Pembuktian dan Penjelasan Efek Doppler dalam FISIKA

Fisika merupakan ilmu yang mempelajari bagaimana sifat dan keadaan fisis dari suatu gejala atau fenomena di alam ini bekerja dengan memodelkannya dengan suatu persamaan yang sederhana dan sistematis. Cabang fisika itu sendiri sebenarnya mencakup banyak hal mulai dari mekanika klasik yang mempelajari tentang gerak gerak di alam semesta ini secara sederhana, listrik dan magnet yang mempelajari tentang gejala kelistrikan dan efek gaya magnet, termodinamika yang mempelajari tentang suhu dan kalor yang ada pada suatu benda, dan masih banyak lagi disana yang tidak bisa saya sebutkan satu per satu.

Gelombang bunyi adalah salah satu cabang diantara mekanika klasik yang dipelajari saat kita duduk di kelas 12 jika menggunakan kurikulum 2013. Setiap hari kita sering mendengar berbagai macam bunyi yang beraneka ragam mulai dari yang pelan seperti orang berbisik bisik sampai ledakan besar yang sampai membuat telingan kita terasa sakit. Itu semua termasuk gejala gejala yang termasuk kedalam contoh peristiwa gelombang bunyi.

Salah satu peristiwa sekaligus efek dari gelombang bunyi ini yaitu adanya efek doppler. Dimana efek doppler merupakan efek dimana frekuensi yang diterima pendengar atau pengamat bisa lebih tinggi atau lebih rendah jika posisi pengamat dan sumber bunyi berubah. Perubahan posisi ini sudah pasti mempunyai kecepatan. Maka dari itu efek doppler akan dipengaruhi oleh nilai kecepatan dari pengamat atau sumber bunyi atau bisa juga keduanya. Kita sering menjumpai formula efek doppler seperti ini.
Dimana v adalah kecepatan suara di udara (kecepatan angin nol), vp adalah kecepatan pengamat, dan Vs adalah kecepatan sumber bunyi. Nah disini saya akan menjelaskan penurunan sekaligus konsep dari pemahaman efek doppler yang ada di formula di atas. 

Pertama tama sebelum kita mengetahui asal rumus tersebut dari mana kita harus memperhatikan terlebih dahulu gejala atau peristiwa yang terjadi jika sumber bunyi diam dan pengamat diam maka kita sebagai pengamat akan mendengar frekuensi awal yang dikeluarkan oleh sumber bunyi yaitu f dan merambat sampai ke pengamat seperti gambar di bawah ini.

Jika tiba-tiba sumber bunyi tersebut bergerak dengan kecepatan Vs maka menurut pengamat, ia mendengar frekuensi yang lebih tinggi dari asalnya yaitu f '. Jadi f ' > f. Kejadian ini sering kita amati juga saat ada mobil atau motor yang melaju kencang dan kita mendengar frekuensi yang lebih tinggi jika mobil atau motor tersebut mendekati kita. Mengapa saat sumber bunyi melaju dengan kecepatan Vs frekuensi bertambah tinggi? Karena saat gelombang awal yang ada disebelah kanan sudah melaju tiba tiba disusul oleh gelombang yang dibawa oleh sumber bunyi tersebut, maka dari itu jarak antara gelombang awal yang tadi merambat dengan gelombang yang baru datang bersama sumber bunyi menjadi lebih rapat, sehingga kita tahu bahwa semakin rapat atau semakin kecil suatu lamda (panjang gelombang bunyi) maka frekuensi akan lebih tinggi. Kejadian demikian dinamakan Efek Doppler.

Setelah kita tahu asal mula mengapa terjadi perubahan frekuensi, sekarang saatnya kita mengetahui atau mencari tahu bagaimana menemukan rumus efek doppler. Pertama, kita harus meninjau terlebih dahulu keadaan saat sumber bunyi diam alias tidak bergerak. Disini saya misalkan sumber bunyi itu mobil. Dalam keadaan awal mobil diam, kita misalkan jarak antara satu gelombang dengan gelombang berikutnya adalah λ 



Kemudian kita meninjau jika mobil tiba-tiba bergerak dengan kecepatan Vs sehingga kecepatan mobil seolah olah mengejar kecepatan suara sehingga jarak antara gelombang yang satu dengan yang lainnya semakin dekat yaitu λ' dimana λ' < λ . Karena mobil juga bergerak maka ia memiliki jarak x dari titik awal

Mari kita perhatikan persamaan sistematisnya dimana λ adalah jarak atau panjang satu gelombang yang ditempuh oleh kecepatan suara di udara selama waktu T dimana T=1/f maka persamaan menjadi
Karena mobil bergerak maju dan panjang gelombang menjadi semakin kecil maka terbentuklah gelombang baru dengan panjang gelombang λ'. Karena kecepatan suara tetap maka waktu untuk satu panjang gelombang berikutnya adalah T'. Dan pasti T' < T karena λ' < λ
Bila dipikirkan lebih jauh lagi saat sudah memasuki waktu T muncul gelombang yang baru lagi dan membuat panjang λ' tadi menjadi kecil daripada λ oleh karenanya maka ada jarak yang ditempuh mobil selama selang waktu T juga.
  Dari gambar dapat kita simpulkan bahwa
Ingat itu hanya berlaku jika pengamat diam dan sumber bunyi mendekati pengamat dengan kecepatan Vs. Jika menjauhi pengamat tentu saja tanda minus (-) berubah menjadi plus (+) karena semakin jauh sumber bunyi meninggalkan kita, maka frekuensi yang kita harapkan semakin kecil sehingga pembaginya harus besar, 
Dengan cara yang hampir sama dapat dibuktikan bahwa jika pengamat yang bergerak dengan kecepatan Vp dan sumber bunyi diam rumusannya adalah..... 
*TANTANGAN: BUKTIKAN!!!

Dari kedua kasus di atas maka dapat digabungkan kedua persamaan diatas menjadi satu apabila sumber bunyi dan pengamat dua-duanya bergerak, sehingga rumus efek doppler menjadi:

Kita tidak usah pusing pusing untuk menghapal tanda plus atau minus yang akan kita gunakan saat mengerjakan soal. Karena belajar dengan menghapal tidak akan sangat efektif. Mari kita cermati dengan seksama. Disini ada 6 kasus umum yang terjadi dalam peristiwa efek doppler yaitu:

1. Sumber Bunyi GERAK; Pengamat DIAM
Seperti yang sudah saya jelaskan di atas  jika pengamat diam maka Vp=0 dan untuk  tanda yang dibawah jika sumber bunyi mendekat logikanya frekuensi harus kuat dan tanda pasti harus minus (-). Begitu juga sebaliknya, jika sumber bunyi menjauh logikanya frekuensi harus lemah dan pasti tanda harus plus (+)

2. Sumber Bunyi DIAM; Pengamat GERAK
Sumber bunyi diam maka Vs=0, Jika pengamat mendekati sumber bunyi secara logika frekuensi yang terdengar pengamat harus kuat maka tanda pada pembilang yaitu plus (+). Begitu juga sebaliknya Jika pengamat menjauhi sumber bunyi secara logika frekuensi yang terdengar pengamat harus lemah maka tanda pada pembilang yaitu minus (-)

3. Sumber Bunyi dan Pengamat Saling Mendekat
Disini sumber bunyi memiliki kecepatan Vs dan pengamatan memiliki kecepatan Vp. Cara berpikir yang logis disini adalah dengan meninjau satu per satu antara pengamat dan sumber. ilustrasinya seperti ini
Pertama kita tinjau jika pengamat diam sumber bergerak jadi frekuensi akan lebih tinggi maka penyebut atau pembagi harus minus (-). Kedua kita tinjau jika sumber diam pengamat bergerak maka pembilang harus plus (+), karena frekunsi yang didengar pengamat lebih besar.

4. Sumber Bunyi dan Pengamat Saling Menjauh
Sama seperti di atas kita tinjau terlebih dahulu satu diantara yang lain.

jadi jika sumber bergerak pengamat diam, frekuensi lebih rendah maka tanda penyebut harus plus (+). jika sumber diam pengamat bergerak, frekuensi lebih rendah maka tanda pembilang harus minus (-)

5. Sumber Bunyi dan Pengamat Saling Mengejar Ke Kanan
 Jika sumber bergerak pengamat diam maka penyebut bertanda plus (+)
 Jika sumber diam pengamat bergerak maka pembilang bertanda minus (-)

6. Sumber Bunyi dan Pengamat Saling Mengejar Ke Kiri
 Jika sumber bergerak pengamat diam maka penyebut bertanda minus (-)
 Jika sumber diam pengamat bergerak maka pembilang bertanda plus (+)


Nah itu aja dulu dari saya semoga penjelasan kali ini bermanfaat buat kamu yang belum mengerti tentang efek doppler. Jika kurang mengerti bisa dibaca ulang lagi secara perlahan dan kalau mau tanya boleh tulis komen di bawah. Jangan lupa like dan share :)

Jangan sampai ketinggalan postingan-postingan terbaik dari blog Science Information. Berlangganan melalui email sekarang juga: