Post on 06-Feb-2018
1
EKSPERIMEN EFEK DOPPLER DARI SUMBER BUNYI BERGERAK LURUS
DENGAN SISTEM MULTIMEDIA BASED LABORATORY
Oleh
M. Reza Primadi1)
, Adhani Prima Syarafina2)
, Ria Dwi Marantika3)
Email: rezaikhtiar@gmail.com1)
, adhaniprimasy@gmail.com2)
, riwika_wise@yahoo.co.id3)
Program S-1 Pendidikan Fisika
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Universitas Ahmad Dahlan Yogyakarta
INTISARI
Pengujian Efek Doppler dari sumber bunyi bergerak lurus telah dilakukan dengan Sistem
Multimedia Based Laboratory (MBL). Sumber bunyi berasal dari klakson mobil yang bergerak
lurus dalam bentuk rekaman video. Kecepatan sumber bunyi diperoleh dari hasil analisis video
terhadap rekaman gerak mobil dengan software Tracker, sedangkan frekuensi bunyi ketika sumber
mendekati dan mejauhi pendengar diperoleh dari hasil analisis rekaman bunyi klakson dengan
software Audacity dan Overtone Analyzer. Hasil pengujian Efek Doppler menunjukkan bahwa nilai
eksperimental adalah 1,12 m/s sedangkan nilai prediksi teoritis adalah 1,17 m/s, hal ini
menunjukkan bahwa tingkat kesesuaiannya baik dengan ralat relatif sebesar 0,77 %.
Kata Kunci : Eksperimen Efek Doppler, Multimedia Based Laboratory.
EXPERIMENTAL DOPPLER EFFECT OF SOUND SOURCE MOVES STRAIGHT
WITH MULTIMEDIA BASED LABORATORY SYSTEM
ABSTRACT
Testing of the Doppler effect of moving sound sources has been done with a straight-Based
Multimedia Systems Laboratory (MBL). The source of the sound coming from a moving car horn
straight in the form of video recordings. The speed of sound sources obtained from the results of
recording motion video analysis of the car with the Tracker software, whereas the frequency of the
sound when the source approaches the listener and avoiding hearer obtained from analysis of the
recording horn with Audacity software and overtone Analyzer. Test results show that the value of
the Doppler effect experimentally have a good level of concordance with the theoretical predictions
with a relative error of 0,77%.
Keywords: Doppler Effect Experiment, Multimedia Based Laboratory.
1. Pendahuluan
Bila sebuah mobil bergerak mendekati kita dengan membunyikan klakson maka kita
mendengar nada bunyi klakson tersebut semakin tinggi. Selanjutnya, jika klakson masih berbunyi
setelah mobil lewat dan bergerak menjauhi kita, terdengar nada bunyi klakson yang semakin
rendah. Peristiwa ini dikenal sebagai Efek Doppler, karena pertama kali dipikirkan oleh seorang
ahli dari Australia bernama Christian Johann Doppler (1803-1855) yang melakukan eksperimen
mailto:adhaniprimasy@gmail.com2mailto:riwika_wise@yahoo.co.id3
2
dengan menggunakan sebuah lokomotif yang menarik sebuah gerbong terbuka dengan beberapa
orang menium terompet diatasnya. Frekuensi yang terdengar oleh pengamat sangat ditentukan oleh
variable atau parameter lain seperti, kecepatan sumber, kecepatan pengamat, kecepatan gelombang
dan frekuensi sumber. Hubungan diantara mereka semua dapat dirumuskan dengan baik dan banyak
dibahas dalam literature Fisika Dasar. Secara teknis pengukuran sinyal/gelombang bukanlah
merupakan hal rumit. Karena pengukuran dilakukan tanpa harus kontak dengan objek yang
bergerak maka teknik ini dapat diterapkan lebih fleksibel tanpa mengurangi ketelitian hasilnya.[4]
Dengan metode penentuan frekuensi Doppler inilah berbagai teknik dan peralatan
dikembangkan, seperti dalam peralatan radar untuk pengukuran kecepatan pesawat terbang dan
pergerakan awan, pengukuran kecepatan pada aliran darah, hingga teleskop untuk pengukuran
gerak benda langit yang menghasilkan pergeseran merah (redshift) telah dapat dilakukan.
