Gelombang bunyi merambat melalui interaksi antar atom, yang membatasi kecepatannya.
Setelah topik-topik lain diuraikan dengan berbagai judul artikel saya sebelumnya, kali ini saya akan mengulas topik Bunyi dari Fisika untuk Hiburan.
Bunyi adalah bagian dari pengalaman sensorik kita sehari-hari. Seperti halnya mata yang berfungsi mendeteksi cahaya dan warna, demikian pula kita dilengkapi dengan telinga yang berfungsi untuk mendeteksi bunyi.
Kita jarang meluangkan waktu untuk merenungkan karakteristik dan perilaku bunyi dan mekanisme produksi, perambatan (propagasi), dan deteksi bunyi. Dasar untuk memahami bunyi adalah fisika gelombang. Bunyi adalah gelombang yang dihasilkan oleh benda yang bergetar, yang kemudian merambat melalui sebuah medium dari satu tempat ke tempat lain.
Gelombang bisa digambarkan sebagai gangguan yang bergerak melalui medium, mengangkut energi dari satu tempat ke tempat lain. Medium hanyalah bahan yang melaluinya gangguan itu bergerak. Medium bisa dianggap sebagai serangkaian partikel yang berinteraksi.
Bunyi bisa dicirikan sebagai gelombang mekanis, gelombang longitudinal, dan gelombang tekanan. Penjelasan rinci tentang sifat-sifat bunyi bisa Anda temukan dalam buku-buku pembelajaran fisika SMA maupun universitas dan sebagaimana halnya topik-topik lain, di sini bunyi hanya akan tinjau dari aspek Fisika untuk Hiburan.
Kecepatan Bunyi
Bunyi merambat melalui medium udara dengan kecepatan 340 m/s. Jika perambatan ini yang jauh lebih lambat dari 340 m/s, maka ilusi pendengaran akan jauh lebih sering terjadi.
Misalkan bunyi merambat dengan kecepatan bukan 340 m/s tetapi 340 mm/s, yang lebih lambat dari kecepatan seseorang berjalan.
Lebih lanjut misalkan Anda sedang duduk di kursi berlengan dan mendengarkan sebuah kisah yang diceritakan oleh seorang teman yang memiliki kebiasaan mondar-mandir dalam ruangan sambil berbicara.
Dalam kondisi normal, hal ini tidak akan menjadi kendala. Tetapi jika kecepatan bunyi jauh lebih kecil, Anda tidak akan bisa memahami cerita teman Anda dengan tepat. Ucapan awal teman Anda akan disusul oleh lebih banyak ucapan dan menghasilkan bunyi campur aduk yang tidak koheren.
Ketika teman Anda mendekat, bunyi ucapannya akan mencapai Anda dalam urutan terbalik. Mula-mula Anda akan mendengar bunyi yang baru saja dia ucapkan, kemudian bunyi yang diucapkan tak lama sebelumnya, dan setelah itu bunyi yang diucapkan lebih awal lagi, dan seterusnya dan seterusnya.
Ini akan terjadi karena teman Anda yang mengucapkan bunyi akan mengalahkan kecepatan perambatannya dan mengucapkan lebih banyak lagi bunyi, yang selalu mendahului bunyi sebelumnya.
Percakapan yang Paling Lambat
Jika Anda berpikir bahwa kecepatan bunyi yang sebenarnya di udara, sepertiga kilometer per detik, cukup cepat, sekarang Anda harus mengubah pikiran Anda.
Misalkan Moskow dan Leningrad dihubungkan bukan dengan telepon listrik, tetapi dengan tabung bicara (speaking tube) biasa, seperti yang ada di kapal uap yang digunakan nakhoda untuk mengirimkan perintah ke ruang mesin.
Anda berada di ujung Leningrad dari tabung sepanjang 650 km ini dan teman Anda berada di ujung Moskow. Anda mengajukan pertanyaan dan menunggu jawabannya.
Sekitar 5 menit berlalu, lalu 10 menit, 15 menit, tetapi masih belum ada jawaban. Anda khawatir dan berpikir mungkin sesuatu telah terjadi kepada teman Anda.
Ketakutan Anda tidak beralasan. Pertanyaan Anda masih belum sampai ke Moskow, tapi baru setengah jalan.
Anda harus menunggu seperempat jam lagi sebelum teman Anda mendengar pertanyaan Anda, tetapi karena jawaban teman Anda akan memakan waktu setengah jam yang sama untuk pergi dari Moskow ke Leningrad, Anda akan mendengar pertanyaan Anda dijawab setelah satu jam kemudian.
Ini mudah untuk diverifikasi. Jarak yang ditempuh bunyi adalah 650 km dari Leningrad ke Moskow. Bunyi merambat dengan kecepatan 1/3 km/s. Akibatnya, dibutuhkan sekitar 2.160 detik atau 35 menit untuk melakukan perjalanan pergi.
Jika Anda berbicara dengan cara ini dari pagi hingga malam, Anda hampir tidak akan berhasil bertukar selusin kalimat.
Penyampaian Berita yang Paling Cepat
Akan tetapi, ada suatu masa ketika metode penyampaian berita seperti di atas dianggap sangat cepat. 100 tahun yang lalu tidak ada orang yang pernah membayangkan adanya telegraf dan telepon listrik.
Jika orang bisa mengirimkan berita melalui jarak 650 km dalam waktu beberapa jam, itu sudah dianggap ideal.
Konon ketika Tsar Paul I naik tahta, berita penobatannya, yang terjadi di Moskow, disampaikan ke ibukota utara St. Petersburg dengan cara berikut.
Para tentara ditempatkan di sepanjang jalan antara 2 ibukota itu dengan jarak 200 m satu sama lain.
Begitu lonceng katedral berbunyi, tentara terdekat menembakkan senjatanya ke udara. Begitu tentara berikutnya mendengar tembakan itu, dia pun menembakkan senjatanya. Yang ketiga melakukan hal yang sama, dan dengan demikian hanya butuh waktu 3 jam untuk menyampaikan berita itu ke St. Petersburg, 650 km jauhnya.
Jika seseorang bisa mendengar bunyi lonceng Moskow di Saint Peterburg, bunyi ini, seperti yang telah kita ketahui, akan mencapai ibukota utara setengah jam kemudian.
Ini berarti bahwa 2,5 jam dari 3 jam yang diperlukan untuk menyampaikan berita itu digunakan setiap tentara untuk mendengar senjata tentara di dekatnya dan membuat gerakan yang diperlukan untuk menembakkan senjatanya sendiri. Betapapun singkatnya penundaan, ribuan penundaan kecil ini bertambah hingga 2,5 jam.
Telegraf optik lama atau sistem semaphore didasarkan pada prinsip yang sama. Alat ini mengirimkan sinyal cahaya ke pos terdekat, yang kemudian menyampaikannya ke pos berikutnya, dan seterusnya.
Kepustakaan:
1. Perelman, Y., Physics for Entertainment, Book 2, Shkarovsky, A. (Transl.), Foreign Language Publishing House, Moscow, 1936.
2. Diary Johan Japardi
3. Berbagai sumber daring.
Jonggol, 2 Agustus 2021
Johan Japardi
