10 Contoh Soal Efek Doppler, Penjelasan dan Pembahasannya

tirto.id - Efek doppler merupakan salah satu materi pelajaran fisika, yang umumnya ditemukan di jenjang SMA. Efek Doppler adalah perubahan frekuensi atau panjang gelombang dari sebuah sumber gelombang yang diterima oleh pengamat. Sumber suara/gelombang tersebut bergerak relatif terhadap pengamat/pendengar

Penjelasan efek doppler bisa dicontohkan dengan suara sirine ambulan. Suara tersebut terdengar samar dari kejauhan dan semakin jelas saat mendekat. Inilah yang dinamakan efek doppler.

Singkatnya efek doppler adalah peristiwa naik atau turunnya frekuensi gelombang bunyi yang terdengar penerima bunyi ketika sumber bunyi bergerak mendekat atau menjauh. Semakin dekat pengamat dengan benda bersuara. maka frekuensi suara semakin besar, begitupun sebaliknya.

Fenomena ini pertama kali diamati dan ditemukan pada abad ke-19 oleh ilmuwan Austria, Johann Christian Doppler. Kemudian penemuan itu dinamai dengan nama penemunya. Materi ddoppler biasanya diajarkan pada kelas 11 dengan peminatan Ilmu Pengetahuan Alam (IPA) pada pelajaran fisika.

Efek doppler dapat dihitung dengan rumus eksak dan bisa diterapkan pada berbagai kehidupan sehari-hari. Misalnya dalam radar untuk mendeteksi pengendara yang melaju kencang, hingga dalam ilmu kedokteran Efek Doppler juga berguna Ekokardiogram, Ultrasonografi, pemantauan janin, dan lainnya.

Sementara itu untuk rumus efek doppler sendiri adalah sebagai berikut:

fp= ((v ± v_p) / (v ± v_s)) f_s

• fp = frekuensi yang didengar (pengamat)
• fs = frekuensi sumber
• v = kecepatan gelombang dalam medium
• v_p = kecepatan pengamat (positif jika mendekati sumber, negatif jika menjauhi)
• v_s = kecepatan sumber (positif jika menjauhi pengamat, negatif jika mendekati)

Contoh Soal Efek Doppler dan Jawabannya

Setelah mengetahui pengertian dan rumus efek doppler, berikut ini contoh soal yang dapat digunakan sebagai latihan:

1. Kereta Kencang Aman bergerak dengan kecepatan 72 km/jam mendekati stasiun sambil membunyikan peluit yang berfrekuensi 940 Hz. Kecepatan bunyi di udara 340 m/s. Bunyi yang didengar oleh orang yang beada di stasiun berfrekuensi…

Diketahui:

• vs = 72 km/jam = 20 m/s (sumber bunyi mendekati pendengar (-))
• vp = 0 m/s (pendengar diam)
• fs = 940 Hz
• v = 340 m/s

Ditanya: fp?

• fp = fs * (v / (v - vs))
• fp = 940 * (340 / (340 - 20))
• fp = 940 * (340 / 320)
• fp = 940 * 1.0625
• fp = 997.75 ≈ 998 Hz

2. Sumber suara memancarkan bunyi dengan frekuensi 500 Hz saling mendekat dengan pendengar. Kecepatan sumber bunyi 40 m/s dan kecepatan pendengar 50 m/s. Jika kecepatan bunyi di udara adalah 340 m/s, frekuensi bunyi yang didengar oleh pendengar adalah…

Diketahui:

• fs = 500 Hz
• vs = 40 m/s (sumber bunyi mendekati pendengar (-))
• vp = 50 m/s (pendengar mendekati sumber bunyi (+))
• v = 340 m/s

Ditanya: fp ?

