Bab 10. Cahaya dan Alat Optik (Materi 1 : Cermin)

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.12 Menganalisis sifat-sifat cahaya, pembentukan bayangan pada bidang datar dan lengkung, serta penerapannya untuk menjelaskan proses penglihatan manusia, mata serangga, dan prinsip kerja alat optik.

Keterampilan

4.12 Menyajikan hasil percobaan tentang pembentukan bayangan pada cermin dan lensa.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Mengidentifikasi sifat-sifat cahaya dengan benar.

2. Menjelaskan hukum pemantulan cahaya dengan benar.

3. Mengklasifikasikan jenis-jenis pemantulan cahaya dengan benar. 

4. Menjelaskan proses pembentukan bayangan pada cermin datar dengan benar.

5. Menjelaskan proses pembentukan bayangan pada cermin cekung dengan benar.

6. Menjelaskan proses pembentukan bayangan pada cermin cembung dengan benar.

7. Menganalisis hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, titik fokus cermin, dan perbesaran bayangan pada cermin cekung dan cermin cembung dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb

Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

        Cahaya merupakan salah satu bentuk energi dan merupakan jenis gelombang elektromagnetik. Tanpa cahaya, sebuah benda tidak akan terlihat. Cahaya diperlukan untuk melihat sekeliling kita. Ada benda yang memancarkan cahaya, ada pula yang hanya memantulkan cahaya dari benda lain. Semua benda yang dapat memancarkan cahaya disebut sumber cahaya. Matahari, api, lampu, dan kunang-kunang menjadi bagian dari sumber cahaya.

A. Cahaya

Cahaya memiliki sifat-sifat khusus yang memang hanya dimiliki oleh cahaya, sifat-sifat cahaya yaitu:

• Cahaya bersifat sebagai gelombang dan partikel
• Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik
• Cahaya merambat lurus
• Cahaya dapat menembus benda bening
• Cahaya dapat dipantulkan (refleksi)
• Cahaya dapat dibiaskan (refraksi)
• Cahaya dapat mengalami pelenturan (difraksi)
• Cahaya dapat dijumlahkan (interferensi)
• Cahaya dapat diuraikan (dispersi)
• Cahaya dapat diserap arah getarannya (polarisasi)

B. Pemantulan Cahaya

1. Konsep Pemantulan Cahaya

• Cahaya yang merambat digambarkan sebagai garis lurus berarah yang disebut sinar cahaya, sedangkan berkas cahaya terdiri atas garis garis berarah yang disebut sinar.
• Berkas cahaya berbentuk paralel atau sejajar, divergen atau menyebar, dan konvergen atau mengumpul. 
• Berkas cahaya dapat direfleksikan atau dipantulkan jika mengenai bidang pantul.

2. Hukum Pemantulan Cahaya

Hukum pemantulan cahaya menurut Snellius adalah sebagai berikut :

• Sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar 
• Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r)

3. Jenis-Jenis Pemantulan Cahaya

• Pemantulan teratur adalah pemantulan yang terjadi apabila berkas sinar sejajar jatuh pada permukaan halus dan rata sehingga berkas sinar tersebut akan dipantulkan sejajar dan searah. Contoh : pemantulan cahaya pada cermin datar.
  
  
  
• Pemantulan baur/difus adalah pemantulan yang terjadi apabila sinar sejajar jatuh pada permukaan yang kasar sehingga sinar tersebut akan dipantulkan ke segala arah. Contoh : pemantulan cahaya pada tembok, kayu, batu, tanah dan sebagainya.
  

4. Jenis Bayangan

• Bayangan adalah gambar yang dibentuk oleh pantulan cahaya dari cermin atau pembiasan pada lensa. Bayangan ini menyerupai bentuk asli dan berwarna. 
• Sedangkan bayang-bayang adalah ruang yang tidak terkena cahaya karena terlindung oleh benda.
  
• Cermin akan memantulkan cahaya menjadi dua jenis bayangan, yaitu bayangan nyata dan bayangan maya. 
• Bayangan nyata adalah bayangan yang terbentuk dari potongan garis cahaya pantul dan bisa ditangkap layar.
• Sedangkan bayangan maya adalah perpotongan perpanjangan garis cahaya pantul. Bayangan maya tidak dapat ditangkap oleh layar dan hanya bisa dilihat di cermin.
  

C. Cermin

Cermin merupakan alat optik yang bekerja menggunakan prinsip pemantulan cahaya. Ada tiga macam jenis cermin, yaitu cermin datar, cermin cekung, dan cermin cembung.

1. Cermin Datar

a. Karakteristik Cermin Datar

• Cermin datar memiliki permukaan yang licin dan mengkilap sehingga memiliki kemampuan untuk memantulkan cahaya. 
• Fungsi dari cermin datar biasanya dimanfaatkan untuk melihat bayangan diri sendiri. Bayangan benda yang dihasilkan cermin datar serupa dengan bendanya.

b. Pembentukan Bayangan pada Cermin Datar

• Proses pembentukan bayangan pada cermin datar menggunakan hukum pemantulan cahaya. Untuk mempermudah pembentukan bayangannya, diambil sinar-sinar yang datang dari kedua ujung benda. 
  
