poojetz >> Puji Astuti

perkataan pertama adalah yang keluar dari hati

Resonansi


Pengantar Resonansi

Pernah melihat atau menggunakan garputala ? Ada gambar garputala di samping… garputala merupakan alat yang hanya menghasilkan satu frekuensi saja. Atau dalam istilah musik, garputala merupakan alat yang hanya menghasilkan satu nada saja. Biasanya digunakan oleh musikus untuk mencari nada atau untuk menyetel alat musik seperti senar gitar atau piano. Btw, mengapa garputala punya dua tangkai, mengapa tidak satu tangkai saja ? kalau satu tangkai nanti jadi tusuk gigi ;) he2… Jika kita menggetarkan garputala lalu mendekatkannya dengan senar gitar maka senar gitar yang mempunyai nada yang sama dengan nada garputala juga akan ikut bergetar. Mengapa senar gitar juga ikut bergetar ? omong soal gitar, mengapa harus ada badan gitar, mengapa tidak cukup senar dan gagang tempat menautkan senar saja ? Selamat belajar resonansi :mrgreen:

Pernah mendengar bunyi guntur ? masa belum ;) kadang ketika ada bunyi guntur, jendela kaca bisa bergetar sendiri. Aneh bin ajaib. Hal yang sama juga terjadi ketika kita memutar musik dengan keras. Kalau dirimu memutar musik dengan speaker yang besar, coba naikkan volumenya hingga bunyi musik terdengar keras (ada bunyi bass juga). Seandainya ada jendela kaca di rumahmu maka jendela tersebut bisa bergetar. Aneh ya, mengapa jendela kaca bisa bergetar ?

Contoh yang diulas sebelumnya merupakan contoh resonansi dalam kehidupan sehari-hari. Masa sich ? yupz… lalu resonansi tuh apa ? resonansi tuh sejenis roti bakar, terasa lezat dan nikmat di otak ;) Cuma canda. Resonansi merupakan peristiwa di mana ikut bergetarnya benda lain ketika ada benda lain yang bergetar alias berosilasi. Resonansi bisa terjadi hanya jika kedua benda tersebut mempunyai frekuensi yang sama. Jika frekuensinya berbeda maka tidak mungkin terjadi resonansi.

Btw, mengapa bisa terjadi resonansi ? maksudnya, mengapa ketika ada benda yang bergetar, benda lainnya yang mempunyai frekuensi yang sama juga ikut bergetar ? lalu mengapa frekuensinya harus sama baru bisa terjadi resonansi ? huft… Bingun ngun ngun ;)

Nonton video dulu…

Agar dirimu paham mengapa bisa terjadi resonansi, alangkah tidak baiknya jika dirimu nonton video terlebih dahulu. Pernah bermain ayunan ? mudah-mudahan pernah. Silahkan nonton video orang yang sedang bermain ayunan di bawah…

 

Setelah didorong untuk pertama kalinya lalu dilepas, ayunan dan penunggangnya mulai berayun dengan  frekuensi alami ayunan. Kasarannya ;) , frekuensi alami ayunan adalah frekuensi ayunan setelah didorong pertama kali lalu dilepas. Besarnya frekuensi alami ayunan hanya bergantung pada panjang tali dan percepatan gravitasi (sama dengan frekuensi pendulum sederhana). Agar orang yang ada di atas ayunan terus berayun maka temannya harus selalu mendorong. Tetapi temannya tidak boleh asal mendorong… frekuensi dorongan temannya harus sama dengan frekuensi alami ayunan, seperti ditunjukkan pada video di atas. Kalau frekuensi dorongan temannya tidak sama dengan frekuensi alami ayunan maka hasilnya akan seperti pada video di bawah…

Maunya main ayunan malah jadi seperti ini.. he2… jadi kita bisa menyimpulkan bahwa agar orang tersebut bisa berayun-ayun dengan gembira ;) maka frekuensi dorongan temannya harus sama dengan frekuensi alami ayunan. Ketika frekuensi dorongan sama dengan frekuensi alami ayunan, maka semakin kuat temannya mendorong, semakin besar simpangan alias amplitudo ayunan tersebut (bandingkan dengan video pertama). Nah, bermain ayunan yang dijelaskan secara panjang lebar dan bertele-tele ini merupakan salah satu contoh resonansi dalam kehidupan sehari. Pernah bermain ayunan ? berarti dirimu dan ayunan pernah mengalami resonansi :mrgreen: lanjuTkan…

Kalau dirimu sudah paham dengan penjelasan mengenai ayunan, maka dirmu akan lebih nyambung dengan penjelasan berikut…. kita jawab pertanyaan pada bagian pengantar.

Mengapa garputala punya dua tangkai ? Tujuannya hanya untuk memperbesar amplitudo getaran masing-masing tangkai garputala, dengan cara resonansi. Persoalannya garputala biasanya diketuk atau dipukul secara perlahan, karenanya amplitudo getarannya pasti kecil. Adanya hambatan udara juga akan mengurangi amplitudo getaran garputala. Untuk memperbesar amplitudo maka digunakan dua tangkai sehingga kedua tangkai garputala bisa saling beresonansi. Adanya resonansi antara masing-masing tangkai membantu mempertahankan atau memperbesar amplitudo. Semakin besar amplitudo getaran tangkai garputala, semakin besar pula amplitudo getaran molekul udara. Semakin besar amplitudo maka semakin besar intensitas. Semakin besar intensitas gelombang bunyi maka bunyi terdengar lebih keras.

Jalan ceritanya seperti ini… Ketika garputala diketuk atau dipukul, masing-masing tangkai garputala bergetar dengan frekuensi alaminya. Selanjutnya masing-masing tangkai garputala menggetarkan molekul-molekul udara di sampingnya. Molekul-molekul udara menggetarkan temannya di sebelahnya. Demikian seterusnya hingga getaran udara sampai pada tangkai lainnya. Molekul-molekul udara ini selanjutnya menggetarkan tangkai garputala tersebut. Bayangkan saja molekul-molekul udara seperti orang yang mendorong dan masing-masing tangkai garputala seperti orang yang berada di atas ayunan. Karena frekuensi getaran molekul udara sama dengan frekuensi getaran masing-masing tangkai garputala maka dorongan molekul-molekul udara bisa memperbesar amplitudo masing-masing tangkai garputala. Jadi bergetarnya garputala merupakansalah satu contoh peristiwa resonansi dalam kehidupan sehari-hari… LanjuTkan…

Jika kita menggetarkan garputala lalu mendekatkannya dengan senar gitar maka senar gitar yang mempunyai nada yang sama dengan nada garputala juga akan ikut bergetar. Mengapa senar gitar juga ikut bergetar ?  Senar gitar bisa bergetar karena frekuensi alaminya sama dengan frekuensi alami garputala. Aneh, senar gitar lagi diam kok punya frekuensi juga ? bukannya frekuensi hanya dimiliki oleh benda yang bergetar ? senar gitar dan setiap benda lainnya tersusun dari atom-atom dan molekul-molekul. Molekul-molekul zat padat itu selalu bergetar (sudah dijelaskan dalam pembahasan mengenai wujud-wujud zat berdasarkan sifat mikroskopis). Kalau molekul-molekulnya saja bergetar maka senar gitar juga pasti bergetar. Kok tidak kelihatan ya ? getaran senar gitar yang lagi diam tidak kelihatan karena amplitudo getarannya amat sangat kecil. Karena amplitudo getaran sangat kecil maka kita juga tidak bisa mendengar bunyi yang dihasilkan oleh senar tersebut. nyambung ya ? nah, lanjut…

Bagaimana menjelaskan bergetarnya senar gitar ketika didekatkan dengan garputala yang bergetar ? Ketika garputala digetarkan, garputala tersebut menggetarkan molekul-molekul udara yang ada di dekatnya. Molekul-molekul udara ini bergetar dengan frekuensi yang sama seperti frekuensi garputala. Molekul-molekul udara yang bergetar selanjutnya menggetarkan temannya… temannya menggetarkan temannya… demikian seterusnya. Akibatnya akan ada getaran yang merambat sepanjang udara. Karena frekuensi getaran molekul udara sama dengan frekuensi alami senar gitar, maka ketika getaran molekul udara tiba pada senar gitar, molekul-molekul udara akan menggetarkan senar gitar. Bayangkan saja molekul-molekul udara itu seperti orang yang mendorong ayunan dan senar gitar seperti orang yang berada di atas ayunan. Adanya dorongan dari molekul-molekul udara menyebabkan amplitudo getaran senar gitar bertambah. ketika melihatnya, kita mengatakan wow.. senar gitar ikut bergetar. Bahasa normalnya seperti itu ;) tapi sebenarnya amplitudo getarannya saja bertambah dan bisa dilihat oleh mata kita. Dari tadi senar biar juga bergetar cuma getarannya tidak tampak oleh kita. Nyambung ? lanjutkan…