• fp = fs * ((v + vp) / (v - vs))
• fp = 500 * ((340 + 50) / (340 - 40))
• fp = 500 * (390 / 300)
• fp = 500 * 1.3
• fp = 650 Hz

3. Dari pernyataan berikut ini :

(1) P mendekati S yang diam

(2) S mendekati P yang diam

(3) P dan S saling mendekati

(4) S dan P bergerak dengan kecepatan sama

Jika P (pendengar) mendengar bunyi dengan frekuensi lebih tinggi dari frekuensi yang dikeluarkan S (sumber), maka pernyataan yang benar adalah …

• A. (1), (2) dan (3) saja
• B. (1), (2), (3) dan (4)
• C. (1) dan (3) saja
• D. (1) dan (4) saja
• E. (2) dan (4) saja

Pembahasan

• Pendengar (P) akan mendengar frekuensi lebih tinggi dari sumber (S) jika terjadi efek Doppler, yaitu:
• Pendengar mendekati sumber → frekuensi meningkat.
• Sumber mendekati pendengar → frekuensi meningkat.
• Pendengar dan sumber saling mendekati → efek gabungan meningkatkan frekuensi lebih besar.
• Pendengar dan sumber bergerak dengan kecepatan yang sama → tidak ada efek Doppler, karena tidak ada perubahan jarak relatif.

Analisis pernyataan:

• (1) P mendekati S yang diam → benar (frekuensi meningkat).
• (2) S mendekati P yang diam → benar (frekuensi meningkat).
• (3) P dan S saling mendekati → benar (frekuensi meningkat lebih besar).
• (4) S dan P bergerak dengan kecepatan sama → salah (frekuensi tidak berubah).

Jawaban yang benar:

• A. (1), (2), dan (3) saja

4. Seorang pendengar berdiri di samping sumber bunyi yang frekuensinya 684 Hz. Sebuah sumber bunyi lain dengan frekuensi 676 Hz bergerak mendekati pendengar itu dengan kecepatan 2 ms–1. Bila kecepatan merambat bunyi di udara 340 ms–1, maka frekuensi layangan yang didengar oleh pendengar itu adalah …

• A.2 Hz
• B. 3 Hz
• C. 4 Hz
• D. 5 Hz
• E. 6 Hz

Gunakan rumus Efek Doppler untuk sumber yang mendekati pendengar:

• fp2 = fs2 * (v / (v - vs))
• fp2 = 676 * (340 / (340 - 2))
• fp2 = 676 * (340 / 338)
• fp2 = 676 * 1.0059
• fp2 ≈ 680 Hz

Hitung frekuensi layangan Frekuensi layangan adalah selisih frekuensi kedua sumber yang didengar pendengar:

• fl = |fp1 - fp2|
• fl = |684 - 680|
• fl = 4 Hz (C)

5. Suatu sumber bunyi bergerak dengan kecepatan 20 m s-1 mendekati seseorang yang diam. Frekuensi sumber bunyi = 380 Hz. Dan cepat rambat bunyi di udara 400 m s-1 Frekuensi gelombang bunyi yang didengar orang tersebut adalah…

• A. 400 Hz
• B. 420 Hz
• C. 440 Hz
• D. 460 Hz
• E. 480 Hz

Pembahasan:

• fp = fs * (v / (v - vs))
• fp = 380 * (400 / (400 - 20))
• fp = 380 * (400 / 380)
• fp = 380 * 1.0526
• fp ≈ 400 Hz (A)

6. Sebuah kapal terbang mendekati menara sirine yang mengaung dengan frekuensi 1000 Hz. Jika penerbang mendengar bunyi sirine dengan frekuensi 1050 Hz, dan kecepatan bunyi di udara 340 m/s, tentukan kecepatan kapal terbang!

Diketahui

• Frekuensi sumber (fs) = 1000 Hz
• Frekuensi pengamat (fp) = 1050 Hz
• Cepat rambat bunyi (v) =340 m/s
• Kecepatan sirine (vs) = 0, karena diam
• Ditanyakan Kecepatan kapal terbang/pengamat (vp).

Penyelesaian:

• fp = [(v + vp) / v] × fs
• 1050 = [(340 + vp) / 340] × 1000
• 1050 × 340 = (340 × 1000) + (vp × 1000)
• 340 × 1050 = 340 × 1000 + 1000 vp
• (340 × 1050) - (340 × 1000) = 1000 vp
• 340 × (1050 - 1000) = 1000 vp
• 340 × 50 = 1000 vp
• 17000 = 1000 vp
• vp = 17000 / 1000
• vp = 17 m/s

Sehingga kecepatan kapal terbang tersebut adalah 17 m/s.