  
  
• Sifat bayangan yang terjadi pada cermin datar : 
• Maya atau semu 
• Tegak
  
• Sama besar
• Jarak benda sama dengan jarak bayangan
• Tinggi benda sama dengan tinggi bayangan
• Posisi bayangan berlawanan dengan posisi benda
• Ukuran cermin datar minimum untuk dapat melihat bayangan seluruh tubuh kita adalah setengah dari ukuran tubuh kita. 
• Dua buah cermin datar yang membentuk sudut, dapat menghasilkan bayangan yang jumlahnya lebih dari satu. 
  
  
  
• Jumlah bayangan yang dibentuk dapat dihitung dengan rumus :
  

       Keterangan :

       n = jumlah bayangan

       α = sudut yang dibentuk oleh kedua cermin

Contoh Soal :

1. Hitunglah panjang minimum suatu cermin yang dibutuhkan agar seorang penari adat yang tinggi badannya 160 cm dapat melihat seluruh tubuhnya !
Penyelesaian :

• Panjang minimum cermin yang dibutuhkan adalah setengah kali tinggi badan seseorang, sehingga:
• Panjang cermin minimum = ½ × tinggi badan
• Panjang cermin minimum = ½ × (160 cm)
• Panjang cermin minimum = 80 cm

Jadi, penari adat tersebut dapat melihat seluruh tubuhnya apabila berdiri di depan cermin datar yang panjangnya 80 cm.

2. Terdapat dua buah cermin datar dipasang membentuk sudut 60°. Jika ada sebuah benda yang diletakkan di antara dua cermin tersebut, maka hitunglah jumlah bayangan benda yang akan terbentuk pada kedua cermin tersebut !

Penyelesaian :

Diketahui :

α = 60^o

Ditanyakan : n = ...?

Jawab :

Jadi, jumlah bayangan benda yang akan terbentuk pada kedua cermin tersebut adalah 5 bayangan.

3. Sebuah benda diletakkan di depan 2 cermin datar dan menghasilkan 5 buah bayangan, jika sudut kedua cermin diperbesar 30^o, maka hitunglah jumlah bayangan yang baru !

Penyelesaian :

Diketahui :

Kondisi awal :  n = 5 

Kondisi akhir : α' = α + 30^o

Ditanyakan : n' = ...?

Jawab :

Sudut awal yang dibentuk kedua cermin (α) :

Kedua sudut cermin diperbesar 30^o, maka α' = α + 30^o= 60^o + 30^o = 90^o sehingga jumlah bayangan baru yang terbentuk :

 

Jadi, jumlah bayangan baru baru yang terbentuk ketika sudut kedua cermin diperbesar adalah sebanyak 3 bayangan.

2. Cermin Cekung

a. Karakteristik Cermin Cekung

• Cermin cekung merupakan cermin dengan permukaan cekung. 
• Apabila pada mangkok, maka bagian cerminnya yaitu pada bagian atas mangkok. 
• Cermin cekung bersifat konvergen alias mengumpulkan sinar yang datang padanya.

b. Pembentukan Bayangan pada Cermin Cekung

1). Pembagian Ruang pada Cermin Cekung

• Pembagian ruang bagian depan cermin terdiri dari tiga ruang yaitu ruang I, II, dan III sedangkan bagian belakang cermin yaitu ruang IV.
• Ruang I berada antara cermin dan titik fokus.
• Ruang II berada antara titik fokus dan titik pusat kelengkungan cermin. 
• Ruang III berada di depan titik kelengkungan cermin sampai titik tak berhingga.
• Ruang IV berada pada bagian belakang dari cermin cekung semuanya.

2). Sinar-Sinar Istimewa Cermin Cekung

• Untuk melukis bayangan yang dibentuk cermin cekung, digunakan sinar-sinar istimewa. Ada tiga jenis sinar istimewa pada cermin cekung, yaitu sebagai berikut. 
• Sinar datang sejajar dengan sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus (F). 
  
• Sinar datang melalui titik fokus (F) dipantulkan sejajar sumbu utama. 
  
• Sinar datang melalui pusat kelengkungan cermin (R) dipantulkan lewat pusat kelengkungan itu juga.
  

3). Pembentukan Bayangan pada Cermin Cekung

• Pembentukan bayangan pada cermin cekung minimal diperlukan dua buah sinar istimewa. Nantinya, sifat bayangan pada cermin cekung yang terbentuk bergantung pada posisi benda.
• Benda di Ruang I :
  
  Sifat bayangan : maya, tegak, diperbesar, di ruang IV
• Benda di Ruang II :
  
  Sifat bayangan : nyata, terbalik, diperkecil, di ruang III
• Benda di Ruang III :
  
  Sifat bayangan : nyata, terbalik, diperbesar, di ruang II

Kesimpulan :

• Fokusnya bernilai positif.
• Sifat bayangan tergantung letak benda.
• Jumlah ruang letak benda dan letak bayangan selalu sama dengan 5 (Ruang Benda + Ruang Bayangan = 5)
• Jika ruang bayangan > ruang benda maka sifat bayangannya diperbesar.
• Jika ruang bayangan < ruang benda maka sifat bayangannya diperkecil.
• Sifat bayangan di ruang IV (di belakang cermin) adalah maya dan tegak.
• Sifat bayangan selain di ruang IV (di depan cermin) adalah nyata dan terbalik.
  

c. Manfaat Cermin Cekung dalam Kehidupan Sehari-Hari

Pemanfaatan cermin cekung cukup banyak di antaranya :

• Digunakan sebagai pemantul pada lampu mobil atau berbagai lampu sorot yang lain
• Sebagai pemantul pada lampu senter
• Sebagai antena parabola penerima sinyal radio
• Sebagai pengumpul sinar matahari pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya

3. Cermin Cembung

a. Karakteristik Cermin Cembung

• Cermin cembung merupakan cermin yang permukaannya cembung. 
• Apabila kita analogikan sebagai mangkok maka bagian cembung yaitu pada bagian bawah mangkok tersebut. 
• Cermin cembung bersifat divergen atau menyebarkan sinar yang datang padanya

b. Pembentukan Bayangan pada Cermin Cembung

1). Pembagian Ruang pada Cermin Cembung

• Pembagian ruang bagian belakang cermin terdiri dari tiga ruang yaitu ruang I, II, dan III sedangkan bagian depan cermin yaitu ruang IV.
• Ruang I berada antara cermin dan titik fokus.
• Ruang II berada antara titik fokus dan titik pusat kelengkungan cermin. 
• Ruang III berada di belakang titik kelengkungan cermin sampai titik tak berhingga.
• Ruang IV berada pada bagian depan dari cermin cembung semuanya.
  

2). Sinar-Sinar Istimewa Cermin Cembung

• Sama halnya dengan cermin cekung, pembentukan bayangan pada cermin cembung juga menggunakan sinar-sinar istimewa. Ada tiga jenis sinar istimewa pada cermin cembung, yaitu:
• Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus (F).
  
• Sinar datang yang menuju titik fokus (F) dipantulkan sejajar sumbu utama.
  
• Sinar datang yang menuju ke titik pusat kelengkungan (R) dipantulkan kembali seolah-olah berasal dari titik pusat kelengkungan tersebut.
  

3). Pembentukan Bayangan pada Cermin Cembung

• Pembentukan bayangan pada cermin cembung minimal diperlukan dua buah sinar istimewa. Berikut adalah pembentukan bayangan cermin cembung jika benda berada pada ruang IV yang dekat dan jauh dari cermin.
  
• Benda di Ruang IV dekat dengan cermin :
  

        Sifat bayangan : maya, tegak, diperkecil, di ruang I

• Benda di Ruang IV jauh dari cermin :
  
  Sifat bayangan : maya, tegak, diperkecil, di ruang I

• Jadi, bayangan yang dibentuk cermin cembung selalu bersifat maya, tegak, diperkecil, di ruang I.
• Semakin jauh jarak benda ke cermin, maka akan semakin kecil bayangan yang terbentuk. Sebaliknya, semakin dekat jarak benda ke cermin, maka akan semakin besar bayangan benda tersebut. Namun, bayangan pada cermin cembung tetap tidak akan lebih besar dari benda aslinya.

Kesimpulan :

• Fokusnya bernilai negatif.
• Umumnya benda terletak pada ruang IV dan bayangan terletak pada ruang I.
• Jumlah ruang letak benda dan letak bayangan selalu sama dengan 5 (Ruang Benda + Ruang Bayangan = 5)
• Bayangan benda yang terbentuk selalu maya, tegak, dan diperkecil.

c. Manfaat Cermin Cembung dalam Kehidupan Sehari-Hari

Pemanfaatan cermin cembung di antaranya :

• Dimanfaatkan sebagai kaca spion motor, mobil, dan alat lainnya.
• Sebagai cermin yang diletakkan di pertigaan atau perempatan jalan untuk menghindari tabrakan.

4. Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, titik fokus cermin, dan perbesaran bayangan pada cermin cekung dan cermin cembung

Keterangan :

f = Jarak fokus (cm)

s = Jarak benda ke cermin (cm)

s’ = Jarak bayangan ke cermin (cm)

M = Perbesaran bayangan

h = Tinggi benda (cm)

h’ = Tinggi bayangan (cm)

Catatan:

• f bernilai positif (+) pada cermin cekung
• f bernilai negatif (-) pada cermin cembung
• s’ positif (+) menyatakan bayangan nyata dan terbalik.
• s' negatif (-) menyatakan bayangan maya dan tegak.
• Bayangan diperbesar jika M > 1
• Bayangan diperkecil jika M < 1

Contoh Soal :

1. Sebuah benda diletakkan 10 cm di depan cermin cekung. Jika jarak fokus cermin tersebut 6 cm, maka tentukan jarak bayangan yang dibentuk!

Penyelesaian :

Diketahui:

Cermin Cekung

s = 10 cm

f = 6 cm

Ditanyakan:  s’ =...?

Jawab :

    s' = 15 cm (di depan cermin)

2. Sebuah benda yang tingginya 4 cm berada 8 cm di depan sebuah cermin cekung. Jika panjang jari-jari kelengkungan cermin cekung 12 cm, maka tentukan:

a. jarak bayangan

b. perbesaran bayangan

c. tinggi bayangan

d. sifat bayangan

Penyelesaian :

Diketahui :

Cermin Cekung

f = 1/2 . R = 1/2 . 12 = 6 cm

s = 8 cm

h = 4 cm

Ditanyakan :

a. s'

b. M

c. h'

d. Sifat bayangan

Jawab :

a. Jarak bayangan (s') :

    

    s' = 24 cm (di depan cermin)

atau dengan rumus yang sudah jadi

    

b. Perbesaran bayangan (M) :

    

c. Tinggi bayangan

    

d. Sifat bayangan :

• nyata (s' bertanda positif)
• terbalik
• diperbesar (karena M > 1)
• di ruang III (karena benda di ruang II)

3. Sebuah benda setinggi 3 cm berada pada jarak 5 cm di depan cermin cembung dengan fokus 5 cm. Tentukan:

a. jarak bayangan

b. perbesaran bayangan

c. tinggi bayangan

d. sifat bayangan

Penyelesaian:

Cermin Cembung

Diketahui :

h = 3 cm

s = 5 cm

f = -5 cm (fokus cermin cembung selalu negatif)

Ditanyakan :

a. s'

b. M

a. h' 

d. Sifat bayangan 

Jawab:

a. Jarak bayangan (s') :

b. Perbesaran bayangan (M) :

c. Tinggi bayangan (h') :

d. Sifat bayangan :

• maya (s' bertanda negatif)
• tegak
• diperkecil (karena M < 1)
• di ruang I (karena benda di ruang IV)

4. Sebuah benda diletakkan 2 m di depan cermin cembung. Jika perbesaran bayangan yang terjadi 1/2 kali dan bayangan bersifat maya maka tentukan jarak fokus cermin tersebut!

Penyelesaian :
Diketahui:

Cermin Cembung
S = 2 m
M = 1/2
Ditanya : f =...?
Jawab :

• Menghitung terlebih dahulu jarak bayangan (s') :
  

• Menghitung fokus cermin cembung (f) :
  

                    f  = 2 m di belakang cermin 

Tanda negatif artinya fokus berada di belakang cermin

5. Sebuah benda diletakkan pada jarak 12 cm di depan cermin lengkung sehingga bayangan yang terjadi bersifat maya dan 3 kali diperbesar. Tentukan jarak fokus cermin dan jenis cerminnya!

Penyelesaian :

Diketahui :  

S = 12 cm

S' = − 3 . 12 = − 36 cm (Karena 3x diperbesar, dan maya, sehingga ada tanda minus pada s')

Ditanyakan : 

Jawab :

Jarak fokus (f) dapat dicari dengan cara berikut :

Dari hasil perhitungan terlihat bahwa jarak fokus cermin bertanda positif, sehingga jenisnya adalah cermin cekung.

6. Bayangan nyata yang dibentuk oleh sebuah cermin cekung tiga kali lebih besar dari bendanya. Bila jarak fokus cermin 30 cm, tentukan jarak benda dari cermin!

Diketahui :

Cermin Cekung

s' = 3s (Nyata, 3 kali lebih besar)

f = 30 cm

Ditanyakan : s =...?

Jawab :

Dari rumus dasarnya dapat kita cari jarak benda sebagai berikut :

Jadi, jarak benda dari cermin adalah 40 cm di depan cermin.

REFERENSI

• Video referensi :
Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar. 

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas dilengkapi cara mengerjakan (Diketahui, Ditanyakan Jawab) kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan:

1. Dua buah cermin datar dipasang membentuk sudut 45^o. Sebuah benda diletakkan di antara dua cermin tersebut. Tentukan jumlah bayangan benda yang akan terbentuk pada kedua cermin!

2. Sebuah benda dengan tinggi 1 cm diletakkan di depan cermin cekung yang memiliki titik fokus 2 cm. Jika benda tersebut berada pada jarak 3 cm dari cermin. Tentukanlah :

a. Jarak bayangan

b. Pembesaran bayangan

c. Tinggi bayangan

d. Sifat bayangan

3. Benda setinggi 6 cm berada di depan cermin cekung yang berjari-jari 30 cm. Jika jarak benda ke cermin 20 cm, maka tentukanlah jarak bayangan, perbesaran bayangan, tinggi bayangan dan sifat bayangan!

4. Sebuah kotak setinggi 3 cm diletakkan di depan cermin cembung dengan jarak 5 cm dan titik fokus cermin tersebut adalah 5 cm. Tentukan :

a. Jarak bayangan

b. Perbesaran bayangan

c. Tinggi bayangan

d. Sifat bayangan

5. Benda setinggi 10 cm, berada di depan cermin cembung yang mempunyai jari-jari 80 cm. Bila jarak benda 60 cm, maka tentukan letak bayangan, perbesaran bayangan dan tinggi bayangan!

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~

Bab 9. Getaran, Gelombang dan Bunyi dalam Kehidupan Sehari-Hari (Materi 2 : Bunyi)

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.11 Menganalisis konsep getaran, gelombang, dan bunyi dalam kehidupan sehari-hari termasuk sistem pendengaran manusia dan sistem sonar pada hewan.

Keterampilan

4.11 Menyajikan hasil percobaan tentang getaran, gelombang, dan bunyi.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Mengidentifikasi syarat terdengarnya bunyi dengan benar.

2. Mengidentifikasi sifat-sifat bunyi dengan benar.

3. Mengklasifikasikan jenis-jenis bunyi berdasarkan frekuensinya dengan benar. 

4. Mendeskripsikan karakteristik bunyi dengan benar.

5. Menganalisis faktor-faktor yang mempengaruhi cepat rambat bunyi dengan benar.

6. Menjelaskan konsep resonansi bunyi dengan benar.

7. Mendeskripsikan konsep pemantulan bunyi dengan benar.

8. Mengidentifikasi jenis-jenis bunyi pantul dengan benar.

9. Menerapkan konsep pemantulan bunyi dalam kehidupan sehari-hari dengan benar.

10. Menjelaskan mekanisme pendengaran manusia dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb

Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

        Gelombang bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar. Kuat kerasnya bunyi tergantung pada amplitudo getarannya. Semakin besar amplitudo getarannya maka bunyi yang terdengar akan semakin keras. Sebaliknya, semakin kecil amplitudonya maka bunyi yang akan terdengar semakin lemah. Selain itu, keras lemahnya bunyi juga tergantung pada jarak sumber bunyi. Semakin dekat dengan sumber bunyi, bunyi akan terdengar semakin keras. Sebaliknya, semakin jauh dari sumber bunyi maka bunyi yang terdengar akan semakin lemah.

