Materi Fisika - Efek Doppler: Pengertian, Rumus dan Contoh Soal
Oct 5, 2020
Edit
Materi Fisika SMA kelas 11 - Efek Doppler adalah perubahan frekuensi atau panjang gelombang suatu gelombang pada seorang penerima yang sedang bergerak relatif terhadap sumber gelombang. Efek Doppler dinamakan berdasarkan seorang ilmuwan Austria, Christian Doppler, yang pertama kali menjelaskan fenomena tersebut pada tahun 1842. Efek Doppler dapat ditemukan pada segala jenis gelombang, seperti gelombang air, gelombang suara, gelombang cahaya, dan lain-lain.
Bahasan kali ini adalah fenomena Efek Doppler yang terjadi pada gelombang suara, pendengar merupakan penerima gelombang.
Jika kita (pendengar) sedang diam dan mendengar suara dari sumber suara yang juga diam, maka suara yang kita dengar akan memiliki frekuensi yang sama dengan sumber suara. Namun, Efek Doppler akan terjadi saat sumber suara bergerak terhadap pendengar ataupun sebaliknya. Contohnya adalah ketika kita mendengar mobil bersirine yang sedang melaju ke arah kita, maka kita akan mendengar bunyi sirine yang makin meninggi (pitch atau frekuansi suara makin tinggi); kemudian saat mobil tersebut telah melewati kita dan makin menjauh, bunyi sirine akan makin mengecil (pitch makin rendah). Inilah fenomena Efek Doppler, yakni perubahan frekuensi suara yang dihasilkan oleh sumber suara yang bergerak.
dimana:
fp adalah frekuensi yang didengar oleh pendengar (Hz)
fs adalah frekuensi yang dikeluarkan oleh sumber suara (Hz)
v adalah kecepatan suara di udara (m/s)
vp adalah kecepatan pendengar -jika bergerak- (m/s)
vs adalah kecepatan sumber suara -jika bergerak- (m/s)
Pemakaian tanda positif dan negatif untuk sumber suara dan pendengar
Perhatikan rumus diatas, tanda ± di atas dapat berarti + (positif) ataupun – (negatif) tergantung kondisi si pendengar dan juga sumber suara. Berikut ini perjanjian mengenai pemakaian tanda plus dan minus tersebut:
Radar – Efek Doppler dipakai pada aplikasi beberapa jenis radar untuk mengukur kecepatan objek yang diamati. Dengan mengukur perubahan frekuensi yang diterima, maka kita dapat mengukur kecepatan objek tersebut.
Kesehatan – Echocardiogram merupakan perangkat kesehatan yang menggunakan fenomena efek Doppler untuk mengukur kecepatan aliran darah dan karakteristik jaringan tissue secara akurat. Alat ini juga dapat menghasilkan gambar jantung dan aliran-aliran darah dengan menggunakan suara ultrasonik Doppler 2 dimensi dan 3 dimensi.
Industri – Terdapat beberapa instrumen yang digunakan insinyur untuk mengetahui kecepatan aliran fluida di dalam pipa ataupun aliran eksternal seperti Laser Doppler velocimeter (LDV), accoustic Doppler velocimeter (ADV), dan Ultrasonic Doppler velocimetry (UDV) yang menggunakan prinsip efek Doppler. LDV dapat juga dipakai untuk mengukur getaran tanpa kontak langsung dengan permukaan yang akan diukur.
Komunikasi – Satelit komunikasi yang mengorbit bumi setiap saat dapat mengalami fenomena efek Doppler akibat perubahan ketinggian permukaan bumi yang dilewati. Maka, diperlukan suatu kompensasi Doppler Dinamik agar satelit dapat menerima sinyal dengan frekuensi yang konstant.
Astronomi – Fenomena Efek Doppler terjadi di luar angkasa. Perubahan frekuensi gelombang elektromagnetik dihasilkan dari bintang-bintang yang bergerak di galaksi kita dan di luar galaksi. Efek Doppler digunakan untuk mencari informasi mengenai karakteristik bintang-bintang tersebut dan galaksi-galaksi.
Pembahasan:
Diketahui bahwa vs = 90 km/jam = 25 m/s.
Karena sumber suara mendekati pendengar, maka vs (-)
Karena pendengar dalam kondisi diam, maka vp = 0.
Sehingga:
Pembahasan:
Diketahui bahwa vs = 90 km/jam = 25 m/s.
Karena sumber suara mendekati pendengar, maka vs (-)
Diketahui bahwa vp = 72 km/jam = 20 m/s.
