√ Rumus Kecepatan Bunyi – Rumus Cepat Rambat Gelombang Bunyi (Fisika) – Soal Dan Jawaban

Kecepatan suara

Kecepatan bunyi yakni istilah yang dipakai untuk menyebut kecepatan gelombang suara yang merambat pada medium elastisitas.

Pada ketinggian air laut, dengan suhu 20 °C (68 °F) dan kondisi atmosfer normal, kecepatan bunyi yakni 343 m/detik (1238 km/jam). Kecepatan rambatan gelombang bunyi ini sanggup berbeda tergantung medium yang dilewati (misalnya bunyi lebih cepat melalui air daripada udara), sifat-sifat medium tersebut dan suhu.

Kecepatan bunyi pada gas ideal hanya tergantung pada suhu dan komposisinya. Kecepatan mempunyai ketergantungan lemah terhadap frekuensi dan tekanan pada udara normal, berbeda sedikit dari keadaan ideal.

Kecepatan bunyi yakni istilah yang dipakai untuk menggambarkan kecepatan gelombang bunyi yang melewati medium elastis.

Dalam pembahasan sehari-hari, kecepatan suara mengacu kepada kecepatan gelombang bunyi pada udara. Namun, besar kecepatan bunyi berbeda dari substansi ke substansi: paling lambat dalam gas; lebih cepat dalam cairan; lebih cepat lagi dalam benda padat. Misalnya, di udara adalah 343 m/detik; di air 1.484 m/detik (4,3 kali); dan di besi 5.120 m/s. Pada beberapa benda yang sangat keras ibarat berlian, bunyi merambat dengan kecepatan 12.000 m/detik; yang merupakan kecepatan maksimum bunyi pada kondisi normal.

Gelombang bunyi dalam benda padat terdiri dari gelombang-gelombang kompresi, dan sebuah tipe gelombang bunyi yang disebut gelombang geser, yang hanya muncul pada benda padat. Gelombang geser dalam benda padat biasanya merambat pada kecepatan berbeda-beda, ibarat ditunjukkan dalam seismologi. Kecepatan gelombang kompresi dalam benda padat ditentukan oleh kompresibilitas, modulus geser, dan densitas medium. Kecepatan gelombang geser ditentukan hanya dari modulus geser dan densitas material padat.

Dalam dinamika fluida, kecepatan bunyi pada medium cair (gas atau liquid) dipakai sebagai pengukuran relatif untuk kecepatan objek yang bergerak melalui medium tersebut. Rasio antara kecepatan objek terhadap kecepatan bunyi dalam fluida disebut bilangan Mach. Objek yang bergerak melebihi Mach1 disebut bergerak dengan kecepatan supersonik.

 

Persamaan Kecepatan Suara

Kecepatan bunyi dalam notasi matematika dilambangkan dengan c, dari bahasa Latin celeritas yang berarti “kelajuan”.

Secara umum, kecepatan suara c dinyatakan dengan persamaan Newton–Laplace:

dengan

• K_s adalah koefisien kekerasan, modulus bulk isentropik (atau modulus elastisitas bulk untuk gas);


• ρ adalah massa jenis.

Maka kecepatan bunyi meningkat berbanding lurus dengan kekerasan material (resistansi benda lentur terhadap deformasi akhir gaya yang bekerja pada benda tersebut) dan berbanding terbalik dengan meningkatnya massa jenis. Untuk gas ideal, modulus bulk K sederhananya yakni tekanan gas dikali indeks adiabatik, yang nilainya 1,4 untuk udara dibawah kondisi tekanan dan temperatur normal.

Untuk persamaan keadaan umum, kalau digunakan mekanika klasik, kecepatan suara c dinyatakan dengan

dengan

• p adalah tekanan;


• ρ adalah massa jenis dan turunan diambil secara isentropis, maka pada entropi konstan s.

Jika efek relativistik menjadi penting, maka kecepatan bunyi dihitung dari persamaan Euler relativistik.

Dalam medium non-dispersif, kecepatan bunyi tidak tergantung frekuensi bunyi, maka kecepatan transportasi energi dan perambatan bunyi sama untuk semua frekuensi. Udara, adonan oksigen dan nitrogen, membentuk medium non non-dispersif. Namun, udara juga mengandung sebagian kecil CO₂, yang merupakan medium dispersif, dan menimbulkan dispersi ke udara pada frekuensi ultrasonik (> 28 kHz).

