Jawaban Soal UK BAB 10 Fisika Kelas XI (Gelombang Bunyi)

1). Dengan menggunakan garpu tala berfrekuensi 1.368 Hz dan tabung resonator, bunyi keras pertama terjadi jika panjang kolom udara di atas permukaan air 6,25 cm. Kecepatan bunyi udara pada saat itu adalah...
a. 324 m/s
b. 330 m/s
c. 336 m/s
d. 340 m/s
e. 342 m/s

Diketahui:
f = 1.368 Hz
l = 6,25 cm => 0,0625 m
n = 1 (karena diketahui bunyi keras (resonansi) pertama, kalau kedua berarti n=2)

Ditanya: v (kecepatan bunyi udara)?

Jawab:
Karena menggunakan garpu tala, maka bunyinya akan beresonansi, berarti menggunakan rumus:
v = f.4l / (2n-1)
v = 1368 . 4(0,0625) / (2.1 - 1)
v = 1368 . 0,25 / (2-1)
v = 342 / 1
v = 342 m/s (Jawabannya E)

2). Dari tabung resonator diperoleh bahwa bunyi keras berurutan terjadi jika panjang kolom udaranya berturut-turut adalah 28 cm dan 36 cm. Panjang gelombang bunyi yang terbentuk di dalam kolom udara adalah...
a. 8 cm
b. 12 cm
c. 16 cm
d. 24 cm
e. 28 cm

Diketahui:
l1 = 28 cm (panjang kolom udara pada resonansi pertama)
l2 = 36 cm (panjang kolom udara pada resonansi kedua)

Ditanya: λ (panjang gelombang bunyi)?

Jawab:

Δl = l2 - l1
Δl = 36 - 28
Δl = 8 cm

v = f x (4l / (2n-1))
v/f = 4l / (2n-1)
λ = 4l / (2n-1)
λ = 4.8 / (2.1-1)
λ = 32 / 2
λ = 16 cm (Jawaban: C)

3). Pada suhu tertentu, modulus Bulk air adalah 1,96 x 10^9 Nm^-2 dan massa jenisnya 10^3 kg/m^3. Kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam air adalah...
a. 1200 m/s
b. 1400 m/s
c. 1500 m/s
d. 1600 m/s
e. 1960 m/s

Diketahui:
B = 1,96 x 10^9 Nm^-2
ρ = 10^3 kg/m^3

Ditanya: v (kecepatan rambat gelombang bunyi)?

Jawab:
Rumus kecepatan gelombang bunyi di dalam zat cair:
v = √B/ρ
v = √1,96 x 10^9 / 10^3
v = √1,96 x 10^6
v = 1,4 x 10^3
v = 1400 m/s (Jawaban: B)

4). Suatu gas dalam tabung memiliki tekanan P0, massa jenisnya ρ0, dan bunyi dapat merambat dengan kecepatan v. Gas tersebut dipanaskan sehingga terjadi kenaikan suhu, dan tekanan gas menjadi 4P0, sedangkan massa jenisnya tetap. Kecepatan perambatan gelombang bunyi sekarang adalah...
a. 1/4 v
b. 1/2 v
c. v
d. 2 v
e. 4 v

Diketahui:
P1 = P0
ρ1 = ρ0
v1 = v
P2 = 4P0
ρ2 = ρ0

Ditanya: v2 (kecepatan perambatan gelombang bunyi setelah dipanaskan)?

Jawab:
Rumus cepat rambat bunyi dalam gas:
v = √γP/ρ -----> kita coret γ dan ρ untuk melakukan perbandingan

Jadi dari rumus diatas bisa didapat:
v1/v2 = √P1/√P2
v/v2 = √P0/√4P0
v/v2 = P0/2P0 -----> coret P0
v/v2 = 1/2
2v = v2

Berarti kecepatan perambatan gelombang bunyi setelah dipanaskan adalah 2v (yaitu 2 kali dari kecepatan semula)--> Jawaban: D

5). Seutas dawai panjangnya 40 cm, kedua ujungnya terikat dan digetarkan sehingga pada seluruh panjang dawai terbentuk empat perut gelombang. Dawai tersebut ditarik dengan gaya 100 N. Jika massa dawai 1 gram, frekuensi getaran dawai adalah...
a. 200 Hz
b. 400 Hz
c. 800 Hz
d. 1000 Hz
e. 1600 Hz

Diketahui:
Karena kedua ujungnya terikat dan terbentuk 4 perut gelombang, maka:
n = 3 (nada atas ketiga)
l = 40 cm = 0,4 m
F = 100 N
m = 1 gr = 0,001 kg

Ditanya: f (frekuensi getaran)?

Jawab:
Frekuensi nada atas ketiga:
f = (n +1/ 2L) √(F/μ)
f = (n + 1/ 2L) √(F.L/m)
f = (3 + 1/ 2 .0,4) √(100. 0,4 / 0,001)
f = 4 / 0,8 √40/0,001
f = 5 . √40000
f = 5 . 200
f = 1000 Hz (Jawaban: D)

6). Seutas dawai menghasilkan nada dasar f. Jika dawai tersebut dipendekkan 8 cm tanpa mengubah tegangan dawai, akan dihasilkan frekuensi sebesar 1,25 f. Jika dawai dipendekkan 2 cm lagi, frekuensi yang dihasilkan adalah...
a. f
b. 1,25 f
c. 1,33 f
d. 1,5 f
e. 2,0 f

Diketahui:
f0 = f
misalkan panjang dawai L0 = L
L1 = (L -8) ---> dipendekkan 8 cm
L2 = (L-10) ----> dipendekkan lagi 2 cm

Ditanya: f2 (frekuensi yang dihasilkan jika dawai dipendekkan 2 cm lagi)?

Jawab:
menghasilkan nada dasar f, maka:
f = v/2L -----> terlihat dari rumus bahwa nilai frekuensi berbanding terbalik dengan panjang dawai.

maka:
*f0/f1 = L1/L0
f / 1,25 f = (L -8)/L ------> coret nilai f
1/ 1,25 = (L-8)/ L ---> kali silang
1,25 L - 10 = L
1,25 L - L = 10
0,25 L = 10
L = 40 cm

*f0/f2 = L2/L0
f/f2 = (L-10)/L
masukkan nilai L = 40 cm
f/f2 = (40-10)/40
f/f2 = 30/40
f2 = 40/30 f
f2 = 1,33 f (Jawaban: C)

7). Jika sebuah pipa organa terbuka ditiup sampai timbul nada atas kedua, akan terjadi...
a. 3 perut dan 3 simpul
b. 3 perut dan 4 simpul
c. 4 perut dan 3 simpul
d. 4 perut dan 4 simpul
e. 4 perut dan 5 simpul

Jawab:

Sumber: http://alifasyabhirra.blogspot.com/2016/07/pipa-organa-sebuah-pipa-yang-jika.html

Pada pipa organa terbuka, kedua ujungnya itu adalah perut.
Maka disimpulkan dari gambar diatas:
Nada dasar terdiri dari 2 perut dan 1 simpul.
Nada atas pertama terdiri dari 3 perut dan 2 simpul.
Nada atas kedua terdiri dari 4 perut dan 3 simpul (Jawaban: C)

8). Resonansi pertama pada tabung resonator terjadi ketika panjang kolom udaranya 4 cm. Resonansi berikutnya terjadi jika panjang kolom udaranya...
a. 6 cm
b. 8 cm
c. 12 cm
d. 16 cm
e. 20 cm

Diketahui:
l1 = 4 cm (terjadinya resonansi pertama)

Ditanya: l2 (panjang kolom udara pada resonansi kedua)?

Jawab:
*Kita cari dulu panjang gelombang
Resonansi pertama -> L = 1/4 x λ
4 = 1/4 x λ
λ = 4 x 4
λ = 16 cm

*Cari panjang kolom udara pada resonansi kedua
Resonansi kedua -> L = 3/4 x λ
L = 3/4 x 16
L = 12 cm (Jawaban: C)

9). Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal, maka gelombang bunyi dapat mengalami peristiwa...
a. Interferensi
b. Difraksi
c. refraksi
d. refleksi
e. semua benar

Jawaban: E (Semua Benar)

10). Percobaan Quincke dapat digunakan untuk menentukan terjadinya peristiwa...
a. Interferensi oleh gelombang bunyi udara
b. pemantulan gelombang bunyi di udara
c. Resonansi gelombang bunyi di dalam tabung
d. Pembiasan oleh gelombang bunyi di udara
e. polarisasi gelombang bunyi di udara

Jawaban: A (Interferensi oleh gelombang bunyi di udara)

11). Dari hasil percobaan Quincke didapatkan, interferensi minimum untuk kali pertamanya terjadi pada saat beda lintasan gelombang bunyi untuk sampai ke membran 20 cm. Jika sumber bunyi memiliki frekuensi 870 Hz, kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam tabung percobaan adalah...
a. 174 m/s
b. 326 m/s
c. 348 m/s
d. 384 m/s
e. 396 m/s

Diketahui:
ΔS = 20 cm
f = 870 Hz

Ditanya: v (kecepatan perambatan gelombang bunyi)?

Jawab:
ΔS = ½ λ
20 = ½ λ
λ = 20 x 2
λ = 40 cm = 0,4 m

*cepat rambat:
v = λ . f
v = 0,4 . 870
v = 348 m/s (Jawaban: C)

12). Dua sumber bunyi berjarak 10 m memiliki frekuensi sama. Pada jarak 4,8 m dari sumber bunyi pertama, seorang pendengar mendengarkan interferensi minimum yang pertama kali. Jika diketahui kecepatan bunyi di udara 340 m/s, frekuensi yang dipancarkan oleh kedua sumber bunyi tersebut adalah...
a. 140 Hz
b. 340 Hz
c. 425 Hz
d. 850 Hz
e. 170 Hz

Diketahui:
x = 10 m
x1 = 4,8 m
v = 340 m/s

Ditanya: f (frekuensi yang dipancarkan oleh kedua sumber bunyi tersebut)?

Jawab:
x2 = x - x1
x2 = 10 - 4,8
x2 = 5,2 m

Interferensi minimum pertama:
x2 - x1 = ½ λ
5,2 - 4,8 = ½ λ
½ λ = 0,4
λ = 0,8 m

*frekuensi:
v = λ . f
f = v / λ
f = 340 / 0,8
f = 425 Hz (Jawaban: C)

13). Sebuah ambulan bergerak mendekati seorang pengamat dengan kecepatan 34 m/s dan frekuensi 1024 Hz. Jika pengamat bergerak menjauhi mobil ambulan dengan kecepatan 17 m/s dan cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s, frekuensi bunyi yang didengar oleh pengamat adalah...
a. 920 Hz
b. 1080 Hz
c. 1120 Hz
d. 1220 Hz
e. 1320 Hz

Diketahui:
fs = 1024 Hz
vs = 34 m/s (jika s bergerak mendekati p maka -vs)
v = 340 m/s
vp = 17 m/s (jika p bergerak menjauhi s maka -vp)

Ditanya: fp (frekuensi bunyi yang didengar)?

Jawab:
fp = ((v-vp)/(v-vs)) x fs
fp = ((340 - 17)/(340-34)) x 1024
fp = (323/306) x 1024
fp = 1,0555 x 1024
fp = 1080,88 Hz ----> dibulatkan menjadi 1080 Hz (Jawaban: B)

14). Jika dua buah sumber bunyi dengan frekuensi 2000 Hz dan 2008 Hz berbunyi secara serentak, akan timbul pelayangan bunyi dengan frekuensi...
a. 2 Hz
b. 4 Hz
c. 8 Hz
d. 204 Hz
e. 2008 Hz

Diketahui:
f1 = 2000 Hz
f2 = 2008 Hz

Ditanya: fp (frekuensi pelayangan)?

Jawab:
fp = f2 - f1
fp = 2008 - 2000
fp = 8 Hz (Jawaban: C)

15). Dua buah dawai baja identik memberikan nada dasar dengan frekuensi 400 Hz. Jika tegangan dalam salah satu dawai ditambah 2%, besar frekuensi pelayangan yang terjadi adalah...
a. 0 Hz
b. 2 Hz
c. 4 Hz
d. 6 Hz
e. 8 Hz

Diketahui:
f1 = 400 Hz (frekuensi dawai 1)
f2 = 400 Hz (frekuensi dawai 2)

Bila tegangan salah satu dawai ditambah 2%, kita misalkan dawai 2 yang ditambah.
2% ----> 2/100 ---> 0,02

Ditanya: fp (frekuensi pelayangan)?

Jawab:
f1 = f2 = 1 /2L √F/µ
400 = 1/ 2L √F/µ

f ' = 1/ 2L √(F+0,02F)/µ -------> tegangan ditambah 2% pada salah satu dawai
f ' = 1 /2L √1,02F/µ
f ' = √1,02 . 1/2L √F/µ
f ' = √1,02 . 400
f ' = 403,9 Hz

fp = f ' - f1
fp = 403,9 - 400
fp = 3,9 Hz ---> dibulatkan menjadi 4 Hz (Jawaban: C)

16). Taraf intensitas percakapan antara 2 orang siswa di dalam kelas adalah 30 dB. Jika ada 20 orang siswa sedang bercakap-cakap, taraf intensitas yang dihasilkan menjadi...
a. 40 dB
b. 50 dB
c. 60 dB
d. 80 dB
e. 90 dB

Diketahui:
Ti1 = 30 dB
n1 = 2
n2 = 20

Ditanya: Ti2 (taraf intensitas yang dihasilkan)?