Karena pendengar menjauhi sumber suara, maka vp (-)
Sehingga:
Bahasan kali ini adalah fenomena Efek Doppler yang terjadi pada gelombang suara, pendengar merupakan penerima gelombang.
Jika kita (pendengar) sedang diam dan mendengar suara dari sumber suara yang juga diam, maka suara yang kita dengar akan memiliki frekuensi yang sama dengan sumber suara. Namun, Efek Doppler akan terjadi saat sumber suara bergerak terhadap pendengar ataupun sebaliknya. Contohnya adalah ketika kita mendengar mobil bersirine yang sedang melaju ke arah kita, maka kita akan mendengar bunyi sirine yang makin meninggi (pitch atau frekuansi suara makin tinggi); kemudian saat mobil tersebut telah melewati kita dan makin menjauh, bunyi sirine akan makin mengecil (pitch makin rendah). Inilah fenomena Efek Doppler, yakni perubahan frekuensi suara yang dihasilkan oleh sumber suara yang bergerak.
Rumus Efek Doppler
Efek Doppler dapat dirumuskan dengan:fp adalah frekuensi yang didengar oleh pendengar (Hz)
fs adalah frekuensi yang dikeluarkan oleh sumber suara (Hz)
v adalah kecepatan suara di udara (m/s)
vp adalah kecepatan pendengar -jika bergerak- (m/s)
vs adalah kecepatan sumber suara -jika bergerak- (m/s)
Perhatikan rumus diatas, tanda ± di atas dapat berarti + (positif) ataupun – (negatif) tergantung kondisi si pendengar dan juga sumber suara. Berikut ini perjanjian mengenai pemakaian tanda plus dan minus tersebut:
- vp bernilai + (positif) jika si pendengar mendekati sumber suara, dan bernilai – (negatif) jika menjauhi sumber suara
- vs bernilai + (positif) jika sumber suara menjauhi pendengar, dan bernilai – (negatif) jika mendekati pendengar
Aplikasi Efek Doppler
Sirene – Suara yang dikeluarkan sirene pada mobil ambulans, polisi, ataupun pemadam kebakaran dirancang untuk memanfaatkan efek Doppler semaksimal mungkin sehingga pendengar akan makin waspada terhadap mobil-mobil tersebut saat bergerak mendekati pendengar.
Kesehatan – Echocardiogram merupakan perangkat kesehatan yang menggunakan fenomena efek Doppler untuk mengukur kecepatan aliran darah dan karakteristik jaringan tissue secara akurat. Alat ini juga dapat menghasilkan gambar jantung dan aliran-aliran darah dengan menggunakan suara ultrasonik Doppler 2 dimensi dan 3 dimensi.
Astronomi – Fenomena Efek Doppler terjadi di luar angkasa. Perubahan frekuensi gelombang elektromagnetik dihasilkan dari bintang-bintang yang bergerak di galaksi kita dan di luar galaksi. Efek Doppler digunakan untuk mencari informasi mengenai karakteristik bintang-bintang tersebut dan galaksi-galaksi.
Contoh Soal Efek Doppler dan Pembahasan
Contoh Soal 1
Sebuah mobil polisi dengan sirine menyala yang berfrekuensi 940 Hz bergerak dengan kecepatan 90 km/jam mendekati seseorang yang sedang berdiri di pinggir jalan. Jika kecepatan suara di udara sebesar 340 m/s, berapa frekuensi bunyi sirine yang didengar oleh orang tersebut?Pembahasan:
Diketahui bahwa vs = 90 km/jam = 25 m/s.
Karena sumber suara mendekati pendengar, maka vs (-)
Karena pendengar dalam kondisi diam, maka vp = 0.
Sehingga:
Contoh Soal 2
Sebuah mobil polisi dengan sirine menyala yang berfrekuensi 940 Hz bergerak dengan kecepatan 90 km/jam mengejar seorang pelaku kriminal yang sedang melaju menjauh dari polisi dengan kecepatan 72 km/jam. Jika kecepatan rambat suara di udara sebesar 340 m/s, berapa frekuensi bunyi sirine yang didengar oleh pelaku tersebut?Pembahasan:
Diketahui bahwa vs = 90 km/jam = 25 m/s.
Karena sumber suara mendekati pendengar, maka vs (-)
Diketahui bahwa vp = 72 km/jam = 20 m/s.
Karena pendengar menjauhi sumber suara, maka vp (-)
Sehingga: