Membongkar Rahasia Bunyi: Kunci Jawaban dan Pembahasan Soal Fisika Kelas 3 SMA Marthen Kanginan

Bunyi, sebuah fenomena alam yang tak terpisahkan dari kehidupan kita, seringkali menjadi topik menarik dalam pembelajaran fisika. Di tingkat Sekolah Menengah Atas (SMA), pemahaman mendalam tentang konsep-konsep gelombang bunyi, sifat-sifatnya, hingga penerapannya menjadi krusial. Buku Fisika Kelas 3 SMA karangan Marthen Kanginan, dengan pendekatan yang sistematis dan soal-soal latihan yang variatif, menjadi salah satu referensi utama bagi para siswa.

Artikel ini akan mengajak Anda menyelami dunia bunyi lebih dalam, khususnya dengan membahas beberapa kunci jawaban dan strategi penyelesaian soal-soal fisika bunyi dari buku Marthen Kanginan untuk kelas 3 SMA. Kita akan mengupas tuntas konsep-konsep kunci, menguraikan langkah-langkah penyelesaian, dan memberikan wawasan tambahan agar pemahaman Anda semakin kokoh.

Memahami Konsep Dasar Gelombang Bunyi

Sebelum melangkah ke penyelesaian soal, mari kita segarkan kembali ingatan tentang konsep-konsep fundamental gelombang bunyi. Bunyi adalah gelombang mekanik transversal yang merambat melalui medium (padat, cair, atau gas) akibat getaran sumber bunyi. Beberapa konsep penting yang perlu dikuasai antara lain:

• Cepat Rambat Bunyi ($v$): Kecepatan bunyi merambat dalam suatu medium. Dipengaruhi oleh jenis medium (elastisitas dan kerapatan).
• Frekuensi ($f$): Jumlah getaran per satuan waktu, diukur dalam Hertz (Hz). Menentukan tinggi rendahnya bunyi (nada).
• Periode ($T$): Waktu yang dibutuhkan untuk satu getaran penuh. $T = 1/f$.
• Panjang Gelombang ($lambda$): Jarak antara dua titik sefase pada gelombang. Dihitung dengan $lambda = v/f$.
• Intensitas Bunyi ($I$): Daya bunyi yang menembus satuan luas per satuan waktu. Dihitung dengan $I = P/A$, di mana $P$ adalah daya dan $A$ adalah luas.
• Taraf Intensitas Bunyi (Tingkat Kebisingan) ($TI$): Skala logaritmik untuk mengukur intensitas bunyi relatif terhadap intensitas ambang dengar. Dihitung dengan $TI = 10 log (I/I_0)$, di mana $I_0$ adalah intensitas ambang dengar ($10^-12 , textW/m^2$).
• Efek Doppler: Perubahan frekuensi bunyi yang didengar oleh pengamat akibat adanya gerakan relatif antara sumber bunyi dan pengamat.
  • Rumus umum: $f_p = f_s fracv pm v_pv mp v_s$
    • $f_p$: frekuensi yang didengar pendengar
    • $f_s$: frekuensi sumber bunyi
    • $v$: cepat rambat bunyi di udara
    • $v_p$: kecepatan pendengar
    • $v_s$: kecepatan sumber bunyi
    • Tanda ‘+’ pada $v_p$ jika pendengar mendekati sumber, ‘-‘ jika menjauh.
    • Tanda ‘-‘ pada $v_s$ jika sumber mendekati pendengar, ‘+’ jika menjauh.
• Resonansi: Fenomena bergetarnya suatu benda akibat adanya gelombang bunyi dengan frekuensi yang sama (frekuensi alami) dengan frekuensi getaran benda tersebut.
• Senar Bergetar: Panjang gelombang pada senar yang bergetar bergantung pada panjang senar dan jenis gelombang (nada dasar, nada atas pertama, dst.).
  • Nada Dasar ($n=1$): $L = frac12 lambda implies lambda = 2L$
  • Nada Atas Pertama ($n=2$): $L = lambda implies lambda = L$
  • Nada Atas Kedua ($n=3$): $L = frac32 lambda implies lambda = frac23L$
  • Secara umum: $L = n fraclambda2 implies lambda = frac2Ln$, di mana $n = 1, 2, 3, dots$
  • Frekuensi: $f = fracnv2L$, di mana $v$ adalah cepat rambat gelombang pada senar ($v = sqrtfracFmu$ dengan $F$ gaya tegangan dan $mu$ massa per satuan panjang).
• Pipa Organa: Bunyi yang dihasilkan oleh pipa organa (terbuka atau tertutup) juga memiliki pola gelombang yang khas.
  • Pipa Organa Terbuka:
    • Nada Dasar ($n=1$): $L = frac12 lambda implies lambda = 2L$
    • Nada Atas Pertama ($n=2$): $L = lambda implies lambda = L$
    • Secara umum: $L = n fraclambda2 implies lambda = frac2Ln$, di mana $n = 1, 2, 3, dots$
    • Frekuensi: $f = fracnv2L$
  • Pipa Organa Tertutup:
    • Nada Dasar ($n=1$): $L = frac14 lambda implies lambda = 4L$
    • Nada Atas Pertama ($n=3$): $L = frac34 lambda implies lambda = frac4L3$
    • Nada Atas Kedua ($n=5$): $L = frac54 lambda implies lambda = frac4L5$
    • Secara umum: $L = (2n-1) fraclambda4 implies lambda = frac4L2n-1$, di mana $n = 1, 3, 5, dots$
    • Frekuensi: $f = frac(2n-1)v4L$

