Bab 9: Gerak dalam Getaran Harmonik

Jawaban Benar: C. Gelombang mekanik Pembahasan: Gelombang mekanik membutuhkan medium (padat, cair, atau gas) agar bisa merambat. Contohnya adalah gelombang bunyi, gelombang pada tali, dan gelombang pada air. Gelombang ini tidak bisa merambat di ruang hampa karena tidak ada medium yang bisa mentransfer getaran.

Jawaban Benar: C. Gelombang cahaya tampak Pembahasan: Gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium untuk merambat, sehingga dapat merambat di ruang hampa. Cahaya tampak, sinar X, dan sinar gamma adalah contoh dari gelombang ini. Berbeda dengan gelombang bunyi yang memerlukan medium, cahaya tetap bisa berjalan di ruang hampa.

Jawaban Benar: B. Gelombang bunyi memerlukan medium, sedangkan cahaya tidak. Pembahasan: Gelombang bunyi termasuk gelombang mekanik yang membutuhkan medium. Di ruang kedap suara, medium rambat bunyi dihambat sehingga tidak terdengar. Sementara itu, cahaya indikator berasal dari gelombang elektromagnetik yang dapat merambat di ruang hampa maupun ruang tertutup.

Jawaban Benar: D. Transversal Pembahasan: Gelombang transversal memiliki arah getar yang tegak lurus dengan arah rambat gelombang. Contohnya adalah gelombang pada tali, gelombang pada permukaan air, dan gelombang elektromagnetik. Pada kasus ini, arah rambatnya ke kanan-kiri, sedangkan arah getar partikel tali ke atas-bawah.

Jawaban Benar: B. Longitudinal Pembahasan: Gelombang bunyi termasuk gelombang longitudinal, di mana arah getar partikel udara sejajar dengan arah rambat bunyi. Mekanisme rambatannya berupa rapatan dan renggangan udara. Inilah yang menyebabkan bunyi dapat terdengar saat ada medium udara, tetapi tidak terdengar di ruang hampa.

Jawaban Benar: D. Gelombang stasioner Pembahasan: Gelombang stasioner terbentuk dari hasil superposisi antara gelombang datang dan gelombang pantul dengan frekuensi sama. Pola simpul (titik tidak bergerak) dan perut (titik dengan amplitudo maksimum) akan terbentuk pada tali. Kondisi ini berbeda dengan gelombang berjalan yang amplitudonya sama di setiap titik.

Jawaban Benar: B. Infrasonik Pembahasan: Bunyi infrasonik adalah bunyi dengan frekuensi < 20 Hz, biasanya hanya dapat didengar oleh hewan tertentu seperti jangkrik dan gajah. Bunyi audiosonik berada pada rentang 20–20.000 Hz yang bisa didengar manusia. Sedangkan ultrasonik berada di atas 20.000 Hz.

Jawaban Benar: A. Bunyi kelelawar berada pada daerah ultrasonik sehingga tidak terdengar manusia. Pembahasan: Ultrasonik adalah bunyi dengan frekuensi > 20.000 Hz. Kelelawar menggunakan ultrasonik hingga puluhan kilohertz untuk ekolokasi. Manusia tidak bisa mendengarnya karena pendengaran manusia hanya terbatas pada 20–20.000 Hz.

Jawaban Benar: B. Nada Pembahasan: Nada adalah bunyi yang frekuensinya teratur. Tinggi rendahnya nada ditentukan oleh frekuensi, sedangkan kuat lemahnya nada ditentukan oleh amplitudo. Derau adalah bunyi dengan frekuensi tidak teratur.

Jawaban Benar: A. Frekuensi getaran pita suara meningkat. Pembahasan: Nada tinggi dihasilkan dari getaran dengan frekuensi tinggi. Amplitudo tidak menentukan tinggi-rendah nada, melainkan hanya memengaruhi kuat-lemahnya bunyi. Dengan demikian, saat penyanyi mencapai nada tinggi, pita suaranya bergetar lebih cepat.

Jawaban Benar: B. $v=\sqrt{\frac{B}{\rho }}$ Pembahasan: Kecepatan bunyi dalam zat cair bergantung pada modulus bulk (B) dan massa jenis (ρ). Semakin besar modulus bulk suatu cairan, semakin cepat bunyi merambat. Namun, semakin besar massa jenisnya, semakin lambat rambat bunyi.

Jawaban Benar: D. 1500 m/s Pembahasan: Gunakan rumus $v=\sqrt{\frac{B}{\rho }}$ $v=\sqrt{\frac{2,25\times 10^9}{1000}}=\sqrt{2,25\times 10^6}=1500m/s$ Hasilnya sesuai dengan kecepatan bunyi di dalam air.

Jawaban Benar: E. Frekuensi benda luar sama dengan frekuensi alami benda. Pembahasan: Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda akibat pengaruh getaran benda lain yang memiliki frekuensi sama. Fenomena ini dapat meningkatkan amplitudo getaran. Contoh nyata adalah resonansi garpu tala dengan tabung udara.

Jawaban Benar: E. 338 m/s Pembahasan: Panjang kolom udara untuk resonansi pertama $L=\frac{\lambda }{4}$. Maka $\lambda =4L=4\times 0,165=0,66m$ Gunakan rumus $v=f\lambda =512\times 0,66=338m/s$ Nilai ini sesuai dengan cepat rambat bunyi di udara pada suhu ruang.

Jawaban Benar: B. Perpaduan dua gelombang cahaya koheren Pembahasan: Interferensi cahaya terjadi ketika dua gelombang cahaya koheren bertemu. Jika cahaya monokromatik digunakan, akan muncul pola terang-gelap pada layar. Pola ini dapat dihasilkan dari percobaan celah ganda Young atau kisi difraksi.

