Semua orang tahu kiasan lama di mana penyanyi opera pembangkit tenaga memukul nada yang tepat dan kaca kristal pecah karena kebisingan, tetapi apakah itu benar-benar mungkin? Situasinya mungkin tampak tidak masuk akal, seperti sesuatu yang lebih mungkin Anda lihat di film atau kartun daripada di kehidupan nyata.
Bahkan, fenomena resonansi berarti secara teknis mungkin dalam kehidupan nyata, apakah frekuensi resonansi (yang cocok) frekuensi alami gelas) dihasilkan oleh suara seseorang atau oleh satu atau banyak musik instrumen.
Mempelajari lebih banyak tentang resonansi memberi Anda pemahaman tentang cara kerja suara, prinsip-prinsip yang mendasari banyak hal alat musik dan cara menambah atau mengurangi gerakan dalam sistem mekanis seperti ayunan atau tali jembatan.
Definisi Resonansi
kata resonansi aslinya berasal dari bahasa latin resonansi, yang berarti “gema”, dan ini terkait erat dengan gema, yang berarti mengembalikan gema atau “suara lagi”. Ini dua definisi sudah berhubungan dengan gelombang suara dan memberi Anda gambaran dasar tentang arti kata dalam fisika terlalu.
Namun, lebih khusus lagi, definisi resonansi dalam fisika adalah ketika frekuensi osilasi atau getaran eksternal cocok dengan objek (atau rongga) frekuensi alami, dan sebagai akibatnya menyebabkannya bergetar atau meningkatkan amplitudo osilasinya.
Dalam sistem mekanik, resonansi mengacu pada penguatan, penguatan atau perpanjangan suara atau getaran lainnya. Sama seperti definisi di atas, ini membutuhkan gaya periodik eksternal untuk diterapkan pada frekuensi sama dengan frekuensi alami gerak benda, yang kadang-kadang disebut resonansi frekuensi.
Semua objek memiliki frekuensi alami atau frekuensi resonansi, yang dapat Anda anggap sebagai frekuensi yang disukai objek untuk bergetar. Misalnya, jika Anda mengetuk kaca kristal dengan kuku, itu akan mulai bergetar pada frekuensi resonansinya dan akan menghasilkan "ting" dengan nada yang sesuai. Frekuensi getaran tergantung pada sifat fisik objek, dan Anda dapat memprediksi ini dengan cukup baik untuk beberapa hal seperti tali yang tegang.
Contoh Resonansi – Resonansi Suara
Mempelajari beberapa contoh resonansi akan membantu Anda memahami berbagai bentuk resonansi yang Anda temui dalam kehidupan sehari-hari. Contoh yang paling umum dan paling sederhana adalah gelombang suara, karena ketika Anda menggetarkan pita suara Anda di sebelah kanan frekuensi (untuk rongga tenggorokan dan mulut Anda), Anda dapat menghasilkan nada bicara dan nada musik yang orang lain bisa mendengar.
Getaran pita suara Anda menghasilkan gelombang suara, yang benar-benar merupakan gelombang tekanan di udara yang terdiri dari bagian terkompresi bergantian (dengan kepadatan lebih besar dari rata-rata) dan penghalusan (dengan kurang dari rata-rata massa jenis).
Sebagian besar alat musik bekerja dengan cara yang sama. Misalnya, dalam instrumen kuningan, getaran bibir pemain terhadap corong menciptakan getaran awal, dan ketika ini cocok dengan resonansi. frekuensi (atau kelipatannya) untuk ukuran pipa yang ditiupnya, ada resonansi, dan amplitudo osilasi meningkat secara mencolok dan menghasilkan nada yang terdengar.
Dalam alat musik tiup kayu, ada “buluh” yang bergetar saat udara melewatinya, dan sekali lagi proses resonansi dan amplifikasi yang sama mengubah getaran kecil ini menjadi nada musik yang dapat didengar. Instrumen senar seperti gitar sedikit berbeda, tetapi senar memiliki frekuensi getaran resonansi, dan gelombang suara yang dihasilkan beresonansi di dalam rongga (misalnya, di ruang dalam tubuh gitar akustik) untuk membuat kebisingan lebih keras.
Contoh yang lebih sederhana adalah ketika Anda menjatuhkan alat atau piring ke tanah. Dentang yang dihasilkan disebabkan oleh alat atau pelat yang bergetar pada frekuensi resonansinya. Cara yang lebih sederhana untuk menghasilkan suara ini digunakan oleh garpu tala yang dirancang dengan cermat, yang dirancang sedemikian rupa: untuk menghasilkan nada tertentu sebagai frekuensi alami mereka, yang kemudian dapat disetel oleh musisi untuk instrumen mereka untuk.
