarti membuat lintasan sebesar Sbr 50 cm

lebih panjang daripada lintasan Sar akan menempuh jarak setengah λ lebih panjang dari pada

gelombang disebelah kiri.

λ = 1 m digeser 50 cm = 1/2 λ hasil dari R akan memiliki interferensi yang saling meniadakan

akan terjadi pelemahan, ditunjukan lemahnya suara di R

s

B

R

A

6

Bila pipa B digeser lagi ke kanan sejauh 25 cm sehingga lintasan Sbr-Sar = 1 m, artinya

1λ lebih panjang dibanding Sar dan getaran di R akan saling memperkuat.

Kesimpulan interferensi akan saling memperkuat jika : ∆s = 0, 1λ, 2λ, 3λ dan interferensi saling

meniadakan bila ∆s = 1/2 λ, 1

1/2 λ, 2

1/2 λ

Contoh:

Sebatang besi panjang 1 cm dijeppit di tengahnya dan dihubungkan dengan pipa..., bila

besi dikesut cepat-cepat hingga menimbulkan gelombang longitudinal stasioner pada pipa kun

dan menimbulkan tumpukan-tumpukan serbuk gabus pada pipa jarak anatara gundukan-

gundukan serbuk gabus 6,9 cm jika frekuensi batang besi 2480 Hz, tentukan:

Kec. Gelombang dalam batang Vb

Kec. Gelombang dalam pipa Vp

L = 1/2 λ

λ= 2L = 2.1 = 2 m

fb = 2480 Hz

Vbatang= fb. λ

= 2480 Hz.2 = 4960 m

/s

Terjadi

Fb = fgas

Vgas = Vbt

= 4960

m/s .

= 342,24

m/s

Pada percobaan quin digunakan sumber bunyi dengan frekuensi 680 Hz, cepat rambat

gelombang bunyi di udara 340 m/s, mula-mula terdengar bunyi yang saling meniadakan. Berapa

jarak minimum tabung harus digeser, agar kita dapat mendengar bunyi karena terjadinya

inteferensi yang saling memperkuat.

P P

5

7

Diketahui: f = 680 Hz

V = 340 m

/s

∆s = 2d

Dit = λ...?

V = λ.t

λ =

Karena dari ke kuat maka digeser sebesar: ∆s = 1/2 λ =

1/2 .50 cm = 25 cm

Karena digeser atas dan bawah maka dibagi 2: d.

Efek Doppler

Jika antara sumber bunyi dan pendengar bergetar saling mendekati, maka frekuensi yang

diterima pendengar, rasanya lebih tinggi daripada frekuensi sesungguhnya. Sebaliknya jika

antara sumber bunyi dan pendengar bergerak saling menjauhi maka frekuensi yang diterima

pendengar rasanya lebih rendah daripada frekuensi sesungguhnya.

FP =

P : pendengar

S : sumber bunyi

P mendekati S (+), P menjauhi S (-)

S mendekat P (+), S menjauhi (-)

Diam (0)

Fp =

삄

Fp =

Fp =

Fb =

Fp =

Jika arah angin diperhitungkan misal dari S ke P maka V + Va, P ke S = V - Va

Frekuensi gelombang bunyi dibedakan menjadi 3:

Infrasonik adalah frekuensi gelombang bunyi dibawah 20 Hz. Contohnya, suara jangkrik,

anjing dan gajah.

8

Audiosonik adalah frekuensi gelombang bunyi dari 20 Hz sampai 20.000 Hz. Contohnya

suara manusia.

Ultrasonik adalah frekuensi gelombang bunyi yang mencapai lebih dari 20.000 Hz.

Contohnya: suara lumba-lumba, anjing laut, dan ikan paus

Manfaat:

Kedalaman laut

Pengawet bahan makanan dalam kaleng

Mengaduk/mencampur susu supaya homogen

Meratakan campuran timah atau besi saat dilebur

Menghambat pertunasan pada kentang

Membantu orang buta dengan kacamata ultrasonik

Tongkat tunanetra

Mengetahui letak sel kanker

Mengetahui janin bayi

Membunuh sel kanker

Nada :

Nada adalah bunyi yang memiliki keteraturan frekuensi yang dihasilkan oleh sumber

getar. Jumlah getarannya setiap satuan waktu selalu tetap. Deret nada adalah urutan nada-nada

berdasarkan besarnya frekuensi dari yang terkecil sampai yang terbesar

Deret Nada = 1 2 3 4 5 6 7 i

Persamaan = do re mi fa so la si do

Nada = c d e f g a b c’