Pembahasan Kunci Jawaban Soal Pilihan Ganda (Contoh Ilustratif)

Mari kita ambil beberapa contoh tipe soal yang sering muncul di buku Marthen Kanginan dan membahas kunci jawabannya. Karena saya tidak memiliki akses langsung ke buku tersebut, saya akan membuat contoh soal yang representatif berdasarkan topik yang dibahas.

Contoh Soal 1: Cepat Rambat dan Intensitas Bunyi

Sebuah sumber bunyi memiliki daya pancar $50 , pi , textW$. Jika intensitas ambang dengar telinga manusia adalah $10^-12 , textW/m^2$, tentukan taraf intensitas bunyi pada jarak $5 , textm$ dari sumber bunyi tersebut!

Pembahasan:

Untuk menyelesaikan soal ini, kita perlu menghitung intensitas bunyi pada jarak tertentu terlebih dahulu, lalu menggunakan rumus taraf intensitas.

1. Hitung Luas Permukaan Bola pada Jarak $r$:
   Bunyi merambat ke segala arah dalam bentuk gelombang bola. Luas permukaan bola pada jarak $r$ dari sumber adalah $A = 4pi r^2$.
   Dalam kasus ini, $r = 5 , textm$.
   $A = 4pi (5 , textm)^2 = 4pi (25 , textm^2) = 100pi , textm^2$.

2. Hitung Intensitas Bunyi ($I$) pada Jarak $5 , textm$:
   Intensitas bunyi didefinisikan sebagai daya per satuan luas: $I = fracPA$.
   Diketahui daya pancar sumber bunyi $P = 50pi , textW$.
   $I = frac50pi , textW100pi , textm^2 = frac12 , textW/m^2 = 0.5 , textW/m^2$.

3. Hitung Taraf Intensitas Bunyi ($TI$):
   Rumus taraf intensitas bunyi adalah $TI = 10 log left(fracII_0right)$.
   Diketahui intensitas ambang dengar $I_0 = 10^-12 , textW/m^2$.
   $TI = 10 log left(frac0.5 , textW/m^210^-12 , textW/m^2right)$
   $TI = 10 log (0.5 times 10^12)$
   $TI = 10 log (5 times 10^11)$
   Menggunakan sifat logaritma $log(ab) = log a + log b$:
   $TI = 10 (log 5 + log 10^11)$
   $TI = 10 (log 5 + 11)$
   Jika kita menggunakan nilai $log 5 approx 0.7$:
   $TI approx 10 (0.7 + 11) = 10 (11.7) = 117 , textdB$.

Kunci Jawaban: 117 dB (atau nilai yang mendekati tergantung pembulatan logaritma).

Contoh Soal 2: Efek Doppler

Sebuah sirene mobil pemadam kebakaran bergetar dengan frekuensi $400 , textHz$. Mobil tersebut bergerak mendekati seorang pendengar yang diam dengan kecepatan $20 , textm/s$. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah $340 , textm/s$, berapakah frekuensi yang didengar oleh pendengar tersebut?

Pembahasan:

Soal ini menguji pemahaman tentang Efek Doppler. Kita perlu mengidentifikasi mana sumber dan pendengar, serta arah gerakannya.

• Frekuensi sumber bunyi ($f_s$) = $400 , textHz$
• Kecepatan sumber bunyi ($v_s$) = $20 , textm/s$ (mendekati pendengar)
• Kecepatan pendengar ($v_p$) = $0 , textm/s$ (diam)
• Cepat rambat bunyi di udara ($v$) = $340 , textm/s$

Karena sumber bunyi bergerak mendekati pendengar, kita gunakan tanda negatif pada $v_s$ di penyebut rumus Efek Doppler.

Rumus Efek Doppler: $f_p = f_s fracv pm v_pv mp v_s$

Dalam kasus ini: $f_p = f_s fracv + v_pv – v_s$ (pendengar diam, sumber mendekat)

Masukkan nilai-nilainya:
$f_p = 400 , textHz times frac340 , textm/s + 0 , textm/s340 , textm/s – 20 , textm/s$
$f_p = 400 , textHz times frac340320$
$f_p = 400 , textHz times frac3432$
$f_p = 400 , textHz times frac1716$
$f_p = frac400 times 1716 , textHz$
$f_p = frac100 times 174 , textHz$
$f_p = 25 times 17 , textHz$
$f_p = 425 , textHz$

Kunci Jawaban: 425 Hz.

Contoh Soal 3: Resonansi pada Pipa Organa Tertutup

Sebuah pipa organa tertutup memiliki panjang $0.6 , textm$. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah $340 , textm/s$, berapakah frekuensi nada atas pertama yang dihasilkan oleh pipa tersebut?

Pembahasan:

Soal ini berkaitan dengan resonansi pada pipa organa tertutup. Kita perlu mengingat rumus frekuensi untuk pipa organa tertutup.

• Panjang pipa organa tertutup ($L$) = $0.6 , textm$
• Cepat rambat bunyi di udara ($v$) = $340 , textm/s$
• Ditanya: frekuensi nada atas pertama ($n=3$).

Rumus frekuensi untuk pipa organa tertutup adalah $f = frac(2n-1)v4L$, di mana $n = 1, 3, 5, dots$

Untuk nada atas pertama, nilai $n$ adalah 3 (karena nada dasar adalah $n=1$, nada atas pertama adalah $n=3$).

Masukkan nilai-nilainya:
$fn=3 = frac(2 times 3 – 1) times 340 , textm/s4 times 0.6 , textm$
$fn=3 = frac(6 – 1) times 3402.4 , textHz$
$fn=3 = frac5 times 3402.4 , textHz$
$fn=3 = frac17002.4 , textHz$
$fn=3 = frac1700024 , textHz$
$fn=3 = frac850012 , textHz$
$fn=3 = frac42506 , textHz$
$fn=3 = frac21253 , textHz$
$f_n=3 approx 708.33 , textHz$.

Kunci Jawaban: Sekitar 708.33 Hz.

Contoh Soal 4: Resonansi pada Senar

Sebuah senar gitar dengan panjang $0.5 , textm$ bergetar menghasilkan nada dasar. Jika cepat rambat gelombang pada senar adalah $300 , textm/s$, tentukan frekuensi nada dasar tersebut!

Pembahasan:

Soal ini berkaitan dengan gelombang pada senar. Kita perlu menggunakan rumus frekuensi nada dasar.

• Panjang senar ($L$) = $0.5 , textm$
• Cepat rambat gelombang pada senar ($v$) = $300 , textm/s$
• Ditanya: frekuensi nada dasar ($n=1$).

Rumus frekuensi untuk senar yang bergetar adalah $f = fracnv2L$, di mana $n = 1, 2, 3, dots$

Untuk nada dasar, nilai $n$ adalah 1.

Masukkan nilai-nilainya:
$fn=1 = frac1 times 300 , textm/s2 times 0.5 , textm$
$fn=1 = frac3001.0 , textHz$
$f_n=1 = 300 , textHz$.

Kunci Jawaban: 300 Hz.

Strategi Jitu Menghadapi Soal Fisika Bunyi

1. Pahami Konsep Dasar: Pastikan Anda benar-benar mengerti definisi, rumus, dan keterkaitan antar konsep. Jangan hanya menghafal rumus.
2. Identifikasi Variabel: Sebelum mulai menghitung, catat semua informasi yang diberikan dalam soal dan apa yang ditanyakan.
3. Pilih Rumus yang Tepat: Sesuaikan rumus yang digunakan dengan tipe soal (misalnya, Efek Doppler, pipa organa terbuka/tertutup, senar, intensitas bunyi, dll.). Perhatikan detail seperti arah gerak sumber/pendengar atau jenis resonansi.
4. Perhatikan Satuan: Selalu periksa kesesuaian satuan. Jika perlu, lakukan konversi (misalnya, dari cm ke m).
5. Gunakan Diagram (Jika Perlu): Untuk soal Efek Doppler atau gelombang pada pipa/senar, membuat sketsa sederhana bisa membantu memvisualisasikan situasi.
6. Latihan Rutin: Semakin banyak Anda berlatih soal, semakin terbiasa Anda mengenali pola soal dan menerapkan rumus yang benar.
7. Fokus pada Soal Esai/Uraian: Selain pilihan ganda, latihan soal uraian akan melatih kemampuan Anda menjelaskan proses penyelesaian secara runtut, yang juga penting untuk pemahaman mendalam.
8. Diskusikan dengan Teman atau Guru: Jika ada soal yang sulit, jangan ragu untuk berdiskusi. Penjelasan dari orang lain seringkali membuka sudut pandang baru.

Kesimpulan

Memahami konsep fisika bunyi dan mampu menerapkannya dalam penyelesaian soal adalah kunci keberhasilan dalam mata pelajaran ini. Buku Marthen Kanginan menyediakan landasan yang kuat untuk belajar, dan dengan strategi yang tepat serta latihan yang konsisten, para siswa kelas 3 SMA dapat menguasai materi bunyi dengan baik.

Pembahasan kunci jawaban dan strategi di atas hanyalah sebagian kecil dari kekayaan materi yang ada. Teruslah eksplorasi, jangan takut mencoba, dan jadikan fisika bunyi sebagai petualangan ilmiah yang menarik!