Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9

27Bagaimana Bunyi Merambat

Kilatan petir — lalu satu, dua, tiga sekon kesunyian — dan baru sekarang guruh menggeram. Padahal kilat dan geram itu lahir bersama di awan yang sama! Bunyi, seperti kita pelajari, adalah getaran yang merambat. Bab ini mengikutinya di jalan: lewat apa ia merambat, seberapa cepat ia berlari, dan apa yang terjadi ketika ia menabrak dinding.

27.1 Bunyi memerlukan perantara

Proposisi 27.1 (Tanpa perantara, tanpa bunyi)

Bunyi merambat hanya melalui benda: melalui udara, melalui air, melalui kayu, batu bata, dan baja. Di tempat yang sama sekali tidak berisi apa-apa — tanpa udara, tanpa zat apa pun — bunyi tidak dapat merambat: getarannya tidak punya apa pun untuk digetarkan.

Contoh 27.2 (Lonceng di dalam toples)

Sebuah percobaan termasyhur, berumur tiga abad: sebuah lonceng listrik berdering di dalam toples kaca — terdengar jelas. Sebuah pompa lalu mengisap udara keluar dari toples yang tertutup rapat itu sementara pemukul loncengnya jelas terlihat terus memukul. Deringnya memudar… lalu mati. Biarkan udaranya menyerbu masuk kembali: deringnya kembali. Loncengnya tidak pernah berhenti — perantaranya yang diambil lalu dikembalikan. Dan sekarang kamu dapat menyelesaikan pertanyaan lama: Bulan yang sunyi, tempat teriakan mati tanpa terdengar, sunyi karena di sana sama sekali tidak ada udara.

Lonceng di dalam toples: ambillah udaranya, dan bunyinya — bukan loncengnya — berhenti.

Contoh 27.3 (Perantara yang lebih baik daripada udara)

Zat padat dan air membawa bunyi dengan sangat baik — sering lebih baik daripada udara. Tempelkan telingamu rata pada meja lalu mintalah seorang teman menggaruk ujung meja yang jauh sangat pelan: lewat udara kamu tidak mendengar apa-apa, lewat kayunya garukan itu terdengar keras dan tajam. Perenang mendengar dentingan di dalam kolam dari ujung ke ujung; paus bernyanyi satu sama lain melintasi laut yang utuh. Dan dinding yang tebal membawa bunyi bor tetangga ke setiap ruangan — zat padat hampir terlalu pandai dalam hal ini.

Metode 27.4 (Telepon benang)

Lubangi bagian bawah dua gelas kertas dengan lubang kecil;
masukkan kedua ujung seutas benang panjang ke dalamnya, lalu simpulkan masing-masing supaya tidak terlepas;
berjalanlah saling menjauh sampai benangnya teregang kencang dan tidak menyentuh apa pun di sepanjang jalannya;
yang satu berbicara pelan ke dalam gelasnya; yang lain menempelkan gelasnya ke telinga.

Bisikan itu tiba dengan jelas menyeberangi halaman bermain: suaramu membuat gelasnya bergetar, getarannya berlari menyusuri benang yang tegang, dan gelas yang jauh memutarnya kembali. Biarkan benangnya kendur atau jepitlah dengan dua jari, dan teleponnya mati — jalannya terputus.

Telepon benang, terpasang dan tegang: benang yang kencang membawa getarannya dari gelas ke gelas jauh lebih baik daripada udara di antara dua orang yang berbisik.

27.2 Bunyi memerlukan waktu

Proposisi 27.5 (Cepat, tetapi tidak seketika)

Bunyi adalah pelari, bukan pesulap: di udara ia menempuh kira-kira $340\,\mathrm{m}$ tiap sekon — tiga sekon untuk kira-kira satu kilometer. Cahaya, sebaliknya, tiba begitu cepat sehingga untuk pemandangan mana pun yang dapat kamu amati, perjalanannya terhitung seketika. Perbedaan itulah seluruh kisah badai guruh.

Metode 27.6 (Seberapa jauh badainya?)