Frek = 264 297 330 352 396 440 495 528

Perub = 24 27 30 31 36 40 45 48

Interval Nada = c/c

d/c

e/c

f/c

g/c

a/c

b/c

c’/c

Nilai Interval = 1 9/8

5/4

4/3

3/2

5/3

15/8 2 oktat

Istilah = prime second terto kuarts quint sect septo

Contoh menghitung frekuensi nada yang perbandingannya memakai oktaf dirumuskan

sebagai berikut:

9

Nada 1 oktaf = 2:1

2 oktaf = 22

: 1

3 oktaf = 23 : 1

Perbandingan nada C dan A 24:40 jika nada A = 440 Hz. Tentukan frekuensi nada C

c = a = 3:5

a = 440

c = 3/5. 440 = 264 Hz

Tentukan frekuensi nada F, yang 1 oktaf lebih tinggi 3 oktaf lebih tinggi, 1 oktaf lebih

rendah = f1

= f = 2:1

f1

= 2f = 2.352 Hz = 704 Hz

Desah adalah bunyi yang memiliki frekuensi yang tidak teratur. Contohnya: air terjun dan

daun yang terkena angin.

Dentum adalah bunyi yang memiliki perubahan frekuensi yang sangat cepat. Contohnya,

letusan bom.

Timber adalah bunyi yang memiliki frekuensi sama tetapi kedengarannya berbeda.

10

TERMODINAMIKA

A. Efisiensi mesin (Daya Guna Mesin yang Sesunggushnya)

Efisiensi mesin digunakan untuk menyatakan taraf berhsilnya pengubahan kalor

oleh sutu mesin, Rumus efisiensi:

Efisiensi mencapai maksimum bila ᶯ = 1 atau 100%. Tetapi tidak mungkin ada

mesin kalor yang berefisiensi 100%, karena pasti ada kalor yng dilepas lagi.

Efisien mesin carnot adalah:

ᶯ =

=

Untuk siklus Carnot berlaku hubungan

sehingga

B. Mesin Pendingin

Clausius menyatakan bahwa

“Tidaklah mungkin

memindahkan kalor tendon

bersuhu rendah ketandon bersuhu

lebih tinggi tanpa dilakukan

usaha.”

Perumusan Clausius ini

sehubung dengan prinsip kerja

refrigerator (mesin pendingin)

(T1)

Q1

W

Q2

(T2)

Tendon suhu rendah T1 > T2

W =Q1- Q2

ᶯ =

×

100%

ᶯ = (1 -

)

ᶯ = (1 -

)

11

yaitu untuk memindah kalor dari dalam refrigerator yang bersuhu rendah keluar

refrigerator yang bersuhu tinggi. Koefisien pendinginnya dirumuskan dengan:

kp =

dengan gas ideal sebagai fluida kerja, maka:

CONTOH SOAL

1. Sebuah mesin carnot menyerap kalor 100 kalori dari reservoir yang bersuhu 400 k

dan melakukan usaha 50 kalori tentukan:

a. Suhu reservoir rendah

b. Efisien mesin carnot

Penyelesaian:

a. Diketahui:

Q1 = 100 kalori

T1 = 400 K

W = 50 kalori

Ditanyakan : T2 =

T2 = 200K

b. ᶯ = (1-

)

ᶯ = (1 –

)

ᶯ = (1 -

)

= 50%

kp =

12

C. Entropi

Merupakan suatu ukuran banyaknya energi/kalor yang tidak diubah menjadi suatu

usaha, atau bagian kalor yang hilang. Secara matematis, entropi adalah perbandingan

antara panas yang ditansfer selama proses reversible dengan temperature absolute

system.

Menurut hukum Thermodinamika 1

dQ dihubungkan perubahan energy dalam gas dan usaha yang dilakukan:

untuk gas ideal dapat dituliskan dalam kapasitas panas

Jadi perubahan entropi system bila berubah dari keadaan satu dari keadaan lain hanya tergantung

dari keadaan awal saja. Tidak pada proses terjadinya perubahan itu, untuk dzat yang dipanaskan pada

takanan konstan dari temperature T1 dan T2 maka jumlah panas dQ yang diserap pada tekanan konstan

jika dihubungkan dengan perubahan temperature diperoleh :

Jika panas diserap secara seversibel maka perubahan entroinya

Maka

dQ = Cp dT

13

Dengan mengintregrasikan T1 dan T2 titik perubahan entropinya total dzat:

Karena entropi adalah fungsi keadaan maka perubahannya tidak tergantung proses. Jika tekanan

akhir sama dengan tekanan awal maka perubahan entropi dzat bila dipanaskan lewat proses apapun baik

reversible juga memberikan perubahan entropi dzat yang diinginkan artinya jika T1 lebih kecil T2 maka

akan bernilai negative dan akan menghasilkan entropi negatife.

Jika proses ekspansi esotermal evosibel

gas ideal temperature T dari V1 sampai Vakhir V2

maka uasaha W. yang dilakukan oleh gas panas

Q sama dengan W yang diserap tendon panas

pada temperature T.

Perubahan entropi gas

berubah negative

denagan:

Dalam proses ini sejumlah panas Q

meninggalkan tendon dan memasuki gas jumlah

panas sama dengan usaha yang dilakukan

sehingga:

∫

∫ ∫

14

Jika Vakhir V2 pada ekspansi bebas lebih kecil dari V1 maka entropi semesta tetapi tidak mungkin

terjadi sebab gas tidak secara bebas menyusut dengan sendirinya menjadi volume yang lebih kecil. Inilah

menjadi hukum Thermodinamika II.

Untuk sembarang proses entropi semesta tak pernah berkurang ini digunakan pada system pemanas dan

pendingin panas Q1 diambil dari tendon panas Q1dari tendon dingin Q2 keadaan tendon panas tentukan

hanya oleh temperature energy dalamnya. Perubahan entropi tendon panas yang disebabkan pertukaran

panas bernilai sama jika panas Q dimasukkan kedalam tendon T maka entropi tendon

. jika panas Q

dikeluarkan maka entropi tendon berkurang menjadi –

sehingga perubahan entropinya

perubahan entropi adalah

karena jumlah panas yang sama meninggalkan tendon pada temperature T

maka perubahan entropi tendon adalah –

, berubah entropi netro yang gas dan tendon sama dengan 0 jadi

kesimpulannya; pada proses reversible adalah 0. Untuk mendapatkan perubahan entropi pada proses

irreversible yang menghubungkan pada keadaan irreversible sama jika perubahan entropi pada ekspansi

bebas karena system terisolasi terhadap sekelilinggnya terhadap perubahan entropi ini juga perubahan

entropi semests. Maka ∫

Perubahan entropi semesta untuk proses irreversible bernilai kess:

Tendon dingin menyerap panas, sehingga perubahan entropinya

. perubahan entropi

semesta (system + energi)

. Menurut hasil umum rugi usaha = perubahan entropi tetap.

Tendon paling dingin yang tersedia. Jadi rugi usaha dalam proses ini adalah

(

)

Rumusan ini usaha sebenarnya dari tendon panas Q1 dari tendon panas dan melakukan usaha

W = ᶯ Q2 dan invesiensi thermodinamika

ᶯ =

ᶯ = 1-

s

+

Pada proses irreversible entropi semesta naik

(

)

ᶯ hukum II =

15

CONTOH SOAL

1. Hitung perubahan entropi jika 3,00 mol benzena menguap pada titik

didih normalnya yaitu 80,1˚C. Entropi penguapanPengukuran panas

reaksi,

Penyelesaian :

Diketahui

∆S= 3,00 mol

Tb =1mol benzena diuapkan pada suhu 80,1˚C (353,25 K)

∆Hvap = 30,8 KJ mol -1

= 30.800 J mol-1

ΔSvap =

=

= 87,2 JK

-1mol

-1

ΔS = (3,00 mol)(87,2 JK-1

MOL-1

) = 262 J K-1

2. Mesin carnot memindahkan 100 J energy dari tendon panas bersuhu 1270C

melakukan usaha dan membuang panas ketandon yang bersuhu 270C

tentukan perubahan entropi tendon untuk setiap siklus, tentukan perubahan

entropi semestanya.

Penyelesainnya :

Diketahui

Q = 100 J

T1 = 1270C + 273

0C = 400k

T2 = 27

0C + 273

0C = 300k

a. ∆S1 =

=

∆S2 =

ᶯcornot =1-

1-

= 400/400 – 300/400

= 100/400

= ¼

16

ᶯ = 1-

4(100- ) = 100

400- 4Q2 = 100

-4Q2 =

b. ∆Su = ∆s1 + ∆s2

= -0,25 + 0,25 = 0