Kumpulan Soal Fisika Pipa Organa: Latihan Lengkap & Pembahasan Mendalam!

A. Pilihan Ganda

1. Pipa organa yang hanya menghasilkan frekuensi harmonisa ganjil disebut…
   • Pipa organa terbuka
   • Pipa organa tertutup
   • Pipa organa tunggal
   • Pipa organa ganda
   Jawaban: Pipa organa tertutup
   Penjelasan: Pipa organa tertutup adalah jenis pipa organa yang salah satu ujungnya tertutup dan ujung lainnya terbuka. Hal ini menyebabkan hanya harmonisa ganjil yang dapat terbentuk.
2. Peristiwa ikut bergetarnya kolom udara di dalam pipa organa karena adanya gelombang bunyi dengan frekuensi tertentu disebut…
   • Frekuensi fundamental
   • Frekuensi harmonisa
   • Frekuensi gelombang
   • Frekuensi resonansi
   Jawaban: Frekuensi resonansi
   Penjelasan: Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena benda lain bergetar dengan frekuensi yang sama. Dalam pipa organa, ini berarti udara di dalam pipa ikut bergetar saat gelombang bunyi memiliki frekuensi tertentu.
3. Rumus frekuensi nada dasar untuk pipa organa terbuka adalah…
   • v/L
   • v/(2L)
   • v/(4L)
   • 2v/L
   Jawaban: v/(2L)
   Penjelasan: Untuk pipa organa terbuka, nada dasar (harmonisa pertama) memiliki panjang gelombang λ = 2L. Karena f = v/λ, maka f₁ = v/(2L).
4. Rumus frekuensi nada dasar untuk pipa organa tertutup adalah…
   • v/L
   • v/(2L)
   • v/(4L)
   • 2v/L
   Jawaban: v/(4L)
   Penjelasan: Untuk pipa organa tertutup, nada dasar (harmonisa pertama) memiliki panjang gelombang λ = 4L. Karena f = v/λ, maka f₁ = v/(4L).
5. Pada ujung terbuka sebuah pipa organa, selalu terbentuk…
   • Simpul
   • Perut
   • Amplitudo nol
   • Titik tetap
   Jawaban: Perut
   Penjelasan: Ujung terbuka pada pipa organa selalu menjadi tempat terjadinya perut gelombang (amplitudo maksimum) karena partikel udara bebas bergerak di sana.
6. Pada ujung tertutup sebuah pipa organa, selalu terbentuk…
   • Simpul
   • Perut
   • Amplitudo maksimum
   • Titik getar
   Jawaban: Simpul
   Penjelasan: Ujung tertutup pada pipa organa selalu menjadi tempat terjadinya simpul gelombang (amplitudo nol) karena partikel udara terhalang dan tidak bisa bergerak.
7. Pernyataan yang benar mengenai perbedaan harmonisa pada pipa organa terbuka dan tertutup adalah…
   • Pipa organa terbuka menghasilkan frekuensi lebih rendah daripada pipa organa tertutup dengan panjang yang sama.
   • Pipa organa tertutup memiliki semua harmonisa, sedangkan pipa organa terbuka hanya memiliki harmonisa ganjil.
   • Pipa organa terbuka memiliki semua harmonisa, sedangkan pipa organa tertutup hanya memiliki harmonisa ganjil.
   • Kedua jenis pipa organa menghasilkan harmonisa yang sama.
   Jawaban: Pipa organa terbuka memiliki semua harmonisa, sedangkan pipa organa tertutup hanya memiliki harmonisa ganjil.
   Penjelasan: Ini adalah perbedaan fundamental antara kedua jenis pipa organa. Pipa terbuka menghasilkan f₁, 2f₁, 3f₁, dst., sementara pipa tertutup menghasilkan f₁, 3f₁, 5f₁, dst.
8. Sebuah pipa organa terbuka memiliki frekuensi nada atas pertama 200 Hz. Berapakah frekuensi nada dasarnya?
   • 50 Hz
   • 100 Hz
   • 200 Hz
   • 400 Hz
   Jawaban: 100 Hz
   Penjelasan: Untuk pipa organa terbuka, nada atas pertama adalah harmonisa kedua (f₂ = 2f₁). Jadi, f₁ = f₂/2 = 200 Hz / 2 = 100 Hz.
