MAKALAH FENOMENA GELOMBANG EFEK DOPPLER
Disusun oleh: KELOMPOK 11
Karina Anggraeni
2414105021 2414105021
Soraya Rizqimufidah
2414105042 2414105042
Devic Oktora
2413106007 2413106007
Sirojulaili
2413106009
JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Ketika kita sedang diam di pinggir jalan dan sebuah mobil ambulans yang sirinenya berbunyi sedang bergerak mendekati kita. Dan t ak lama kemudian mobil melewati kita dan bergerak menjauhi kita. Jika kita mendengar bunyi sirine secara seksama akan kita dengar bahwa nada bunyi sirine lebih tinggi ketika mobil mendekati kita dan lebih rendah ketika mobil menjauhi kita. Gelombang bunyi yang dikeluarkan oleh sumber bunyi dan pendengar bergerak saling mendekati. Maka frekuensi bunyi yang didengar oleh pendengar akan lebih tinggi daripada frekuensi sebenarnya dari bunyi yang dihasilkan sumber bunyi. Namun, jika sumber bunyi dan pendengar bergerak saling menjauhi, maka frekuensi bunyi yang didengar oleh pendengar akan lebih rendah daripada frekuensi sebenarnya. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa bila sumber bunyi dan pengamat saling bergerak relatif satu terhadap lainnya (menjauhi atau mendekati), frekuensi yang diterima pengamat tidak sama dengan frekuensi yang dipancarkan oleh sumber.
Fenomena perubahan frekuensi karena pengaruh gerak relatif antara
sumber bunyi dan pendengar, untuk pertama kalinya diamati oleh Christian Johann Doppler (1803-1853), seorang Fisikawan berkebangsaan Austria. Berkaitan dengan hal tersebut, di dalam makalah ini akan dibahas tentang efek doppler.
2.1 Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan efek doppler? 2. Bagaimana rumus efek doppler? 3. Apa aplikasi efek doppler dalam kehidupan sehari-hari?
3.1 Tujuan
1. Mengetahui dan memahami pengertian efek doppler. 2. Mengetahui dan memahami rumus efek doppler. 3. Mengetahui dan memahami aplikasi efek doppler dalam kehidupan sehari-hari
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Efek Doppler
Secara umum, efek doppler dialami ketika ada suatu gerak relatif antara sumber gelombang dan pengamat. Ketika sumber bunyi dan pengamat bergerak saling mendekati, pengamat mendengar frekuensi bunyi yang lebih tinggi daripada frekuensi bunyi yang dipancarkan sumber tanpa adanya gerak relatif. Ketika sumber bunyi dan pengamat bergerak saling menjauhi, pengamat mendengar frekuensi bunyi yang lebih rendah daripada frekuensi sumber bunyi tanpa adanya gerak relatif. Efek Doppler, dinamakan mengikuti tokoh fisika, Christian Johann Doppler. Efek Doppler adalah perubahan frekuensi atau panjang gelombang dari sebuah sumber
gelombang
yang diterima oleh pengamat, jika sumber
suara/gelombang tersebut bergerak relatif terhadap pengamat/pendengar. Untuk gelombang yang umum dijumpai, seperti gelombang suara yang menjalar dalam medium udara, perhitungan dari perubahan frekuensi ini, memerlukan kecepatan pengamat dan kecepatan sumber relatif terhadap medium di mana gelombang itu disalurkan.
[3]
Gambar 1.1 Efek Doppler
2.2 Rumus Efek Doppler
Efek doppler dialami ketika ada gerak relatif antar sumber bunyi dan pengamat. Rumus ini ada dua, dimana yang satu tidak di pengaruhi oleh angin, dan yang satu lagi dipengaruhi oleh angin.
Efek Doppler Tidak Dipengaruhi Oleh Angin
f p = frekuensi pendengar (Hz)
f s = frekuensi sumber (Hz) v = kecepatan bunyi di udara (340 m/s) v p = kecepatan pendengar (m/s) vs = kecepatan sumber (m/s)
Efek Doppler Dipengaruhi Oleh Angin
f p = frekuensi pendengar (Hz) f s = frekuensi sumber (Hz) v = kecepatan bunyi di udara (340 m/s) vs = kecepatan sumber gelombang relatif terhadap medium; positif jika pengamat mendekati sumber gelombang/suara, negatif jika pengamat menjauhi sumber gelombang/suara. v p = kecepatan pengamat (receiver) relatif terhadap medium; positif jika sumber menjauhi pengamat, negatif jika sumber mendekati pengamat. va = kecepatan angin; positif jika arah angin dari sumber ke pendengar, negatif jika arah angin dari pendengar ke sumber.