Contoh Resonansi – Resonansi Mekanik
Meskipun resonansi biasanya digunakan untuk merujuk pada gelombang suara, resonansi mekanis dalam beberapa hal lebih mudah dipahami. Contoh sederhananya adalah seorang anak belajar memompa ayunan untuk pertama kalinya. Gerakan osilasi ayunan memiliki frekuensi alami, dan ketika anak belajar mendorong (yaitu, menerapkan gaya periodik) pada frekuensi alami ayunan, dorongannya menjadi jauh lebih besar efektif. Akibatnya, amplitudo osilasi ayunan meningkat dan orang yang duduk di atasnya naik setiap kali.
Menekan frekuensi alami suatu objek tidak selalu merupakan hal yang baik. Misalnya, tentara yang berbaris melintasi jembatan tali secara serempak dapat menyebabkannya bergetar di luar kendali dan bahkan mungkin runtuh jika mereka melangkah pada frekuensi alaminya. Dalam kasus seperti ini, sang jenderal mungkin meminta mereka untuk "menghentikan langkah" sehingga mereka tidak menerapkan gaya periodik pada frekuensi alami jembatan.
Bahkan desain jembatan yang lebih stabil memiliki frekuensi resonansi, tetapi ini hanya menyebabkan masalah pada penyebab yang jarang (seperti dengan Jembatan Gantung Broughton, sebuah jembatan di Inggris yang runtuh pada tahun 1831, diduga karena tentara berbaris melintasi jembatan).
Jam analog juga bergantung pada resonansi mekanis dan frekuensi alami suatu komponen untuk menjaga waktu. Misalnya, jam bandul menggunakan frekuensi alami ayunan bandul untuk menjaga waktu, dan roda keseimbangan bekerja dengan prinsip dasar yang sama. Bahkan jam kristal kuarsa bergantung pada frekuensi resonansi, tetapi dalam hal ini kristal mengatur osilasi dari osilator elektronik, menghasilkan peningkatan besar dalam akurasi dibandingkan dengan yang lebih sederhana desain.
Contoh Resonansi Lainnya
Ada banyak bentuk resonansi lain juga, dan semuanya bekerja dengan prinsip dasar yang sama. Dua contoh resonansi lain yang akan Anda kenal berkaitan dengan osilasi elektromagnetik daripada osilasi mekanis. Yang pertama adalah microwave Anda.
Gelombang yang dihasilkan oleh microwave menghasilkan panas dalam makanan Anda karena frekuensinya sesuai dengan frekuensi resonansi dari molekul di dalam makanan (misalnya, molekul air dan lemak), yang menyebabkan mereka bergoyang dan kemudian melepaskan energi dalam bentuk panas.
Contoh lain adalah antena untuk TV Anda atau bahkan antena radio. Perangkat ini dirancang untuk memaksimalkan penyerapan radiasi elektromagnetik, dan saat Anda "menyetel" antena ke frekuensi tertentu, Anda menyesuaikan frekuensi resonansi untuk perangkat. Ketika frekuensi antena sesuai dengan frekuensi sinyal yang masuk, antena akan beresonansi dan TV atau radio Anda "mengambil" sinyal tersebut.
Jadi Bagaimana Kristal Pecah?
Sekarang setelah Anda memahami poin-poin penting tentang definisi resonansi dan frekuensi resonansi, Anda dapat memahami contoh klasik seorang penyanyi yang berhasil memecahkan gelas kristal dengan bernyanyi di sebelah kanan nada. Gelas memiliki frekuensi resonansi, dan jika penyanyi menghasilkan suara dengan frekuensi yang sesuai, kaca akan mulai bergetar. Ini disebut getaran simpatik karena sebelum penyanyi membuat suara, gelas itu benar-benar diam.
Pada awalnya, mungkin ada getaran kecil di kaca, tetapi sebenarnya membuatnya pecah membutuhkan nada yang berkelanjutan dan keras pada frekuensi yang tepat. Jika penyanyi dapat melakukan ini, amplitudo osilasi kaca meningkat dan akhirnya mulai merusak integritas struktural kaca. Hanya pada titik ini – ketika nada telah dipertahankan cukup lama hingga getaran kaca mencapai amplitudo maksimum yang dapat didukungnya – saat kaca benar-benar pecah.