9. Sebuah pipa organa tertutup memiliki frekuensi nada atas pertama 300 Hz. Berapakah frekuensi nada dasarnya?
   • 50 Hz
   • 100 Hz
   • 150 Hz
   • 300 Hz
   Jawaban: 100 Hz
   Penjelasan: Untuk pipa organa tertutup, nada atas pertama adalah harmonisa ketiga (f₃ = 3f₁). Jadi, f₁ = f₃/3 = 300 Hz / 3 = 100 Hz.
10. Pipa organa terbuka dengan frekuensi nada dasar 100 Hz akan menghasilkan frekuensi nada atas kedua sebesar…
    • 100 Hz
    • 200 Hz
    • 300 Hz
    • 400 Hz
    Jawaban: 300 Hz
    Penjelasan: Untuk pipa organa terbuka, nada dasar (f₁) = 100 Hz. Nada atas kedua adalah harmonisa ketiga (f₃ = 3f₁). Jadi, f₃ = 3 * 100 Hz = 300 Hz.
11. Pipa organa tertutup dengan frekuensi nada dasar 100 Hz akan menghasilkan frekuensi nada atas kedua sebesar…
    • 200 Hz
    • 300 Hz
    • 400 Hz
    • 500 Hz
    Jawaban: 500 Hz
    Penjelasan: Untuk pipa organa tertutup, nada dasar (f₁) = 100 Hz. Nada atas kedua adalah harmonisa kelima (f₅ = 5f₁). Jadi, f₅ = 5 * 100 Hz = 500 Hz.
12. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s, panjang pipa organa tertutup yang menghasilkan nada dasar 340 Hz adalah…
    • 12.5 cm
    • 25 cm
    • 50 cm
    • 100 cm
    Jawaban: 25 cm
    Penjelasan: Untuk pipa organa tertutup, nada dasar (f₁) = v/(4L). Jadi L = v/(4f₁). L = 340 m/s / (4 * 340 Hz) = 1/4 meter = 0.25 meter = 25 cm.
13. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s, panjang pipa organa terbuka yang menghasilkan nada dasar 340 Hz adalah…
    • 12.5 cm
    • 25 cm
    • 50 cm
    • 100 cm
    Jawaban: 50 cm
    Penjelasan: Untuk pipa organa terbuka, nada dasar (f₁) = v/(2L). Jadi L = v/(2f₁). L = 340 m/s / (2 * 340 Hz) = 1/2 meter = 0.5 meter = 50 cm.
14. Sebuah pipa organa terbuka memiliki frekuensi nada dasar 150 Hz. Jika cepat rambat bunyi di udara 360 m/s, panjang pipa tersebut adalah…
    • 60 cm
    • 90 cm
    • 120 cm
    • 150 cm
    Jawaban: 120 cm
    Penjelasan: Untuk pipa organa terbuka, nada dasar (f₁) = v/(2L). Jika f₁ = 150 Hz dan v = 360 m/s. L = v/(2f₁) = 360 / (2 * 150) = 360 / 300 = 1.2 meter = 120 cm.
15. Sebuah pipa organa tertutup memiliki frekuensi nada dasar 100 Hz. Jika cepat rambat bunyi di udara 360 m/s, panjang pipa tersebut adalah…
    • 60 cm
    • 90 cm
    • 120 cm
    • 150 cm
    Jawaban: 90 cm
    Penjelasan: Untuk pipa organa tertutup, nada dasar (f₁) = v/(4L). Jika f₁ = 100 Hz dan v = 360 m/s. L = v/(4f₁) = 360 / (4 * 100) = 360 / 400 = 0.9 meter = 90 cm.
16. Untuk nada dasar, bagaimana pola gelombang berdiri pada pipa organa terbuka dibandingkan dengan pipa organa tertutup?
    • Pipa organa terbuka memiliki simpul di kedua ujungnya, sedangkan pipa organa tertutup memiliki simpul di ujung terbuka dan perut di ujung tertutup.