Dalam medium dispersif, kecepatan bunyi merupakan fungsi frekuensi bunyi, melalui hubungan dispersi. Tiap komponen frekuensi merambat pada kecepatannya masing-masing, disebut kelajuan fasa, sedangkan energi disturbansi merambat pada kelajuan grup. Fenomena yang sama muncul dengan gelombang cahaya; lihat dispersi optik untuk penjelasan.

 

Rumus Kecepatan Suara Untuk Udara Kering

Perkiraaan kecepatan bunyi pada udara kering, didasarkan dari rasio kapasitas panas (warna hijau) vs. potongan ekspansi Taylor (warna merah). Sumber foto: Wikimedia Commons

Perkiraan kecepatan bunyi dalam keadaan udara kering (kelembaban 0%), dalam meter per sekon, suhu mendekati 0 °C, sanggup dihitung dari

dimana  adalah suhu dalam derajat Celsius (°C).

Persamaan ini diturunkan dari 2 term pertama ekspansi Taylor dari persamaan berikut:

Nilai 331.3 m/s, yang menghasilkan kecepatan pada 0 °C (atau 273.15 K), didasarkan pada nilai teoretis rasio kapasitas panas, γ, juga fakta bahwa pada tekanan udara 1 atm sangat bisa dijelaskan oleh asumsi gas ideal. Beberapa nilai kecepatan bunyi pada 0 °C dapat bervariasi mulai 331.2 hingga 331.6 alasannya yakni asumsia-asumsi ketika penghitungan. Jika gas ideal γ diasumsikan tepat 7/5 = 1.4, maka kecepatan bunyi pada 0 °C akan menghasilkan angka 331.3 m/s.

Persamaan ini sanggup dipakai untuk rentang temperatur yang lebar, namun tetap bergantung pada asumsi rasio kapasitas panas, dan untuk alasan ini tidak sanggup dipakai pada suhu yang sangat tinggi. Rumus ini akan menghasilkan prediksi yang baik pada kondisi relatif kering, dingin, tekanan rendah, seperti stratofer bumi. Persamaan ini tidak sanggup dipakai untuk tekanan sangat rendah dan panjang gelombang pendek, alasannya yakni ketergantungan pada asumsi bahwa panjang gelombang bunyi dalam gas jauh lebih panjang daripada jarak bebas rata-rata antara tumbukan molekul gas.

 

US Navy FA-18C Super Hornet memecahkan penghalang bunyi selama demonstrasi. Sumber foto: Public Domain Pictures

 

Efek Karena Gesekan Angin / Pengaruh Suhu Pada Sifat Udara

Kecepatan bunyi bervariasi dengan suhu. Karena suhu dan kecepatan bunyi biasanya menurun dengan meningkatnya ketinggian, bunyi dibiaskan ke atas, menjauh dari pendengar di tanah, membuat bayangan akustik pada jarak tertentu dari sumbernya. Gesekan angin sebesar 4 m / (s · km) sanggup menghasilkan pembiasan sama dengan tingkat suhu tunda standar sebesar 7,5 ° C / km.

Nilai lebih tinggi dari gradien angin akan membiaskan bunyi ke bawah menuju permukaan dalam arah melawan arah angin, menghilangkan bayangan akustik pada sisi melawan arah angin. Ini akan meningkatkan kemampuan mendengar bunyi melawan arah angin. Efek pembiasan arah angin bawah ini terjadi alasannya yakni ada gradien angin; bunyi tidak dibawa oleh angin.

Untuk propagasi suara, variasi kecepatan angin eksponensial dengan tinggi sanggup didefinisikan sebagai berikut:

yang dimana:

• U (h) yakni kecepatan angin pada ketinggian h;


• ζ yakni koefisien eksponensial menurut kekasaran permukaan tanah, biasanya antara 0,08 dan 0,52;


• dU / dH (h) yakni gradien angin yang diharapkan pada ketinggian h.

Pada 1862 Perang Saudara Amerika Iuka, bayangan akustik, yang diyakini telah ditingkatkan oleh angin timur laut, membuat dua divisi pasukan Union keluar dari pertempuran, alasannya yakni mereka tidak sanggup mendengar bunyi pertempuran hanya 10 km (enam mil) ) melawan arah angin.