7. Sebuah mobil polisi dengan sirine menyala yang berfrekuensi 940 Hz bergerak dengan kecepatan 90 km/jam mendekati seseorang yang sedang berdiri di pinggir jalan. Jika kecepatan suara di udara sebesar 340 m/s, berapa frekuensi bunyi sirine yang didengar oleh orang tersebut?

Pembahasan:

• Diketahui bahwa vs = 90 km/jam = 25 m/s.
• Karena sumber suara mendekati pendengar, maka vs (-)
• Karena pendengar dalam kondisi diam, maka vp = 0
• Frekuensi sumber bunyi (fs) = 940 Hz
• Kecepatan sumber bunyi (vs) = 90 km/jam = 25 m/s
• Kecepatan pendengar (vp) = 0 m/s (diam)
• Kecepatan bunyi di udara (v) = 340 m/s

Ditanya: Frekuensi bunyi sirine yang didengar oleh pendengar (fp)?

Jawaban: Gunakan rumus Efek Doppler untuk sumber yang mendekati pendengar:

• fp = fs × (v / (v - vs))
• fp = 940 × (340 / (340 - 25))
• fp = 940 × (340 / 315)
• fp = 940 × 1.0794
• fp ≈ 1014.6 Hz

8. Seorang pilot pesawat menerbangkan pesawatnya menuju ke menara bandara mendengar bunyi sirine menara dengan frekuensi 3600 Hz. Jika sirine memancarkan bunyi dengan 2040 Hz, dan cepat rambat bunyi di udara 340 m/s.Berapa kecepatan pesawat tersebut?

Diketahui :

• fp = 3600 Hz
• v = 340 m/s
• fs = 2040 Hz
• vs = 0 m/s (diam dimenara)

Penyelesaian :

• fp = (v + vp) fs / (v – vs)
• 3600 = (340 +vp) 2040 / (340 + 0)s
• 3600 = (340 +vp) 6
• (340 +vp) = 600
• vp = 260 m/s

Jadi kecepatan pesawat saat itu adalah 260 m/s.

9. Kereta Ekspres O bergerak dengan kecepatan 72 km/jam, mendekati stasiun sambil membunyikan peluit yang berfrekuensi 860 Hz. Kecepatan bunyi di udara 340 m/s. Berapa frekuensi bunyi yang didengar oleh orang di stasiun?

Diketahui :

• vs = 72 km/jam = 20 m/s
• vp = 0 m/s (diam tidak bergerak)
• fs = 860 Hz
• v = 340 m/s

Penyelesaian :

• fp = (v + vp) fs / (v – vs)
• fp = (340 + 0) 860 / (340 – 20)
• fp = 340 860 / 320
• fp = 340 860 / 320
• fp = 913.75 Hz
• Jadi frekuensi yang didengar ialah 913.75 Hz

10. Sebuah mobil polisi dengan sirine menyala yang berfrekuensi 940 Hz bergerak dengan kecepatan 90 km/jam mengejar seorang pelaku kriminal yang sedang melaju menjauh dari polisi dengan kecepatan 72 km/jam. Jika kecepatan rambat suara di udara sebesar 340 m/s, berapa frekuensi bunyi sirine yang didengar oleh pelaku tersebut?

Pembahasan:

• Diketahui bahwa vs = 90 km/jam = 25 m/s.
• Karena sumber suara mendekati pendengar, maka vs (-)
• Diketahui bahwa vp = 72 km/jam = 20 m/s.
• Karena pendengar menjauhi sumber suara, maka vp (-)

fp = fs × ((v - vp) / (v - vs))

Substitusi nilai:

• fp = 940 × ((340 - 20) / (340 - 25))
• fp = 940 × (320 / 315)
• fp = 940 × 1.0159
• fp ≈ 955 Hz