Dalam hal ini akan dibahas perumusan efek doppler dengan mengabaikan pengaruh angin dengan beberapa kondisi sebagai berikut : 1.
Sumber Bunyi Bergerak dan Pengamat Diam Jika sumber bunyi diam terhadap pengamat yang juga diam, frekuensi
yang terdengar oleh pengamat sama dengan frekuensi yang di pancarkan oleh sumber bunyi. Frekuensi yang terdengar oleh pengamat akan berbeda jika ada gerak relatif antara sumber bunyi dan pengamat. Untuk kasus sumber bunyi bergerak dan pengamat diam, frekuensi yang terdengar oleh pengamat dapat dirumuskan sebagai berikut : a.
Sumber Bunyi Bergerak Mendekat dan Pengamat Diam Vs
Vp = 0
fs
fp
b. Sumber Bunyi Bergerak Menjauh Dan Pengamat Diam Vs
Vp = 0
fs
fp
Contoh soal 1
Ani berdiri di tepi jalan. Dari kejauhan datang sebuah mobil ambulan bergerak mendekati bagus, kemudian lewat didepannya, lalu menjauhinya dengan kecepatan tetap 20 m/s. Jika frekuensi sirine yang dipancarkan mobil ambulan 8640 Hz, dan kecepatan gelombang bunyi di udara 340 m/s, tentukanlah frekuensi sirine yang didengarkan bagus pada saat mobil ambulan mendekati dan menjauhi Ani!
Diketahui : V=340 ms-1; Vs= 20 ms -1; dan fs = 8640 Hz a.
b.
Pada saat mobil ambulan mendekati Ani.
Pada saat mobil ambulan menjauhi Ani.
Pada saat mobil ambulan mendekati Ani, frekuensi sirine yang terdengar 9180 Hz. Akan tetapi, pada saat mobil ambulan menjauhi Ani mendengar frekuensi sirine sebesar 8160 Hz. 2. Sumber Bunyi Diam dan Pengamat Bergerak Jika pengamat bergerak dan sumber bunyi diam, frekuensi yang terdengar oleh pengamat berbeda dengan frekuensi yang dipancarkan sumber bunyi. Frekuensi yang terdengar tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut: a. Sumber Bunyi Diam Dan Pengamat Bergerak Mendekat Vs = 0
Vp
fs
fp
b. Sumber Bunyi Diam Dan Pengamat Bergerak Menjauh Vs = 0
Vp
fs
fp
Contoh Soal 2
Deretan gerbong kereta api yang ditarik oleh sebuah lokomotif bergerak meninggalkan stasiun Tanjung Karang dengan kelajuan 36 km/jam. Ketika itu, seorang petugas di stasiun meniup peluit dengan frekuensi 1700 Hz. Jika kecepatan perambatan gelombang bunyi di udara 340 m/s, tentukanlah frekuensi bunyi peluit yang didengar oleh seorang pengamat didalam kereta api! Diketahui : Vp = 36 Km/jam = 10m/s ; Vs= 340 m/s; fs = 1700 Hz
=1650 Hz
Jadi frekuensi peluit yang terdengar oleh pengamat dalam kereta api sebesar 1650 Hz. 3. Sumber Bunyi dan Pengamat Bergerak Jika salah satu dari pengamat atau sumber bunyi mendekati , fp > fs; Jika salah satu dari pengamat atau sumber bunyi menjauhi, fp < fs ; Secara umum, persamaan Efek Doppler untuk sumber bunyi s dan pengamat p (keduanya bergerak) adalah : a. Sumber bunyi bergerak mendekat dan pengamat mendekat Vs
Vp
fs
fp
b. Sumber bunyi bergerak menjauh dan pengamat bergerak menjauh Vs
Vp
fs
fp
c. Sumber bunyi bergerak mendekat dan pengamat bergerak menjauh Vs
Vp
fs
fp
d. Sumber bunyi bergerak menjauh dan pengamat bergerak mendekat Vs
Vp
fs
fp
Contoh soal 3
Sebuah mobil sirine melintas dengan kecepatan 10 m/s dengan frekuensi bunyi 400 Hz. Kemudian dari arah yang berlawanan melintas seorang pengendara motor melintas dengan kecepatan 5 m/s. Tentukan frekuensi suara sirine yang didengar oleh pengendara sepeda motor saat mendekati dan menjauhi! Diketahui: Vs = 10 m/s; fs = 400Hz ; Vp = 5 m/s ; V = 340 m/s Ditanya : a. fp mendekat? b. fp menjauh? Jawab : a.