Lihatlah kilatnya — mulailah menghitung sekon dengan tempo ajek: satu buaya kecil, dua buaya kecil, …;
berhentilah pada geram guruh yang pertama;
bagilah hitunganmu dengan $3$ : itulah kira-kira jarak badainya dalam kilometer.

Enam sekon: kira-kira $2\,\mathrm{km}$ . Hitungan yang makin pendek di antara sambaran berarti badainya makin mendekat — saatnya masuk ke dalam rumah.

Kilat sekarang, guruh kemudian: cahaya tiba seketika, bunyi berlari menyeberang dengan 340\, m tiap sekon. Sekon yang sunyi itulah yang mengukur jaraknya. — Kilat sekarang, guruh kemudian: cahaya tiba seketika, bunyi berlari menyeberang dengan $340\,\mathrm{m}$ tiap sekon. Sekon yang sunyi itulah yang mengukur jaraknya.

Contoh 27.7 (Gema)

Berteriaklah ke arah tebing besar atau bangunan yang berdiri sendiri jauh di seberang lapangan: “HALO!” — sesaat sunyi — “Halo!” suaramu sendiri menjawab. Bunyi memantul dari dinding keras yang besar, dan bunyi pantulan yang kembali kepadamu cukup terlambat untuk terdengar terpisah disebut gema. Makin jauh dindingnya, makin lama pula perjalanan bolak-balik suaramu, dan makin terlambat gemanya. Di ruangan kecil pantulannya kembali terlalu cepat untuk terdengar terpisah — ia hanya membuat suaramu terdengar lebih penuh.

Catatan 27.8 (Sonar: gema yang dipekerjakan)

Kapal mengukur kedalaman laut dengan berteriak ke bawah — sebuah klik ke dalam air — lalu menghitung waktu gema dari dasarnya. Air yang dalam, gema yang terlambat; air yang dangkal, gema yang cepat. Lumba-lumba dan kelelawar lahir sudah mengetahui tipuan itu: mereka mengeklik lalu mendengarkan, membaca gemanya untuk berburu di air yang gelap dan gua yang pekat. Dengan menghitung sekon guruh, kamu sudah memakai cara mereka: hitunglah waktu bunyinya, ketahuilah jaraknya.

27.3 Latihan

Latihan 27.1 ★

Sebutkan tiga perantara bunyi dari bab ini, dan satu tempat yang sama sekali tidak dapat dilewati bunyi.

Solusi

Solusi Latihan 27.1.

Perantaranya: udara, air, zat padat (kayu, batu bata, baja, benang yang tegang). Tanpa perantara sama sekali: ruang hampa — seperti Bulan yang tanpa udara, atau toples yang sudah dipompa kosong.

Latihan 27.2 ★

Pada percobaan toples, pemukul loncengnya terus memukul sementara deringnya mati. Apa tepatnya yang diambil, dan apa yang dibuktikannya?

Solusi

Solusi Latihan 27.2.

Udaranya — perantara bunyinya — dipompa keluar. Lonceng yang bergetar tidak punya apa pun lagi untuk digetarkan, dan itu membuktikan bahwa bunyi merambat hanya melalui zat, tidak pernah melalui ketiadaan.

Latihan 27.3 ★

Mengapa Bulan menjadi dunia yang sunyi? Jawablah dengan proposisi dalam bab ini.

Solusi

Solusi Latihan 27.3.

Tanpa perantara, tanpa bunyi: Bulan tidak punya udara, sehingga getaran sebuah teriakan tidak punya apa pun untuk dilewati — ia mati di bibir.

Latihan 27.4 ★

Pada telepon benang, apa yang membawa bisikannya? Berikan kedua aturan untuk menjaga teleponnya tetap bekerja.

Solusi

Solusi Latihan 27.4.

Benang yang tegang yang membawanya: suara mengguncang gelasnya, gelasnya mengguncang benangnya, benangnya memutarnya kembali di gelas yang jauh. Aturannya: jagalah benangnya tetap teregang kencang, dan biarkan ia tidak menyentuh apa pun (tanpa kendur, tanpa jari yang menjepit).

