Karakteristik & Cepat Rambat Bunyi — Fisika Kelas 11–12

Setelah ini kamu bisa menghubungkan frekuensi dengan nada, amplitudo dengan kenyaringan, dan menjelaskan mengapa cepat rambat bunyi berbeda di udara, air, dan zat padat.

Petik senar gitar, bersiul, atau tepuk tangan — semuanya menghasilkan bunyi yang merambat ke telingamu. Padahal tidak ada apa-apa yang “terbang” dari sumber ke telinga. Yang berpindah hanyalah gangguan rapat-renggang partikel udara, dan telingamu menangkap pola tekanan itu sebagai suara. Dua sifat gelombang — frekuensi dan amplitudo — menentukan nada dan kerasnya bunyi. Coba lihat sendiri di bawah bagaimana kurva gelombang berubah saat kamu menggesernya.

Geser frekuensi dan amplitudo, lalu amati bagaimana kerapatan dan tinggi kurva gelombang bunyi berubah.

Bunyi adalah gelombang longitudinal

Bunyi termasuk gelombang longitudinal — arah getar partikel medium searah dengan arah rambat gelombang. Saat sumber bergetar, partikel udara di dekatnya tertekan (rapat) lalu merenggang, pola rapat-renggang inilah yang merambat ke telinga. Berbeda dari gelombang tali (transversal) yang getarannya tegak lurus arah rambat, bunyi tidak bisa merambat di vakum — ia butuh medium.

Bunyi adalah gelombang mekanik longitudinal yang merambat melalui medium (gas, cair, atau padat) akibat getaran partikel. Bunyi tidak dapat merambat dalam vakum karena tidak ada partikel yang memindahkan gangguan.

Walaupun arah getarannya sejajar arah rambat, kita tetap bisa menggambar kurva simpangan terhadap waktu untuk membaca karakteristiknya — sama seperti gelombang sinus biasa. Dua karakteristik paling penting adalah frekuensi dan amplitudo.

Frekuensi menentukan nada

Frekuensi $f$ menyatakan banyaknya getaran per sekon, satuannya hertz (Hz). Telinga manusia menangkap frekuensi sebagai nada atau tinggi-rendahnya bunyi. Frekuensi besar terdengar tinggi (nyaring, seperti siulan), frekuensi kecil terdengar rendah (berat, seperti gendang). Telinga manusia sehat mampu mendengar frekuensi 20 Hz sampai 20.000 Hz.

Bayangkan garpu tala yang kamu pukul. Yang kecil dan tipis bergetar cepat → nadanya tinggi. Yang besar dan tebal bergetar lambat → nadanya rendah. Inilah mengapa senar gitar paling tipis (senar 1) menghasilkan nada paling tinggi.

Pada kurva di bawah, slider $f$ mengubah kerapatan puncak gelombang dalam selang waktu yang sama. Makin besar $f$ , makin banyak getaran “muat” per sekon — kurvanya makin rapat.

Amplitudo menentukan kenyaringan

Amplitudo $A$ menyatakan simpangan maksimum partikel medium. Telinga menangkap amplitudo sebagai kenyaringan atau kuat-lemahnya bunyi. Amplitudo besar berarti partikel bergetar jauh dari posisi setimbang — tekanan rapat-renggangnya kuat, sehingga bunyi terdengar keras. Amplitudo kecil menghasilkan bunyi pelan.

Bayangkan kamu berbicara pelan lalu berteriak. Yang berubah bukan nadanya (frekuensimu tetap), melainkan seberapa kuat udara kamu dorong. Dorongan kuat = amplitudo besar = bunyi keras. Getarannya tetap sama cepat, hanya saja lebih “dalam”.

Pada kurva di bawah, slider $A$ hanya mengubah tinggi-rendah kurva tanpa mengubah kerapatan puncak. Inilah perbedaan kunci dengan frekuensi: amplitudo mempengaruhi kenyaringan, bukan nada.

Cepat rambat bunyi di medium

Bunyi merambat dengan kelajuan berbeda di medium berbeda. Di udara (20 °C), cepat rambat bunyi sekitar 343 m/s. Di air, sekitar 1.500 m/s — lebih dari empat kali lebih cepat. Di besi, sekitar 5.000 m/s — lima belas kali lebih cepat daripada di udara. Polanya jelas: makin padat dan kaku medium, makin cepat bunyi merambat.

