Pengertian Resonansi dalam Fisika
Resonansi adalah fenomena fisika di mana suatu sistem bergetar dengan amplitudo maksimum ketika frekuensi gaya pendorong eksternal sama atau mendekati frekuensi alami sistem tersebut. Fenomena ini dapat terjadi pada berbagai jenis gelombang, termasuk gelombang bunyi, gelombang elektromagnetik, dan getaran mekanis. Dalam kehidupan sehari-hari, resonansi dapat ditemukan pada alat musik, radio, hingga struktur bangunan.
Soal Pilihan Ganda
- Apa yang dimaksud dengan resonansi dalam fisika?
- Peristiwa pemantulan gelombang.
- Peristiwa pembiasan gelombang.
- Peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena adanya benda lain yang bergetar dengan frekuensi yang sama.
- Peristiwa perpaduan dua gelombang.
- Peristiwa melambatnya gelombang.
- Syarat utama terjadinya resonansi adalah…
- Frekuensi sumber lebih besar dari frekuensi alami.
- Frekuensi sumber lebih kecil dari frekuensi alami.
- Frekuensi sumber sama dengan frekuensi alami sistem.
- Amplitudo sumber harus sangat kecil.
- Sistem harus berada di ruang hampa.
- Berikut ini adalah contoh peristiwa resonansi dalam kehidupan sehari-hari, kecuali…
- Senar gitar yang bergetar saat dipetik.
- Gelas pecah karena suara penyanyi.
- Ayunan bandul yang semakin tinggi amplitudonya jika didorong pada interval waktu yang tepat.
- Terjadinya gema di gua.
- Radio yang menangkap siaran pada frekuensi tertentu.
- Frekuensi resonansi fundamental (harmonik pertama) pada pipa organa terbuka dengan panjang L dan cepat rambat bunyi v adalah…
- f = v / 2L
- f = v / 4L
- f = 2v / L
- f = v / L
- f = 3v / 2L
- Untuk pipa organa tertutup, frekuensi resonansi harmonik pertama (fundamental) terjadi ketika panjang kolom udara L adalah…
- 1/2 panjang gelombang (λ).
- 1/4 panjang gelombang (λ).
- 1 panjang gelombang (λ).
- 3/4 panjang gelombang (λ).
- 2 panjang gelombang (λ).
- Sebuah dawai yang memiliki panjang L, massa m, dan tegangan T, frekuensi resonansi fundamentalnya dirumuskan sebagai…
- f = (1 / 2L) × √(T / μ) , di mana μ = m/L.
- f = (1 / L) × √(T / μ)
- f = (2 / L) × √(T / μ)
- f = (1 / 4L) × √(T / μ)
- f = (1 / 2L) × √(μ / T)
- Jika panjang kolom udara pada percobaan resonansi ditingkatkan, apa yang terjadi pada frekuensi resonansi yang dihasilkan?
- Frekuensi resonansi akan meningkat.
- Frekuensi resonansi akan menurun.
- Frekuensi resonansi tidak berubah.
- Frekuensi resonansi bisa naik atau turun tergantung cepat rambat bunyi.
- Frekuensi resonansi hanya dipengaruhi oleh suhu.
- Dalam rangkaian RLC seri, frekuensi sudut resonansi (ω₀) terjadi ketika…
- Reaktansi induktif (XL) lebih besar dari reaktansi kapasitif (XC).
- Reaktansi induktif (XL) lebih kecil dari reaktansi kapasitif (XC).
- Reaktansi induktif (XL) sama dengan reaktansi kapasitif (XC).
- Impedansi rangkaian mencapai nilai maksimum.
- Arus dalam rangkaian mencapai nilai minimum.
- Pada kondisi resonansi dalam rangkaian RLC seri, pernyataan yang benar adalah…
- Impedansi rangkaian (Z) mencapai nilai maksimum.
- Faktor daya (cos φ) adalah nol.
- Arus efektif dalam rangkaian mencapai nilai minimum.
- Impedansi rangkaian (Z) sama dengan resistansi (R).
- Tegangan pada induktor dan kapasitor sefasa.
- Sebuah pipa organa terbuka memiliki panjang 0,5 m. Jika cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, frekuensi resonansi fundamental pipa organa tersebut adalah…
- 170 Hz
- 340 Hz
- 680 Hz
- 85 Hz
- 510 Hz
- Dawai gitar dengan panjang 1 m dan massa 10 gram ditegangkan dengan gaya 100 N. Frekuensi nada dasar (fundamental) dawai tersebut adalah… (Gunakan g = 10 m/s²)
- 50 Hz
- 100 Hz
- 200 Hz
- 25 Hz
- 150 Hz
- Salah satu efek resonansi yang merugikan adalah…
- Penggunaan speaker untuk menghasilkan suara.
- Pecahnya jembatan Tacoma Narrows akibat angin.
- Penyetelan radio untuk menangkap siaran.
- Penggunaan garpu tala untuk menentukan nada.
- Getaran pada senar biola.
- Pemanfaatan resonansi dalam teknologi dapat dilihat pada…
- Fenomena pelangi.
- Prinsip kerja mikroskop.
- Penyetelan frekuensi pada radio.
- Terjadinya fatamorgana.
- Pembiasan cahaya pada prisma.
- Ketika frekuensi sumber getaran sama dengan frekuensi alami suatu benda, maka benda tersebut akan…
- Bergetar dengan amplitudo minimum.
- Bergetar dengan amplitudo maksimum.
- Tidak bergetar sama sekali.
- Mengalami peredaman getaran.
- Mengubah frekuensi alaminya.
- Manakah pernyataan yang paling tepat mengenai resonansi?
- Resonansi hanya terjadi pada gelombang bunyi.
- Resonansi selalu menyebabkan kerusakan.
- Resonansi adalah fenomena di mana amplitudo getaran mencapai maksimum.
- Resonansi tidak memerlukan frekuensi yang sama antara sumber dan sistem.
- Resonansi hanya terjadi pada rangkaian listrik.
- Jembatan Tacoma Narrows runtuh karena resonansi. Gaya eksternal yang menyebabkan resonansi pada kasus ini adalah…
- Gaya gravitasi.
- Gaya gesek.
- Gaya dorong air.
- Gaya angin.
- Gaya tarik bumi.
- Dalam alat musik seperti gitar atau biola, resonansi berperan penting dalam…
- Mengubah warna suara (timbre) instrumen.
- Memperkuat suara yang dihasilkan oleh senar.
- Meredam getaran senar.
- Mempercepat laju rambat gelombang suara.
- Mengurangi konsumsi energi saat bermain.
- Bagaimana prinsip resonansi diterapkan pada pesawat radio untuk memilih stasiun tertentu?
- Dengan mengubah cepat rambat gelombang radio.
- Dengan menyesuaikan frekuensi osilator internal radio agar sama dengan frekuensi stasiun.
- Dengan mengubah panjang antena radio.
- Dengan memfilter semua frekuensi kecuali yang diinginkan.
- Dengan meningkatkan amplitudo semua sinyal yang masuk.
- Faktor-faktor berikut ini yang tidak mempengaruhi frekuensi resonansi pada dawai adalah…
- Panjang dawai.
- Massa jenis dawai.
- Tegangan dawai.
- Suhu lingkungan.
- Luas penampang dawai.
- Untuk pipa organa, faktor yang paling utama mempengaruhi frekuensi resonansi adalah…
- Massa jenis udara.
- Cepat rambat bunyi dan panjang pipa.
- Tekanan udara.
- Kelembaban udara.
- Luas penampang pipa.
Soal Isian Singkat
- Peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena benda lain bergetar dengan frekuensi yang sama disebut…
- Contoh resonansi yang bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari adalah…
- Pada rangkaian RLC seri, kondisi resonansi terjadi ketika nilai reaktansi induktif sama dengan nilai reaktansi…
- Untuk pipa organa tertutup, resonansi pertama terjadi ketika panjang kolom udara adalah … dari panjang gelombang.
- Frekuensi resonansi pada dawai berbanding terbalik dengan …
Soal Uraian
- Jelaskan secara rinci apa itu resonansi dan berikan dua contoh aplikasinya dalam teknologi atau kehidupan sehari-hari!
- Bandingkan kondisi resonansi pada pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup. Tuliskan rumus frekuensi resonansi fundamental untuk keduanya!
- Sebuah dawai gitar memiliki panjang L. Jelaskan bagaimana Anda dapat mengubah frekuensi resonansi fundamental dawai tersebut tanpa mengubah panjangnya!
- Jelaskan mengapa resonansi dapat menjadi fenomena yang merugikan dan berikan contohnya!
- Sebuah rangkaian RLC seri memiliki R = 10 Ω, L = 100 mH, dan C = 10 μF. Hitunglah frekuensi resonansi rangkaian tersebut! (Gunakan π = 3,14)
Soal Menjodohkan
Jodohkan pernyataan di kolom A dengan jawaban yang tepat di kolom B.
| Kolom A (Pernyataan) | Kolom B (Jawaban) |
|---|---|
| 1. Pipa organa terbuka | A. Hanya menghasilkan harmonik ganjil |
| 2. Pipa organa tertutup | B. Frekuensi alami sistem |
| 3. Frekuensi resonansi | C. Menghasilkan harmonik ganjil dan genap |
| 4. Amplitudo getaran maksimum | D. Kondisi terjadinya resonansi |
Kunci Jawaban
Pilihan Ganda
- C. Peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena adanya benda lain yang bergetar dengan frekuensi yang sama.
Penjelasan: Ini adalah definisi paling tepat untuk resonansi, yaitu fenomena di mana suatu sistem bergetar dengan amplitudo maksimum ketika frekuensi eksternal cocok dengan frekuensi alaminya.
- C. Frekuensi sumber sama dengan frekuensi alami sistem.
Penjelasan: Resonansi terjadi ketika frekuensi gaya pendorong (sumber) sama dengan frekuensi alami (natural frequency) sistem, menyebabkan transfer energi yang efisien dan amplitudo getaran yang besar.
- D. Terjadinya gema di gua.
Penjelasan: Gema adalah fenomena pemantulan bunyi, bukan resonansi. Pilihan A, B, C, dan E adalah contoh-contoh resonansi.
- A. f = v / 2L
Penjelasan: Untuk pipa organa terbuka, frekuensi nada dasar (fundamental) adalah f = v / 2L. Harmonik berikutnya adalah kelipatan bulat dari frekuensi dasar (2f, 3f, dst).
- B. 1/4 panjang gelombang (λ).
Penjelasan: Pada pipa organa tertutup, resonansi fundamental (nada dasar) terjadi ketika panjang kolom udara (L) adalah 1/4 dari panjang gelombang (λ), atau L = λ/4.
- A. f = (1 / 2L) × √(T / μ) , di mana μ = m/L.
Penjelasan: Ini adalah rumus frekuensi nada dasar pada dawai (Hukum Melde). T adalah tegangan dawai dan μ adalah massa per satuan panjang dawai.
- B. Frekuensi resonansi akan menurun.
Penjelasan: Untuk pipa organa, frekuensi berbanding terbalik dengan panjang kolom udara (f ~ 1/L). Jadi, jika L meningkat, f akan menurun.
- C. Reaktansi induktif (XL) sama dengan reaktansi kapasitif (XC).
Penjelasan: Pada resonansi dalam rangkaian RLC seri, XL = XC, yang menyebabkan impedansi rangkaian menjadi minimum (Z = R) dan arus maksimum.
- D. Impedansi rangkaian (Z) sama dengan resistansi (R).
Penjelasan: Saat resonansi, XL = XC, sehingga impedansi Z = √(R² + (XL – XC)²) menjadi Z = √(R² + 0) = R. Ini adalah nilai impedansi minimum.
- B. 340 Hz
Penjelasan: Untuk pipa organa terbuka, f = v / 2L = 340 m/s / (2 × 0,5 m) = 340 / 1 = 340 Hz.
- A. 50 Hz
Penjelasan: μ = m/L = 0,01 kg / 1 m = 0,01 kg/m. f = (1 / 2L) × √(100 N / 0,01 kg/m) = 1/2 × √(10000) = 1/2 × 100 = 50 Hz.
- B. Pecahnya jembatan Tacoma Narrows akibat angin.
Penjelasan: Jembatan Tacoma Narrows runtuh pada tahun 1940 akibat resonansi aeroelastik yang disebabkan oleh angin. Ini adalah contoh klasik resonansi yang merugikan.
- C. Penyetelan frekuensi pada radio.
Penjelasan: Radio menggunakan prinsip resonansi untuk memilih frekuensi siaran tertentu. Rangkaian LC di dalam radio disetel agar beresonansi dengan frekuensi gelombang radio yang diinginkan.
- B. Bergetar dengan amplitudo maksimum.
Penjelasan: Ini adalah ciri khas resonansi. Ketika frekuensi sumber dan frekuensi alami cocok, transfer energi menjadi sangat efisien, menyebabkan amplitudo getaran mencapai puncaknya.
- C. Resonansi adalah fenomena di mana amplitudo getaran mencapai maksimum.
Penjelasan: Pilihan C adalah definisi dan karakteristik utama resonansi. Resonansi tidak hanya terjadi pada bunyi atau listrik, dan tidak selalu menyebabkan kerusakan, serta memerlukan frekuensi yang sama.
- D. Gaya angin.
Penjelasan: Angin menyebabkan getaran pada jembatan. Ketika frekuensi getaran angin cocok dengan frekuensi alami jembatan, terjadilah resonansi yang mengakibatkan kerusakan struktural.
- B. Memperkuat suara yang dihasilkan oleh senar.
Penjelasan: Kotak resonansi pada alat musik seperti gitar atau biola berfungsi untuk memperkuat getaran senar, sehingga suara yang dihasilkan lebih keras dan terdengar jelas.
- B. Dengan menyesuaikan frekuensi osilator internal radio agar sama dengan frekuensi stasiun.
Penjelasan: Saat kita menyetel radio, kita sebenarnya mengubah frekuensi alami rangkaian penerima radio agar sama dengan frekuensi gelombang radio dari stasiun yang ingin didengarkan, sehingga terjadi resonansi dan sinyal diterima dengan kuat.
- D. Suhu lingkungan.
Penjelasan: Frekuensi resonansi dawai dipengaruhi oleh panjang dawai (L), tegangan (T), dan massa per satuan panjang (μ). Suhu lingkungan secara tidak langsung bisa mempengaruhi T atau μ, tetapi bukan faktor langsung dalam rumus dasar frekuensi dawai.
- B. Cepat rambat bunyi dan panjang pipa.
Penjelasan: Rumus frekuensi resonansi pipa organa (terbuka atau tertutup) secara langsung melibatkan cepat rambat bunyi (v) dan panjang pipa (L). Faktor lain seperti suhu, tekanan, atau kelembaban udara akan mempengaruhi v, tetapi v dan L adalah parameter utama.
Isian Singkat
- Resonansi
- Penyetelan radio / alat musik (gitar, biola) / garpu tala
- Kapasitif
- 1/4 (seperempat)
- Panjang dawai (atau akar dari massa per satuan panjang)
Uraian
-
Resonansi adalah fenomena di mana suatu sistem bergetar dengan amplitudo maksimum ketika frekuensi gaya pendorong eksternal sama atau sangat dekat dengan frekuensi alami sistem tersebut. Hal ini menyebabkan transfer energi yang sangat efisien dari sumber ke sistem.
Dua contoh aplikasinya:
- Radio: Saat menyetel radio, kita mengubah frekuensi alami rangkaian penerima radio agar sesuai dengan frekuensi gelombang radio dari stasiun yang diinginkan, sehingga sinyal stasiun tersebut dapat diterima dengan jelas.
- Alat Musik (Gitar/Biola): Kotak resonansi pada alat musik senar berfungsi untuk memperkuat getaran senar, sehingga menghasilkan suara yang lebih keras dan kaya.
-
Pipa Organa Terbuka: Kedua ujung pipa terbuka, sehingga pada kedua ujung tersebut selalu terbentuk perut gelombang. Harmoni yang dihasilkan adalah harmonik ganjil dan genap (nada dasar, nada atas 1, nada atas 2, dst). Rumus frekuensi resonansi fundamental (nada dasar): f₀ = v / 2L
Pipa Organa Tertutup: Satu ujung pipa terbuka (terbentuk perut gelombang) dan satu ujung tertutup (terbentuk simpul gelombang). Harmoni yang dihasilkan hanya harmonik ganjil (nada dasar, nada atas 1, nada atas 3, dst). Rumus frekuensi resonansi fundamental (nada dasar): f₀ = v / 4L
-
Untuk mengubah frekuensi resonansi fundamental dawai tanpa mengubah panjangnya (L), kita bisa menggunakan rumus frekuensi dawai: f = (1 / 2L) × √(T / μ). Dari rumus ini, ada dua parameter yang bisa diubah:
- Tegangan (T): Meningkatkan tegangan dawai (T) akan meningkatkan frekuensi resonansi, dan sebaliknya.
- Massa per satuan panjang (μ): Menggunakan dawai dengan massa per satuan panjang (μ) yang lebih kecil akan meningkatkan frekuensi resonansi, dan sebaliknya. Massa per satuan panjang ini tergantung pada massa jenis bahan dawai dan luas penampangnya.
-
Resonansi dapat menjadi fenomena yang merugikan karena ketika suatu struktur atau sistem beresonansi dengan frekuensi eksternal, amplitudo getarannya bisa menjadi sangat besar, melampaui batas elastisitas material dan menyebabkan kerusakan atau kehanchan.
Contoh: Runtuhnya jembatan Tacoma Narrows pada tahun 1940. Jembatan ini bergetar hebat dan akhirnya runtuh akibat resonansi aeroelastik yang disebabkan oleh frekuensi angin yang sama dengan frekuensi alami jembatan.
-
Diketahui: R = 10 Ω, L = 100 mH = 0,1 H, C = 10 μF = 10 × 10⁻⁶ F = 10⁻⁵ F
Rumus frekuensi resonansi pada rangkaian RLC seri adalah f₀ = 1 / (2π√LC)
f₀ = 1 / (2 × 3,14 × √(0,1 × 10⁻⁵))
f₀ = 1 / (6,28 × √(10⁻⁶))
f₀ = 1 / (6,28 × 10⁻³)
f₀ = 1000 / 6,28
f₀ ≈ 159,24 Hz
Jadi, frekuensi resonansi rangkaian tersebut adalah sekitar 159,24 Hz.
Menjodohkan
- Pipa organa terbuka (C. Menghasilkan harmonik ganjil dan genap)
- Pipa organa tertutup (A. Hanya menghasilkan harmonik ganjil)
- Frekuensi resonansi (B. Frekuensi alami sistem)
- Amplitudo getaran maksimum (D. Kondisi terjadinya resonansi)