Dr. Getbogi Hikmawan, S.Si., M.Si.

Video ini membahas contoh soal terkait efek Doppler pada gelombang bunyi antara dua kapal selam yang bergerak saling mendekat. Pertanyaan utamanya adalah mengenai frekuensi yang didengar oleh kapal selam 2 saat menangkap sinyal sonar dari kapal selam 1, serta frekuensi yang didengar oleh kapal selam 1 setelah memantul dari badan kapal selam 2. Dengan menganalisis pergerakan kapal selam sebagai sumber dan pengamat, serta karakteristik pantulan gelombang bunyi, kita dapat memperkirakan perbedaan frekuensi yang diamati untuk mengetahui keberadaan kapal selam di laut dalam. Efek Doppler ini menjadi penting dalam kalibrasi dan deteksi objek di bawah laut menggunakan sonar.

Sekarang mari kita akan lihat contoh soal terkait dengan efek Doppler pada gelombang bunyi.

Misalkan ada dua kapal selam, kita sebut kapal selam 1 dan kapal selam 2.

Mereka berdua di dalam air laut yang dalam tentu saja bergerak saling mendekat dengan kecepatan kapal selam 1 adalah V1

dan kecepatan kapal selam 2 adalah V2, di mana besarnya di sini V1 50 km per jam dan V2 70 km per jam.

Lalu kapal selam 1 itu mengeluarkan sinyal sonar, gelombang bunyi dengan frekuensi yang sangat tinggi gitu ya.

Dengan diketahui bahwa kecepatan perambat sonar pada air laut tentu saja itu akan sama dengan 500, 5000, 470 km per jam.

Dan frekuensi yang dikeluarkan oleh, frekuensi sonar yang digunakan oleh kapal selam 1 itu adalah 1000 Hz.

Pertanyaannya adalah, jika dalam fenomena ini kapal selam 2 menangkap sinyal sonar dari kapal selam 1,

berapa frekuensi yang diterima atau didengar oleh kapal 2.

Lalu karena ya kita bisa lihat kapal selam ini terbuat dari material baja dan besi atau yang lain-lain,

maka ketika sonar mencapai kapal, dia akan memantul kembali dan berbalik menuju kapal 1.

Nah pertanyaan selanjutnya adalah, berapa frekuensi yang didengarkan oleh kapal selam 1 setelah memantul dari badan kapal selam 2.

Nah ini yang menarik mungkin yang kedua ya, karena yang pertama hanya penerapan efek domper biasa,

tapi yang kedua ini menarik karena kita harus analisis lebih lanjut terkait dengan fenomenanya.

Kita jawab dulu yang nomor 1 ya, berapa frekuensi yang didengar oleh V2.

Kita recall kembali, bahwa frekuensi yang didengar oleh pengamat akan sebanding dengan kecepatan rambat gelombangnya di medium tersebut.

Di sini mungkin kecepatan sonar, kita bisa berkirakan, plus minus,

untuk yang di atas adalah kecepatan miliknya pengamat, ternyata kecepatan 2,

dibagi dengan kecepatan sonar, plus minus juga untuk kecepatan 1,

digalekan dengan frekuensi sonar dari sumber.

Nanti saya kasih frekuensi sonar 1, agar tidak rancu ya, karena frekuensi VS ini mungkin dikira sumber,

jadi saya kasih frekuensi sonar 1, agar tidak tertukar dengan term dari sonar.

Lalu kita lihat perangai nya, V1 sebagai sumber, kapal 1 itu mendekati pengamat,

artinya kita akan memilih tanda negatif untuk V1,

karena sumber mendekati pengamat, maka kita pilih tanda negatif,

sedangkan di sisi lain, pengamat juga tidak diam-diam saja, dia juga bergerak mendekati sumber,

karena dia bergeraknya seling mendekat, artinya dia pengamat mendekati sumber,

maka kita akan pilih kecepatan 2, digalekan dengan F1.

Nah, dengan menstrutisi nilainya, Anda bisa dapatkan, karena VS sudah ada, 5470, V2 juga sudah ada, 70,

berarti di bawah juga kita bisa hitung antara VS dan V2, artinya ini ada nilainya, berapa hertz.

Anda bisa lihat, karena yang di atas dijumlahkan, artinya 5470 dijumlahkan dengan 70,

yang di bawah itu dikurangkan, maka artinya pembagian ini akan lebih dari 1,

artinya otomatis Anda akan dapat F2, F2 ini akan lebih besar dibanding dengan F1,

Anda bisa hitung sendiri ya, sekarang yang paling penting adalah yang B,

saat mencapai badan kapal 2, sonarnya akan menabrak dinding kapal dan memantul kembali,

sehingga tentu saja sama, F1 aksen, sekarang dibalik ya, saya pakai warna merah,

sekarang sonarnya berbalik, sehingga ini akan jadi sumber, jadi V2 akan jadi sumber,

yang 2 ini akan jadi sumber, sedangkan yang 1 ini akan jadi pengamat,

jadi terbalik ya, untuk yang nomor A, ini adalah sumber, ini adalah pengamat,

sedangkan pada saat nomor B, ini adalah sumber yang merah ya, dan ini adalah pengamat.

Ya, tapi bedanya yang perlu Anda ketahui, frekuensinya yang memantul tentu saja pantulan itu,

secara pantulan itu hanya mengubah fase, tapi dia tidak mengubah frekuensi,

artinya frekuensi sumber kedua sekarang akan sama dengan frekuensi 2,

itu frekuensi yang sampai ke sumber, yang berbeda adalah karakteristik dari pembagian persamaannya,

nah karena dia pengamatnya adalah 1, dan disini sudah jelas bahwa pengamat bergerak menuju ke V2,

maka kita bisa dapatkan, kita tandai dengan positif juga, ya karena pengamatnya sekarang V2 ya,

nah tapi yang perlu Anda hati-hati disini adalah, sumber itu datang dari istilahnya gelombang yang memantul dari sumber,

artinya sumbernya itu ikut bergerak pada, ikut bergerak terhadap si pengamatnya,

karena ikut bergerak terhadap pengamat, maka kita bisa bayangkan sumbernya itu diam, tidak bergerak,

sederhananya kalau saya mau coba jelaskan lebih dalam adalah, karena dia memantul benda,

dan langsung memantul, maka kita bisa bayangkan si pemantulannya itu berkaitan dengan frekuensi yang diterima sepanjang dia bergerak,

mendekati sumber F1 ketika dimulai sonar itu dihantarkan, ya artinya disini kita bisa bayangkan ini Vs ditambahkan dengan 0,

Pada saat sonar memantul ke kapal selam 2, maka ketika kapal selam itu menjadi sumber,

seolah-olah sumbernya itu diam ketika pada saat diterima, itu sebanding pada saat dia mengeluarkan,

artinya saat dia menghantarkan pantulan dari sonar yang datang, itu seperti kapal selam itu diam,

karena kan yang datang sudah berubah frekuensinya dan dipantulkan langsung,

bukan berarti ketika dia sedang menghantarkan dia ikut bergerak,

nah itu bedanya sehingga karena sama dengan 0, saya tidak perlu tulis, sehingga sisanya adalah seperti ini,

dengan kita menutupi nilai F2 yang kita dapatkan di A, kita akan punya Vs ditambah dengan V2,

dibandingkan dengan Vs dikurangi dengan V1,

dan sama dengan Vs ditambah dengan V1, dibagi dengan Vs dikalikan dengan F1A,

artinya kalau kita coba bayangkan, karena yang disini jelas membuat lebih besar daripada 0,

yang disini juga akan lebih besar daripada 0,

artinya nantinya kapal selam 1 akan menerima frekuensi yang lebih tinggi daripada saat dia menembakkan sonar,

dan yang digunakan untuk memperkirakan jarak dari sebuah device atau kapal selam yang ada di dalam laut,

itu adalah selisih antara dua frekuensi yang diamati ketika mencoba menjadi sumber dan mendapatkan frekuensi baliknya,

tentu saja kalau F1A dengan F1 dari sumber itu punya beda frekuensi yang kecil,

maka nanti akan teramati ada pelayangan juga,

dan pelayangan itu akan kemudian bisa jadi sebuah pertanda bahwa ada kapal selam tertentu yang ada di dekat dia,

karena jika kita berbicara tentang perjalanan di bawah laut yang dalam,

cahaya mungkin tidak akan bisa cukup menerangi sampai sejauh tertentu,

cahaya mungkin bisa, nama kelamaan dia akan terserap,

kita bisa pakai untuk mengkalibrasi dengan lebih baik,

Berikut salah satu contoh untuk fenomena efek Doppler.