Kadang ketika ada bunyi guntur, mengapa jendela kaca bisa bergetar sendiri ? kasusnya mirip seperti garputala yang menggetarkan senar gitar. Bunyi guntur yang kita dengar sebenarnya merupakan gelombang bunyi. Gelombang bunyi merupakan getaran alias rapatan dan regangan yang merambat melalui medium tertentu, misalnya udara. Jika frekuensi getaran molekul-molekul udara ini sama dengan frekuensi alami kaca maka ketika getaran tiba pada molekul-molekul udara yang berada di dekat kaca, molekul-molekul udara yang bergetar di dekat kaca selanjutnya menggetarkan kaca. Molekul-molekul udara yang berada di dekat kaca bisa diumpamakan seperti orang yang mendorong ayunan dan kaca diumpamakan seperti orang yang berada di atas ayunan. Adanya dorongan dari molekul-molekul udara menyebabkan amplitudo getaran kaca bertambah dan kita mengatakan kaca bergetar…

Selain contoh yang sudah dijelaskan sebelumnya, resonansi juga terjadi pada kasus gelombang berdiri, baik gelombang berdiri transversal (gelombang berdiri pada dawai – sudah dibahas) maupun gelombang berdiri longitudinal (gelombang berdiri pada kolom udara – akan dibahas kemudian). Bayangkan saja kita mengikat salah satu ujung dawai dan ujung lainnya kita getarkan (Kita gerakkan naik turun). Ketika kita menggetarkan dawai tersebut maka setelah tiba diujung yang terikat, gelombang akan dipantulkan. Jika frekuensi getaran kita tidak sama dengan frekuensi alami dawai maka gelombang berdiri tidak akan pernah dihasilkan. Sebaliknya jika frekuensi getaran kita sama dengan frekuensi alami dawai maka akan timbul gelombang berdiri. Untuk lebih jelas, lihat video di bawah…

Frekuensi di mana terjadi gelombang berdiri disebut sebagai frekuensi resonansi. Kita menyebutnya frekuensi resonansi karena gelombang berdiri bisa terjadi ketika frekuensi getaran kita sama dengan frekuensi alami dawai. Besarnya frekuensi resonansi sama saja dengan frekuensi alami dawai dan bisa kita tentukan menggunakan persamaan yang sudah diturunkan pada pembahasan mengenai gelombang berdiri pada dawai. Kalau untuk gelombang berdiri logitudinal akan dibahas kemudian.

Sebelumnya saya menggunakan contoh gelombang pergi ;) dan gelombang pantul. Ini cuma contoh saja… Intinya gelombang berdiri dihasilkan jika gelombang-gelombang berlawanan arah. Gelombang pergi dan gelombang pantul merupakan salah satu contoh gelombang-gelombang yang berlawanan arah. Contoh lainnya sepert ini… Misalnya  dirimu memegang salah satu ujung dawai dan temanmu memegang ujung dawai lainnya. Apabila dirimu dan temanmu menggetarkan masing-masing ujung dawai dengan frekuensi yang sama seperti frekuensi alami dawai itu maka bisa dihasilkan gelombang berdiri. Bisa bandingkan dengan video di bawah.

Masih banyak sekali contoh resonansi… jika ada sepasukan tentara, misalnya, yang baris berbaris melewati sebuah jembatan maka kemungkinan jembatan bisa ambruk. Jembatan bisa saja ambruk jika frekuensi derap langkah pasukan tersebut sama dengan frekuensi alami jembatan…

Contoh lainnya seperti pada video di bawah… frekuensi alami pendulum bisa dihitung menggunakan persamaan frekuensi pendulum sederhana (frekuensinya hanya bergantung pada panjang dawai dan percepatan gravitasi). Frekuensi alami pendulum (dan pegas) cuma satu, beda dengan frekuensi alami dawai atau kolom udara yang banyak…

Gelas kaca juga bisa dipecahkan dengan bunyi yang frekuensinya sama dengan frekuensi alami gelas kaca tersebut (frekuensi alami gelas kaca ini bisa diketahui dengan mengetuk gelas tersebut). Contohnya seperti pada video di bawah… gelas kaca bisa pecah karena amplitudo getarannya sudah melewati batas elastisitasnya…

Contoh lainnya yang masih kontradiktif (masih diperdebatkan) adalah mengenai ambruknya jembatan Tacoma di washington, pada tahun 1940.

Menurut saya ini lebih berkaitan dengan adanya perbedaan kelajuan dan tekanan udara ketika melewati sisi jembatan  sehingga timbul gaya ke atas dan gaya ke bawah sehingga bisa terjadi osilasi pada jembatan tersebut. Peran angin selanjutnya mendorong jembatan yang sedang berosilasi sehingga amplitudonya bertambah. Bagaimana menurut anda ?

Referensi :

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Februari 5, 2011 Posted by | Materi Fisika | | Tinggalkan komentar