Jawab:
Ti2 = Ti1 + 10 log n2/n1
Ti2 = 30 + 10 log 20/2
Ti2 = 30 + 10 log 10
Ti2 = 30 + 10
Ti2 = 40 dB (Jawaban: A)

17). Taraf intensitas suatu ledakan petasan dari jarak 10 m adalah 60 dB. Jika diketahui intensitas ambang pendengaran 10^-12 Wm^-2, daya bunyi ledakan petasan tersebut adalah...
a. 4π x 10^-8 watt
b. 4π x 10^-7 watt
c. 4π x 10^-6 watt
d. 4π x 10^-5 watt
e. 4π x 10^-4 watt

Diketahui:
r = 10 m
TiL = 60 dB (taraf intensitas ledakan)
I0 = 10^-12 Wm^-2

Ditanya: P (daya bunyi ledakan)?

Jawaban:
*Cari dulu intensitas ledakan
TiL = 10 log IL/I0
60 = 10 log IL/10^-12
log IL/10^-12 = 60/10
log IL/10^-12 = 6
IL/10^-12 = arc^-1 log (6)
IL/10^-12 = 10^6
IL = 10^6 x 10^-12
IL = 10^-6 Wm^-2

I = P/A
P = I . A
P = 10^-6 . 4πR^2
P = 10^-6 . 4π(10)^2
P = 4π x10^-4 watt (Jawaban: E)

18). Taraf intensitas percakapan adalah 60 dB, dan taraf intensitas halilintar adaah 110 dB. Besar kelipatan intensitas bunyi halilintar terhadap suara percakapan adalah
a. 50 kali
b. 100 kali
c. 500 kali
d. 10.000 kali
e. 100.000 kali

Diketahui:
TiP = 60 dB (taraf intensitas percakapan)
TiH = 110dB (taraf intensitas halilintar)

Ditanyakan: Besar kelipatan intensitas bunyi halilintar (IH) terhadap suara percakapan (IP)?

Jawab:
*Cari dulu intensitas percakapan
TiP = 10 log IP/I0
60 = 10 log IP/I0
log IP/I0 = 60/10
log IP/I0 = 6
IP/I0 = arc^-1 log (6)
IP/I0 = 10^6
IP = 10^6 I0 W/m^2

*Lalu cari intensitas halilintar
TiH = 10 log IH/I0
110 = 10 log IH/I0
log IH/I0 = 110/10
log IH/I0 = 11
IH/I0 = arc^-1 log (11)
IH/I0 = 10^11
IH = 10^11 I0 W/m^2

Lalu bandingkan intensitas percakapan dengan intensitas halilintar:
IH : IP = 10^11 I0 / 10^6 I0
IH : IP = 10^5 W/m^2
IH: IP = 100.000 kali lipat (Jawaban: E)

19). Dari pengukuran kedalaman laut didapatkan bahwa untuk laut yang memiliki kedalaman 1 km, gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke laut akan terdeteksi 1,25 sekon kemudian. Jika gelombang ultrasonik terdeteksi kembali setelah dipancarkan dari kapal 2 sekon kemudian, kedalaman laut adalah...
a. 1200 m
b. 1500 m
c. 1600 m
d. 1800 m
e. 2000 m

Diketahui:
S1 = 1 km = 1000 m
t1 = 1,25 s
t2 = 2

Ditanya: S2 (Kedalaman laut jika gelombang ultrasonik kembali setelah dipancarkan dari kapal 2 sekon kemudian)?

Jawab:
Rumus mengukur kedalaman laut:
S = (v.t)/2

S1 = v. t1/2
1000 = v . 1,25 / 2
2000 = v. 1,25
v = 2000 / 1,25
v = 1600 m/s

S2 = v . t2/2
S2 = 1600 . 2 / 2
S2 = 3200 / 2
S2 = 1600 m (Jawaban: C)

20). Sifat dari gelombang ultrasonik yang digunakan dalam pemeriksaan organ tubuh dengan alat ultrasonografi adalah sifat...
a. Interferensi
b. refleksi
c. refraksi
d. difraksi
e. polarisasi

Jawaban:
Ultrasonografi (USG) memanfaatkan sifat gelombang yaitu dapat dipantulkan, berarti jawabannya adalah (B. Refleksi)