Efek Doppler: Pengertian – Rumus dan Contoh Soal

Efek Doppler atau pergeseran Doppler adalah fenomena yang diamati setiap kali sumber gelombang bergerak terhadap pengamat. Misalnya, ambulans yang melintasi dengan sirene yang berbunyi adalah demonstrasi fisik yang umum dari Efek Doppler. Pada artikel ini, mari kita memahami seluk-beluk efek Doppler secara rinci.

Pengertian Efek Doppler

Efek Doppler merupakan fenomena penting dalam berbagai disiplin ilmu, termasuk ilmu keplanetan. Efek Doppler atau pergeseran Doppler menggambarkan perubahan frekuensi suara atau gelombang cahaya yang dihasilkan oleh sumber bergerak terhadap pengamat.

Gelombang yang dipancarkan oleh sumber yang bergerak menuju pengamat akan dikompresi. Sebaliknya, gelombang yang dipancarkan oleh sumber yang bergerak menjauh dari pengamat akan meregang. Christian Johann Doppler pertama kali mengusulkan Efek Doppler pada tahun 1842.

Manfaat Efek Doppler

Dalam 160 tahun atau lebih sejak Doppler pertama kali menggambarkan fenomena gelombang yang akan memperkuat tempatnya dalam sejarah, beberapa aplikasi praktis dari efek Doppler telah muncul untuk melayani masyarakat.

Dalam semua aplikasi ini, hal dasar yang sama terjadi yaitu Pemancar stasioner menembakkan gelombang ke objek yang bergerak. Gelombang menghantam objek dan memantul kembali. Pemancar (sekarang penerima) mendeteksi frekuensi gelombang kembali. Berdasarkan besarnya pergeseran Doppler, kecepatan bendapun dapat ditentukan.

Rumus Efek Doppler

Efek Doppler adalah perubahan nyata dalam frekuensi gelombang karena gerakan relatif antara sumber suara dan pengamat. Kita dapat menyimpulkan frekuensi nyata dalam efek Doppler menggunakan persamaan berikut:

Penjelasan: 

f_p adalah frekuensi yang didengar oleh pendengar (Hz)
f_s adalah frekuensi yang dikeluarkan oleh sumber suara (Hz)
v adalah kecepatan suara di udara (m/s)
v_p adalah kecepatan pendengar -jika bergerak- (m/s)
v_s adalah kecepatan sumber suara -jika bergerak- (m/s)

Tanda ± dari rumus diatas bisa positif ataupun negatif, disesuaikan dengan kondisi dari pendengar dan sumber suara. vp akan bernilai positif (+) jika pendengar mendekati sumber suara, dan bernilai negatif) jika menjauhi sumber suara. Dan vs bernilai positif (+) jika sumber suara menjauhi pendengar, dan bernilai negatif (-) jika mendekati pendengar.

Contoh Soal Efek Doppler

Contoh 1

Situasi 1 : Bagaimana pola gelombang yang terbentuk ketika Anda tiba-tiba melompat ke dalam kolam?
Situasi 2: Bagaimana pola gelombang yang terbentuk ketika Anda berjalan di kolam?

Jawab :

Perbedaan pola gelombang disebabkan oleh pergerakan sumber pada kasus kedua. Inilah yang dimaksud dengan efek Doppler. Dalam efek Doppler, frekuensi yang diterima oleh pengamat lebih tinggi selama pendekatan, identik ketika posisi relatif sama, dan terus menurun pada resesi sumber.

Contoh 2 :

Dua kereta api A dan B bergerak menuju satu sama lain dengan kecepatan 432 km/jam. Jika frekuensi peluit yang dibunyikan oleh A adalah 800 Hz, maka berapakah frekuensi semu dari peluit yang didengar oleh penumpang yang duduk di kereta B. .(360 m / s)

Larutan:

Oleh karena itu, sumber dan pengamat bergerak ke arah satu sama lain.\ \) F=F0(v +vHaiv –vS

Mengubah 432 km/jam menjadi m/s kita mendapatkan 120 m/s.

Mengganti nilai-nilai dalam persamaan, kita mendapatkan

\ =1600\,Hz\)F= 800 (360 + 120360 - 120=  Frekuensi semu f = 1600 Hz 

Contoh 3 :

Salah satu cara sederhana membuktikan bahwa bumi berotasi adalah percobaan bandul Foucault. Percobaan tersebut dipelopori oleh Leon Foucault tahun 1851 di Paris, Prancis. Foucault menggunakan bandul yang terdiri dari beban timbal yang dilapisi kuningan dengan massa 28 kg dan digantung di atas kawat sepanjang 67 meter.

Karena massa beban yang cukup berat maka gesekan udara dapat diamaikan dan bandul seolah-olah berayun tanpa gangguan. Diamati bahwa selama satu jam berayun, arah ayunan bandul menyimpang 11o. Arah ayunan bandul kembali ke arah semula setelah 32,7jam.

Hasil ini membuktikan adanya rotasi bumi. Perubahan arah ayunan bandul semata-mata disebabkan oleh rotasi bumi. Berdasarkan informasi di atas, berapakan periode ayunan bandul Foucault?

Jawaban :

Frekuensi ayunan dihitung dengan persamaan (4.8), f = (1/2) (g/l)1/2 = (1/23,14)(10/67)1/2 = 0,061 Hz. Periode ayunan, T = 1/f = 1/0,061 = 16,4 detik.

Contoh 4 :

Seorang pengendara sepeda mendekati dinding vertikal mengamati bahwa frekuensi klakson sepedanya berubah dari 440 Hz menjadi 480 Hz ketika dipantulkan dari dinding. Tentukan kelajuan sepeda jika cepat rambat bunyi adalah 330 m/s.

Larutan:

Biarkan sepeda mendekati dinding dengan kecepatan u.

Maka frekuensi nyata yang diterima oleh dinding dapat dihitung sebagai \ \)F=F0(vv – u1

Untuk gelombang pantul,\ \)Fkan= f(v + uv2

Substitusikan dalam , kita peroleh12\ \times \) Fkan=F0(vv – uv + uv

Menyederhanakan, kita dapatkan\ f_0\) Fkan= (v + uv – u

Mengganti nilai-nilai dalam persamaan, kita mendapatkan\ 440\) 480 = (v + uv – u
\ \) 480440= (v + uv – u
\(u=\frac{4}{92}\times 330=14.3\,m/s\)

Kecepatan sepeda adalah 14,3 m/s .

Contoh 5 :

Ketika melewati jalan berlubang, shockbreaker sepeda motor bergetar 8 kali dalam 10 detik. Misalkan jarak antara posisi terendah dan tertinggi sadel sepeda motor adalah 1,5 cm tentukan!

a) Periode osilasi pegas shockbreaker.
b) Frekuensi osilasi pegas shockbreaker.
c) Amplitudo simpangan pegas shockbreaker

Jawab :

a) Periode osilasi pegas shockbreaker, T = 10/8 = 1,25 s

b) Frekuensi osilasi pegas shockbreaker, f = 1/T = 1/1,25 = 0,8 Hz

c) Jadi, amplitudo simpangan adalah A = 1,5/2 = 0,75 cm = 0,0075 m

Contoh 6 :

Pegas dari sebuah neraca memiliki panjang 20 cm. Ketika digunakan untuk menimbang sayuran 100 g, pegas mengalami pertambahan panjang 2 cm. Jika gantungan sayuran tersebut sedikit ditarik sehingga berosilasi, berapakah frekuensi osilasi yang terjadi?

Jawaban :

Pertama kita hitung dulu konstanta pegas. Besar gaya yang dialami pegas akibat menahan sayuran sama dengan berat sayuran atau F = Wsayuran =m sayuran = 0,1  10 = 1 N.

Gaya gravitasi ini setimbang dengan gaya pegas (saat pegas menyimpang sejauh x = 2 cm = 0,02m). Dengan demikian, k x = F atau k 0,02 = 1.

Dengan demikian, konstanta pegas adalah k = 1/0,02 = 50 N/m. Frekuensi osilasi yang terjadi jika gantungan sayur sedikit disimpangkan adalah f (1/ 2) mk / = 1/(23,14) 0,150/ = 3,56 Hz.

Contoh 7 :

Sebuah mobil ambulans dengan sirine yang menyala yang berfrekuensi 940 Hz bergerak dengan kecepatan 90 km/jam mendekati seseorang yang sedang berdiri di pinggir jalan. Jika kecepatan suara di udara sebesar 340 m/s, berapa frekuensi bunyi sirine yang didengar oleh orang tersebut?

Diketahui bahwa vs = 90 km/jam = 25 m/s.

Karena sumber suara mendekati pendengar, maka v_s  memiliki nilai negatif (-)

Karena pendengar dalam kondisi diam, maka v_p = 0.

Sehingga:

Kesimpulan Pembahasan

Efek Doppler dalam fisika didefinisikan sebagai peningkatan frekuensi suara, cahaya, atau gelombang lain sebagai sumber dan pengamat bergerak menuju atau menjauh dari satu sama lain.