    Pernahkah kalian berpikir bagaimana seseorang dapat mendengar bunyi? Apa yang dimaksud dengan bunyi? Darimana bunyi berasal? Kita membutuhkan alat indra berupa telinga untuk mendengar. Di dalam telinga terdapat berbagai struktur yang memiliki fungsi tertentu sehingga dapat mendeteksi adanya vibrasi mekanis (getaran) hingga terjadilah proses mendengar. Kita wajib bersyukur kepada Allah SWT, atas karunia telinga yang diberikan kepada kita. 

A. Bunyi

• Bunyi adalah sesuatu yang dihasilkan dari benda yang bergetar. 
• Benda yang menghasilkan bunyi disebut sumber bunyi. Karena bunyi merupakan gelombang mekanik, maka dalam perambatannya bunyi memerlukan medium/perantara. 
• Syarat terdengarnya bunyi :
• ada sumber bunyi
• ada medium / perantara
• ada alat pendengar/penerima bunyi yang berada dalam jangkauan sumber bunyi

1. Sifat-Sifat Bunyi

• merupakan gelombang mekanik dan longitudinal
• dapat merambat melalui zat padat, cair dan gas
• dapat dipantulkan contoh adanya gema dan gaung
• dapat dibiaskan ketika bunyi melalui medium yang indeks biasnya berbeda
• dapat dipadukan / interferensi
• dapat dilenturkan / difraksi
• mengalami resonansi
• cepat rambat bunyi tergantung kerapatan mediumnya, paling cepat bunyi merambat pada medium yang kerapatannya tinggi yaitu zat padat

2. Jenis-Jenis Bunyi

Berdasarkan frekuensi bunyi, maka bunyi dibedakan menjadi :

• Infrasonik yaitu bunyi yang frekuensinya kurang dari 20 Hz. Bunyi ini dapat didengar oleh anjing, kucing, kuda, angsa, jangkrik.
• Audiosonik yaitu bunyi yang frekuensinya dari 20 Hz – 20.000 Hz. Bunyi ini dapat didengar oleh manusia.
• Ultrasonik yaitu bunyi yang frekuensinya lebih besar dari 20.000 Hz. Bunyi ini dapat didengar oleh lumba-lumba dan kelelawar.

3. Karakteristik Bunyi

a. Nada

• Nada adalah bunyi yang memiliki frekuensi teratur.
• Contoh nada dalam kehidupan sehari-hari yakni bunyi yang dihasilkan oleh alat-alat musik seperti gitar, piano, seruling, dan harmonika. 
• Nada memiliki tinggi (deret) nada dan interval nada. Tinggi atau deret nada adalah urutan dari nada-nada yang memiliki frekuensi terendah hingga frekuensi tertinggi, sedangkan interval nada adalah perbandingan frekuensi nada-nada. 
• Dalam bunyi dikenal dengan frekuensi dan amplitudo.
• Frekuensi menentukan tinggi rendahnya bunyi yang dinyatakan dalam satuan Hertz atau Hz. Jika frekuensi semakin besar makan bunyi yang terdengar akan semakin besar. Namun jika frekuensi semakin kecil maka bunyi yang terdengar akan semakin rendah. 
• Amplitudo menentukan kuat ataupun lemahnya bunyi yang dinyatakan dalam satuan tekanan suara desibel atau dB. Semakin besar amplitudo, energi bunyi semakin besar sehingga bunyi akan terdengar semakin kuat (keras). Demikian juga sebaliknya, semakin kecil amplitudo maka energi bunyi semakin kecil sehingga bunyi akan terdengar semakin lemah.

b. Desah/Deru

• Desah merupakan kebalikan dari nada, yakni bunyi yang memiliki frekuensi yang tidak teratur. 
• Contoh dalam kehidupan sehari-hari yang merupakan desah yakni bunyi ombak, bunyi hujan, bunyi angin, dan bunyi keramaian di pasar.

c. Timbre

• Warna bunyi atau timbre merupakan dua bunyi atau lebih yang memiliki frekuensi yang sama tetapi kedengarannya berbeda.
• Terkadang kita mendengar suatu bunyi memiliki perbedaan walaupun bunyi tersebut menghasilkan nada yang sama, karena setiap bunyi memiliki karakteristik tertentu.
• Kita dapat membedakan mana bunyi seruling, gitar maupun piano walaupun ketiga alat musik tersebut memiliki nada yang sama. 

4. Cepat Rambat Bunyi

• Untuk merambat dari suatu tempat ke tempat yang lain, bunyi memerlukan waktu. 
• Cepat rambat bunyi adalah perbandingan antara jarak yang ditempuh bunyi dan selang waktunya. Secara matematis dirumuskan :
  

        v = cepat rambat bunyi (m/s)

        t = selang waktu (s)

        s = jarak sumber bunyi dengan pendengar (m)

• Faktor-faktor mempengaruhi cepat rambat bunyi, antara lain sebagai berikut:
• Kerapatan partikel medium yang dilalui bunyi. Semakin rapat susunan partikel medium maka semakin cepat bunyi merambat, sehingga bunyi merambat paling cepat pada zat padat kemudian zat cair dan terakhir gas.
• Suhu mediumnya, dimana semakin panas suhu medium yang dilalui maka semakin cepat bunyi merambat.

