Contoh Soal Tentang Efek Doppler pada Gelombang Bunyi dan Jawabannya

Pengertian Efek Doppler

Efek Doppler adalah peristiwa terjadinya perubahan frekuensi gelombang yang diterima oleh pengamat akibat dari gerakan relatif antara sumber gelombang dan pengamat. Efek Doppler dapat diamati pada berbagai jenis gelombang, contohnya gelombang air, gelombang bunyi, gelombang cahaya, dan lain-lain. Yang paling mudah untuk kita amati adalah efek doppler pada gelombang bunyi.

Keras dan lemahnya bunyi yang terdengar bergantung pada frekuensi yang diterima pendengar. Besar kecil perubahan frekuensi yang terjadi bergantung pada cepat rambat gelombang bunyi dan perubahan kecepatan relatif antara pendengar dan sumber bunyi. Jika sumber bunyi dan pendengar saling mendekati, maka frekuensi yang didengar oleh pendengar lebih tinggi tinggi daripada frekuensi sumber bunyi. Sebaliknya, bila sumber bunyi dan pendegar saling menjauh, maka frekuensi yang didengar oleh pendengar lebih rendah dari frekuensi sumber. Contohnya saat kita mendengarkan bunyi sirene mobil ambulan, suara akan terdengar semakin keras jika mobil mendekati kita dan semakin lemah jika mobil semakin menjauh. Fenomena tersebut pertama kali dijelaskan oleh Christian Doppler pada tahun 1842, sehingga perubahan frekuensi atau panjang gelombang dari suatu gelombang yang diterima pengamat akibat dari gerakan relatif ini dinamai efek Doppler.

Rumus perhitungan yang berhubungan dengan efek Doppler.

Rumus menghitung frekuensi bunyi yang diterima oleh pendengar apabila terjadi gerakan relatif antara sumber bunyi dengan pendengar adalah sebagai berikut:

dengan :

fp = frekuensi bunyi yang diterima pendengar (Hz)

fs = frekuensi sumber bunyi (Hz)

v = cepat rambat bunyi di udara (m/s)

vp = kecepatan pendengar (m/s)

vs = kecepatan sumber bunyi (m/s)

Aturan aturan dalam penulisan tanda positif atau negatif pada kecepatan :

Nilai kecepatan pendengar (vp)

vp bernilai positif jika pendengar bergerak mendekati sumber bunyi.

vp berharga negatif jika pendengar bergerak menjauhi sumber bunyi.

Nilai kecepatan sumber bunyi (vs)

vs berharga positif jika sumber bunyi bergerak menjauhi pendengar.

vs berharga negatif jika sumber bunyi bergerak mendekati pendengar.

Contoh soal tentang efek doppler pada gelombang bunyi

1. Seorang pengendara bergerak dengan kecepatan 15 m/s mendekati sebuah menara yang mengeluarkan bunyi 442 Hz. Berapakah frekuensi yang diterima oleh pengendara jika kecepatan bunyi di udara 340 m/s?

Jawab:

fs = frekuensi sumber bunyi = 442 Hz

v = cepat rambat bunyi di udara = 340 m/s

vp = kecepatan pendengar = +15 m/s (pendengar bergerak mendekati sumber bunyi)

vs = kecepatan sumber bunyi = 0 m/s (menara tidak bergerak)

fp = frekuensi bunyi yang diterima pendengar = ...?

perhitungan fp:

Jadi frekuensi yang diterima oleh pengendara adalah 461,5 Hz.

2. Sebuah kendaraan bergerak dengan kecepatan 20 m/s membunyikan klakson yang mempunyai frekuensi 520 Hz. Berapakah frekuensi yang terdengar oleh penerima jika kenderaan tersebut bergerak menuju penerima yang diam? (diasumsikan cepat rambat bunyi di udara = 340 m/s)

Jawab:

fs = frekuensi sumber bunyi = 520 Hz

v = cepat rambat bunyi di udara = 340 m/s

vp = kecepatan pendengar = 0 m/s (pendengar diam)

vs = kecepatan sumber bunyi = -20 m/s (bernilai negatif karena sumber bunyi bergerak mendekati pendengar)

fp = frekuensi bunyi yang diterima pendengar = ...?

perhitungan:

Jadi frekuensi yang diterima pendengar adalah 552,5 Hz.

3. Sebuah mobil ambulan bergerak dengan kelajuan 108 km/jam sambil membunyikan sirine yang memiliki frekuensi 680 Hz, dari arah berlawanan datang seorang pengendara sepeda motor yang bergerak dengan kelajuan 72 km/jam. Berapa frekuensi bunyi sirine yang diterima pengendara sepeda motor tersebut pada saat (a) saling mendekati dan (b) saling menjauhi jika cepat rambat bunyi di udara saat itu 340 m/s!

Jawab:

a. Pada saat mobil ambulan dan pengendara sepeda motor saling mendekati

fs = frekuensi sumber bunyi = 680 Hz

v = cepat rambat bunyi di udara = 340 m/s

vp = kecepatan pendengar = 72 km/jam = +20 m/s (pendengar bergerak mendekati sumber bunyi)

vs = kecepatan sumber bunyi = -108 km/jam = -30 m/s (bernilai negatif karena sumber bunyi bergerak mendekati pendengar)

fp = frekuensi bunyi yang diterima pendengar = ...?

perhitungan: