Teknologi ultrasonografi atau USG biasa digunakan untuk melihat perkembangan janin dalam kandungan. Alat ini menggunakan gelombang bunyi yang dipantulkan untuk mengetahui keadaan calon bayi di dalam rahim.
Gelombang bunyi adalah gelombang yang merambat melalui medium tertentu, dan merupakan gelombang mekanik yang digolongkan sebagai gelombang longitudinal. Bunyi memerlukan medium agar dapat merambat dan bisa terdengar.
Udara merupakan medium paling umum digunakan. Saat Anda berbicara, suara yang dikeluarkan dari pita suara akan menggetarkan udara di sekitarnya. Lalu, getaran tersebut merambat hingga akhirnya diterima oleh telinga lawan bicara Anda lewat bunyi atau suara yang dikeluarkan.
Tapi, bukan berarti udara menjadi satu-satunya medium yang bisa menghantarkan suara. Benda padat dan cair pun dapat menjadi medium. Semakin rapat medium, maka semakin cepat bunyi dapat merambat.
Klasifikasi Gelombang Bunyi
Berdasarkan rentang frekuensinya, gelombang bunyi dibedakan menjadi:
- Infrasonik, gelombang bunyi yang memiliki frekuensi < 20 Hz.
- Audiosonik, gelombang bunyi yang memiliki frekuensi antara 20--20.000 Hz. Frekuensi inilah yang dapat didengar oleh telinga manusia.
- Ultrasonik, gelombang bunyi yang memiliki frekuensi > 20.000 Hz. Hewan yang dapat mendengar gelombang bunyi ini adalah anjing dan kelelawar.
Baca Juga
Rumus Cepat Rambat Bunyi
Gelombang bunyi merambat dengan kecepatan tertentu. Kecepatan bunyi bervariasi antara 330 m/s hingga 5.400 m/s.
Advertising
Advertising
Keterangan:
v = cepat rambat bunyi (m/s)
s = jarak tempuh (m)
t = waktu (s)
1. Melalui Zat Padat
Gelombang bunyi dapat merambat melalui zat padat. Contoh medium rambatan zat padat yaitu alumunium, baja, kaca, dan lain-lain. Rumus menghitung cepat rambat bunyi yang merambat melalui zat padat adalah sebagai berikut:
Keterangan:
v = cepat rambat bunyi (m/s)
E = modulus young (N/m2)
ρ = massa jenis (Kg/m3)
Modulus young (E ) merupakan ukuran kekakuan suatu bahan zat padat. Nilai modulus young zat padat berbeda-beda.
2. Melalui Zat Cair
Selanjutnya, gelombang bunyi juga dapat merambat melalui zat cair. Medium zat cair dapat berupa air, raksa, helium cair, dan lainnya. Rumus untuk menghitung cepat rambat bunyi dalam zat cair adalah sebagai berikut:
Gelombang Bunyi (Katadata/Quipper.com)
Keterangan:
v = cepat rambat bunyi (m/s)
B = Modulus Bulk (N/m2)
ρ = massa jenis (Kg/m3)
Modulus Bulk (B) merupakan kecenderungan suatu benda untuk berubah bentuk ke segala arah ketika diberi suatu tegangan ke segala arah.
3. Melalui Udara atau Gas
Gelombang bunyi juga dapat merambat melalui medium udara atau gas. Rumus untuk menghitung cepat rambat bunyi dalam gas adalah sebagai berikut:
Gelombang Bunyi (Katadata/Quipper.com)
Di mana:
v = cepat rambat bunyi (m/s)
γ = konstanta laplace
R = konstanta gas umum (J/mol K)
T = suhu gas (K)
M = massa molekul relatif gas
Konstanta laplace (notasi γ) adalah perbandingan antara kapasitas kalor gas pada tekanan tetap, dengan kapasitas kalor pada volume tetap. Konstanta laplace dapat dipakai untuk gas monoatomik atau diatomik. Konstanta laplace untuk gas monoatomik adalah:
Sedangkan konstanta laplace untuk gas diatomik dibagi menjadi 3 keadaan yaitu pada suhu rendah, suhu sedang, dan suhu tinggi. Nilainya adalah sebagai berikut:
- Suhu Rendah: Cp= 3/2 nR, Cv= 5/2 nR => 1,62
- Suhu Sedang: Cp= 5/2 nR, Cv= 7/2 nR => 1,4
- Suhu Tinggi: Cp= 7/2 nR, Cv= 9/2 nR => 1,28
Baca Juga
Sifat-sifat Gelombang Bunyi
1. Pemantulan (Refleksi)
Bunyi yang dihasilkan dari ruangan tertutup terdengar lebih keras dibandingkan bunyi pada ruangan terbuka. Hal ini terjadi karena adanya pemantulan (refleksi). Pemantulan merupakan keadaan ketika gelombang bunyi yang datang mengenai permukaan suatu medium keras dan kembali ke medium asalnya dengan sudut yang sama.
Bunyi dalam ruangan tertutup terdengar lebih keras karena dinding ruangan terlalu dekat dengan sumber bunyi. Alhasil, bunyi pantul tidak memiliki waktu cukup untuk merambat dan menyebabkan bunyi datang dan bunyi pantul terdengar bersamaan.
Berbeda dengan gema atau suara pantulan yang terjadi jika kita berteriak di sekitar tebing. Jarak antara tebing dan sumber bunyi cukup jauh, sehingga bunyi pantul memerlukan waktu yang cukup lama untuk merambat sampai pendengaran. Akibatnya, bunyi pantul akan terdengar setelah bunyi asli.
2. Pembiasan (Refleksi)
Jika gelombang bunyi merambat dan memasuki medium yang berbeda, gelombang bunyi tersebut akan dibelokkan. Itulah yang disebut dengan pembiasan (refleksi) gelombang bunyi.
Refraksi terjadi jika gelombang bunyi dari suatu medium memasuki medium lain dengan sudut tertentu. Hal inilah yang menyebabkan suara petir pada malam hari terdengar lebih keras dibandingkan siang hari. Pada malam hari, lapisan udara bagian bawah lebih rapat daripada bagian atas sehingga suara petir dari lapisan udara akan dibiaskan mendekati permukaan tanah di bawahnya.
3. Pelenturan (Difraksi)
Difraksi adalah peristiwa pelenturan gelombang ketika melewati celah yang ukurannya setara dengan panjang gelombangnya. Contohnya, ketika seseorang dapat mendengar suara dari ruangan di sebelahnya.
4. Interferensi
Interferensi adalah perpaduan dua gelombang berbeda yang saling berinteraksi pada medium yang sama. Interferensi terbagi menjadi dua macam, yaitu interferensi konstruktif dan interferensi destruktif.
Interferensi konstruktif adalah keadaan saat kedua gelombang yang berinterferensi sefase, sehingga saling memperkuat. Sebaliknya, interferensi destruktif terjadi ketika kedua gelombang yang berinterferensi berbeda fase 180° sehingga saling melemahkan.
5. Pelayangan
Pelayangan bunyi adalah dua bunyi keras atau dua bunyi lemah yang terjadi secara berurutan. Jika kedua gelombang bunyi merambat bersamaan, bunyi paling kuat akan dihasilkan saat fase keduanya sama. Jika kedua getaran berlawanan fase, maka akan menghasilkan bunyi paling lemah.
Baca Juga
Dengan memahami karakteristik gelombang bunyi, para ilmuwan Fisika dapat membuat teknologi yang membantu pekerjaan manusia, contohnya SONAR, Ultrasonografi, dan Echocardiogram.
Teknologi SONAR
Teknologi SONAR dapat digunakan untuk sistem navigasi dengan bunyi pantul ultrasonik. Pada perangkat kamera, teknologi SONAR berguna untuk mendeteksi jarak benda yang akan difoto. Pada kendaraan mobil, teknologi SONAR dapat digunakan untuk mendeteksi jarak benda-benda yang ada di sekitar mobil. Pada pengukur kedalaman laut, teknologi SONAR untuk mengukur kedalaman laut dengan diletakkan di bawah kapal.
Prinsip kerja SONAR adalah berdasarkan pemantulan gelombang ultrasonik. SONAR memiliki dua bagian alat yang memancarkan gelombang ultrasonik yang disebut transmitter (emitter) dan alat yang dapat mendeteksi datangnya gelombang pantul (gema) yang disebut sensor (receiver).
Gelombang ultrasonik dipancarkan oleh transmitter (pemancar) yang diarahkan ke sasaran, kemudian akan dipantulkan kembali dan ditangkap oleh pesawat penerima (receiver). Dengan mengukur waktu yang diperlukan dari gelombang dipancarkan sampai gelombang diterima kembali, maka dapat ditentukan nilai jarak atau kedalaman laut.
Ultrasonografi
Ultrasonografi adalah teknologi yang digunakan untuk mencitrakan bagian dalam tubuh manusia. USG digunakan untuk melihat perkembangan janin dalam kandungan. USG memiliki 3 bagian utama yaitu Transducer, Monitor, dan Mesin USG. Prinsip kerja dari Ultrasonografi menggunakan konsep pemantulan bunyi, yaitu transducer ditempelkan pada organ yang ingin dilihat citra bagian dalamnya.
Di dalam transducer terdapat kristal yang dapat digunakan untuk menangkap gelombang yang disalurkan. Gelombang yang diterima ini masih dalam bentuk gelombang pantulan. Setelah diubah ke dalam bentuk gelombang elektronik dan kemudian masuk ke mesin USG, data elektronik tersebut diubah menjadi data gambar yang ingin ditampilkan ke Monitor.
Echocardiogram
Echocardiogram adalah teknologi yang dapat digunakan untuk mengukur kecepatan aliran darah. Kecepatan aliran darah diukur menggunakan efek Doppler. Bunyi ultrasonik diarahkan menuju pembuluh nadi, dan pergerakan gelombang bunyi tersebut mengikuti kecepatan aliran darah.
Baca Juga
1. Dengan menggunakan garpu tala berfrekuensi 1.368 Hz dan tabung resonator, bunyi keras pertama terjadi jika panjang kolom udara di atas permukaan air 6,25 cm. Kecepatan bunyi di udara pada saat itu adalah….
Pembahasan:
2. Sebuah sirine pada mobil pemadam kebakaran dengan frekuensi 2.000 Hz mendekati seseorang yang memancarkan bunyi dengan frekuensi yang sama. Bergerak mendekati mobil pemadam kebakaran (saling mendekati).
Jika pemadam kebakaran mendekat dengan kecepatan 30 m/s dan pendengar mendekat dengan kecepatan 20 m/s, maka pelayangan bunyi yang didengar oleh pendengar adalah…
Artikel ini membahas mengenai sistem sonar dan cara menghitung kedalaman laut.
--
Kamu pernah kepikiran nggak, sih, seberapa dalam lautan itu? Bagian laut paling dalam yang pernah diukur manusia itu sekitar 10,9 km. Kalo kamu cemplungin Burj Khalifa, bangunan paling tinggi di dunia, kedalaman laut itu mencapai 13 gedung burj khalifah yang ditumpuk vertikal, loh! Lautan juga mencakup 2/3 dari permukaan planet kita. Wah, lautan ini luas dan dalam yah.
Lautan juga menyimpan banyak misteri, misalnya makhluk hidup yang belum pernah ditemukan sebelumnya, sumberdaya alam dan mineral, atau bahkan benda buatan manusia yang jatuh kelautan, seperti kapal laut atau pesawat.
Nah, untuk menyingkap semua misteri tadi, kita butuh sebuah gambaran tentang permukaan bawah air. Kita bisa membangun teknologi berdasarkan fenomena fisika. Semua itu memanfaatkan fenomena gelombang bunyi atau suara.
Tinggi satu gedung Burj Khalifa hanya sedalam 2,7 ft di bawah laut
(sumber: Tech Insider via Youtube)
Baca juga: Memahami Perbedaan Getaran dan Gelombang.
Lalu, gelombang suara kayak gimana yang dipakai? jadi, jawabannya adalah gelombang suara ultrasonik. Kamu harus tau nih, ultrasonik itu frekuensinya lebih dari 20.000Hz. Nah, gelombang ini dapat merambat dan menjalar pada air laut. Dengan mempelajari pergerakan gelombang bunyi ini, kita bisa loh memprediksi keberadaan benda-benda di dasar laut. Nah, teknologi yang memakai metode seperti ini bernama sonar atau sound navigation and ranging.
Terus, gimana sih cara kerja sistem sonar? Apa kita bisa mengukur kedalaman laut pakai sonar? Oke supaya jelas, baca artikel ini sampai habis ya!
Contoh dari sonar aktif yaitu Side Scan Sonar (SSS)
(Sumber : commons.wikimedia.org)
Sonar dan Sejarah Perkembangannya
Sonar (Sound Navigation and Ranging) adalah sistem perangkat untuk mendeteksi dan menentukan jarak benda yang ada di bawah laut. Kenapa yah sonar menggunakan gelombang suara ultrasonik? Padahal, kan, ada gelombang suara dengan rentang frekuensi yang lain. Nah, itu karena gelombang suara yang lain ini tidak bisa merambat jauh di dalam air. Sedangkan gelombang suara ultrasonik ini memiliki kemampuan unik untuk merambat dalam jarak yang jauh.
Terus, kenapa kita gak pake gelombang cahaya? Sayangnya, gelombang cahaya di dalam air ini tidak mampu merambat terlalu jauh karena sifat medium air laut yang mendifraksi berkas gelombang cahaya guys.
Sonar pertama kali dipakai untuk mendeteksi gunung es di bawah laut. Terus, dipakai juga di bidang militer untuk cari tahu kapal selam musuh dan ranjau. Sampai sekarang, sonar masih sering dipakai terutama untuk menemukan benda hilang di laut, dan untuk mengukur kedalaman laut. Sonar udah eksis banget dehh di kalangan nelayan modern. Berkat sonar, nelayan jadi lebih gampang untuk menemukan letak kumpulan ikan, tahu kondisi ombak, dan juga arus air laut.
Jenis Sonar
Ada dua jenis sonar, yaitu sonar aktif dan sonar pasif. Kita mulai bahas dari sonar pasif dulu ya!
Sonar pasif adalah sistem sonar yang dibuat pertama kali, loh! Sistem sonar pasif lebih sederhana dari sistem sonar aktif karena dia nggak mengirim sinyal atau gelombang suara. Jadi, cuma bisa mendeteksi gelombang suara yang datang ke arah penerima atau operator kapal dan hasilnya bisa dilihat di layar monitor. Makanya, sonar pasif cenderung nggak bisa mengukur jarak objek dan kedalaman laut. Tapi bisa untuk menentukan arah objek, dan terkadang dipakai untuk mendeteksi suara hewan laut, contohnya paus.
Karena sistem sonar pasif yang sangat terbatas dan adanya pengaruh kemajuan teknologi juga, maka dibuatlah sistem sonar aktif. Contoh dari sistem sonar aktif ada multibeam, side scan sonar (sss), split-beam, matess atau mine detection sonar system, dll.
Gimana sih cara kerja sonar aktif? Jadi, awalnya kapal mengirim pemancar (transmitter) gelombang suara ke dalam air pakai alat bernama transduser sonar. Fyi ya guys, transduser sonar itu alat yang mengubah sinyal listrik jadi gelombang suara di dalam laut.
Setelah itu, gelombang suara merambat di air dan nanti akan mengenai objek sasaran kayak misalnya hewan, benda yang ada di bawah laut, dan dasar lautan. Nah, saat kena objek sasaran, pantulan suara itu akan menghasilkan efek gema atau echo. Yaudah, deh, sinyal pantulan itu langsung ditangkap oleh penerima atau detektor. Selanjutnya, bisa langsung dianalisis di monitor untuk keperluaan data kayak arah, cepat rambat gelombang, dan waktu. Semua data yang udah didapat itu bisa dipakai untuk mengukur kedalaman laut.
Jadi, dari gelombang suara dipancarkan sampai gelombang suara itu kembali, kita bisa estimasikan jaraknya. Kalau kamu ingat cepat rambat bunyi, rumus yang sama dipakai di sini. Tapi, karena jarak gelombang suara ultrasonik di laut itu bolak-balik (gelombang suara datang dan pantul) makanya harus dibagi 2.
Supaya kamu makin paham dari penerapan rumus yang di atas, langsung aja kita ke contoh soalnya ya!
Kedalaman laut akan diukur dengan teknik pantulan gelombang suara atau sistem sonar. Gelombang pulsa elektronik yang dipantulkan dari kapal diterima kembali oleh penerima di kapal 4 detik kemudian. Cepat rambat bunyi di dalam air laut adalah 1400 m/s. Kedalaman laut tersebut adalah...
A. 5600 mB. 3800mC. 2800mD. 2600m
E. 700m