=
= 418,18 Hz b.
=
= 382,86 Hz
Pada saat pendengar dan sumber suara mendekat frekuensi suara yang didengar oleh pendengar adalah 418,18 Hz, dan pada saat pendengar dan sumber suara saling menjauh frekuensi suara yang didengar oleh pendengar adalah 382,9 Hz. 4. Sumber Bunyi Diam Dan Pengamat Diam Jika pengamat diam dan sumber bunyi diam , fp = fs; Jika s dan p sama – sama diam, vs = 0 dan vp= 0 →fp = fs.
2.3 Aplikasi Efek Doppler dalam Kehidupan Sehari-hari
1.
Radar (Radio Detection and Ranging)
Secara umum dalam teknologi radar terdapat tiga komponen utama yaitu antena, transmitter, dan receiver. Transmitter pada sistem radar berfungsi untuk memancarkan gelombang elektromagnetik melalui reflektor antena agar sinyal objek yang berada pada daerah tangkapan radar dapat dikenali. Sedangkan Receiver pada sistem radar berfungsi untuk menerima pantulan kembali gelombang elektromagnetik dari sinyal objek yang tertangkap radar melalui reflektor antena, umumnya Receiver mempunyai kemampuan untuk menyaring sinyal agar sesuai dengan pendeteksian serta dapat menguatkan sinyal objek yang lemah dan meneruskan sinyal objek tersebut ke pemroses data dan sinyal serta menampilkan gambarnya di layar monitor. Radar bekerja dengan cara memancarkan fekuensi yang kemudian frekuensi tersebut akan dipantulkan oleh objek yang berada pada coverage antena radar, frekuensi pantulan tersebutlah yang dapat digunakan oleh radar untuk menganalisa keberadaan benda tersebut serta seberapa jauh objek benda tersebut terhadap radar. Konsep cara kerja radar tersebut mengadopsi dari gejala efek Doppler dimana dengan rumusan efek Doppler tersebut dapat diketauhi berapa jarak sumber bunyi terhadap penerima atau sebaliknya dapat ditentukan jarak penerima bunyi terhadap sumber bunyi. Radar yang memiliki cara kerja seperti ini pada umumnya disebut dengan radar Doppler. Radar Doppler merupakan jenis radar yang menggunakan efek Doppler untuk mengukur kecepatan radial dari sebuah objek yang masuk daerah tangkapan
radar. Radar ini merupakan jenis radar yang cukup akurat dalam mengukur kecepatan radial. Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam analisis efek Doppler pada radar, yaitu :
Sumber ( radar ) bergerak terhadap penerima ( objek ).
Penerima ( objek ) bergerak terhadap sumber ( radar ).
Sumber dan penerima bergerak .
2. Penghilang Boom Efek Doppler digunakan dalam banyak teknologi yang menguntungkan orang itu. Tapi bisa berdampak negatif, juga.Sebagai contoh, booming sonik, yang disebabkan oleh supersonik pesawat, bisa menyebabkan suara menyenangkan dan getaran di tanah, itulah sebabnya pesawat supersonik tidak diizinkan untuk terbang di atas penduduk daerah. secara langsung berkaitan dengan efek Doppler. Mereka terjadi ketika pesawat terbang, terbang pada kecepatan suara atau lebih tinggi, sebenarnya terbang lebih cepat dari gelombang suara yang mereka produksi. Semua tandan gelombang di belakang kerajinan, dalam sebuah ruang yang sangat kecil. Ketika gelombang berkumpul-up mencapai pengamat, mereka adalah "mendengar" sekaligus - sebagai boom gemilang. Angkatan Udara dan NASA sedang bereksperimen dengan beberapa
penemuan yang membantu
mengurangi dentuman sonik. Salah satu penemuan tersebut adalah spike memanjang dari hidung pesawat. spike ini dasarnya memperpanjang pesawat dan mendistribusikan lebih dari jarak gelombang yang lebih besar. Hal ini mengurangi boom yang dialami oleh seorang pengamat di tanah. 3. Echocardiogram Sebuah echocardiogram tradisional menggunakan gelombang suara untuk menghasilkan
