Hukum Doppler merupakan salah satu materi esensial dalam mata pelajaran Fisika, khususnya pada bab Gelombang Bunyi. Memahami konsep ini tidak cukup hanya dengan menghafal rumus, tetapi juga memerlukan latihan soal yang intensif untuk memahami bagaimana frekuensi berubah berdasarkan pergerakan sumber bunyi dan pendengar.

Artikel ini akan membahas secara mendalam mengenai rumus hukum Doppler, tips mengerjakan soal, serta kumpulan contoh soal hukum Doppler beserta pembahasannya yang lengkap dan mudah dipahami.

Memahami Konsep Dasar Hukum Doppler

Efek Doppler adalah fenomena perubahan frekuensi gelombang yang diterima oleh pengamat ketika terjadi gerak relatif antara sumber gelombang dan pengamat. Fenomena ini paling sering kita jumpai pada gelombang bunyi, misalnya saat sebuah ambulans yang membunyikan sirine mendekati kita, suaranya akan terdengar lebih tinggi (melengking), dan ketika menjauh, suaranya akan terdengar lebih rendah (berat).

baca juga:contoh soal konveksi beserta penyelesaiannya, mulai dari bentuk sederhana hingga yang melibatkan perhitungan.

Secara matematis, hubungan antara frekuensi sumber dan frekuensi yang didengar oleh pengamat dirumuskan sebagai berikut:

$$f_p = \frac{v \pm v_p}{v \pm v_s} \cdot f_s$$

Keterangan variabel:

• $f_p$: Frekuensi yang didengar oleh pendengar (Hz)
• $f_s$: Frekuensi yang dipancarkan oleh sumber bunyi (Hz)
• $v$: Cepat rambat bunyi di udara (m/s)
• $v_p$: Kecepatan pendengar (m/s)
• $v_s$: Kecepatan sumber bunyi (m/s)

Aturan Tanda dalam Hukum Doppler

Salah satu tantangan terbesar dalam mengerjakan contoh soal hukum Doppler adalah menentukan tanda positif (+) atau negatif (-) pada kecepatan pendengar dan sumber. Berikut adalah panduan mudahnya:

1. Kecepatan Pendengar ($v_p$):

• Bernilai (+) jika pendengar mendekati sumber bunyi.
• Bernilai (-) jika pendengar menjauhi sumber bunyi.
• Bernilai (0) jika pendengar diam.

2. Kecepatan Sumber ($v_s$):

• Bernilai (-) jika sumber mendekati pendengar.
• Bernilai (+) jika sumber menjauhi pendengar.
• Bernilai (0) jika sumber diam.

Tips menghafal: Bayangkan jika “mendekat” adalah hal yang diinginkan. Pendengar ingin mendekat (positif), sedangkan sumber yang mendekat berarti mengurangi jarak di penyebut (negatif) agar hasil frekuensi pendengar menjadi lebih besar.

Kumpulan Contoh Soal Hukum Doppler dan Pembahasannya

Berikut adalah variasi soal yang sering muncul dalam ujian sekolah maupun seleksi masuk perguruan tinggi.

Contoh Soal 1: Pendengar Diam dan Sumber Mendekat

Sebuah mobil pemadam kebakaran bergerak dengan kecepatan 20 m/s sambil membunyikan sirine dengan frekuensi 720 Hz. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s, berapakah frekuensi yang didengar oleh seseorang yang berdiri di pinggir jalan saat mobil tersebut mendekat?

Pembahasan:

Diketahui:

• $v_s = 20$ m/s (sumber mendekat, maka bernilai negatif)
• $f_s = 720$ Hz
• $v = 340$ m/s
• $v_p = 0$ (pendengar diam)

Jawab:

$$f_p = \frac{v + 0}{v – v_s} \cdot f_s$$

$$f_p = \frac{340}{340 – 20} \cdot 720$$

$$f_p = \frac{340}{320} \cdot 720$$

$$f_p = 1,0625 \cdot 720$$

$$f_p = 765$$

Hz

Jadi, frekuensi yang didengar oleh orang tersebut adalah 765 Hz.

Contoh Soal 2: Sumber dan Pendengar Saling Menjauh

Sebuah kereta api bergerak menjauhi stasiun dengan kecepatan 30 m/s sambil membunyikan peluit dengan frekuensi 600 Hz. Di saat yang sama, seorang calon penumpang di peron berlari menjauhi kereta dengan kecepatan 5 m/s karena takut akan kebisingan. Jika cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, hitunglah frekuensi yang didengar penumpang tersebut.

Pembahasan:

Diketahui:

• $v_s = 30$ m/s (sumber menjauh, maka bernilai positif)
• $v_p = 5$ m/s (pendengar menjauh, maka bernilai negatif)
• $f_s = 600$ Hz
• $v = 340$ m/s

Jawab:

$$f_p = \frac{v – v_p}{v + v_s} \cdot f_s$$

$$f_p = \frac{340 – 5}{340 + 30} \cdot 600$$

$$f_p = \frac{335}{370} \cdot 600$$

$$f_p \approx 0,9054 \cdot 600$$

$$f_p \approx 543,24$$

Hz

Jadi, frekuensi yang didengar penumpang adalah sekitar 543,24 Hz.

Contoh Soal 3: Menentukan Kecepatan Sumber Bunyi

Seseorang berdiri di pinggir jalan mendengar suara klakson motor dengan frekuensi 800 Hz. Jika frekuensi asli klakson adalah 750 Hz dan cepat rambat bunyi 340 m/s, berapakah kecepatan motor tersebut jika ia bergerak mendekati pendengar?

Pembahasan:

Diketahui:

• $f_p = 800$ Hz
• $f_s = 750$ Hz
• $v = 340$ m/s
• $v_p = 0$

Jawab:

$$800 = \frac{340}{340 – v_s} \cdot 750$$

$$\frac{800}{750} = \frac{340}{340 – v_s}$$

$$1,0667 = \frac{340}{340 – v_s}$$

$$1,0667(340 – v_s) = 340$$

$$362,678 – 1,0667v_s = 340$$

$$22,678 = 1,0667v_s$$

$$v_s = 21,26$$

m/s

Jadi, kecepatan motor tersebut adalah 21,26 m/s.

Pengaruh Angin dalam Hukum Doppler

Dalam beberapa kasus soal tingkat lanjut, kecepatan angin ($v_a$) juga diperhitungkan. Jika angin bertiup dari sumber ke pendengar, kecepatannya ditambah ke $v$. Jika berlawanan, maka dikurangi. Rumusnya menjadi:

$$f_p = \frac{(v \pm v_a) \pm v_p}{(v \pm v_a) \pm v_s} \cdot f_s$$

Mengapa Belajar Hukum Doppler Penting?

Aplikasi hukum Doppler tidak hanya terbatas pada soal di buku sekolah. Konsep ini digunakan dalam berbagai teknologi modern:

1. Radar Polisi: Untuk mengukur kecepatan kendaraan di jalan raya.
2. Kedokteran (Ekokardiogram): Mengukur kecepatan aliran darah dalam jantung menggunakan gelombang ultrasonik.
3. Astronomi: Menentukan apakah sebuah bintang atau galaksi sedang bergerak mendekati atau menjauhi bumi (pergeseran merah dan pergeseran biru).
4. Meteorologi: Radar Doppler digunakan untuk memantau pergerakan awan dan memprediksi cuaca secara akurat.

baca juga:Mahasiswi Informatika Universitas Teknokrat Indonesia Raih Juara III Nasional Desain Poster di IPB University

Kesimpulan

Hukum Doppler adalah alat yang sangat berguna untuk memahami dinamika gelombang dalam kehidupan sehari-hari. Kunci utama dalam menyelesaikan contoh soal hukum Doppler adalah ketelitian dalam menentukan arah gerak objek dan pemilihan tanda (+) atau (-) pada rumus. Dengan banyak berlatih menggunakan variasi soal di atas, Anda akan lebih siap menghadapi ujian fisika.

penulis:ilham