Sementara itu dengan peralatan dan teknik yang sederhana dan dukungan fasilitas soundcard pada
komputer standar pengukuran kecepatan gerak benda dapat dilakukan dan telah dapat diperoleh
hasil dengan kualitas yang dapat diandalkan. Secara eksperimental, pengukuran pergeseran
frekuensi sebagai akibat dari efek Doppler telah banyak dilakukan. Pada kasus sederhana
kebanyakan kegiatan ini berkaitan dengan kebutuhan praktikum di sekolah maupun pendidikan S1
di tingkat perguruan tinggi.[4]
Ada beberapa teknik dalam eksperimen efek Doppler gelombang akustik yang hanya
membutuhkan peralatan sederhana seperti speaker, mikropon, garputala atau sinyal generator (SG)
dan osiloskop. Dua peralatan terakhir (sinyal generator dan osiloskop) kini telah dapat digantikan
oleh perangkat PC standar yang dilengkapi sound card (SC). Pemanfaatan sound card sebagai
sinyal generator maupun osiloskop telah banyak dilakukan. Bensky dan Frey telah melakukan
percobaan untuk mengukur terjadinya perubahan frekuensi gelombang akustik.[1]
Gelombang bunyi (akustik) dibangkitkan melalui sebuah speaker yang dihubungkan oleh
sebuah generator fungsi. Dengan menempatkan speaker (sumber bunyi) pada sebuah kendaraan di
atas trek udara, maka gerak sumber dapat dilakukan secara leluasa. Perhitungan Bensky and Frey
dengan menggunakan analisis FFT, menghasilkan spektrum frekuensi yang perbedaannya jelas jika
dibandingkan dengan spektrum frekuensi dari gerak sumber dengan kecepatan konstan.[1]
Tujuan percobaan dalam menguji efek Doppler dari sumber bunyi bergerak lurus dengan
Sistem Multimedia Based Laboratory (MBL) yang diantaranya menggunakan software Tracker,
Audacity dan Overtone untuk memudahkan pengguna dalam menganalisis fenomena efek Doppler
secara mudah melalui pengujian secara eksperimental maupun teoritis, serta pengguna dapat
menunjukkan hubungan antara nilai eksperimental dengan nilai prediksi teoritis, beserta ralat
relatifnya.
3
2. Teori
Ketika sebuah sumber bunyi bergerak mendekati pengamat, ketinggian nada lebih tinggi
daripada ketika sumber tersebut berada dalam keadaan diam, dan ketika sumber menjauh dari
pengamat, ketinggian nada lebih rendah. Fenomena ini dikenal sebagai efek Doppler dan terjadi
untuk semua jenis gelombang. Sebagai contoh, sirene truk pemadam kebakaran dalam keadaan
diam, yang memancarkan frekuensi tertentu ke semua arah. Kecepatan gelombang hanya
bergantung pada medium dimana ia merambat, dan tidak bergantung dari kecepatan sumber atau
pengamat. Jika sumber (truk pemadam kebakaran) bergerak, sirene memancarkan bunyi dengan
frekuensi yang sama seperti pada waktu diam. Untuk menghitung perubahan frekuensi, kita anggap
udara (atau medium lainnya) berada dalam keadaan diam pada kerangka acuan kita. Kita misalkan
sumber bunyi, ditunjukkan sebagai titik yang berada dalam keadaan diam; dua puncak gelombang
yang berurutan digambarkan, dimana yang kedua sedang dalam proses dipancarkan. Jarak antara
puncak-puncak ini adalah , panjang gelombang. Jika frekuensi sumber adalah f , maka waktu di
antara pemancaran puncak gelombang adalah[3]
f
T1
(1)
Sumber bergerak dengan kecepatan vs , dalam waktu T (sebagaimana baru didefinisikan),
puncak gelombang yang pertama telah bergerk sejauh d = vT , dimana v adalah kecepatan bunyi di
udara (yang tentu saja sama saat sumber bergerak maupun tidak). Pada waktu yang sama ini,
sumber telah bergerak sejauh ds = vsT. Kemudian jarak antara puncak gelombang yang berurutan,
yang merupakan panjang gelombang yang baru adalah (karena d = )
[3]
vv
Tv
dd
s
s
s
,
v
vs1 (2)
perubahan panjang gelombang adalah
v
vs
' (3)
Sehingga pergeseran panjang gelombang berbanding lurus dengan laju vs dari sumber.
Frekuensi yang baru, di pihak lain dinyatakan dengan[3]
v
v
vvf
s1'
'
4
atau karena v / = f,
v
v
ff
s1
' (sumber bergerak mendekati pengamat yang diam) (4)
Untuk sumber yang menjauh dari pengamat dengan laju vs, panjang gelombang yang baru
adalah[3]
sdd ' (5)
dan perubahan panjang gelombang menjadi
v
vs
' (6)
Frekuensi gelombang menjadi
v
v
ff
s1
' (sumber menjauh dari pengamat yang diam) (7)
Efek Doppler juga terjadi ketika sumber dalam keadaan diam dan pengamat bergerak. Jika
pengamat mendekati sumber, ketinggian nada lebih tinggi; dan jika pengamat menjauhi sumber,
ketinggian nada lebih rendah. Secara kuantitatif, perubahan frekuensi sedikit berbeda dari kasus
sumber yang bergerak. Dengan sumber diam dan pengamat bergerak, jarak antara puncak
gelombang dengan panjang gelombang tidak berubah. Jika pengamat mendekati sumber, laju
gelombang relative terhadap pengamat adalah v = v + vo, dimana v adalah kecepatan bunyi di
udara (kita anggap udara diam) dan vo adalah kecepatan pengamat. Dengan demikian, frekuensi
yang baru adalah[3]
ovvvf
'
'
atau karena = v / f
fv
vf s
1' (pengamat mendekati sumber yang diam) (8)
Jika pengamat menjauhi sumber, kecepatan relatif adalah v = v - vo dan
fv
vf s
1' (pengamat menjauhi sumber yang diam) (9)
Untuk mudahnya, kita dapat menuliskan persamaan (4) dan (7) dengan (8) dan (9) sebagai
satu persamaan yang mencakup semua kasus sumber dan pengamat yang bergerak: