Pengertian Efek Doppler, Rumusnya dan Contoh Soal

Pengertian Efek Doppler, Rumus Efek Doppler dan Contoh Soal Efek Doppler – Efek Doppler akan dipelajari di SMA pada mata pelajaran fisika, dan terkadang masuk dalam soal ujian nasional, berikut ini penjelasan lengkap mengenai efek doppler.

Pengantar Efek Doppler

Misalkan ada serangga yang berada di tengah genangan air. Serangga ini secara berkala mengguncang kakinya untuk menghasilkan gangguan yang mengalir melalui air. Jika gangguan ini berasal dari suatu titik, maka gelombang air akan melakukan perjalanan keluar dari titik itu ke segala arah.

Karena setiap gangguan bergerak dalam media yang sama, semua gelombang/riak akan melakukan perjalanan ke segala arah dengan kecepatan yang sama. Pola yang dihasilkan oleh serangga itu bergetar menjadi serangkaian lingkaran konsentris seperti yang ditunjukkan pada diagram di atas.

Lingkaran ini akan mencapai tepi genangan air pada frekuensi yang sama. Seorang pengamat di titik A (tepi kiri genangan air) akan mengamati gangguan untuk sampai pada tepi genangan air pada frekuensi yang sama yang akan diamati oleh pengamat di titik B (di tepi kanan genangan air).

Bahkan, frekuensi di mana gangguan mencapai tepi genangan akan sama dengan frekuensi di mana serangga menghasilkan gangguan. Jika serangga menghasilkan gangguan pada frekuensi 2 per detik, maka setiap pengamat  A dan B akan mengamati mereka mendekati pada frekuensi 2 per detik.

Sekarang anggaplah bahwa serangga ini bergerak ke kanan berjalan melintasi genangan air dan menghasilkan gangguan pada frekuensi yang sama 2 gangguan per detik. Karena serangga bergerak ke kanan, setiap gangguan berurutan berasal dari posisi yang lebih dekat dengan pengamat B dan lebih jauh dari pengamat A.

Selanjutnya, setiap gangguan berturut-turut memiliki jarak yang lebih pendek untuk melakukan perjalanan sebelum mencapai pengamat B dan dengan demikian membutuhkan waktu lebih sedikit untuk mencapai pengamat B. Dengan demikian, pengamat B mengamati bahwa frekuensi kedatangan gangguan lebih tinggi dari frekuensi di mana gangguan terjadi.

Di sisi lain, setiap gangguan berturut-turut memiliki jarak yang lebih jauh untuk melakukan perjalanan sebelum mencapai pengamat A. Untuk alasan ini, pengamat A mengamati frekuensi kedatangan yang kurang dari frekuensi di mana gangguan dihasilkan. Efek bersih dari gerakan serangga (sumber gelombang) adalah bahwa pengamat yang bergerak terhadap serangga mengamati frekuensi yang lebih tinggi dari 2 gangguan / detik; dan pengamat yang menjauh dari serangga yang bergerak akan mengamati frekuensi yang kurang dari 2 gangguan/detik. Efek ini dikenal sebagai Efek Doppler.

Pengetahuan tentang Efek Doppler dapat memungkinkan orang untuk menggunakannya demi tujuan melakukan pengukuran. Menyadari perubahan frekuensi yang disebabkan oleh Efek Doppler, misalnya, dapat memungkinkan para astronom untuk menentukan seberapa jauh bintang-bintang, dan apakah mereka bergerak lebih dekat atau lebih jauh relatif terhadap Bumi.

Kemampuan untuk memetakan bintang-bintang dengan Efek Doppler telah memungkinkan para astronom untuk mengusulkan sejumlah teori tentang alam semesta, termasuk gagasan bahwa alam semesta secara perlahan berkembang.

Dalam pengobatan, Efek Doppler digunakan dalam pencitraan medis untuk mengumpulkan data selama studi pencitraan real time. Karena frekuensi panjang gelombang dapat tepat diukur dan dijelaskan dengan peralatan yang tepat, orang bisa menggunakan perubahan frekuensi itu untuk memahami bagaimana sesuatu bekerja, jika mereka tahu persamaan yang tepat untuk digunakan untuk memahami implikasi dari perubahan tersebut. Banyak bidang usaha lain mengambil keuntungan dari Efek Doppler untuk mengumpulkan atau menyebarkan informasi.

Sebelum melangkah lebih jauh, yuk berkenalan dengan penemu efek doppler dia adalah Christian Doppler

Apa itu Efek Doppler?

Efek Doppler diamati setiap kali sumber gelombang bergerak sehubungan dengan pengamat. Efek Doppler dapat digambarkan sebagai efek yang dihasilkan oleh sumber bergerak gelombang di mana ada peningkatan dalam frekuensi untuk pengamat terhadap sumbern mendekati dan penurunan frekuensi untuk pengamat ketika sumbernya menjauh.

Penting untuk dicatat bahwa efeknya tidak terjadi karena perubahan frekuensi sumber. Dengan menggunakan contoh di atas, serangga masih menghasilkan gangguan pada tingkat 2 gangguan per detik; hanya muncul kepada pengamat yang mendekati serangga bahwa gangguan sedang diproduksi pada frekuensi lebih besar dari 2 gangguan/detik. Efeknya hanya diamati karena jarak antara pengamat B dan serangga menurun dan jarak antara pengamat A dan serangga meningkat.

Efek Doppler dapat diamati untuk semua jenis gelombang baik itu gelombang air, gelombang suara, gelombang cahaya, dll. Kita paling akrab dengan efek Doppler karena pengalaman kita dengan gelombang suara.

Mungkin Anda ingat contoh di mana sebuah mobil polisi atau ambulance sedang berjalan ke arah Anda di jalan raya. Ketika mobil mendekat dengan sirenenya nada suara sirene akan tinggi; dan tiba-tiba setelah mobil lewat, suara sirene menjadi rendah, itu adalah efek Doppler.

Perubahan frekuensi gelombang suara dihasilkan oleh sumber yang bergerak.

Pengetahuan tentang Efek Doppler dapat memungkinkan orang untuk menggunakannya untuk tujuan melakukan pengukuran. Menyadari perubahan frekuensi yang disebabkan oleh Efek Doppler, misalnya, dapat memungkinkan para astronom untuk menentukan seberapa jauh bintang-bintang, dan apakah mereka tumbuh lebih dekat atau lebih jauh relatif terhadap Bumi. Kemampuan untuk memetakan bintang-bintang dengan Efek Doppler telah memungkinkan para astronom untuk mengusulkan sejumlah teori tentang alam semesta, termasuk gagasan bahwa alam semesta secara perlahan berkembang. Dalam pengobatan, Efek Doppler digunakan dalam pencitraan medis untuk mengumpulkan data selama studi pencitraan real time. Karena frekuensi panjang gelombang dapat tepat diukur dan dijelaskan dengan peralatan yang tepat, orang bisa menggunakan perubahan frekuensi itu untuk memahami bagaimana sesuatu bekerja, jika mereka tahu persamaan yang tepat untuk digunakan untuk memahami implikasi dari perubahan tersebut. Banyak bidang usaha lain mengambil keuntungan dari Efek Doppler untuk mengumpulkan atau menyebarkan informasi.
pengertian efek doppler 

Rumus Efek Doppler

Efek Doppler dapat dirumuskan dengan:

f_p = \frac{v \pm v_p}{v \pm v_s} \times f_s

dimana:
fp adalah frekuensi yang didengar oleh pendengar (Hz)
fs adalah frekuensi yang dikeluarkan oleh sumber suara (Hz)
v adalah kecepatan suara di udara (m/s)
vp adalah kecepatan pendengar -jika bergerak- (m/s)
vs adalah kecepatan sumber suara -jika bergerak- (m/s)

Pemakaian tanda positif dan negatif untuk sumber suara dan pendengar

Perhatikan rumus diatas, tanda ± di atas dapat berarti + (positif) ataupun – (negatif) tergantung kondisi si pendengar dan juga sumber suara. Berikut ini perjanjian mengenai pemakaian tanda plus dan minus tersebut:

  • vp bernilai + (positif) jika si pendengar mendekati sumber suara, dan bernilai – (negatif) jika menjauhi sumber suara
  • vs bernilai + (positif) jika sumber suara menjauhi pendengar, dan bernilai – (negatif) jika mendekati pendengar

Contoh Soal Efek Doppler dan Pembahasannya

1. Sebuah mobil ambulan sedang bergerak dengan kecepatan 10 m/s mendekati seorang pengendara motor sambil membunyikan sirine berfrekuensi 660 Hz, seorang pengendara motor bergerak mendekati mobil ambulan dengan kecepatan 20 m/s. Besar frekuensi sirine ambulan yang diterima oleh pengendara motor, jika cepat rambat bunyi di udara 340 m/s adalah ?

Jawaban:

Untuk menjawab ini kita harus tentukan tanda positif dan negatif untuk kecepatan pendengar dan untuk kecepatan sumber. Supaya lebih mudah ditetapkan kecepatan pengamat atau pendengar bertanda positif jika mendekati sumber bunyi dan bertanda negatif jika menjauhi sumber bunyi, maka tanda positif dan negatif untuk kecepatan sumber adalah kebalikannya.

Rumus menghitung frekuensi yang di terima oleh pendengar adalah

2. Sebuah mobil ambulan sedang bergerak dengan kecepatan 20 m/s mendekati seorang pengendara motor sambil membunyikan sirine berfrekuensi 640 Hz, seorang pengendara motor bergerak menjauhi mobil ambulan dengan kecepatan 10 m/s. Besar frekuensi sirine ambulan yang diterima oleh pengendara motor, jika cepat rambat bunyi di udara 340 m/s  adalah ?

Jawaban: 

3. Sebuah mobil ambulan sedang bergerak dengan kecepatan 20 m/s menjauhi seorang pengendara motor sambil membunyikan sirine berfrekuensi 720 Hz, seorang pengendara motor bergerak menjauhi mobil ambulan dengan kecepatan 10 m/s. Besar frekuensi sirine ambulan yang diterima oleh pengendara motor, jika cepat rambat bunyi di udara 340 m/s  adalah ?

Jawaban:

4. Sebuah mobil sedang bergerak di sebuah jalan lurus berkecepatan 20 m/s, di pinggir jalan yang dilewati oleh pengendara mobil tersebut berbunyi sebuah sirine menara. Besar perbandingan frekuensi yang di dengar oleh pengendara mobil tersebut jika cepat rambat bunyi di udara 340 m/s ketika sedang mendekati menara dan ketika sedang menjauhi menara adalah ?

Jawaban:


5. Seorang polisi sedang mengukur kecepatan kendaraan yang berlalulalang di sebuah jalan raya dengan menggunakan sebuah sensor penerima frekuensi bunyi kendaraan. Pada suatu saat polisi mengukur sebuah kendaraan dan mendapatkan data perbandingan frekuensi ketika kendaraan itu mendekat dan menjauhi polisi adalah (6/5). Cepat rambat bunyi udara ketika itu 340 m/s. Besar kecepatan kendaraan ketika melewati polisi adalah ?

Jawaban:

Contoh-Contoh 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. Antena radar merupakan dwikutub. 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 untuk memonitor aliran darah melalui pembuluh nadi utama. Gelombang ultrasonik frekuensi 5-10 MHz diarahkan 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.

Efek Doppler dalam Ilmu Astronomi

Efek Doppler sangat menarik bagi para astronom yang menggunakan informasi tentang pergeseran frekuensi gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh bintang yang bergerak di galaksi kita dan sekitarnya untuk mendapatkan informasi tentang bintang dan galaksi tersebut. Keyakinan bahwa alam semesta mengembang sebagian didasarkan pada pengamatan gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh bintang-bintang di galaksi yang jauh. Lebih jauh, informasi spesifik tentang bintang-bintang di dalam galaksi dapat ditentukan dengan aplikasi efek Doppler.

Galaksi adalah gugusan bintang yang biasanya berotasi pada beberapa titik pusat massa. Radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh bintang-bintang seperti itu di galaksi yang jauh akan tampak bergeser ke bawah dalam frekuensi (pergeseran merah)) jika bintang berputar di gugusannya ke arah yang jauh dari Bumi. Di sisi lain, ada pergeseran frekuensi (radiasi biru) ke atas dari radiasi yang diamati tersebut jika bintang berputar ke arah yang mengarah ke Bumi.

About Azhar Al Munawwarah S.Pd M.Pd 447 Articles
Seorang Guru dan Dosen. Aktif melakukan riset di bidang pendidikan dan fisika. Lulusan sarjana pendidikan Universitas Negeri Makassar dan magister Pascasarjana Universitas Negeri Makassar. Artikel dalam website ini valid dan dapat dipercaya kebenarannya.

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*