Contoh soal Gelombang Mekanik

13 Contoh soal Gelombang Mekanik

1. Beda fase põiklained

Perhatikan gambar gelombang sinusoidal berikut!

Jika panjang gelombang sinusoidal di atas adalah 80 cm, maka titik yang memiliki beda fase ¾ adalah…

A. P dengan Q

B. P dengan R

C. P dengan S

D. Q dengan S

E. R dengan S

Arutelu

P-Q = 3/4 panjang gelombang

P-R = 1 1/2 = 1,5 panjang gelombang

P-S = 2 panjang gelombang

Q-S = 1 1/4 = 1,25 panjang gelombang

R-S = 1/2 panjang gelombang

Õige vastus on A.

2. Pipa organa terbuka dan tertutup

Disediakan dua pipa organa yang satu terbuka dan yang lain tertutup masing-masing dengan panjang yang sama. Jika cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, maka perbandingan frekuensi nada atas kedua pipa organa terbuka dengan frekuensi nada atas kedua pipa organa tertutup adalah…

Arutelu

On teada:

Panjang pipa organa terbuka dan tertutup, sama.

Heli kiirus õhus (v) = 340 m/s

Küsis:

Vastus: Perbandingan frekuensi nada atas ke dua (f₃) pipa organa terbuka dan tertutup

Pipa organa terbuka

Pipa organa terbuka atau tabung terbuka adalah tabung yang kedua ujungnya terbuka seperti pada gambar di samping.

Gambar di samping merupakan grafik gelombang bunyi dalam pipa organa terbuka, di mana simpul mewakili rapatan udara dan perut mewakili regangan udara.

Nada dasar (f₁) = v / 2L = 340/2L = 170/L

Nada atas kedua (f₃) = 3 f₁ = 3 (170/L) = 510/L

Pipa organa tertutup

Pipa organa tertutup atau tabung tertutup adalah tabung yang salah satu ujungnya terbuka dan ujung lainnya tertutup sebagaimana tampak seperti gambar di samping. Jika kedua ujung tabung tertutup maka tabung tidak bisa difungsikan.

Gambar di samping merupakan grafik gelombang bunyi dalam pipa organa tertutup, di mana simpul mewakili rapatan udara dan perut mewakili regangan udara.

Nada dasar (f₁) = v / 4L = 340/4L = 85/L

Nada atas kedua (f₃) = 3 f₁ = 3 (85/L) = 255/L

Perbandingan frekuensi nada atas ke dua (f₃) pipa organa terbuka dan tertutup

510/L : 255/L

510: 255

2: 1

3. Taraf intensitas gelombang bunyi

Sebuah sumber gelombang bunyi dengan daya 12,56 W memancarkan gelombang ke medium sekelilingnya dengan homogen. Intensitas ambang bunyi 10^-12 Wm^-2. Besar taraf intensitas radiasi gelombang tersebut pada jarak 10 meter dari sumber adalah…

Arutelu

On teada:

Daya = 12,56 vatt

Intensitas ambang bunyi (I_o) = 10^-12 Wm^-2

Jarak (r) = 10 meter

Küsis: Taraf intensitas (TI)

Vastus:

Rumus hubungan antara daya (P), intensitas (I) dan jarak (r) :

Taraf intensitas (TI):

4. Intensitas bunyi

Sebuah sistem pengeras suara memancarkan daya akustik 36π watt dan taraf intensitas 80 dB saat didengar pada jarak x dari pengeras suara tersebut. (I_o = 10^-12 watt.m^-2). Nilai x yang tepat adalah…

A. 100 m

B. 160 m

U. 175 m

D. 225 m

E. 300 m

Arutelu

On teada, et:

Daya (P) = 36π vatt

Taraf intensitas (TI) = 80 dB

Jarak = x

Batas pendengaran manusia (I_o) = 10^-12 Watt.m^-2

Küsis: Nilai x

Vastus:

Rumus hubungan antara daya (P), intensitas (I) dan jarak (x) :

Terlebih dahulu hitung Intensitas bunyi pada jarak x :

Intensitas bunyi :

Hitung nilai x :

Õige vastus on E.

5. Gelombang Berjalan

2015/2016 SMA/MA füüsika riigieksami küsimus nr 24

Persamaan gelombang berjalan dinyatakan dalam satuan Sistem Internasional (SI) adalah y = 0,2 sin (0,2πx-20πt)

Dari pernyataan-pernyataan berikut :

(1) Cepat rambat gelombang 100 m.s^-1

(2) Pada x = 0 dan t = 0 simpangan gelombang = 0

(3) Frekuensi gelombang 20 Hz

(4) Amplitudo gelombang 2 cm

Manakah yang benar ?

