Soal Dan Penyelesaian Fisika Sekolah Menengan Atas - Bunyi atau suara adalah pemampatan mekanis atau gelombang longitudinal yang merambat melalui medium. Medium atau zat perantara ini dapat berupa zat cair, padat, gas. Kecepatan bunyi adalah istilah yang digunakan untuk menyebut cepat rambat gelombang bunyi pada medium elastis.
Kecepatan rambatan gelombang bunyi ini dapat berbeda tergantung medium yang dilewati (sifat-sifat medium tersebut, dan suhu). Namun, istilah ini lebih banyak dipakai untuk kecepatan bunyi di udara.
Pada ketinggian air laut, dengan suhu 21 °C dan kondisi atmosfer normal, kecepatan bunyi adalah 344 m/detik (1238 km/jam). Kecepatan suara akan lebih cepat melaju di air dan di benda padat. Kecepatan suara di air adalah 4.3 kali lipat kecepatan di udara, yaitu 1.484 m/detik.
Kecepatan suara pada besi adalah 15 kali lipat kecepatan di udara, yaitu 5.120 m/detik.
Berikut persamaan cepat rambat bunyi pada medium tertentu :
Cepat rambat bunyi pada zat cair
\[v=\sqrt\fracB\rho\]B = konstanta bulk zat cair
ρ = massa jenis
Cepat rambat bunyi pada zat Padat
\[v=\sqrt\fracE\rho \] E = konstanta elastisitas
ρ = massa jenis
Cepat rambat bunyi pada zat Padat
\[v=\sqrt\gamma \; \fracRTM_r\] Soal Dan Penyelesaian
01. Dua batang logam A dan B masing-masing memiliki modulus Young sekitar 0,2 × 1011 Pa dan 4 × 1011 Pa. Apabila perbandingan antara massa jenis logam A dan B adalah 20 : 1, maka perbandingan cepat rambat gelombang bunyi pada logam A dan B adalah ....
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
\[\\v=\sqrt\fracE\rho \Rightarrow v\, \approx \, \sqrtE\\\fracv_Av_B=\sqrt\fracE_AE_B\times \frac\rho _B\rho _A\\\fracv_Av_B=\sqrt\frac0,2\times 10^11\, \, \, \, 4\times 10^11\times \frac120\\\fracv_Av_B=\sqrt\frac1400\\\fracv_Av_B=\frac120=1:20\]
02. Tentukan cepat rambat bunyi dalam gas dengan massa jenis 3,5 kg/m3, dengan tekanan 215 kPa (1 kPa = 103 Pa = 103 N/m2) jika konstanta Laplace untuk gas tersebut 1,40!
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
Persamaan Gas Ideal:
\[P.V=n.R.T\\P \, V=\fracmM_r\, R\, T\\P\, \, \fracVm=\fracR\, TM_r\\\fracR\, TM_r=\fracP\rho\, \,\] Kecepatan Gelombang bunyi di udara: \[\\v=\sqrt\gamma \fracR\, TM_r\\v=\sqrt\gamma \fracP\rho \\v=\sqrt\frac1,40\, \, \, \, 2,15\times 10^53,5 \\v=293\, \, m.s^-1\]
03. Sebatang logam mempunyai modulus Young 7. 1010 N/m/m dan massa jenis 2800 kg/m/m/m. Tentukan kelajuan bunyi jika bunyi merambat dalam logam tersebut!
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
Kelajuan bunyi pada logam adalah
04. Air mempunyai modulus Bulk 3.109 N/m/m/m dan kerapatan 1 gram/cm/cm/cm. Hitunglah kelajuan bunyi dalam air jika bunyi tersebut merambat di air! Jawab.
\[\\v_b=\sqrt\frac\beta \rho \\v_b= \sqrt\frac3.10^9 10^3 \\v_b=\sqrt3.10^3ms^-1\]
05 Laju rambat bunyi di udara ketika 27 derajat Celcius adalah 340 m/s. Jika udara tersebut naik suhunya hingga mencapai 87 derajat celcius, tentukanlah laju bunyi saat terjadi perubahan suhu tersebut!
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
\[\\v_b=\sqrt\frac\gamma RTM\\v_b\sim \sqrtT\\\fracv_2v_1=\sqrt\fracT_2T_1\\ \fracv_2340=\sqrt\frac350300\\v_2=(1.07)(340)ms^-1 \\v_2=364 m/ss^-1\]
06. Seseorang mendengarkan kembali suara sebagai gema dari sebuah tebing setelah waktu 6 detik. Apabila b adalah konstanta Laplace yang menunjukkan perbandingan kalor jenis pada tekanan dan suhu konstan dan orang tersebut mengetahui bahwa suhu saat itu T dalam Kelvin dan M adalah massa molekul relative. Tentukanlah jarak orang ke tebing (nyatakan dalam persamaan matematis)!
Karena bunyi merambat konstan, maka jarak orang ke tebing dapat dihitung dengan menghitung jarak mengggunakan GLB.
\[\\s=v_b.t_p\\s=\sqrt\frac\gamma RTM.t_p\\ s=3\sqrt\frac\gamma RTM\]
07. Pada suatu keadaan tertentu, suatu gas mempunyai suhu nol derajat celcius dan beterkanan 1 atm. Kelajuan bunyi yang merambat dalam gas saat itu adalah 330 m/s dan diketahui konstanta Laplace sebesar 1.4. Hitunglah rapat massa medium gas tersebut!
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
Rapat massa gas dapat dihitung dari laju bunyi di gas.
\\[\\v_b=\sqrt\frac\gamma P\rho \\ \rho =\frac\gamma Pv_b^2\\\rho =1.4 kgm^-3\]
Post a Comment (0)