Jawaban Benar: D. Mengurangi silau dengan menyerap cahaya pada arah tertentu Pembahasan: Polarisasi cahaya adalah peristiwa ketika cahaya hanya bergetar pada satu arah bidang tertentu. Pada kacamata hitam, polarisasi digunakan untuk mengurangi silau dari pantulan cahaya, misalnya dari permukaan air atau kaca. Cahaya dengan arah getar tertentu akan diserap, sementara cahaya dari arah lain masih diteruskan.

Jawaban Benar: A. 0,0085 m Pembahasan: Panjang gelombang ($\lambda$) dapat dihitung dengan rumus: $\lambda =\frac{v}{f}$ dengan v adalah kecepatan bunyi dan f adalah frekuensi bunyi. Diketahui: $v=340\text{m/s}$ $f=40.000\text{Hz}$ Maka panjang gelombang adalah: $\lambda =\frac{340}{40.000}=0,0085\text{m}$ Jadi, panjang gelombang bunyi tersebut adalah 0,0085 m.

Jawaban Benar: E. 4,5 mm Pembahasan: Panjang gelombang cahaya: $\lambda =600\text{nm}=600\times 10^{-9}\text{m}$ Jarak antar celah: $d=0,2\text{mm}=0,2\times 10^{-3}\text{m}=2,0\times 10^{-4}\text{m}$ Jarak ke layar: $L=1,5\text{m}$ Rumus jarak antar garis terang (interfringe): $\Delta y=\frac{\lambda L}{d}$ Substitusi angka: $\Delta y=\frac{(600\times 10^{-9})(1,5)}{2,0\times 10^{-4}}$ Hitung langkah demi langkah: $\lambda L=600\times 10^{-9}\times 1,5=900\times 10^{-9}=9,0\times 10^{-7}$ Bagi dengan $d=2,0\times 10^{-4}$: $\Delta y=\frac{9,0\times 10^{-7}}{2,0\times 10^{-4}}$ $\Delta y=4,5\times 10^{-3}\text{m}$ $\Delta y=4,5\text{mm}$ Jadi jarak antar garis terang adalah 4,5 mm

Jawaban Benar: D. Mengurangi silau dengan menyerap cahaya pada arah tertentu Pembahasan: Polarisasi cahaya adalah peristiwa ketika cahaya hanya bergetar pada satu arah bidang tertentu. Pada kacamata hitam, polarisasi digunakan untuk mengurangi silau dari pantulan cahaya, misalnya dari permukaan air atau kaca. Cahaya dengan arah getar tertentu akan diserap, sementara cahaya dari arah lain masih diteruskan.

Jawaban Benar: C. $10^{-12}{\text{W/m}}^2$ Pembahasan: Ambang pendengaran merupakan intensitas terkecil yang dapat didengar telinga manusia. Nilai standar ambang ini adalah $10^{-12}{\text{W/m}}^2$. Jika intensitas lebih kecil dari itu, telinga tidak mampu mendeteksinya.

Jawaban Benar: C. $10^{-12}{\text{W/m}}^2$ Pembahasan: Ambang pendengaran merupakan intensitas terkecil yang dapat didengar telinga manusia. Nilai standar ambang ini adalah $10^{-12}{\text{W/m}}^2$. Jika intensitas lebih kecil dari itu, telinga tidak mampu mendeteksinya.

Jawaban Benar: B. Logaritma perbandingan intensitas bunyi dengan intensitas ambang pendengaran Pembahasan: Taraf intensitas bunyi dinyatakan dengan rumus $\beta =10\log \frac{I}{I_0}$. Rumus ini menunjukkan bahwa taraf intensitas adalah logaritma perbandingan antara intensitas bunyi $I$ dengan ambang pendengaran $I_0$. Hal ini mempermudah karena telinga lebih peka terhadap skala logaritmik.

Jawaban Benar: A. $10^{-3}{\text{W/m}}^2$ Pembahasan: Gunakan rumus $\beta =10\log \frac{I}{I_0}$. Substitusi: $60=10\log \frac{I}{10^{-12}}$. Sehingga $\log \frac{I}{10^{-12}}=6$, maka $\frac{I}{10^{-12}}=10^6$. Jadi $I=10^{-6+12}=10^{-3}{\text{W/m}}^2$.

Jawaban Benar: B. $10^{-6}{\text{W/m}}^2$ Pembahasan: Kita gunakan rumus taraf intensitas bunyi: $L=10\log \left(\frac{I}{I_0}\right)$ dengan: $L=60\text{dB}$ $I_0=10^{-12}{\text{W/m}}^2$ $I=?$ Langkah perhitungan: $60=10\log \left(\frac{I}{10^{-12}}\right)$ $\frac{60}{10}=\log \left(\frac{I}{10^{-12}}\right)$ $6=\log \left(\frac{I}{10^{-12}}\right)$ $10^6=\frac{I}{10^{-12}}$ $I=10^6\times 10^{-12}=10^{-6}{\text{W/m}}^2$ Intensitas bunyi yang didengar siswa adalah $I=1\times 10^{-6}{\text{W/m}}^2$

Jawaban Benar: B. Getaran molekul udara dalam kolom udara yang beresonansi Pembahasan: Bunyi dalam pipa organa dihasilkan karena kolom udara di dalam pipa bergetar membentuk gelombang stasioner. Getaran ini terjadi akibat hembusan udara ke dalam pipa. Resonansi udara ini memperkuat bunyi yang terdengar.