Sains notesnota, bab 10

Gelombang Bunyi

Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Sains Tingkatan 2 (KSSM), pageshalaman 222-237

What this chapter coversMatlamat bab ini

Saya boleh menghuraikan dan berkomunikasi tentang ciri asas gelombang bunyi iaitu bunyi dihasilkan oleh getaran, memerlukan medium untuk merambat dan merambat dengan kelajuan yang berbeza dalam pepejal, cecair dan gas (10.1.1)
Saya boleh menunjukkan bahawa bunyi dipantul oleh permukaan yang keras dan licin serta diserap oleh permukaan yang lembut dan kasar (10.1.1)
Saya boleh menerangkan frekuensi bunyi (unit hertz) serta amplitud getaran, menghubungkaitkan frekuensi dengan kelangsingan dan amplitud dengan kenyaringan (10.2.1, 10.2.2, 10.2.3)
Saya boleh menjelaskan kekuatan dan kelangsingan bunyi menggunakan alatan muzik beserta contoh (10.2.4)
Saya boleh menerangkan kesan Doppler (10.2.5)
Saya boleh menjelaskan fenomena pantulan gelombang bunyi seperti gema beserta contoh (10.3.1)
Saya boleh menjelaskan aplikasi pantulan gelombang bunyi, termasuk ultrabunyi dan sonar, dalam sektor perkapalan, perikanan dan perubatan serta penganggaran jarak oleh kelawar (10.3.2)
Saya boleh menerangkan had pendengaran manusia dan haiwan (10.3.3)
Saya boleh menerangkan cara mengatasi had pendengaran manusia beserta contoh (10.3.4)

10.1Ciri-ciri gelombang bunyi

Bunyi ialah satu bentuk tenaga yang dihasilkan oleh getaran. Seruling, gitar dan gendang menghasilkan bunyi melalui getaran. Sentuh bahagian luar tekak anda dengan hujung jari ketika bercakap: anda dapat merasai getaran peti suara.

Perambatan bunyi memerlukan medium

Bunyi merambat sebagai gelombang dan memerlukan medium untuk merambat. Bunyi boleh merambat melalui pepejal, cecair dan gas, tetapi tidak melalui vakum. Apabila loceng dibunyikan, permukaan logam loceng bergetar, zarah-zarah udara di sekelilingnya turut bergetar dan berlanggar dengan zarah udara yang berhampiran. Getaran dipindahkan dari satu zarah ke zarah lain yang bersebelahan dalam bentuk gelombang sehingga sampai ke telinga pendengar.

Loceng yang bergetar dengan gelombang bunyi menuju ke telinga — Pemindahan bunyi dari loceng ke telinga pendengar. (Rajah 10.4)

Jam loceng di dalam balang kaca di atas kepingan polistirena, disambung ke pam vakum — Aktiviti 10.1(A): apabila pam vakum dihidupkan untuk menyedut keluar udara, bunyi jam loceng semakin perlahan. (Rajah 10.1)

Pemerhatian: bunyi semakin perlahan apabila udara disedut keluar. Inferens: bunyi memerlukan medium (zarah udara) untuk merambat.
Itulah sebabnya angkasawan di angkasa lepas tidak dapat mendengar suara satu sama lain secara terus.

Jangan hanya menulis "tiada udara". Jawapan yang tepat: di dalam vakum tiada zarah untuk memindahkan getaran, jadi bunyi memerlukan medium.

Kelajuan bunyi dalam medium yang berbeza

Medium	Susunan zarah	Kelajuan bunyi
Pepejal	Tersusun rapat, maka zarah yang bergetar menyebabkan zarah bersebelahan turut bergetar dengan pantas	Cepat
Cecair	Kurang rapat berbanding pepejal	Perlahan berbanding pepejal
Gas	Berjauhan antara satu sama lain, melambatkan pemindahan getaran	Sangat perlahan

Aktiviti 10.1(ii): udara, air atau tepung?

Tiga bekas plastik diisi dengan udara, air dan tepung (diisi penuh supaya tiada udara). Telinga dilekapkan pada bekas dan jam loceng dibunyikan di hujung meja. Bunyi paling lemah melalui bekas berisi udara, lebih kuat melalui air dan paling kuat melalui tepung. Susunan kekuatan bunyi menaik: udara, air, tepung.

Susunan kelajuan bunyi: pepejal > cecair > gas, mengikut kerapatan susunan zarah.

Kelajuan bunyi juga bergantung pada suhu medium: bunyi merambat lebih laju dalam udara yang lebih panas kerana zarah-zarah udara mempunyai tenaga kinetik yang lebih tinggi, maka pemindahan tenaga bunyi berlaku dengan lebih cepat. (Latihan Sumatif 10, soalan 3)

Pantulan dan penyerapan bunyi

Bunyi boleh dipantul dan diserap apabila terkena permukaan suatu objek, sama seperti sifat cahaya. Jumlah bunyi yang dipantul atau diserap bergantung pada permukaan objek itu.

