 |
|||
 |
|||
·
Gelombang
mekanik yang menjalar dalam medium gas, cair dan padat
·
Hubungan
antara frekuensi bunyi (f) , panjang gelombang (l) dan kecepatan (v) adalah :
 |
V
= l
f
Bunyi merambat dalam media :
§ Padat
· Cair
o
Gas
Bunyi yang merambat dalam medium padat :
 |
E
: modulus Young
r : rapat massa
Modulus
Young (Modulus Rentang) :
Bunyi yang merambat dalam medium cair :
·
B adalah modulus Bulk (bilangan yang menggambarkan perubahan volume benda
yang elastis)
·
Misal pada benda
yang bervolume J, tekanan diperbesar Dp menyebabkan adanya perubahan
volume DJ yang berharga negatif (-)
Bunyi yang merambat dalam medium gas :
(4)
dengan p : tekanan
r : rapat massa
M : massa molekul
g = 1,67 untuk gas monoatomik ( He, Ne)
g
= 1,40 untuk gas diatomic (N2, O2, H2)
KECEPATAN
RAMBAT BUNYI DALAM BERBAGAI MEDIUM
Zat Suhu
oC v
( m / s)
Gas :
CO2 0 259
Oksigen 0
316
Udara 0 331
20 343
Nitrogen 0 334
Helium 0 965
Cair :
Air raksa 25
1450
Air /H20 25 1498
Air
laut 25 1531
Padat :
Karet 1800
Timbal 2100
Emas 3000
Besi 5000 – 6000
Kaca 5000 – 6000
 |
1. Gelombang
infrasonik
frekuensi (f ) antara 0 – 20 Hz
2. Gelombang
sonik
frekuensi (f) antara 20 – 20.000 Hz
3.
Gelombang ultrasonik
frekuansi (f) di atas 20.000 Hz
 |
·
Dihasilkan oleh getaran tanah,
getaran truk
·
Jika mengenai tubuh akan
beresonansi , menyebabkan rasa sakit
pada beberapa bagian tubuh.
·
Frekuensi
antara 13 – 20 Hz ® sakit kepala, gangguan pembicaraan
·
Frekuensi 6 – 8 Hz ® sakit rahang
·
Frekuensi 5 – 7 Hz ® sakit dada
 |
Hubungan antara
intensitas bunyi dan frekuensi (Hz) serta nilai ambang pendengaran
ditunjukkan pada Gambar 1 di bawah ini :
Gambar 1. Nilai ambang pendengaran manusia
Nilai ambang
pendengaran untuk anak-anak
------- Nilai ambang pendengaran untuk
segala umur
Nilai ambang pendengaran
adalah :
frekuensi yang berkaitan dengan
intensitas bunyi (dB) yang dapat di
dengar oleh telinga manusia.
Misalnya bunyi dengan frekuensi f = 30 Hz , agar bisa didengar oleh telinga
manusia maka intensitas bunyi harus 60
dB setara dengan intensitas (106
x 10-12 W/m2)
 |
1.
Berapakah
jangkauan panjang gelombang bunyi yang dapat di dengar ?
Frekuensi bunyi yang dapat didengar
telinga manusia berkisar antara 
, akan diperoleh jangkauan panjang gelombang bunyi yang dapat
didengar berada diantara 0,0171 m – 17,1
m
2. Berapakah
kecepatan rambat bunyi di dalam gas ideal diatomik (He) dengan massa
g
= 1,4
P = 200 x 103 Pa
r
= 4 kg/m3
R = 8314 J/k mol oK = 8,3
J/mol oK
Gunakan persamaan (4)
v = 
 |
Intensitas bunyi adalah daya yang dirambatkan gelombang melalui satu
satuan luas permukaan yang tegak lurus arah rambat.
I = 
(5)
(5)
Satuannya 
Gelombang bunyi yang beramplitudo A,
berfrekuensi f dan merambat dengan kecepatan v dalam zat yang rapat massanya r maka :
 |
I = 2p2
f2 r
v A2 (6)
 |
1. Selama
selang waktu 5 s sebuah mikrofon dengan luas efektif sebesar 3 cm2
menerima 1,5 x 10-9 J energi bunyi, berapakah intensitas bunyi itu ?
2. Bunyi
yang berintensitas 0,54 W/m2 terdengar terlalu bising. Kalau bunyi
itu berfrekuensi 8000 Hz, berapakah amplitudonya ? (r udara =
1,29 kg/m3 dan vbunyi = 340 m/s
adalah istilah penerimaan bunyi
oleh telinga manusia
¨
Hubungan
antara kekerasan bunyi dengan intensitas
bukan merupakan hubungan yang
linier tetapi merupakan hubungan LOGARITMIC
¨
Tingkat
intensitas bunyi (skala dB)
-
secara kasar menggambarkan kerasnya
bunyi
-
tidak berkaitan langsung dengan frekuensi
¨ Tingkat
kepekaan telinga tidak sama sensitivitasnya untuk semua frekuensi
¨ Untuk
mendengar kenyaringan yang sama dari bunyi yang
frekuensinya berbeda dibutuhkan intensitas yang berbeda pula, hal ini dapat dilihat pada
Gambar 2 di bawah ini .
