Gelombang longitudinal adalah salah satu jenis gelombang mekanik yaitu gelombang yang membutuhkan medium perantara untuk merambat. Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi yang dapat merambat melalui benda padat, cair, atau udara/gas. Medium perantara sebagai tempat rambatan gelombang bunyi mempengaruhi besar cepat rambat gelombang bunyi.
Bentuk gelombang longitudinal digambarkan melalui slinki dengan dua jenis bagian yaitu rapatan dan renggangan. Panjang satu gelombang (λ) longitudinal sama dengan panjang satu rapatan dan satu renggangan. Waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu panjang gelombang adalah periode (T) gelombang. Jumlah gelombang yang melewati suatu titik setiap sekon adalah frekuensi (f) gelombang. Cepat rambat gelombang longitudinal (v) di udara memenuhi persamaan v = λf atau v = λ/T.
Selain itu, cepat rambat gelombang bunyi atau gelombang longitudinal juga memenuhi persamaan yang dibedakan atas medium perantaranya. Jenis medium perantara dapat berupa benda padat atau benda cair/gas.
Bagaimana cara menghitung cepat rambat gelombang bunyi yang merambat melalui benda padat? Bagaimana cara menghitung cepat rambat gelombnag bunyi yang merambat melalui benda/zat cair dan gas? Sobat idschool dapat mencari tahu jawabannya melalui ulasan di bawah.
Baca Juga: Cara Menentukan Cepat Rambat dan Panjang Gelombang dari Persamaan Gelombang Berjalan
Table of Contents
- Rumus Cepat Rambat Gelombang Bunyi pada Benda Padat
- Rumus Cepat Rambat Gelombang Bunyi pada Benda Cair/Gas
- Contoh Soal dan Pembahasan
Rumus Cepat Rambat Gelombang Bunyi pada Benda Padat
Cepat rambat gelomban bunyi yang merambat melalui benda padat dipengaruhi oleh modulus elastisitas (modulus Young) dan massa jenis zat padat. Modulus elastisitas atau modulus Young merupakan perbandingan antara tegangan dan regangan dari suatu benda.
Tegangan benda sama dengan perbandingan gaya (F) dengan luas penampang (A) benda. Sedangkan regangan adalah perbandingan antara perubahan panjang (ΔL) dengan panjang benda (L).
Secara matematis, persamaan cepat rambat gelombang bunyi atau gelombang longitudinal pada benda padat sesuai dengan rumus berikut.
Baca Juga: Rumus Frekunsi pada Pipa Organa Terbuka dan Tertutup
Rumus Cepat Rambat Gelombang Bunyi pada Benda Cair/Gas
Cepat rambat gelombang bunyi yang merambat melalui zat cair atau gas dipengaruhi oleh modulus Bulk (B) dan massa jenis (ρ) zat cair/gas perantaraa. Di mana, modulus Bulk merupakan perbandingan antara perubahan tekanan (ΔP) dan fraksi perubahan volume suatu zat cair atau gas.
Hubungan antara cepat rambat gelombang bunyi dengan modulus Bulk adalah sebanding. Semakin besar nilai modulus Bulk maka semakin cepat rambat gelombang bunyi semakin besar/tinggi. Sebaliknya, semakin kecil nilai modulus Bulk maka semakin cepat rambat gelombang bunyi semakin kecil/rendah.
Secara matematis, persamaan cepat rambat gelombang bunyi atau gelombang longitudinal pada benda padat sesuai dengan rumus berikut.
Baca Juga: Frekuensi, Periode, dan Panjang Gelombang Bunyi
Contoh Soal dan Pembahasan
Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk menambah pemahaman bahasan di atas. Setiap contoh soal yang diberikan dilengkapi dengan pembahasannya. Sobat idschool dapat menggunakan pembahasan tersebut sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal. Selamat Berlatih!
Contoh 1 – Cepat Rambat Gelombang Bunyi/Longitudinal
Pembahasan:
Berdasarkan keterangan yang diberikan pada soal dapat diperoleh beberapa informasi seperti berikut.
- Panjang gelombang:
5λ = 30 cm
λ = 30 : 5 = 6 cm - Waktu getar: t = ½menit = ½ × 60 detik = 30 detik
Cepat rambat gelombang di udara dapat dihitung seperti pada penyelesaian di bawah.
Jadi, cepat rambat gelombang adalah 1,00 cm/s.
Jawaban: C
Contoh 2 – Cepat Rambat Gelombang Bunyi/Longitudinal
Dua batang logam A dan B masing-masing memiliki modulus Young 0,2 × 1011 Pa dan 4 × 1011 Pa. Apabila perbandingan antara massa jenis A dan B adalah 20 : 1 maka perbandingan cepat rambat gelombang bunyi pada logam A dan B adalah ….
A. 1: 2
B. 1 : 4
C. 1 : 10
D. 1 : 20
E. 1 : 40
Pembahasan:
Keterangan pada soal memberikan beberapa informasi besaran dan nilainya sesuai daftar berikut.
- Modulus Young batang A: EA = 0,2 × 1011 Pa
- Modulus Young batang B: EB = 4 × 1011 Pa
- Perbandingan antara massa jenis A dan B: ρA : ρB = 20 : 1
Misalkan cepat rambat gelombang bunyi pada batang A adalah vA dan cepat rambat gelombang bunyi pada batang B adalah vB. Perbandingan perbandingan cepat rambat gelombang bunyi pada logam A dan B dapat ditentukan melalui penyelesaian seperti berikut.
Jadi, perbandingan perbandingan cepat rambat gelombang bunyi pada logam A dan B adalah 1 : 20.
Jawaban: D
Contoh 3 – Cepat Rambat Gelombang Bunyi/Longitudinal
Waktu yang dibutuhkan gelombang bunyi untuk merambat dalam besi baja sepanjang 1 km jika dianggap kerapatan baja 8.000 kg/m3 dan modulus elastisitasnya 2×1011 N/m2 adalah ….
A. 0,05 s
B. 0,1 s
C. 0,15 s
D. 0,2 s
E. 0,25 s
Pembahasan:
Berdasarkan informasi yang diberikan pada soal dapat diperoleh beberapa keterangan besaran dan nilainya seperti berikut.
- Panjang besi baja: L = 1 km = 1.000 m
- Kerapatan baja: ρ = 8.000 kg/m3
- Modulus elastisitas baja: E = 2×1011 N/m2
Menentukan cepat rambat gelombang:
Menghitung waktu yang dibutuhkan gelombang bunyi untuk merambat besi baja sepanjang 1 km:
L = V × t
1.000 = 5.000 × t
5.000t = 1.000
t = 1.000/5.000 = 1/5 = 0,2 s
Jadi, waktu yang dibutuhkan gelombang bunyi untuk merambat dalam besi baja sepanjang 1 km adalah 0,2 s.
Jawaban: D
Demikianlah tadi ulasan rumus dan cara hitung cepat rambat gelombang bungi pada zat padat dan cair/gas. Terima kasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat!
Baca Juga: Hubungan Antara Getaran dan Gelombang
