Gelombang Bunyi

Cepat rambat bunyi pada zat padat

Pada zaman dahulu, orang mendekatkan telinganya ke atas rel untuk mengetahui kapan kereta datang. Hal tersebut membuktikan bahwa bunyi dapat merambat pada zat padat. Besarnya cepat rambat bunyi pada zat padat tergantung pada sifat elastisitas dan massa jenis zat padat tersebut dalam zat padat. Secara matematis, besarnya cepat rambat bunyi pada zat padat didefinisikan sebagai :

(3.1)

Keterangan :

v	:	Cepat rambat bunyi pada zat padat (m/s)
E	:	Modulus Young medium (N/m2)
ρ	:	Massa jenis medium (kg/m3)

Sebagai contoh, untuk laju yang E = 2,0 × 10¹¹ Pa dan ρ = 7,8 × 10³ kg/m³, memberikan:
= 5.100 m/s

Cepat rambat bunyi pada zat cair

Pada saat Anda menyelam dalam air, bawalah dua buah batu, kemudian pukulkan kedua batu tersebut satu sama lain. Meskipun Anda berada dalam air, Anda masih bisa mendengar suara batu tersebut. Hal tersebut membuktikan bahwa bunyi dapat merambat pada zat cair. Besarnya cepat rambat bunyi dalam zat cair tergantung pada Modulus Bulk dan massa jenis zat cair tersebut. Secara matematis hampir analogi dengan persamaan 3.1, yaitu :

(3.2)

Keterangan :

v	:	Cepat rambat bunyi pada zat cair (m/s)
B	:	Modulus Bulk medium (N/m2)
ρ	:	Massa jenis medium (kg/m3)

Pembiasan Gelombang Bunyi

Jika sumber bunyi petir dekat dengan rumah Anda, maka Anda dapat mendengar bunyi petir. Mengapa pada malam hari bunyi petir terdengar lebih keras daripada siang hari?

Pada siang hari, udara pada lapisan atas lebih dingin daripada lapisan bawah. Cepat rambat bunyi pada suhu dingin adalah lebih kecil daripada suhu panas. Dengan demikian, kecepatan bunyi pada lapisan udara atas lebih kecil daripada kecepatan bunyi pada lapisan udara bawah, karena medium pada lapisan atas lebih rapat dari medium pada lapisan bawah. Jadi, pada siang hari, bunyi petir yang merambat dari lapisan udara atas menuju ke lapisan udara bawah akan dibiaskan menjauhi garis normal (Gambar 3.2a).

Gambar 3.2. Pembiasan gelombang bunyi

Pada malam hari, terjadi kondisi sebaliknya, udara pada lapisan bawah (dekat tanah) lebih dingin daripada udara pada lapisan atas. Dengan demikian, kecepatan bunyi pada lapisan bawah lebih kecil daripada lapisan atas, karena medium pada lapisan atas kurang rapat dari medium pada lapisan bawah. Jadi, pada malam hari, bunyi petir yang merambat dari lapisan udara atas menuju ke lapisan udara bawah (mediumnya lebih rapat) akan dibiaskan mendekati garis normal (Gambar 3.2b). Pembiasan bunyi petir mendekati garis normal pada malam hari inilah yang menyebabkan bunyi guntur lebih mendekat kerumah Anda, dan sebagai akibatnya Anda mendengar bunyi petir yang lebih keras.

 

Cepat rambat bunyi pada zat gas (udara)

Di udara tentu Anda lebih sering mendengar berbagai macam bunyi. Anda bisa mendengar suara radio, televisi, bahkan orang yang berteriak-teriak di kejauhan. Besarnya cepat rambat bunyi pada zat gas tergantung pada sifat-sifat kinetik gas. Dalam kasus gas terjadi perubahan volum, dan yang berkaitan dengan modulus elastik bahan adalah modulus bulk.

Cepat rambat bunyi dalam gas dapat dinyatakan dengan:
…………………………….(3.3)
dengan  p = tekanan gas
γ = tetapan Laplace.
ρ = kerapatan
Sebagai contoh, untuk udara pada keadaan normal g=1,4 (gas diatomik), p=1 atm, ρ =1,3 kg/m³, diperoleh:
= 330 m/s
Berdasarkan persamaan gas ideal:
, atau , maka diperoleh persamaan dasar untuk menghitung cepat rambat bunyi dalam gas, yaitu:

(3.4)

Keterangan :

v	:	Cepat rambat bunyi pada zat gas (m/s)
γ	:	Konstanta Laplace
R	:	Tetapan umum gas (8,31 J/molK)
T	:	Suhu mutlak gas (K)
M	:	Massa atom atau molekul relatif gas (kg/mol)