    • Pipa organa terbuka memiliki perut di kedua ujungnya, sedangkan pipa organa tertutup memiliki perut di ujung terbuka dan simpul di ujung tertutup.
    • Pipa organa terbuka memiliki perut di satu ujung dan simpul di ujung lain, sama seperti pipa organa tertutup.
    • Kedua jenis pipa organa memiliki simpul di kedua ujungnya.
    Jawaban: Pipa organa terbuka memiliki perut di kedua ujungnya, sedangkan pipa organa tertutup memiliki perut di ujung terbuka dan simpul di ujung tertutup.
    Penjelasan: Ini adalah konfigurasi gelombang berdiri yang benar untuk nada dasar di kedua jenis pipa.
17. Jika suhu udara di sekitar pipa organa meningkat, apa yang akan terjadi pada frekuensi nada yang dihasilkan oleh pipa tersebut (dengan asumsi panjang pipa tetap)?
    • Frekuensi nada yang dihasilkan akan menurun.
    • Frekuensi nada yang dihasilkan akan meningkat.
    • Frekuensi nada yang dihasilkan tidak berubah.
    • Panjang gelombang akan meningkat.
    Jawaban: Frekuensi nada yang dihasilkan akan meningkat.
    Penjelasan: Cepat rambat bunyi di udara (v) meningkat seiring dengan kenaikan suhu. Karena frekuensi (f) berbanding lurus dengan cepat rambat bunyi (f = v/λ), maka peningkatan v akan menyebabkan peningkatan f.
18. Dua pipa organa, Pipa A (panjang 60 cm) dan Pipa B (panjang 45 cm). Jika cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, pasangan pipa mana yang akan menghasilkan frekuensi nada atas pertama yang sama?
    • Pipa terbuka A dan pipa tertutup B
    • Pipa terbuka B dan pipa tertutup A
    • Pipa terbuka A dan pipa terbuka B
    • Pipa tertutup A dan pipa tertutup B
    Jawaban: Pipa terbuka A dan pipa tertutup B
    Penjelasan: Frekuensi harmonisa ke-n pipa terbuka: f_n = n * v/(2L). Frekuensi harmonisa ke-n pipa tertutup: f_n = (2n-1) * v/(4L). Agar menghasilkan frekuensi yang sama untuk nada atas pertama, kita bandingkan: Untuk pipa terbuka, nada atas pertama adalah 2f₁ = 2v/(2L_A) = v/L_A. Untuk pipa tertutup, nada atas pertama adalah 3f₁ = 3v/(4L_B). Jika f_atas_pertama_A = f_atas_pertama_B, maka v/L_A = 3v/(4L_B). 1/L_A = 3/(4L_B) –> 4L_B = 3L_A. Jika L_A = 60 cm, maka 4L_B = 3 * 60 = 180, L_B = 45 cm. Maka pipa terbuka 60 cm dan pipa tertutup 45 cm akan memiliki nada atas pertama yang sama.
19. Manakah pernyataan yang SALAH mengenai pipa organa?
    • Nada atas pertama pada pipa terbuka adalah 2f₁
    • Nada atas kedua pada pipa tertutup adalah f₅
    • Nada dasar pada pipa terbuka memiliki 1 simpul
    • Nada atas kedua pada pipa tertutup adalah f₃
    Jawaban: f₃
    Penjelasan: Nada atas kedua pada pipa organa tertutup adalah harmonisa kelima (f₅), bukan harmonisa ketiga (f₃). Nada atas pertama adalah f₃.
20. Jika panjang sebuah pipa organa terbuka diperpanjang menjadi dua kali lipat, maka periode nada dasar yang dihasilkan akan menjadi…
    • 1/2 kali
    • Tidak berubah
    • 2 kali
    • 4 kali
    Jawaban: 2 kali
    Penjelasan: Jika panjang pipa organa terbuka dijadikan dua kali lipat, L menjadi 2L. Frekuensi nada dasar f₁ = v/(2L) akan menjadi f’₁ = v/(2*(2L)) = v/(4L). Ini berarti frekuensinya menjadi setengah dari frekuensi semula. Jika frekuensi menjadi setengah, periode (T=1/f) akan menjadi dua kali lipat.

B. Isian Singkat

1. Apa yang dimaksud dengan pipa organa dan sebutkan jenis-jenisnya?
   Jawaban: Pipa organa adalah alat musik tiup yang menghasilkan bunyi melalui resonansi kolom udara di dalamnya. Ada dua jenis utama: pipa organa terbuka (kedua ujungnya terbuka) dan pipa organa tertutup (satu ujung tertutup dan satu ujung terbuka).
2. Jelaskan perbedaan utama antara pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup dari segi kondisi ujung-ujungnya!
   Jawaban: Perbedaan utama terletak pada kondisi ujung-ujungnya. Pipa organa terbuka memiliki kedua ujung yang terbuka, sehingga pada kedua ujung tersebut selalu terbentuk perut gelombang. Pipa organa tertutup memiliki satu ujung terbuka dan satu ujung tertutup. Pada ujung terbuka terbentuk perut gelombang, sedangkan pada ujung tertutup terbentuk simpul gelombang.
3. Mengapa pipa organa tertutup hanya menghasilkan frekuensi harmonisa ganjil (nada dasar, nada atas pertama, nada atas kedua, dst. yang berurutan 1:3:5:…)?
   Jawaban: Pipa organa tertutup hanya menghasilkan harmonisa ganjil karena ujung tertutup harus selalu menjadi simpul gelombang (perpindahan partikel nol) dan ujung terbuka harus selalu menjadi perut gelombang (perpindahan partikel maksimum). Ini hanya bisa terjadi jika panjang pipa merupakan kelipatan ganjil dari seperempat panjang gelombang (L = (2n-1)λ/4), yang secara otomatis menghilangkan harmonisa genap.
4. Apa definisi resonansi dalam fenomena pipa organa?
   Jawaban: Resonansi dalam konteks pipa organa adalah peristiwa di mana kolom udara di dalam pipa ikut bergetar (beresonansi) secara kuat ketika gelombang bunyi dengan frekuensi tertentu (frekuensi alami pipa) masuk ke dalamnya. Ini menghasilkan peningkatan amplitudo bunyi.
5. Sebutkan minimal dua faktor yang mempengaruhi cepat rambat bunyi di udara!
   Jawaban: Faktor-faktor yang memengaruhi cepat rambat bunyi di udara antara lain adalah suhu udara, kelembaban udara, dan tekanan udara. Namun, suhu adalah faktor yang paling dominan dan sering diperhitungkan dalam soal-soal fisika.

C. Uraian

1. Jelaskan secara detail pembentukan gelombang berdiri pada pipa organa terbuka dan tertutup untuk nada dasar dan nada atas pertama, serta identifikasi letak perut dan simpul pada masing-masing kasus!
   Pembahasan:
   Pipa organa terbuka: Pada nada dasar (harmonisa pertama), terbentuk setengah gelombang berdiri dengan perut di kedua ujung terbuka dan satu simpul di tengah. Pada nada atas pertama (harmonisa kedua), terbentuk satu gelombang penuh dengan perut di kedua ujung dan satu perut di tengah, serta dua simpul. Pipa organa tertutup: Pada nada dasar (harmonisa pertama), terbentuk seperempat gelombang berdiri dengan perut di ujung terbuka dan simpul di ujung tertutup. Pada nada atas pertama (harmonisa ketiga), terbentuk tiga perempat gelombang berdiri dengan perut di ujung terbuka dan simpul di ujung tertutup, serta perut dan simpul tambahan di antaranya. Perut adalah titik dengan amplitudo maksimum (perpindahan partikel maksimum), sedangkan simpul adalah titik dengan amplitudo minimum (perpindahan partikel nol).
2. Turunkan rumus frekuensi harmonisa ke-n untuk pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup. Kemudian, bandingkan karakteristik frekuensi harmonisa yang dihasilkan oleh kedua jenis pipa tersebut!