gambar
dar i jantung
.Dalam
prosedur
ini,
ahli
radiologi
menggunakan suatu alat untuk mengirim dan menerima USG gelombang, yang tercermin ketika mereka mencapai tepi dua struktur dengan kerapatan yang berbeda. Gambar yang dihasilkan oleh ekokardiogram menunjukkan tepi struktur jantung, tetapi tidak dapat mengukur kecepatan darah mengalir melalui jantung. Teknik Doppler harus dimasukkan untuk memberikan informasi tambahan. Dalam
echocardiogram Doppler, gelombang suara frekuensi tertentu diteruskan ke jantung. Gelombang suara terpental darah sel bergerak melalui dan pembuluh darah jantung. Gerakan sel-sel, baik menuju atau jauh dari gelombang ditransmisikan, hasil dalam pergeseran frekuensi yang dapat diukur. Ini membantu ahli jantung menentukan kecepatan dan arah aliran darah dalam jantung. 4. Ultrasonic flowmeter Ultrasonic flowmeter bekerja pada umumnya setelah dua prinsip yang berbeda yaitu the doppler effect ultrasonic flowmeter dan the time of flight ultrasonic flowmeter . Ultrasonic flowmeter memanfaatkan gelombang ultrasonik untuk mengetahui kecepatan aliran bahan. Gelombang ultrasonik dikirim oleh transmitter dan kemudian diterima oleh receiver. Dengan mengukur pergeseran frekuensi antara sumber ultrasonik frekuensi, penerima, dan pembawa cairan, gerak relatif diukur. Pergeseran frekuensi yang dihasilkan bernama Efek Doppler. Doppler effect ultrasonic flowmeter memanfaatkan efek Doppler untuk mengukur kecepatan aliran fluida.
Gambar 2.1 The Doppler Effect Ultrasonic Flowmeter
Kecepatan fluida dapat dinyatakan sebagai
fr = frekuensi yang diterima ft = frekuensi transmisi
[10]
v = kecepatan aliran fluida
= sudut relatif antara balok ultrasonik yang ditransmisikan dan aliran fluida
c = kecepatan suara dalam fluida
Doppler meter dapat digunakan di mana meter lain tidak bekerja. Diantaranya dapat digunakan untuk mengukur fluida pada lumpur cair, cairan soda atau cairan dengan beberapa jumlah kecil atau besar pada padatan tersuspensi. Keuntungan doppler effect ultrasonic flowmeter diantaranya : 1. Menghalangi berkurangnya aliran 2. Dapat dipasang di luar pipa 3. Penurunan tekanan sama dengan panjang setara dengan pipa lurus 4. Tahan korosi 5. Konsumsi daya yang rendah 6. Tidak mengganggu aliran dalam pengukuran fluida seperti pada differential pressure meter . Kinerja flowmeter Doppler sangat tergantung pada sifat fisik fluida, seperti konduktivitas sonic, kepadatan partikel, dan aliran profil. Ketidakseragaman distribusi partikel dalam penampang pipa dapat menghasilkan kecepatan rata-rata tidak benar dihitung. Akurasi flowmeter sensitif terhadap variasi profil kecepatan dan distribusi reflektor akustik di bagian pengukuran. Tidak seperti flowmeter akustik lainnya, Doppler meter dipengaruhi oleh perubahan kecepatan sonik cairan itu. Akibatnya, meter juga sensitif terhadap perubahan densitas dan suhu. Masalah-masalah ini membuat flowmeter Doppler tidak cocok untuk aplikasi pengukuran yang sangat akurat. Kelemahan dari efek doppler adalah pada saat gelombang yang dipantulkan oleh reflector dan diterima balik oleh transmitter tergantung kepada obyek yang memantulkan. Terkadang untuk fluida yang mengalir tersebut obyek partikelnyanya tidak dapat memantulkan kembali karena sifat dasar dari fluida tersebut untuk beberapa fluida dalam proses hidrokarbon.