Dalam atmosfer standar:

• T₀ adalah 273.15 K (= 0 °C = 32 °F), memberikan nilai teoritis 331.3 m/s (= 1086.9 ft/s = 1193 km/h = 741.1 mph = 644.0 kn). Nilai mulai dari 331.3 to 331.6 m/s sanggup ditemukan dalam literatur referensi, namun;


• T₂₀ is 293.15 K (= 20 °C = 68 °F), menunjukkan nilai 343.2 m/s (= 1126.0 ft/s = 1236 km/h = 767.8 mph = 667.2 kn);


• T₂₅ is 298.15 K (= 25 °C = 77 °F), memberikan nilai 346.1 m/s (= 1135.6 ft/s = 1246 km/h = 774.3 mph = 672.8 kn).

Bahkan, dengan asumsi gas yang ideal, kecepatan bunyi c hanya bergantung pada suhu, bukan tekanan atau kerapatan (karena perubahan ini berbatasan dengan suhu tertentu dan membatalkan). Udara hampir merupakan gas ideal. Suhu udara bervariasi dengan ketinggian, menunjukkan variasi kecepatan bunyi berikut memakai atmosfer standar — kondisi sebetulnya sanggup bervariasi.

Pengaruh suhu pada sifat udara

Suhu T (°C)	Kecepatan suara c (m/s)	Densitas udara ρ (kg/m3)	Karakteristik impedansi akustik tertentu z0 (Pa·s/m)
35	351.88	1.1455	403.2
30	349.02	1.1644	406.5
25	346.13	1.1839	409.4
20	343.21	1.2041	413.3
15	340.27	1.2250	416.9
10	337.31	1.2466	420.5
5	334.32	1.2690	424.3
0	331.30	1.2922	428.0
−5	328.25	1.3163	432.1
−10	325.18	1.3413	436.1
−15	322.07	1.3673	440.3
−20	318.94	1.3943	444.6
−25	315.77	1.4224	449.1

 

Dengan kondisi atmosfer normal, suhu, dan dengan demikian kecepatan suara, bervariasi dengan ketinggian

Ketinggian	Temperature	m/s	km/h	mph	kn
Permukaan laut	15 °C (59 °F)	340	1,225	761	661
11,000 m−20,000 m (Menjelajahi ketinggian jet komersial, dan penerbangan supersonik pertama)	−57 °C (−70 °F)	295	1,062	660	573
29,000 m (Penerbangan Boeing X-43A)	−48 °C (−53 °F)	301	1,083	673	585

 

Kecepatan Suara Pada Material Lain

Material	Kecepatan Suara
Karet	60 m/s
Udara pada 40oC	355 m/s
Udara pada 20 oC	343 m/s
Timah	1210 m/s
Emas	3240 m/s
Kaca	4540 m/s
Tembaga	4600 m/s
Aluminum	6320 m/s

 

Apa yang terjadi ketika ada perubahan dalam materi yang dilalui oleh suara?

Kecepatan bunyi tidak selalu sama. Ingat bahwa bunyi yakni getaran energi kinetik yang dilewatkan dari molekul ke molekul. Semakin bersahabat molekul satu sama lain dan semakin erat ikatannya, semakin sedikit waktu yang diharapkan bagi mereka untuk melewatkan bunyi satu sama lain dan bunyi yang lebih cepat sanggup melaksanakan perjalanan.

Lebih gampang bagi gelombang bunyi untuk melewati zat padat daripada melalui cairan alasannya yakni molekul-molekul lebih bersahabat dan lebih terikat erat dalam padatan. Demikian pula, lebih sulit bagi bunyi untuk melewati gas daripada melalui cairan, alasannya yakni molekul gas lebih jauh terpisah. Kecepatan bunyi lebih cepat dalam material padat dan lebih lambat dalam cairan atau gas. Kecepatan gelombang bunyi dipengaruhi oleh dua sifat materi: sifat lentur dan densitas. Hubungan ini dijelaskan oleh persamaan berikut.

Yang dimana: C_ij yakni sifat lentur dan p yakni densitas.

Suhu dan Kecepatan Suara

Suhu juga merupakan kondisi yang menghipnotis kecepatan suara. Panas, ibarat suara, yakni bentuk energi kinetik. Molekul pada suhu yang lebih tinggi mempunyai lebih banyak energi, sehingga mereka sanggup bergetar lebih cepat. Karena molekul bergetar lebih cepat, gelombang bunyi sanggup melaksanakan perjalanan lebih cepat. Kecepatan bunyi di udara suhu kamar yakni 346 meter per detik. Ini lebih cepat dari 331 meter per detik, yang merupakan kecepatan bunyi di udara pada suhu beku.