A. (1) ja (2)

B. (1) ja (3)

C. (1) ja (4)

D. (2) ja (4)

E. (2) ja (3)

Arutelu

Tiga bentuk persamaan gelombang :

y = A sin (ωt – kx) ——> 1

ω = 2π / T dan k = 2π / λ

y = A sin (2π/T) t – (2π/λ) x

y = A sin 2π (t/T – x/λ) ——-> 2

y = A sin 2π (f t – x/λ) ——-> 2

T = 1/f dan λ = v / f

y = A sin 2π (f t – f(x/v))

y = A sin 2πf (t – x/v) ——-> 3

Persamaan gelombang berjalan pada soal di atas sama seperti bentuk 2 :

y = 0,2 sin (0,2πx-20πt)

y = 0,2 sin π (0,2x-20t)

y = 0,2 sin 2π (0,1x-10t)

y = 0,2 sin 2π (x/10 -10t)

y = A sin 2π (f t – x/λ)

A = amplitudo = 0,2 meter = 0,2 (100 cm) = 20 cm

f = frekuensi = 10 s^-1 = 10 Hertz

λ = panjang gelombang = 10 meter

v = cepat rambat gelombang = f λ = (10 s^-1)(10 m) = 100 ms^-1

Õige vastus on A.

6.  Doppleri efekt

Sebuah mobil ambulans bergerak dengan kecepatan 72 km.jam^-1 sambil membunyikan sirine dengan frekuensi 1500 Hz. Pengendara sepeda motor bergerak dengan kecepatan 20 m.s^-1 berlawanan arah dengan mobil ambulans. Jika cepat rambat bunyi di udara 340 m.s^-1, maka perbandingan frekuensi yang didengar oleh pengendara sepeda motor sewaktu mendekat dan menjauh mobil ambulans adalah…

A. 25:36

B. 36:49

C. 64:81

V. 81:64

E. 100:61

Arutelu

Märkide reeglid:

v on alati positiivne

v_p positiivne, kui kuulaja läheneb heliallikale

v_p negatiivne, kui kuulaja liigub heliallikast eemale

v_s positiivne, kui heliallikas on kuulajast eemale suunatud

v_s negatiivne, kui heliallikas läheneb kuulajale

v_p = 0, kui kuulaja on vait

v_s = 0, kui heliallikas on endiselt

On teada, et:

Heliallika sagedus (f) = 1500 Hz

Kuulaja kiirus (v_p) = 20 m / s

Heliallika kiirus (v)_s) = 72 km/h = 72 (1000 meter) / 3600 sekon = 72.000/3600 meter/sekon = 20 m/s

Cepat rambat bunyi (v) = 340 m/s

Küsis: Perbandingan frekuensi yang didengar oleh pengendara sepeda motor sewaktu mendekat dan menjauh mobil ambulans

Vastus:

Doppleri efekti valem:

Frekuensi yang didengar oleh pengendara sepeda motor sewaktu mendekati mobil ambulans

Keduanya berlawanan arah sehingga ketika sepeda motor mendekati mobil ambulans, keduanya saling mendekati. v_p positif jika pendengar mendekati sumber bunyi dan v_s negatif jika sumber bunyi mendekati pendengar.

Frekuensi yang didengar oleh pengendara sepeda motor sewaktu menjauh dari mobil ambulans

Keduanya berlawanan arah sehingga ketika sepeda motor menjauh dari mobil ambulans, keduanya saling menjauhi. v_p negatif jika pendengar menjauhi sumber bunyi dan v_s positif jika sumber bunyi menjauhi pendengar.

Perbandingan frekuensi yang didengar oleh pengendara sepeda motor sewaktu mendekati dan menjauhi mobil ambulans.

Õige vastus on D.

Heli intensiivsus

7. Perhatikan gambar berikut!

Jika titik P merupakan sumber bunyi yang memancar ke segala arah, maka perbandingan intensitas bunyi di titik S, R, dan Q berturut-turut adalah…

A. 16:25:100

B. 16:50:200

C. 32:50:100

D. 36:25:100

E. 72 : 25 : 200

Arutelu

On teada, et:

Jarak titik Q dari sumber bunyi (r_Q) = 3 meetrit

Punkti R kaugus heliallikast (r_R) = 6 meetrit

Jarak titik S dari sumber bunyi (r_S) = 5 meetrit

Intensitas bunyi di titik Q = I_Q

Intensitas bunyi di titik R = I_R

Intensitas bunyi di titik S = I_S

Küsis: Perbandingan intensitas bunyi di titik S, R, dan Q (I_S : Mina_R : Mina_Q)

Vastus:

Intensitas bunyi di titik S :

Intensitas bunyi di titik R :

Intensitas bunyi di titik S :

Perbandingan intensitas bunyi di titik S, R, dan Q :

Õige vastus on D.