Pertanyaan : Dari 2414105029 1. Misalkan ultrasonic flowmeter diganti dengan elektromagnetik
flowmeter
apakah masih menggunakan prinsip efek Doppler atau tidak? Tidak, karena Prinsip kerja flowmeter elektromagnetik jenis ini didasarkan pada hukum induksi elektromagnetik ( Faraday's Low), yaitu bila
suatu fluida
konduktif elektrik melewati pipa transduser, maka fluida akan bekerja sebagai konduktor yang bergerak memotong medan magnet yang dibangkitkan oleh kumparan magnetik dan transduser, sehingga timbul tegangan listrik induksi. Hubungan ini dapat dinyatakan sebagai berikut : e=B.l.v Keterangan : e = tegangan listrik induksi B = rapat fluksi medan magnet l = panjang konduktor ( diameter dalam pipa ) v = kecepatan konduktor (laju aliran)
Sumber : http://aliateknic.blogspot.com/2013/06/cara-kerja-elektromagnetikflowmeter.html
Dari 2414105048 1. Jumlah transmitter dan receivernya ada 4. Bagaimana cara menghitung kecepatan fluidanya ? Untuk menghitung kecepatan fluidanya maka dari 4 frekuensi tersebut dirata – rata dan kemudian dimasukkan ke dalam rumus
.
2. Dapatkah prinsip efek Doppler digunakan untuk mengetahui jenis fluida? Dengan menggunakan Hook's Law c = (E / ρ)
1/2
E = bulk modulus elasticity (Pa, psi) 3
3
ρ = density (kg/m , lb/ft )
c = kecepatan suara dalam fluida Suara akan melewati medium dengan cepat dari densitas yang tinggi ke densitas yang rendah. Apabila medium yang dilewati incompressible maka suara yang melewati medium tak terhingga(infinite). Tabel Perbandingan Jenis Fluida dengan Konstanta Bulk dan Densitas
o
dengan syarat tekanan 1 bar and suhu 0 C.
Sumber : http://www.engineeringtoolbox.com/Speed of Sound Formulas.html
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan
1. Efek Doppler adalah perubahan frekuensi atau panjang gelombang dari sebuah sumber gelombang yang diterima oleh pengamat, jika sumber suara/gelombang tersebut bergerak relatif terhadap pengamat/pendengar. 2. Persamaan Efek Doppler Efek Doppler Tidak Dipengaruhi Oleh Angin
f p = frekuensi pendengar (Hz) f s = frekuensi sumber (Hz)
v = kecepatan bunyi di udara (340 m/s) v p = kecepatan pendengar (m/s) vs = kecepatan sumber (m/s)
Efek Doppler Dipengaruhi Oleh Angin
f p = frekuensi pendengar (Hz) f s = frekuensi sumber (Hz) v = kecepatan bunyi di udara (340 m/s) vs = kecepatan sumber gelombang relatif terhadap medium; positif jika pengamat mendekati sumber gelombang/suara, negatif jika pengamat menjauhi sumber gelombang/suara. v p = kecepatan pengamat (receiver) relatif terhadap medium; positif jika sumber menjauhi pengamat, negatif jika sumber mendekati pengamat. va = kecepatan angin; positif jika arah angin dari sumber ke pendengar, negatif jika arah angin dari pendengar ke sumber.
Perumusan Efek Doppler apabila angin diabaikan SUMBER BUNYI Mendekat
PENGAMAT
Menjauh
Diam
Diam
Mendekat
Diam
Menjauh
Mendekat
Mendekat
Mendekat
Menjauh
Menjauh
Mendekat
Menjauh
Menjauh
Diam
Diam
Diam
RUMUS
KETERANGAN
fp > fs fp < fs fp > fs fp < fs fp > fs fp > fs fp < fs fp < fs fp = fs (bukan efek doppler)
3. Aplikasi efek doppler dalam kehidupan sehari-hari yaitu pada radar, di bidang militer penghilang boom, di bidang kesehatan echocardiogram, di bidang industri ultrasonic flowmeter dan dan lain – lain.
DAFTAR PUSTAKA
[1].Drajat. 2006. Fisika untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional [2]. http://id.wikipedia.org/wiki/Efek_Doppler [3]. https://www.scribd.com/doc/201626561/Makalah-Efek-Doppler [4].https://www.academia.edu/5033760/PENGERTIAN_EFEK_DOPPLER [5].http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=9 8&Itemid=149 [6]. https://www.academia.edu/6850357/Makalah_efek_doppler [7].https://www.scribd.com/doc/201626561/Makalah-Efek-Doppler [8]. http://aryandi28.blogspot.com [9]. http://www.engineeringtoolbox.com/ultrasonic-doppler-flow-meterd_495.html [10]. http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/611/jbptitbpp-gdl-fitriadani-30512-32008ta-2.pdf