Rumus untuk menemukan kecepatan bunyi di udara yakni sebagai berikut:

v = 331m / s + 0.6m / s / C * T

v yakni kecepatan bunyi dan T yakni suhu udara. Satu hal yang perlu diingat yakni bahwa rumus ini menemukan kecepatan rata-rata bunyi untuk suhu tertentu. Kecepatan bunyi juga dipengaruhi oleh faktor lain ibarat kelembaban dan tekanan udara.

 

Contoh Soal Kecepatan Suara / Cepat Rambat Gelombang Bunyi

Tentukan frekuensi dan periode gelombang bunyi kalau panjang gelombang 10 meter dan cepat rambat bunyi 350 m/s!

Pembahasan:

Diketahui: v = 350 m/s

λ  = 10 meter

Ditanya: (A). frekuensi (f) dan (B). Peridoe (T)

Jawaban: a. v = λ x f

f   = v / λ

f   = 350/10 = 35 Hz

1. v = λ / T

T =  λ / v

T = 10/350 = 1/35 sekon

(Jika ingin memakai rumus cepat, ingat : T=1f=135 sekon)

 

Sebuah kapal mengukur kedalaman bahari memakai perangkat suara. Jika bunyi ditembakkan ke dasar laut, bunyi pantul diterima sehabis 10 detik. Tentukan kedalaman bahari tersebut kalau cepat rambat bunyi 1600 m/s!

Pembahasan:

Diketahui: t  = 10 s

v = 1600 m/s

Ditanya: s ?

Jawaban: S= vt/2 (panjang gelombang harus dibagi 2, alasannya yakni akan memantul dan kembali lagi ke kapal)

S = (1600 x 10) / 2 = 8000 m

 

 

Bacaan Lainnya

• Rumus Fisika: Alat optik: Lup, Mikroskop, Teropong Bintang, Energi, Frekuensi, Gaya, Gerak, Getaran, Kalor, Massa jenis, Medan magnet, Mekanika fluida, Momen Inersia, Panjang gelombang, Pemuaian, Percepatan (akselerasi), Radioaktif, Rangkaian listrik, Relativitas, Tekanan, Usaha Termodinamika, Vektor


• Bagaimana Albert Einstein mendapat rumus E=mc² ?


• Cara Mengemudi Aman Pada Saat Mudik atau Liburan Panjang


• Jenis Virus Komputer – Cara Gratis Mengatasi Dengan Windows Defender


• Cara Menghentikan Penindasan Bullying


• Cara menjaga keluarga Anda kondusif dari t3r0ris – Ahli anti-teror menerbitkan panduan praktis


• Apakah Anda Memerlukan Asuransi Jiwa? – Cara Memilih Asuransi Jiwa Untuk Pembeli Yang Pintar


• 10 Cara Memotivasi Anak Untuk Belajar Agar Menjadi Pintar


• Di Indonesia, (HAN) Hari Anak Nasional tanggal 23 Juli


• Ibu Hamil Dan Bahaya Kafein – Sayur & Buah Yang Baik Pada Masa Kehamilan


• Daftar Jenis Kanker: Pemahaman Kanker, Mengenal Dasar-Dasar, Contoh Kanker, Bentuk, Klasifikasi, Sel dan Pemahaman Penyakit Kanker Lebih Jelas


• Penyebab Dan Cara Mengatasi Iritasi Atau Lecet Akibat Pembalut Wanita


• Sistem Reproduksi Manusia, Hewan dan Tumbuhan


• Cara Mengenal Karakter Orang Dari 5 Pertanyaan Berikut Ini


• Kepalan Tangan Menandakan Karakter Anda & Kepalan nomer berapa yang Anda miliki?

 

Unduh / Download Aplikasi HP Pinter Pandai

Respons “Ooo begitu ya…” akan lebih sering terdengar kalau Anda mengunduh aplikasi kita!

Siapa bilang mau pandai harus bayar? Aplikasi Ilmu pengetahuan dan gosip yang membuat Anda menjadi lebih smart!

• HP Android


• HP iOS (Apple)

Sumber bacaan: Live Science, NASA, NDT Resource Center

                       

Pinter Pandai “Bersama-Sama Berbagi Ilmu”

Quiz | Matematika | IPA | Geografi & Sejarah | Info Unik | Lainnya

Sumber aciknadzirah.blogspot.com