Permukaan	Kesan ke atas bunyi	Contoh
Keras dan licin	Pemantul bunyi yang baik	Jubin marmar, dinding
Lembut dan kasar	Penyerap bunyi yang baik	Permaidani, papan gabus

Susunan radas Aktiviti 10.1(B): dua tiub kadbod P dan Q, papan lembut, kepingan kayu, plastisin dan jam randik analog — Aktiviti 10.1(B): tiub P dan Q tidak berubah kedudukan; kepingan kayu digantikan dengan kepingan logam, kemudian tuala. (Rajah 10.3)

Dalam aktiviti ini detik jam randik didengar melalui tiub Q selepas bunyi dari tiub P dipantul oleh kepingan yang diletakkan di hadapan hujung kedua-dua tiub (papan lembut di antara tiub menghalang bunyi sampai terus). Jika detik jelas, bahan itu memantul bunyi dengan baik; jika detik sangat perlahan, bahan itu menyerap bunyi.

Dinding pawagam biasanya dilapisi dengan papan lembut yang nipis. Apakah kegunaannya?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Papan lembut ialah permukaan lembut dan kasar yang menyerap bunyi. Ia mengurangkan pantulan bunyi (gema) supaya bunyi di dalam pawagam kedengaran jelas.

10.2Kenyaringan dan kelangsingan bunyi

Kenyaringan (kekuatan bunyi) bergantung pada amplitud gelombang bunyi.
Kelangsingan bunyi bergantung pada frekuensi gelombang bunyi. Frekuensi ialah bilangan gelombang lengkap dalam satu saat dan diukur dalam unit hertz (Hz).

Pembesar suara, penjana isyarat audio dan O.S.K. disambung dengan wayar — Aktiviti 10.2: radas untuk mengkaji kesan amplitud dan frekuensi. (Rajah 10.6)

Pelarasan pada penjana isyarat audio	Perubahan pada gelombang O.S.K.	Perubahan bunyi
Kuasa output ditingkatkan, frekuensi ditetapkan	Amplitud meningkat	Bunyi lebih nyaring
Frekuensi ditingkatkan, kuasa output ditetapkan	Frekuensi gelombang meningkat	Bunyi lebih langsing

Paparan O.S.K.: amplitud meningkat apabila kuasa output ditingkatkan; frekuensi meningkat apabila frekuensi ditingkatkan — Paparan pada O.S.K. apabila kuasa output dan frekuensi diubah. (Rajah 10.7)

Amplitud lebih besar bermaksud tenaga getaran lebih besar, maka bunyi lebih nyaring.
Bunyi lembu melenguh ialah bunyi berfrekuensi rendah; bunyi tikus mendecit ialah bunyi berfrekuensi tinggi.
Piano: kunci yang ditekan lebih kuat menghasilkan bunyi lebih nyaring (amplitud lebih besar). Gitar: tali yang diketatkan bergetar lebih pantas, maka bunyi lebih langsing; tali yang dipetik lebih kuat menghasilkan bunyi lebih nyaring.
Peti suara lelaki dan wanita menghasilkan getaran berfrekuensi berbeza, maka suara mereka berbeza kelangsingan.

Contoh: membaca frekuensi daripada O.S.K.

Skrin O.S.K. menunjukkan 8 gelombang lengkap dalam 1 saat, maka frekuensi = 8 Hz. Gelombang lain yang menunjukkan 20 gelombang lengkap dalam 1 saat mempunyai frekuensi 20 Hz, iaitu lebih tinggi, maka bunyinya lebih langsing walau berapa pun tinggi gelombangnya.

Jangan keliru: amplitud mengubah kenyaringan, frekuensi mengubah kelangsingan. Bunyi yang nyaring belum tentu langsing.

Kesan Doppler

Kesan Doppler ialah perubahan frekuensi ketara yang disebabkan oleh pergerakan relatif sumber bunyi, pemerhati atau kedua-duanya.

Ambulans mendekati pemerhati pegun dengan gelombang rapat, dan ambulans melepasi pemerhati dengan gelombang renggang — Kesan Doppler. (Rajah 10.8)

Ambulans mendekati pemerhati pegun: frekuensi bunyi siren yang didengari meningkat.
Ambulans melepasi pemerhati pegun: frekuensi bunyi siren yang didengari berkurang.
Pembawa sumber bunyi (pemandu ambulans) tidak merasai perubahan kelangsingan kerana ia bergerak bersama sumber bunyi.

Seorang pemuzik memainkan not lembut, kemudian not yang lebih kuat dengan kelangsingan yang sama. Apakah ciri gelombang yang berubah?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Amplitud (maka kenyaringan). Frekuensi, dan oleh itu kelangsingan, tidak berubah.

