MATERI EFEK DOPPLER DAN APLIKASINYA

   A. Pengertian Efek Doppler
 
     Secara umum, efek doppler dialami ketika ada suatu gerak relatif antara sumber gelombang dan pengamat. Ketika sumber bunyi dan pengamat bergerak saling mendekati, pengamat mendengar frekuensi bunyi yang lebih tinggi daripada frekuensi bunyi yang dipancarkan sumber tanpa adanya gerak relatif. Ketika sumber bunyi dan pengamat bergerak saling menjauhi, pengamat mendengar frekuensi bunyi yang lebih rendah daripada frekuensi sumber bunyi tanpa adanya gerak relatif.

      Efek Doppler, dinamakan mengikuti tokoh fisika, Christian Johann Doppler. Efek Doppler adalah perubahan frekuensi atau panjang gelombang dari sebuah sumber gelombang yang diterima oleh pengamat, jika sumber suara/gelombang tersebut bergerak relatif terhadap pengamat/pendengar. Untuk gelombang yang umum dijumpai, seperti gelombang suara yang menjalar dalam medium udara, perhitungan dari perubahan frekuensi ini, memerlukan kecepatan pengamat dan kecepatan sumber relatif terhadap medium di mana gelombang itu disalurkan.

 B.     Rumus Efek Doppler

    Efek doppler dialami ketika ada gerak relatif antar sumber bunyi dan pengamat. Jika cepat rambat bunyi diudara saat itu adalah v, kecepatan pengamat vp dan kecepatan sumber bunyi vs dan frekuensi yang dipancarkan sumber adalah fs, maka secara perhitungan frekuensi yang didengar oleh pengamat adalah:

 

fp= frekuensi pendengar (Hz) 

fs = frekuensi sumber (Hz) 

v = kecepatan bunyi di udara (340 m/s) 

vp = kecepatan pendengar (m/s) 

vs = kecepatan sumber (m/s) 

1. Sumber Bunyi Bergerak dan Pengamat Diam

     Jika sumber bunyi diam terhadap pengamat yang juga diam, frekuensi yang terdengar oleh pengamat sama dengan frekuensi yang di pancarkan oleh sumber bunyi. Frekuensi yang terdengar oleh pengamat akan berbeda jika ada gerak relatif antara sumber bunyi dan pengamat.

     Untuk kasus sumber bunyi bergerak dan pengamat diam, frekuensi yang terdengar oleh pengamat dapat dirumuskan sebagai berikut.

a. Sumber Bunyi Bergerak Mendekat dan Pengamat Diam

Dengan :
fs = frekuensi sumber bunyi (Hz)
fp = frekuensi yang didengar oleh pengamat (Hz)
v  = kecepatan bunyi di udara (340 m/s)
vs = kecepatan sumber bunyi (m/s)
vp = kecepatan pendengar (m/s)

b. Sumber Bunyi Bergerak Menjauh Dan Pengamat Diam

Dengan
fs = frekuensi sumber bunyi (Hz)
fp = frekuensi yang didengar oleh pengamat (Hz)
v  = kecepatan bunyi di udara (340 m/s)
vs = kecepatan sumber bunyi (m/s)
vp = kecepatan pendengar (m/s)

Contoh soal:

Bagus berdiri di tepi jalan. Dari kejauhan datang sebuah mobil ambulan bergerak mendekati bagus, kemudian lewat didepannya, lalu menjauhinya dengan kecepatan tetap 20 m/s. Jika frekuensi sirine yang dipancarkan mobil ambulan 8.640 Hz, dan kecepatan gelombang bunyi di udara 340m/s, tentukanlah frekuensi sirine yang didengarkan bagus pada saat mobil ambulan mendekati dan menjauhi Bagus!

Diketahui :
V=340 ms-1; vs= 20 ms-1; dan fs = 8.640 Hz

a. Pada saat mobil ambulan mendekati Bagus.
fp= v/(v-vs ) fs ----------- fp= ((340 ms-1)/(340 ms-1- 20 ms-1) 8.640 Hz = 9.180 Hz
b. Pada saat mobil ambulan menjauhi Bagus.
fp= v/(v+ vs ) fs ----------- fp= (340 ms-1)/(340 ms-1)+ 20 ms-1 ) 8.640 Hz = 8.160 Hz

Jadi pada saat mobil ambulan mendekati Bagus, frekuensi sirine yang terdengar 9.180 Hz. Akan tetapi, pada saat mobil ambulan menjauhi Bagus mendengar frekuensi sirine sebesar 8.160 Hz.

2. Sumber Bunyi Diam dan Pengamat Bergerak
Jika pengamat bergerak dan sumber bunyi diam, frekuensi yang terdengar oleh pengamat berbeda dengan frekuensi yang dipancarkan sumber bunyi. Frekuensi yang terdengar tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut:

a. Sumber Bunyi Diam Dan Pengamat Bergerak Mendekat

b. Sumber Bunyi Diam Dan Pengamat Bergerak Menjauh

 

Contoh Soal:
Deretan gerbong kereta api yang ditarik oleh sebuah lokomotif bergerak meninggalkan stasiun tanjung Karang dengan kelajuan 36 km/jam. Ketika itu, seorang petugas di stasiun meniup peluit dengan frekuensi 1.700 Hz. Jika kecepatan perambatan gelombang bunyi di udara 340 m/s, tentukanlah frekuensi bunyi peluit yang didengar oleh seorang pengamat didalam kereta api!

Diketahui : vp = 36 Km/jam = 10m/s ; vs= 340 m/s; fs = 1.700 Hz
Ditanya : fp…….?
Jawab:
 fp = [(v - vp)/v] fs
     = {(340 m/s - 10m/s)/340 m/s} x 1.700 Hz = 1650 Hz

Jadi frekuensi peluit yang terdengar oleh pengamat dalam kereta api sebesar 1.650 Hz.

3. Sumber Bunyi dan Pengamat Bergerak
Jika salah satu dari pengamat atau sumber bunyi mendekati , fp > fs;
Jika salah satu dari pengamat atau sumber bunyi menjauhi, fp < fs ;
Secara umum, persamaan Efek Doppler untuk sumber bunyi s dan pengamat p (keduanya bergerak) adalah :

a. Sumber bunyi bergerak mendekat dan pengamat mendekat

b. Sumber bunyi bergerak menjauh dan pengamat bergerak menjauh

c. Sumber bunyi bergerak mendekat dan pengamat bergerak menjauh

d. Sumber bunyi bergerak menjauh dan pengamat bergerak mendekat

Contoh soal :

Sebuah mobil sirine melintas dengan kecepatan 10m/s dengan frekuensi bunyi 400Hz. Kemudian dari arah yang berlawanan melintas seorang pengendara motor melintas dengan kecepatan 5 m/s. Tentukan frekuensi suara sirine yang didengar oleh pengendara sepeda motor saat mendekati dan menjauhi. 

jawab: 

diketahui:  Vs : 10 m/s 

                   fs : 400Hz

Vp : 5 m/s

 V : 340 m/s

ditanya :   1. fp mendekat……?

                 2. fp menjauh…….? 

jawab :

                    

  

Jadi, pada saat pendengar dan sumber suara mendekat frekuensi suara yang didengar oleh pendengar adalah 418,18 Hz, dan pada saat pendengar dan sumber suara saling menjauh frekuensi suara yang didengar oleh pendengar adalah 382,9 Hz.

4. Sumber Bunyi Diam Dan Pengamat Diam
Jika pengamat diam dan sumber bunyi diam , fp = fs;
Jika s dan p sama – sama diam, vs = 0 dan vp= 0 →fp = fs.

A. Gelombang Elektromagnetik

     Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walau tidak ada medium. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang, frekuensi, amplitude, kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya.

B. Efek doppler untuk gelombang elektromagnetik

     Di SLTA kita telah mempelajari Efek dopler tentang bunyi, dimana pertabahan tinggi nada terjadi, jika sumber bunyi mendekati kita, dan menurun jika sumber bunyi menjauhi kita atau kita menjauhi sumber bunyi, hal ini dirumuskan dalam persamaan :

keterangan :

f = frekuensi pengamat, = frekuensi sumber
c = kelajuan bunyi, V = kelajuan sumber, v = kelajuan pengamat
v + (positif), jika ia bergerak ke arah sumber dan sebaliknya.
V + (positif), jika ia ke arah pengamat dan sebaliknya.

Kita dapat mengalisa efek Doppler cahaya dengan memandang sumber cahaya sebagai lonceng berdetik kali per sekon dan memancarkan cahaya pada setiap detik. Ada beberapa persamaan efek doppler untuk cahaya yaitu:

      1.     Pengamat menjauhi sumber cahaya.

Pengamat menempuh jarak vt menjauhi sumber antara dua tik.  Hal ini berarti cahaya dari suatu tik tertentu mengambil waktu vt/c lebih panjang untuk sampai kepadanya dibandingkan sebelumnya.  Jadi total waktu antara kedatangan gelombang yang berurutan adalah 

      2.      Pengamat mendekati sumber cahaya

            Dengan cara yang sama pada langkah 2 adalah 

 

Contoh soal

1.  Sebuah pesawat angkasa yang menjauhi bumi pada kelajuan 0,97c memancarkan data dengan laju 10⁴ pulsa/s.  Pada laju berapa data itu diterima?

Jawab :  Pesawat menjauhi bumi/pengamat, berarti 

C.  Aplikasi Efek Doppler dalam Kehidupan Sehari-hari

1.   Radar (Radio Detection and Ranging)

Secara umum dalam teknologi radar terdapat tiga komponen utama yaitu antena, transmitter, dan receiver. Antena radar adalah suatu antena reflektor berbentuk parabola yang menyebarkan energi elektromagnetik dari titik fokusnya dan dicerminkan melalui permukaan yang berbentuk parabola sebagai berkas sempit (gbr.A). Antena radar merupakan dwikutub (gbr.B). Input sinyal yang masuk dijabarkan dalam bentuk phased-array yang merupakan sebaran unsur-unsur objek yang tertangkap antena dan kemudian diteruskan ke pusat sistem radar. Transmitter pada sistem radar berfungsi untuk memancarkan gelombang elektromagnetik melalui reflektor antena agar sinyal objek yang berada pada daerah tangkapan radar dapat dikenali. Sedangkan Receiver pada sistem radar berfungsi untuk menerima pantulan kembali gelombang elektromagnetik dari sinyal objek yang tertangkap radar melalui reflektor antena, umumnya Receiver mempunyai kemampuan untuk menyaring sinyal agar sesuai dengan pendeteksian serta dapat menguatkan sinyal objek yang lemah dan meneruskan sinyal objek tersebut ke pemroses data dan sinyal serta menampilkan gambarnya di layar monitor. Dalam kehidupan sehari-hari banyak sekali aplikasi dari radar misalnya pada saat kita pergi ke pertokoan, mal, dan supermarket. Biasanya kita akan menemui pintu yang otomatis membuka saat ada yang mendekat. Pada saat ada yang mendekati ke pintu, gelombang mikro dipancarkan dan menumbuk tubuh kita kemudian gelombang mikro tersebut dipantulkan dan diterima oleh Receiver yang dihubungkan dengan program komputer yang secara otomatis memerintahkan pintu untuk membuka. Saat gelombang mikro yang dipancarkan tidak lagi dipantulkan, pintu diperintahkan untuk menutup kembali.

 

2. Di bidang kesehatan efek doppler digunakan utk memonitor aliran darah melalui pembuluh nadi utama. Gelombang ultrasonik frekuensi 5-10 MHz diarahkn menuju ke pembuluh nadi dan suatu penerima R akan mendeteksi sinyal hambur pantul. Freq tampak dari sinyal pantul yang diterima bergantung pada kecepatan aliran darah. Pengukuran ini efektif utk mendeteksi trombosis (penyempitan pembuluh darah) karena trombosis bisa menyebabkan perubahan yang cukup signifikan pada aliran darah.

3. Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat  walau tidak ada medium.

4. Efek doppler diaplikasikan oleh ilmuan pada alat USG (Ultrasonografi), dengan memanfaatkan gelombang pantul dan gelombang datang.

 

DAFTAR PUSTAKA

Anggrain, Elisa Apriliana. i.http://elisaaprilianaanggraini.blogspot.co.id/2014/02/materi-fisika-efek-doppler-pada-cahaya.html. pada tanggal 11 September 2015

Ari, W Aryandi. 2010. Aplikasi Radar. Diunduh dari http://aryandi28.blogspot.com pada tanggal 10 September 2015.

Fisika. 2010. Efek Doppler. Diunduh dari http://fisika79.wordpress.com pada tanggal 10 September 2015.

Kanginan, Marthen . 2006. Fisika untuk SMA Kelas XII Semester 1. Jakarta: Erlangga.

Mahmudin. 2009. Gambar Efek Doppler. Diunduh dari http://www.fisikamahmud.blogspot.com pada tanggal 12 september 2015.

Supiyanto. 2007. Fisika untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Phibeta.

https://fisikamemangasyik.wordpress.com/fisika-3/optik-fisis/b-efek-doppler-pada-cahaya/pada tanggal 11 September 2015