   Pembahasan:
   Untuk pipa organa terbuka, panjang pipa L = n(λ/2), sehingga λ = 2L/n. Karena f = v/λ, maka f_n = nv/(2L), dengan n = 1, 2, 3, … (untuk nada dasar, nada atas pertama, kedua, dst.). Untuk pipa organa tertutup, panjang pipa L = (2n-1)(λ/4), sehingga λ = 4L/(2n-1). Karena f = v/λ, maka f_n = (2n-1)v/(4L), dengan n = 1, 2, 3, … (untuk nada dasar, nada atas pertama, kedua, dst. yang hanya harmonisa ganjil). Perbandingan: Pipa organa terbuka memiliki semua harmonisa (f₁, 2f₁, 3f₁, …), sedangkan pipa organa tertutup hanya memiliki harmonisa ganjil (f₁, 3f₁, 5f₁, …). Frekuensi nada dasar pipa terbuka (v/2L) dua kali lebih besar dari frekuensi nada dasar pipa tertutup (v/4L) jika panjangnya sama.
3. Dua pipa organa, satu terbuka dan satu tertutup, memiliki panjang yang sama. Jika keduanya menghasilkan nada dasar dengan frekuensi yang sama, jelaskan apakah pernyataan ini mungkin dan mengapa!
   Pembahasan:
   Pernyataan ini TIDAK mungkin. Jika panjang kedua pipa (L) sama, cepat rambat bunyi (v) juga sama. Frekuensi nada dasar pipa organa terbuka adalah f_terbuka = v/(2L). Frekuensi nada dasar pipa organa tertutup adalah f_tertutup = v/(4L). Dari rumus ini terlihat bahwa f_terbuka = 2 * f_tertutup. Jadi, frekuensi nada dasar pipa organa terbuka akan selalu dua kali lipat frekuensi nada dasar pipa organa tertutup jika panjangnya sama. Oleh karena itu, keduanya tidak mungkin menghasilkan nada dasar dengan frekuensi yang sama.
4. Sebuah pipa organa tertutup menghasilkan frekuensi nada atas kedua sebesar 1200 Hz. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s, tentukan panjang pipa tersebut dan frekuensi nada dasarnya!
   Pembahasan:
   Pipa organa tertutup, nada atas kedua berarti harmonisa ke-5 (n=3 dalam rumus (2n-1)). Jadi f₅ = (2(3)-1)v/(4L) = 5v/(4L). Diketahui f₅ = 1200 Hz dan v = 340 m/s. 1200 = 5 * 340 / (4L) 1200 = 1700 / (4L) 4L = 1700 / 1200 = 17/12 L = (17/12) / 4 = 17/48 meter ≈ 0.354 meter. Frekuensi nada dasar (f₁) pipa organa tertutup adalah f₁ = v/(4L). f₁ = 340 / (4 * 17/48) = 340 / (17/12) = 340 * 12 / 17 = 20 * 12 = 240 Hz. Jadi, panjang pipa adalah 17/48 meter (sekitar 35.4 cm) dan frekuensi nada dasarnya adalah 240 Hz.
5. Bagaimana perubahan suhu udara dapat mempengaruhi frekuensi nada yang dihasilkan oleh pipa organa, dan mengapa demikian? Jelaskan dengan menggunakan konsep fisika!
   Pembahasan:
   Perubahan suhu udara sangat mempengaruhi frekuensi nada yang dihasilkan oleh pipa organa. Cepat rambat bunyi (v) di udara bergantung pada suhu. Secara umum, v berbanding lurus dengan akar kuadrat suhu mutlak (v ∝ √T). Jika suhu udara meningkat, cepat rambat bunyi (v) akan meningkat. Karena frekuensi (f) berbanding lurus dengan cepat rambat bunyi (f = v/λ), maka peningkatan v akan menyebabkan peningkatan frekuensi nada yang dihasilkan oleh pipa organa, asalkan panjang pipa (L) dan mode resonansi (n) tetap. Sebaliknya, penurunan suhu akan menurunkan cepat rambat bunyi dan, akibatnya, menurunkan frekuensi nada. Ini karena panjang pipa tetap, sehingga panjang gelombang resonansi juga tetap (atau sedikit berubah karena pemuaian/penyusutan pipa, tetapi efeknya jauh lebih kecil dibandingkan perubahan v).

D. Menjodohkan