Pada
Gambar 2 di atas :
·
Setiap kurva menyatakan tingkat
kekerasan / kenyaringan (satuannya phon) yang secara numerik sama dengan
tingkat intensitas (dB) pada frekuensi 1000 Hz
Contoh :
-
Kurva yang diberi label 40 menyatakan bunyi yang
terdengar memiliki kenyaringan yang sama dengan bunyi 1000 Hz dengan
tingkatan intensitas 40 dB
-
Dari kurva 40 phon ini ®
bunyi dengan frekuensi 1000 Hz harus memiliki tingkatan intensitas sekitar 62
dB agar terdengar sekeras bunyi 1000 Hz dengan hanya 40 dB.
·
Nilai ambang pendengaran :
Bunyi 1000 Hz terdengar pada tingkat 0
dB sedangkan bunyi 100 Hz agar bisa terdengar paling tidak harus 40 dB
Tingkat
Intensitas Bunyi (b)
b = 10 log 
(7)
(7)
dengan
satuan b adalah desibel (dB)
I
= intensitas bunyi dari sumber
Io = 1 x 10-12 W/m2 yang merupakan intensitas
terendah yang masih bisa didengar
Jangkauan intensitas yang masih bisa didengar
10-12 W/m2 sampai 1 W/m2
Jika dinyatakan dalam skala desibel
:
b = 10 log 
= 10 log 
= 10 log 1 = 0 dB
Sampai :
b = 10 log 
= 10 log 10+12 = 120 dB
Jadi dalam skala desibel :
Jangkauan bunyi yang masih bisa
di dengar oleh manusia adalah 0 – 120 dB
DAFTAR INTENSITAS DAN dB PADA BERBAGAI SUMBER BUNYI
BUNYI
|
INTENSITAS W/M2
|
dB
|
|
·
Suara bisik
·
Kantor sibuk
·
Bicara jarak 1 m
·
Kesibukan lalin
·
Suarayang menimbul kan nyeri (pemotong logam)
·
Pesawat Jet
|
10-10
10-7
10-6
10-5
100
101
|
20
50
60
70
120
130
|
Contoh
:
1.
Suatu
gelombang bunyi dengan tingkat intensitas sebesar 80 dB datang pada gendang
telinga dengan luas 0,6 x 10-4m2. Berapa banyak energi
diserap oleh gendang telinga dalam waktu 3 menit ?.
2.
Bunyi
intensitasnya 3 x 10-8 W/m2, berapakah tingkat
intensitasnya jika dinyatakan dalam
satuan dB ?
Gelombang
bunyi memiliki sifat :
-
dapat dipantulkan
-
dapat diteruskan
-
dapat diserap
Medium 1 Medium
2
(sumber bunyi) (Tubuh
Manusia)
A0
T
R
Ao : Amplitudo gelombang
bunyi mula-mula
R : Amplitudo gelombang bunyi
yang dipantulkan
T : Amplitudo gelombang bunyi yang
diteruskan
Penyerapan
energi bunyi akan mengakibatkan berkurangnya amplitudo gelombang bunyi :
A = Ao e-ax (8)
Karena
I ~ ½A½2 , A2 = Ao2 e-2ax
maka :
I
= Io e-2ax (9)
I :
intensitas bunyi pada jaringan setebal x
Io : intensitas bunyi
mula-mula
x : tebal jaringan
a : koefisien serap jaringan
Koefisien
Serap dan Nilai Tebal Paruh (X1/2) Beberapa Jaringan
Jaringan a (cm-1) Tebal
paruh jaringan
(cm)
Otot 0,13 2,7
Lemak 0,05 6,9
Otak 0,11 1,2
Tulang 0,4 6,95
Suatu bunyi bergerak sambil mengeluarkan
frekuensi fo
Pendengar
B Sumber bunyi Pendengar A
V ® kecepatan rambat bunyi
Vs ® kecepatan sumber bunyi mendekati pendengar
Vo® kecepatan pendengar mendekati sumber
Maka :
Pendengar akan mendengar bunyi
dengan frekuensi f :
f = fo 
(10)
(10)
tanda (+) dan (-) ® bisa berubah bergantung pada arah gerak pendengar dan sumber bunyi
Kita lihat
beberapa keadaan berikut ini :
1.
Sumber bunyi
bergerak mendekati pendengaran A yang diam,
maka :
2.
Pendengar B
diam, sumber bunyi bergerak ke kanan dengan kecepatan vs, maka :
3.
Pendengar B
mendekati sumber bunyi yang diam, maka :
4.
Pendengar A
menjauhi sumber bunyi yang diam
Salah satu aplikasi azas Doppler pada peralatan medis adalah Ultrasonic
Blood Flow Meter Tipe Doppler, bagan peralatannya ditunjukkan pada Gambar 3
berikut ini :
Gambar 3. Ultrasonic
Blood Flow Meter Tipe Doppler,
Alat ini dapat digunakan untuk mengetahui kecepatan aliran darah. Prinsip
kerjanya adalah sebagai berikut . Bunyi ultra dengan fekuensi f0
mengenai darah, dipantulkan kembali masuk ke detector kemudian diterima oleh
frekuensi meter fd, di mana :
vD : kecepatan darah
vs : kecepatan sumber
q
: sudut arah sumber bunyi dan fd
 |
·
Memiliki frekuensi f > 20.000 Hz
·
Dapat digunakan untuk pengobatan,
diagnosis, penghancuran sel
·
Memiliki daya tembus jaringan yang
cukup besar
·
Dihasilkan oleh magnet listrik (fe2
O3 ) dan kristal piezo electric.
 |
|||
 |
|||
·
Batang ferromagnetik Fe2O3
diletakkan pada medan
·
Batang Fe2O3
dilingkari kawat ®
dialiri listrik ®
timbul gelombang ultra pada ujung batang
 |
·
Kristal fiezo elektrik (PE) dialiri
tegangan listrik sehingga lempengan kristal mengalami vibrasi dengan frekuensi
yang sangat tinggi sekali yaitu frekuensi
ultra
·
Vibrasi kristal (PE) dapat menimbulkan listrik , sehingga kristal PE ini
berfungsi juga sebagai transduser dalam ultrasonik
 |
Dalam aplikasinya maka besarnya intensitas gelombang
ultrasonik berbeda-beda sesuai yang dibutuhkan .
(i)
untuk
diagnostik : f = 1 MHz s/d 5 MHz , intensitas =
0,01 W/cm2
(ii)
untuk pengobatan : I = 1 W/cm3
(iii) Pengrusakan jaringan kanker: I = 103 W/cm2
EFEK GELOMBANG ULTRASONIK
1. Mekanik : membentuk emulsi asap
2. Panas
: mengalami perubahan panas
3. Kimia : proses oksidasi
4. Biologi : pemanasan ® pelebaran
pembuluh darah
Kristal piezo elektrik (Transduser)Mengirim gelombang
ultrasonik ke obyek
Dipantulkan oleh obyek
Diterima oleh transduserDiteruskan ke
amplifier berupa gelombang listrik
Gelombang tersebut ditangkap oleh
osiloskop
Ada beberapa metode diagnostik dengan
menggunakan gelombang ultrasonic, yaitu
·
A SCANING ® BESARNYA AMPLITUDO
·
B SCANNING ® TRANSDUSER DIGERAKKAN ®
2 DIM
·
C SCANNING ® GERAKAN JANTUNG DLL
 |
(i). Sebagai diathermi / pemanasan
Gelombang ultrasonic mengenai jaringan m
ada penyerapan energi yang dilakukan oleh jaringan temperatur dan tekanan pada jaringan tersebut
meningkat.
(ii)
Menghancurkan sel kanker
Gelombang ultrasonik memiliki daya tembus jaringan
yang cukup besar sehingga kemampuan dipakai untuk menghancurkan sel-sel kanker.
1. Garpu tala (6000 getaran dalam 1 menit). Hitung panjang
gelombang yang terjadi. ( v = 346 m / s)
2. Bunyi
yang berintensitas 0,54 W / m2 terdengar terlalu bising. Kalau bunyi
itu berfrekuensi 800 Hz, berapakah amplitudonya ? (r ud
= 1,29 kg / m3 dan v = 346 m / s)
3. Bunyi
intensitasnya 3 x 10-8 W / m2 , berapakah tingkat
intensitasnya dalam satuan dB ?
4. Sebuah
garpu tala ( f = 400 Hz) digerakkan menjauhi pendengar dan mendekati dinding
dengan kecepatan 2 m / s. Berapakah frekuensi gelombang yang dating dari sumber
dan langsung ditangkap pendengar ?
5. Pagelaran musik rock dapat menimbulkan tingkat intensitas
bunyi 107 dB dalam ruangan. Berapakah intensitas bunyi tersebut
?
6. Gelombang
bunyi berfrekuensi 8000 Hz dan tingkat dB-nya adalah 62 dB. Kalau dimisalkan
rapat massanya 1,29 kg / m3, berapakah amplitudo getarannya ?
7. Untuk
membunuh sel kanker pada tulang ( a=0,4 cm-1)
diperlukan intensitas gelombang ultrasonik 80% intensitas sumber mula-mula.
Berapakah ketebalan jaringan yang dapat ditembus ?
Di blog ini juga Saya membagikan beberapa hasil karya tulis Saya seperti yang bisa sobat baca secara gratis. Harapan Saya yaitu semoga blog ini dapat memberikan kontribusi yang bermanfaat bagi sobat semua.
ConversionConversion EmoticonEmoticon