Efek Doppler ǀ Penjelasan, Penurunan Persamaan (Rumus), Analisis Gambar, & Contohnya

Apa itu efek Doppler? Berikut penjelasan, penurunan persamaan (rumus), analisis gambar, dan contohnya.

Saat kita berhenti di lampu merah, sebuah ambulans melaju kencang mendekat. Bunyi sirine yang mulanya lirih menjadi semakin nyaring. Seolah-olah frekuensi sirine yang kita dengar menjadi makin tinggi. Padahal frekuensi sirine tidak berubah. Hal ini hanya terjadi karena sebelumnya ambulans berada jauh dari pendengar.

Baca sebelumnya : Gelombang Bunyi ǀ Sifat, Karakteristik, Keras Suara & Frekuensi, dan Pemanfaatannya pada Kehidupan

Efek yang seperti inilah yang disebut EFEK DOPPLER. Ambulan dengan sirinenya kita sebut sebagai sumber dan kita dengan telinga sebagai pendengarnya. Frekuensi yang dikeluarkan sirine adalah frekuensi sumber dan frekuensi yang didengar menurut pendengar adalah frekuensi pendengar.

Banyak sekali variasi yang dapat kita lakukan, seperti pendengar diam-sumber mendekat, sumber diam-pendengar mendekat, sumber dan pendengar saling mendekat, sumber dan pendengar saling menjauh, sumber mendekat-pendengar menjauh, atau sumber menjauh-pendengar mendekat.

<a href="https://www.freevector.com/bikers-silhouettes#">FreeVector.com</a>

Gambar 1.1.a. Pendengar Bergerak Mendekati Sumber Bunyi dengan Kecepatan vp, Gambar 1.1.b. Ambulan Bergerak Mendekati Pendengar dengan Kecepatan vs
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

PERSAMAAN EFEK DOPPLER

Konsep awal yang perlu kita pahami sebelum ke persamaan (rumus). Jika (sumber diam-pendengar mendekat) frekuensi pendengar adalah F, maka saat (sumber mendekat-pendengar mendekat) frekuensi pendengar akan lebih besar dari F kan.

Berikut persamaan (rumus) untuk masing-masing dan cara mudah menghafalkannya. Sedangkan, penurunan persamaan atau asal rumus tersebut akan dibahas diakhir.

Gambar 1.2. Mudah Menghafal dan Memahami Persamaan (Rumus) Efek Doppler
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Gambar 1.3. Penjabaran Persamaan (Rumus) Efek Doppler di Berbagai Kondisi
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

PENURUNAN PERSAMAAN EFEK DOPPLER

PENDENGAR BERGERAK

Saat sumber diam-pendengar diam frekuensi sumber akan sama dengan frekuensi yang ditangkap pendengar. Ketika sumber diam dan pendengar mulai bergerak mendekat dengan kecepatan v_p.

Pendengar akan semakin sering tertabrak muka gelombang. Sehingga, menurutnya kelajuan gelombang bertambah menjadi v’ dari yang sebelumnya v, dimana sekarang v’ = v + v_p. Panjang λ dilihat dari kita sebagai pengamat ketiga tidak berubah panjangnya.

Hal ini menyebabkan frekuensi yang ditangkap pendengar berubah dan terasa lebih besar dari f sebelumnya kita sebut f_p.

SUMBER DIAM-PENDENGAR MENDEKAT

f_p = v’/λ = (v + v_p)/λ = (v + v_p)f_s/v

Begitupula sebaliknya. Saat pendengar menjauh dari sumber, ia akan semakin lama tertabrak muka-muka gelombang. Menurutnya, kelajuan gelombang berkurang menjadi v’ yang sebelumnya v, dimana sekarang v’ = v-v_p. Panjang λ tidak berubah karena sumber diam.

Hal ini menyebabkan frekuensi yang ditangkap pendengar berubah dan terasa lebih kecil dari f sebelumnya kita sebut f_p.

SUMBER DIAM-PENDENGAR MENJAUH

f_p = v’/λ = (v - v_p)/λ = (v + v_p)f_s/v

SUMBER BERGERAK

Nah, kita akan merubah keadaan menjadi sumber bergerak dan pendengarnya yang diam. λ yang semula panjangnya konstan menurut kita sebagai pengamat ketika akan tidak konstan lagi. Nyatanya, saat sumber bergerak, muka gelombang akan berubah panjang λ-nya.

Saat mendekat, λ akan mengecil dari semula. Saat menjauh, λ akan membesar dari semula.

Pada kondisi sumber mendekat, λ akan mengecil dari sebelumnya menjadi λ’, dimana λ’ = λ – Δλ. Perubahan Δλ = v_sT = v_s/f, selama sumber bergerak λ-nya memendek dan nilainya akan sama dengan kecepatan sumber kali waktu untuk satu λ (periode).

Bagaimana dengan v’-nya? Yang memiliki telinga adalah pendengar sehingga kita menjadikan pendengar sebagai acuan. Selama pendengar diam kita tidak melakukan perubahan untuk v’ (kecepatan relatif gelombang terhadap pendengar)

SUMBER MENDEKAT-PENDENGAR DIAM

f_p = v/λ’ = v/(λ-Δλ) = v/((v/f_s)-(v_s/f_s)) = v. f_s/(v-v_s)

Kita tinggal menerapkan cara yang sama untuk sumber menjauh dengan pendengar yang diam, λ’ = λ + Δλ panjang gelombang bertambah besar.

SUMBER MENJAUH-PENDENGAR DIAM
f_p = v/λ’ = v/(λ+Δλ) = v/((v/ f_s)+(v_s/ f_s)) = v. f_s/(v+v_s)

Sekarang, kita dapat daling subtitusi persamaan sehingga pada kondisi sumber mendekat-pendengar mendekat akan memiliki persamaan (rumus)

SUMBER MENDEKAT-PENDENGAR MENDEKAT

f_p = (v + v_p)f_s/(v – v_s)

Baca selanjutnya : Senar, Pipa Organa Terbuka - Tertutup ǀ Penjelasan, Penurunan Persamaan (Rumus), Analisis Gambar, & Contoh Penerapannya

KESIMPULAN

Frekuensi pendengar adalah frekuensi sumber yang ditangkap oleh pendengar yang nilainya relatif terhadap kecepatan sumber dan kecepatan pendengar. Faktor lain yang mempengaruhi adalah kecepatan angin. Itulah penjelasan, penurunan persamaan (rumus), analisis gambar, dan contoh dari efek doppler.