8. Gelombang bunyi menyebar dari sumbernya ke segala arah sama rata. Titik A berjarak P dari sumber bunyi, titik B berjarak 2P dari sumber bunyi dan titik C berjarak 4P dari sumber bunyi. Perbandingan intensitas bunyi yang diterima A, B dan C adalah…

A. 16:4:1

B. 4:2:1

C. 4:1:16

D. 1:2:4

E. 1 : 4 : 16

Arutelu

On teada, et:

Punkti A kaugus heliallikast (r_A) = P

Punkti B kaugus heliallikast (r_B) = 2P

Jarak titik C dari sumber bunyi (r_C) = 4P

Intensitas bunyi di titik A = I_A

Intensitas bunyi di titik B = I_B

Intensitas bunyi di titik C = I_C

Küsis: Perbandingan intensitas bunyi di titik A, B, dan C (I_A : Mina_B : Mina_C)

Vastus:

Intensitas bunyi di titik A :

Intensitas bunyi di titik B :

Intensitas bunyi di titik C :

Perbandingan intensitas bunyi di titik A, B, dan C :

Õige vastus on A.

9. Doppleri efekt

Gambar berikut menunjukkan mobil polisi mengejar seorang penjahat bermotor:

Mobil polisi sambil membunyikan sirine yang berfrekuensi 930 Hz mengejar motor penjahat yang melarikan diri dengan kecepatan 72 km.jam^-1. Mobil polisi mempercepat kecepatannya hingga 108 km.jam^-1 agar dapat mengejar penjahat tersebut. Jika kecepatan bunyi di udara 340 m.s^-1, maka besar frekuensi bunyi sirine yang didengar oleh penjahat bermotor tersebut adalah…

A. 850 Hz

B. 900 Hz

C. 960 Hz

Sagedus: 1.020 Hz

E. 1.200 Hz

Arutelu

Märkide reeglid:

v on alati positiivne

v_p positiivne, kui kuulaja läheneb heliallikale

v_p negatiivne, kui kuulaja liigub heliallikast eemale

v_s positiivne, kui heliallikas on kuulajast eemale suunatud

v_s negatiivne, kui heliallikas läheneb kuulajale

v_p = 0, kui kuulaja on vait

v_s = 0, kui heliallikas on endiselt

On teada, et:

Frekuensi sumber bunyi (f) = 930 Hz

Kuulaja kiirus (v_p) = 72 km.jam^-1 = 72 (1000 meter) / 3600 (sekon) = 72.000/3600 meter/sekon = 20 m/s = -20 m.s^-1 (negatif karena penjahat menjauhi polisi)

Heliallika kiirus (v)_s) = 108 km.jam^-1 = 108 (1000 meter) / 3600 (sekon) = 108.000/3600 meter/sekon = 30 m/s = -30 m.s^-1 (negatif karena polisi mendekati penjahat)

Heli kiirus (v) = 340 ms^-1

Küsis: Kuulaja poolt kuuldud heli sagedus (f')

Vastus:

Doppleri efekti valem:

Õige vastus on C.

Heli intensiivsuse tase

10. Di dalam sebuah aula sebanyak 100 orang siswa sedang belajar menyanyi. Bila taraf intensitas suara satu orang siswa saat bernyanyi 40 dB (anggap untuk setiap anak sama), maka intensitas bunyi yang dihasilkan di aula tersebut adalah… (I_o = 10^-12 Wm^-2)

A. 10^-4 Wm^-2

B. 10^-5 Wm^-2

C. 10^-6 Wm^-2

D. 10^-7 Wm^-2

E. 10^-8 Wm^-2

Arutelu

On teada, et:

Taraf intensitas satu siswa (T_I) = 40 dB

Intensitas ambang pendengaran manusia (I_o) = 10^-12 W / m²

Jumlah siswa (x) = 100

Küsis: Intensitas bunyi 100 siswa

Vastus:

Intensitas bunyi 1 siswa :

Intensitas bunyi 100 siswa :

I_x = (x)(I)

I_x = (100)(10^-8) = (10²)(10^-8)

I_x = 10^-6 W / m²

Õige vastus on C.

11. Intensitas bunyi 100 mesin identik sebesar 10^-7 Vatt.m^-2. Jika I_o = 10^-12 Vatt.m^-2, maka taraf intensitas bunyi sebuah mesin adalah….

A. 70 dB

B. 60 dB

C. 50 dB

D. 40 dB

E. 30 dB

Arutelu

On teada, et:

Intensitas bunyi 100 mesin (I_x) = 10^-7 Vatt.m^-2

Intensitas ambang pendengaran manusia (I_o) = 10^-12 W / m²

Jumlah mesin (x) = 100 = 10²

Küsis: Taraf intensitas bunyi sebuah mesin (TI)

Vastus:

Intensitas bunyi 1 mesin :

I_x = (x)(I)

10^-7 = (10²)(I)

I = 10 XNUMX^-7 / 10² = (10^-7)(10^-2) = 10^-9

Taraf intensitas bunyi sebuah mesin (TI) :

Õige vastus on E.

12. Sifat umum dari gelombang adalah sebagai berikut :
(1) tidak dapat merambat dalam ruang hampa
(2) merambat dengan lurus dalam medium yang berbeda
(3) mengalami refleksi
(4) mengalami difraksi
(5) mengalami interferensi

Dari sifat gelombang di atas, yang sesuai dengan ciri-ciri gelombang cahaya adalah….

A. Ainult punktid (1) ja (2)
Ainult B. (3) ja (4)
C. (2), (3) ja (4)
D. (3), (4) ja (5)
E. (1), (3), (4), dan (5)

Arutelu

(1) Gelombang cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang tidak membutuhkan medium perambatan. Karena tidak membutuhkan medium perambatan maka gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa.
(2) Apabila gelombang cahaya yang sedang merambat dalam suatu medium memasuki medium yang baru, gelombang cahaya juga mengalami pembiasan. Pembiasan cahaya adalah pembelokan arah rambatan gelombang cahaya. Pembiasan terjadi karena adanya perbedaan kecepatan gelombang cahaya dalam setiap medium yang berbeda.
(3) Selain mengalami pembiasan, gelombang cahaya juga mengalami pemantulan atau refleksi. Pemantulan cahaya oleh cermin datar merupakan salah satu contoh peristiwa pemantulan cahaya. Adanya pemantulan cahaya oleh cermin datar memungkinkan dimanfaatkannya cermin datar sebagai alat rias.
(4) Difraksi tidak hanya dialami oleh gelombang elektromagetik seperti gelombang cahaya, tetapi dialami juga oleh gelombang mekanik seperti gelombang gelombang air dan gelombang bunyi.
(5) Selain dialami oleh gelombang elektromagnetik seperti gelombang cahaya, interferensi dialami juga oleh gelombang mekanik seperti gelombang air, gelombang tali atau gelombang bunyi.
Õige vastus on D.

13. Perhatikan sifat-sifat gelombang berikut!
(1) mengalami difraksi
(2) mengalami refleksi
(3) tidak dapat merambat dalam ruang hampa
(4) dapat mengalami polarisasi
(5) bergerak lurus bila melewati dua medium yang berbeda
Dari sifat gelombang di atas yang sesuai dengan ciri-ciri gelombang bunyi adalah….

A. (1), (2) ja (3)
B. (1), (2) ja (4)
C. (1), (3) ja (4)
D. (2), (3) ja (4)
E. (3), (4) ja (5)

Arutelu
(1) Difraksi tidak hanya dialami oleh gelombang elektromagnetik seperti gelombang cahaya, tetapi dialami juga oleh gelombang mekanik seperti gelombang bunyi.
(2) Refleksi atau pemantulan dialami oleh gelombang elektromagnetik seperti gelombang cahaya dan gelombang mekanik seperti gelombang bunyi atau gelombang air. Contoh peristiwa pemantulan gelombang bunyi adalah gema.
(3) Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik. Gelombang mekanik adalah gelombang yang membutuhkan medium perambatan agar bisa merambat. Jika tidak ada medium seperti dalam ruang hampa maka gelombang bunyi tidak dapat merambat.

(4) Polarisasi dialami oleh gelombang transversal seperti gelombang tali, gelombang permukaan air dan gelombang elektromagnetik seperti gelombang cahaya. Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal karenanya tidak dapat mengalami polarisasi.
(5) Ketika merambat dari suatu medium ke medium yang berbeda, gelombang bunyi mengalami pembiasan atau pembelokkan arah rambatan. Pembiasan terjadi ketika gelombang mulai memasuki medium yang berbeda.
Õige vastus on A.

 

 

Küsimuse allikas:

Füüsika riikliku eksami küsimused gümnaasiumile/kutsekoolile