  

  Cepat Rambat Bunyi di Berbagai Medium

Contoh Soal :

1. Ledakan sebuah bom terdengar 2 sekon setelah terlihat kepulan asap. Berapakah cepat rambat bunyi di udara saat itu jika jarak antara petasan dengan pengamat 4,2 km? 

Penyelesaian :

Diketahui:

t = 2 s

s = 4,2 km = 4.200 m

Ditanyakan : v = ….?

Jawab :

v = s/t

   = 4.200/2  = 2.100 m/s

Jadi, cepat rambat bunyi di udara saat itu adalah 2.100 m/s.

2. Surya berada sejauh 1.700 meter dari sebuah gunung meletus. Jika bunyi bergerak di udara dengan cepat rambat 340 m/s, berapa waktu yang diperlukan sehingga Surya mendengar letusannya?

Penyelesaian :

Diketahui:

s = 1.700 m

v = 340 m/s

Ditanyakan: t = …?

Jawaban:

v = s/t

maka :

t = s/v

  = 1.700/340 = 5 s

Jadi, waktu yang diperlukan sehingga Surya mendengar letusan gunung adalah 5 sekon. 

5. Resonansi Bunyi

• Resonansi bunyi adalah peristiwa turut bergetarnya benda karena benda lain yang bergetar.
• Syarat terjadinya resonansi haruslah frekuensi benda yang ikut bergetar sama dengan frekuensi benda yang bergetar, atau frekuensi benda yang satu merupakan kelipatan frekuensi benda yang lain.
• Perhatikan gambar berikut!
  
• Panjang tali bandul mempengaruhi frekuensinya. Bandul yang mempunyai panjang tali yang sama, frekuensinya sama sehingga jika salah satu bandul digetarkan, bandul lain yang sama panjangnya ikut bergetar. Ketika bandul C diayun, maka bandul lain yang sama panjang talinya ikut berayun yaitu bandul A dan E.
• Contoh peristiwa resonansi :
• Dua garpu tala yang mempunyai frekuensi sama, bila yang satu digetarkan, maka yang lain ikut bergetar.
• Senar gitar yang dipetik akan menggetarkan udara dalam kotak gitar.
• Kaca jendela ikut bergetar ketika lewat di depan rumah sebuah bus, atau ketika terjadi gemuruh petir di langit.

6. Pemantulan Bunyi

a. Hukum Pemantulan Bunyi

• Selain mengalami perambatan, bunyi mengalami pemantulan. 
• Pemantulan bunyi terjadi ketika bunyi mengenai dinding atau permukaan yang keras. Permukaan yang keras itu, misalnya batu, besi, seng, dan kaca.
• Proses pemantulan bunyi mirip dengan proses pemantulan cahaya.
• Hukum pemantulan bunyi menyatakan bahwa :
• Sudut datang = sudut pantul ( i = r )
• Bunyi datang, bunyi pantul, garis normal berada dalam satu bidang ketiganya berpotongan di satu titik .

Keterangan :

• Sudut datang adalah sudut yang di bentuk oleh arah datang dan garis normal.
• Sudut pantul adalah sudut yang du bentuk oleh arah pantul dan garis normal
• Jika bunyi yang datang berimpit dengan garis normal ( sudut datang = 0 ), bunyi pantulnya juga berhimpit dengan garis normal ( sudut pantul = 0 ), dengan kata lain bunyi pantul akan berbalik ke arah datangnya bunyi. 
• Jika sudut datangnya lebih dari 0, bunyi pantulnya tidak akan berbalik arah ke arah datangnya bunyi itu lagi.

b. Macam-Macam Bunyi Pantul

1). Bunyi pantul yang memperkuat bunyi asli

• Bunyi pantul memperkuat bunyi asli terjadi apabila bunyi pantul terdengar hampir bersamaan, sehingga bunyi asli menjadi lebih keras. 
• Bunyi ini akan terjadi apabila jarak dinding terhadap sumber bunyi kurang dari 10 meter.
• Contohnya suara kita akan terdengar lebih keras di dalam kamar atau amar mandi dna bunyi kereta api bertambah keras di dalam terowongan.

2). Gaung atau Kerdam

• Gaung adalah bunyi yang terdengar kurang jelas akibat sebagian bunyi pantul terdengar bersamaan dengan bunyi asli sehingga mengganggu bunyi asli.
• Gaung atau kerdam terjadi jika jarak dinding terhadap sumber bunyi agak jauh (10 m – 25 m). 
• Contoh gaung sering kita jumpai ketika menghadiri sebuah acara yang berkaitan dengan sound sistem. Selain itu gaung juga dapat dilihat saat seseorang memberikan informasi melalui mikrofon. Suara orang tersebut tidak akan terdengar jelas. Dengan kejadian kejadian tersebut bunyi asli tidak akan terdengar jelas karena mendapatkan gangguan dari bunyi pantul. Contohnya:
Bunyi Asli : kem – ba – li – lah
Bunyi Pantul : kem… ba… li… lah… atau kem… lah…

• Jika bunyi asli terdiri dari 3 suku kata, terkadang bunyi pantulnya menjadi 4 suku kata ataupun 2 suku kata. Untuk kata kedua terkadang tidak terdengar jelas. Hal ini dikarenakan gaung sangat mengganggu bunyi aslinya.
• Gaung dapat juga terjadi pada gedung besar yang tertutup, seperti gedung pertemuan dan gedung pertunjukkan. 
• Untuk menghindari terjadinya gaung, pada dinding bagian dalam gedung bioskop, studio radio atau televisi, dan studio rekaman dilapisi bahan peredam. Bahan peredam yang sering digunakan antara lain kain wol, kapas, kertas karton, karet, dan gelas.

3). Gema

• Bunyi pantul yang terdengar setelah bunyi asli disebut gema. 
• Gema terdengar jelas seperti bunyi asli. Gema dapat terjadi di lereng gunung yang terjal, jurang dan tempat-tempat lain.
• Jika jarak dinding pemantul cukup jauh, maka akan terjadi bunyi pantul yang terdengar sesudah bunyi asli ducapkan (dipancarkan). 
• Contoh gema dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari hari seperti saat kita berdiri dipinggir tebing. Kemudan berteriak maka suara akan merambat dan terdengar kembali karena dipantulkan. Contohnya saat kalian berteriak I – Miss – U, beberapa saat kemudian kalian akan mendengar kata yang sama yaitu I – Miss – U. Seakan akan terdapat seseorang yang sengaja menirukan suara anda kembali. Sebenarnya suara yang kembali tersebut ialah suara kalian yang dipantulkan oleh tebing.

Ilustrasi Perbedaan Gaung dan Gema

c. Manfaat Bunyi Pantul

• Sebagai SONAR (Sound Navigation and Ranging), digunakan untuk mendeteksi benda di bawah permukaan air. Alat SONAR akan memancarkan gelombang ultrasonik ke dasar laut dan dipantulkan kembali oleh permukaan dasar laut. Hasil pemantulan diterima receiver pada alat SONAR yang dipasang di kapal.
• Ultrasonografi (USG). Alat ini digunakan untuk melihat janin yang ada di dalam rahim.
• Mengukur kedalaman laut atau jarak dinding goa. Cara menentukan kedalaman laut jarak dinding goa adalah dengan mengirimkan bunyi datang dan mengukur waktu perjalanan bunyi datang dan bunyi pantul.

Perhatikan gambar berikut!

• Bunyi pantul yang diterima telah menempuh dua kali perjalanan, yaitu dari sumber bunyi ke bidang pantul dan dari bidang pantul ke penerima bunyi atau pendengar. 
• Waktu yang dibutuhkan dari sumber bunyi untuk sampai ke bidang pantul adalah 1/2 t.
• Sehingga, jarak yang ditempuh oleh bunyi yang dipantulkan (kedalaman laut) dapat ditulis sebagai berikut.

s = kedalaman laut (m)
v = cepat rambat gelombang bunyi (m/s)
t = waktu bolak-balik dari kapal sampai ke kapal lagi (s)

Catatan : Untuk menentukan jarak dinding goa ke pengamat juga menggunakan konsep yang sama seperti mengukur kedalaman laut.

Contoh Soal :

1. Sebuah kapal yang dilengkapi dengan pemancar gelombang sebagai sumber bunyi dan sebuah hidrofon sebagai penangkap pantulan bunyi, hendak mengukur kedalaman laut. Jika cepat rambat bunyi di dalam air laut adalah 1.500 m/s dan waktu yang dibutuhkan gelombang ultrasonik bolak-balik adalah 0,5 s. Berapakah kedalaman laut tersebut ?

Penyelesaian :

Diketahui :

t = 0,5 s

v = 1.500 m/s

Ditanyakan : s =...?

Jawab : 

s = (v . t) / 2 = (1.500 . 0,5) / 2 = 375 m

Jadi, kedalaman laut tersebut adalah 375 m.

2. Kedalaman suatu laut akan diukur dari atas kapal menggunakan gelombang bunyi adalah 1.500 m. Jika gelombang diterima kembali setelah 3 sekon, berapakah cepat rambat gelombang bunyi yang digunakan?

Penyelesaian :

Diketahui :

t = 3 s

s = 1.500 m/s

Ditanyakan : v =...?

Jawab : 

s = (v . t) / 2 

2s = v . t 

  v = 2s / t 

     = (2 . 1.500) / 3

     = 1.000 m/s

Jadi, cepat rambat gelombang bunyi yang digunakan adalah 1.000 m/s.

3. Seorang anak sedang berdiri di depan tebing kemudian berteriak. Setelah dua detik terdengar lagi suara teriakannya. Jika cepat rambat bunyi di udara 340 m/s. Berapa jarak anak tersebut ke tebing?

Penyelesaian :

Diketahui

t = 2 s

v = 340 m/s

Ditanyakan : s = ...?

Jawab :

Jadi, jarak anak tersebut ke tebing adalah 340 m.

4. Dito berdiri di antara dua tebing tinggi seperti gambar berikut.

Dito kemudian berteriak sehingga bunyi teriakannya memantul pada tebing A dan B. Jika waktu bunyi pantul dari tebing A ke Dito = 0,5 sekon, maka tentukan waktu pantul oleh tebing B ke Dito !

Penyelesaian :

Diketahui :

tA = 0,5 s

sA = 85 m

sB = 102 m

Ditanyakan : t = ...?