10.3Fenomena dan aplikasi pantulan gelombang bunyi

Gema

Gema terhasil apabila gelombang bunyi memantul kembali kepada pendengar dari suatu permukaan keras. Bunyi yang dipantulkan menyerupai bunyi asal tetapi mengambil sedikit masa untuk sampai ke telinga pendengar.

Gema boleh didengar di kawasan seperti dewan tertutup, bilik kosong, gua, terowong dan gaung.
Permukaan yang lebih jauh menyebabkan gema kembali selepas masa yang lebih lama.
Rumah yang dilengkapi perabot kurang bergema kerana perabot menyerap sebahagian bunyi, jadi pantulan berkurang.
Gema didengar berulang kali di dalam gua kerana bunyi dipantul berkali-kali oleh dinding gua.

Aplikasi pantulan gelombang bunyi

Ultrabunyi ialah sejenis gelombang bunyi berfrekuensi lebih daripada 20 000 Hz. Manusia tidak dapat mendengarnya, tetapi haiwan seperti kelawar boleh. Teknologi pantulan ultrabunyi yang dikenali sebagai sonar digunakan untuk mengesan objek di bawah air.

Kelawar di dalam gua memancarkan gelombang ultrabunyi — Kelawar menggunakan ultrabunyi untuk panduan arah. (Rajah 10.10)

Sektor	Kegunaan pantulan ultrabunyi
Perkapalan	Sonar mengesan objek di bawah air dan menentukan kedalaman laut
Perikanan	Menentukan kedudukan kumpulan ikan di dalam laut
Perubatan	Imbasan ultrabunyi (sonogram) menghasilkan imej fetus dalam kandungan melalui prob pengimbas. Tidak membahayakan fetus dan tidak menggunakan radiasi seperti sinar-X
Kelawar	Menganggar jarak objek daripada pantulan ultrabunyi yang dipancarkan

Contoh: kedalaman laut menggunakan sonar

Gema ultrabunyi diterima 0.8 s selepas dihantar. Kelajuan bunyi dalam air laut ialah 1 500 m s⁻¹.
Jarak pergi dan balik = 1 500 × 0.8 = 1 200 m.
Kedalaman laut ialah separuh daripadanya: 1 200 ÷ 2 = 600 m.

Contoh pengiraan ialah tambahan kepada buku teks (buku tidak memberi formula; hanya menyatakan sonar mengesan objek di bawah air).

Had pendengaran

Frekuensi bunyi yang dapat dikesan oleh telinga manusia terhad kepada julat 20 Hz hingga 20 000 Hz. Julat ini semakin berkurang apabila usia meningkat kerana telinga menjadi kurang sensitif terhadap frekuensi bunyi.
Haiwan mempunyai had pendengaran tersendiri. Kelawar, dolfin dan anjing mempunyai julat pendengaran yang lebih tinggi berbanding manusia.

Haiwan	Julat pendengaran (Hz)
Kelawar	2 000 – 110 000
Anjing	67 – 45 000
Dolfin	40 – 100 000
Gajah	16 – 12 000
Kuda	55 – 33 500

Info Sains, buku teks Sains Tingkatan 2 (KSSM), m.s. 233.

Had pendengaran menyebabkan kita tidak dapat mendengar bunyi yang terlalu lemah atau jauh. Peralatan khas untuk mengatasinya:

Stetoskop: membantu doktor mendengar denyutan jantung pesakit.
Pembesar suara (megafon): menjadikan suara lebih kuat supaya dapat didengar dari jauh.
Alat bantu pendengaran: menguatkan bunyi yang memasuki telinga.

Mengapakah gema didengar berulang kali di dalam gua?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Bunyi dipantul berulang kali oleh permukaan keras dinding gua, maka ia sampai kepada pendengar beberapa kali.

Rumusan

Ingat	Fakta utama
Punca bunyi	Getaran; merambat sebagai gelombang melalui medium (pepejal, cecair, gas), tidak melalui vakum
Kelajuan	Pepejal > cecair > gas
Pantulan / penyerapan	Keras dan licin memantul; lembut dan kasar menyerap
Kenyaringan	Amplitud (amplitud besar, bunyi nyaring)
Kelangsingan	Frekuensi dalam hertz (frekuensi tinggi, bunyi langsing)
Kesan Doppler	Perubahan frekuensi ketara apabila sumber atau pemerhati bergerak
Gema	Bunyi dipantul oleh permukaan keras dan didengar selepas seketika
Ultrabunyi	Lebih daripada 20 000 Hz; sonar, perikanan, imbasan, kelawar
Had pendengaran manusia	20 Hz hingga 20 000 Hz; stetoskop, pembesar suara, alat bantu pendengaran