$v = \lambda f$

Arti tiap simbol: $v$ = cepat rambat bunyi (m/s), $\lambda$ = panjang gelombang (m), $f$ = frekuensi (Hz). Cepat rambat ditentukan medium, bukan sumber — bila $f$ berubah, $\lambda$ ikut menyesuaikan agar $v$ tetap.

Pada simulasi di bawah, sebuah partikel (mewakili gangguan rapat-renggang) merambat dari kiri ke kanan dengan kelajuan yang bisa diatur. Anggap kelajuan itu sebagai cepat rambat gangguan di medium. Geser preset untuk membandingkan: di besi gangguan tiba jauh lebih cepat daripada di udara.

Membandingkan medium

Mengapa bunyi lebih cepat di zat padat? Karena partikel zat padat sangat rapat dan terikat kuat — saat satu partikel bergeser, tetangganya langsung terdorong hampir seketika. Di gas, partikel berjauhan; butuh waktu lebih lama bagi gangguan untuk “melompat” dari satu partikel ke partikel berikutnya.

Medium	Cepat rambat (m/s)	Kenapa
Udara (gas)	≈ 343	Partikel berjauhan, ikatan lemah
Air (cair)	≈ 1.500	Partikel lebih rapat, ikatan sedang
Besi (padat)	≈ 5.000	Partikel sangat rapat, ikatan kuat

Dua kurva di bawah membandingkan jarak tempuh gangguan bunyi dalam selang waktu sama di tiga medium. Geser waktu dan amati: di besi, gelombang sudah menjauh jauh sementara di udara baru merambat sejauh setara dengan satu menara.

Karakteristik dan cepat rambat bunyi termasuk cakupan TKA Fisika, elemen gelombang (kerangka TKA 045/H/AN/2025). Soal sering menguji: (1) beda nada vs kenyaringan dari frekuensi vs amplitudo, dan (2) hitungan cepat rambat $v = \lambda f$ di medium berbeda. Jebakan klasik: mengira bunyi bisa merambat di vakum, atau menyamakan cepat rambat bunyi dengan cepat rambat cahaya.

Coba dulu di kertas, baru buka.

Soal. Sebuah sumber bunyi di udara (cepat rambat 340 m/s) memancarkan gelombang dengan frekuensi 680 Hz. (a) Berapa panjang gelombangnya? (b) Berapa panjang gelombangnya bila bunyi yang sama merambat di air dengan cepat rambat 1.360 m/s?

$v_{\text{udara}} = 340$ m/s, $f = 680$ Hz. Cepat rambat ditentukan medium, sedangkan frekuensi ditentukan sumber — jadi $f$ tetap saat berpindah medium.

$\lambda = \frac{v}{f} = \frac{340}{680} = 0{,}5 \text{ m}.$ Jadi panjang gelombang di udara 0,5 m.

Di air, $v_{\text{air}} = 1.360$ m/s dengan $f$ tetap 680 Hz: $\lambda_{\text{air}} = \frac{1.360}{680} = 2 \text{ m}.$ Jadi panjang gelombang di air 2 m — empat kali lebih panjang karena cepat rambatnya empat kali lebih besar.

Jebakan: menyamakan nada dengan kenyaringan. Yang benar: nada ditentukan frekuensi (tinggi-rendah), sedangkan kenyaringan ditentukan amplitudo (kuat-lemah). Dua nada bisa berfrekuensi sama tetapi berbeda kerasnya bila amplitudonya berbeda.

Jebakan: mengira frekuensi berubah saat bunyi pindah medium. Yang benar: frekuensi ditentukan sumber, jadi tetap saat berpindah dari udara ke air. Yang berubah adalah panjang gelombang karena cepat rambatnya berubah.

Jebakan: menyamakan cepat rambat bunyi dengan cepat rambat cahaya. Yang benar: bunyi merambat ~343 m/s di udara, sedangkan cahaya ~300.000.000 m/s — hampir sejuta kali lebih cepat. Itulah sebabnya petir terlihat lebih dulu sebelum guntur terdengar.

Bunyi adalah gelombang mekanik longitudinal; butuh medium, tak bisa di vakum.
Frekuensi menentukan nada (tinggi-rendah); amplitudo menentukan kenyaringan (kuat-lemah).
Cepat rambat $v = \lambda f$ ; ditentukan medium, bukan sumber.
Cepat rambat: gas < cair < padat (udara 343, air 1.500, besi 5.000 m/s).
Saat pindah medium, frekuensi tetap, panjang gelombang berubah mengikuti $v$ .