Jawab :

• Mencari cepat rambat gelombang bunyi (v):

• Mencari waktu pantul oleh tebing B ke Dito (tB):

          

Jadi, waktu pantul oleh tebing B ke Dito adalah 0,6 sekon.

5. Yudi berdiri di antara dua buah tebing. Ia berteriak lalu mendengar suaranya dipantulkan dari salah satu tebing 6 sekon setelah ia berteriak. Bunyi pantul dari tebing yang lain terdengar 9 sekon setelah ia berteriak. Jika kecepatan bunyi di udara pada saat itu adalah 330 m/s, berapa jarak kedua tebing?

Penyelesaian :
Diketahui :

t1 = 6 s

t2 = 9 s

v = 330 m/s

Ditanyakan :
Jawab :

• Jarak Yudi terhadap tebing 1 :

         

• Jarak Yudi terhadap tebing 2 :
  

Jarak kedua tebing = s1 + s2 = 900 + 1.485 = 2.475 m

Jadi, jarak antara kedua tebing adalah  2.475 m

B. Mekanisme Pendengaran Manusia

1. Bagian-Bagian Telingan dan Fungsinya

• Telinga terdiri atas beberapa bagian sehingga dapat bekerja dengan baik. 
• Semua bagian tersebut mempunyai perannya masing-masing sehingga dapat menghasilkan informasi ke otak dan akhirnya mampu mendengar bunyi secara baik.
• Perhatikan terlebih dahulu letak bagian-bagian telinga pada gambar di bawah ini.

• Struktur telinga seperti yang terlihat pada gambar di atas dapat dikelompokkan menjadi 3 (tiga) bagian, yaitu telinga luar, telinga tengah, dan telinga dalam.

a. Telinga Luar

• Daun telinga : mengumpulkan dan menyalurkan bunyi ke saluran telinga.
• Saluran telinga
• Lubang telinga : tempat masuknya bunyi ke liang telinga.
• Liang telinga : meneruskan rangsang bunyi ke gendang telinga.

b. Telinga Tengah

• Gendang telinga (membran timpani) : mengubah bunyi menjadi getaran.
• Tiga tulang pendengaran (martil, landasan, dan sanggurdi) : memperkuat dan menghantar getaran ke saluran telinga yang lebih dalam.
• Saluran Eustachius: menghubungkan rongga mulut dengan telinga bagian dalam dan mengatur keseimbangan tekanan udara.

c. Telinga Dalam

• Tiga saluran setengah lingkaran : menjaga keseimbangan tubuh.
• Rumah siput (koklea): mengubah getaran menjadi impuls dan meneruskannya ke otak.

2. Mekanisme Proses Mendengar pada Manusia

• Proses suatu bunyi dapat didengar oleh seseorang diawali dengan masuknya bunyi ke dalam telinga yang ditangkap oleh daun telinga. Bunyi selanjutnya diteruskan ke bagian telinga yang paling dalam. Kemudian informasi diteruskan ke otak melalui saraf pendengaran. Sampai akhirnya, kita dapat mengerti sedang mendengarkan bunyi apa.

Berikut ini adalah urutan mekanisme kerja telinga secara lebih lengkapnya.

1. Daun telinga menangkap getaran bunyi.
2. Getaran bunyi masuk melalui saluran telinga menuju gendang telinga (membran timpani) sehingga selaput gendang telinga bergetar.
3. Getaran tersebut diteruskan oleh tulang-tulang pendengaran (tulang martil, tulang landasan dan tulang sanggurdi) ke rumah siput (koklea).
4. Rumah siput menghantarkan getaran melalui cairan yang memenuhi rumah siput sehingga dapat ditangkap oleh sel-sel saraf rambut getar dalam organ korti di rumah siput.
5. Sel-sel saraf rambut getar di rumah siput menghantarkan impuls saraf akibat getarannya ke saraf pendengaran.
6. Saraf pendengaran menghantarkan impuls saraf ke otak.
7. Otak menerjemahkan impuls saraf sehingga manusia dapat mendengar bunyi tersebut.

REFERENSI

• Video referensi :
Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar. 

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas dilengkapi cara mengerjakan (Diketahui, Ditanyakan Jawab) kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan:

1. Seekor lumba-lumba yang terletak pada jarak 600 m dari laboratorium bawah laut mengeluarkan bunyi. Jika bunyi bergerak di air dengan cepat rambat 1.500 m/s, berapakah waktu yang diperlukan sehingga orang di laboratorium itu dapat mendeteksi bunyi lumba-lumba tersebut?

2. Dari permukaan air laut, sinyal bunyi dikirim ke dasar laut. Sinyal tersebut diterima kembali setelah 12 sekon. Jika cepat rambat bunyi dalam air adalah 1.800 m/s, maka tentukan kedalaman laut di tempat itu !

3. Sinta sedang berdiri di depan tebing kemudian berteriak dengan keras. Setelah 4 sekon, ia dapat mendengar lagi suara teriakannya. Jika cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, berapa jarak Sinta ke tebing tersebut?

4. Pak Tono berteriak dengan keras di antara dua tebing tinggi. Beberapa saat kemudian Pak Tono mendengar dua bunyi pantul, pertama setelah 3 sekon dan bunyi pantul berikutnya setelah 4 sekon dari ia berteriak. Jika cepat rambat bunyi di udara saat itu 340 m/s, maka tentukan jarak antara dua tebing tersebut !

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~