Latihan 27.5 ★

Kira-kira sejauh apa bunyi merambat melalui udara dalam satu sekon? Dalam tiga sekon?

Solusi

Solusi Latihan 27.5.

Kira-kira $340\,\mathrm{m}$ dalam satu sekon — kira-kira satu kilometer dalam tiga sekon.

Latihan 27.6 ★

Kamu menghitung sembilan sekon antara kilat dan guruh. Seberapa jauh badainya? Temanmu hanya menghitung tiga sekon pada sambaran berikutnya — apa yang berubah, dan apa yang sebaiknya kalian berdua lakukan?

Solusi

Solusi Latihan 27.6.

$9 \div 3 = 3$ : kira-kira $3\,\mathrm{km}$ jauhnya. Tiga sekon kemudian berarti kira-kira $1\,\mathrm{km}$ : badainya sudah jauh lebih dekat — masuklah ke dalam rumah.

Latihan 27.7 ★

Mengapa menempelkan telinga pada meja membuatmu mendengar garukan yang tidak pernah diantarkan udara?

Solusi

Solusi Latihan 27.7.

Kayunya perantara yang jauh lebih baik daripada udara: garukan yang lemah itu terlalu lirih untuk diantarkan udara menyeberangi meja, tetapi papan meja yang padat membawa getarannya keras dan tajam lurus ke telingamu.

Latihan 27.8 ★

Apa itu gema? Mengapa tebing yang lebih besar dan lebih jauh menjawab lebih terlambat daripada tebing yang dekat?

Solusi

Solusi Latihan 27.8.

Gema adalah bunyimu sendiri yang memantul dari dinding keras yang besar lalu kembali cukup terlambat untuk terdengar terpisah. Tebing yang lebih jauh berarti perjalanan bolak-balik yang lebih lama bagi bunyinya, sehingga jawabannya datang lebih terlambat.

Latihan 27.9 ★

Bagaimana sonar sebuah kapal membedakan air yang dalam dari yang dangkal? Dua binatang mana yang memainkan permainan yang sama, dan di mana?

Solusi

Solusi Latihan 27.9.

Kapalnya mengeklik ke bawah lalu menghitung waktu gema dari dasar laut: gema cepat berarti air dangkal; gema terlambat berarti air dalam. Lumba-lumba melakukannya di air yang gelap, kelelawar di gua yang pekat.

Latihan 27.10 ★★

Film koboi lama menunjukkan pengintai menempelkan telinga ke rel baja untuk menangkap kereta yang masih jauh. Mengapa relnya membocorkan kereta itu jauh sebelum udara melakukannya? Berikan kedua keuntungan yang ditawarkan rel itu kepada bunyinya. (Yang satu tentang membawa dengan baik; untuk yang lain, ingatlah bahwa relnya membentang lurus sampai ke kereta sementara bunyi di udara menyebar ke segala arah seperti riak kolam, dan menipis sambil berjalan.)

Solusi

Solusi Latihan 27.10.

Pertama, baja membawa bunyi jauh lebih baik daripada udara, sehingga gemuruhnya bertahan sepanjang perjalanan yang panjang. Kedua, relnya menuntun bunyinya lurus pada satu jalan sampai ke telinga pengintai, sementara di udara terbuka bunyi keretanya menyebar ke segala arah seperti riak kolam, dan menipis setiap meter — sehingga pesan relnya tiba lebih kuat sekaligus lebih jelas, jauh sebelum pesan udaranya.

Latihan 27.11 ★★

Berdiri di halaman luas yang kosong, kamu bertepuk sekali dan mendengar tepukanmu sendiri kembali dari dinding di seberang sesudah satu sekon penuh. Bunyinya berlari ke dinding lalu kembali dalam sekon itu. Seberapa jauh dindingnya — hati-hati, pikirkan perjalanan bolak-baliknya!

Solusi

Solusi Latihan 27.11.

Dalam satu sekon bunyi menempuh kira-kira $340\,\mathrm{m}$ — tetapi sekon itu dibayarkan untuk pergi dan kembali. Dindingnya berdiri di separuhnya: kira-kira $170\,\mathrm{m}$ jauhnya.