Kumpulan Contoh Soal Efek Doppler Fisika dan Pembahasannya Lengkap

Kumpulan Contoh Soal Efek Doppler Fisika dan Pembahasannya Lengkap — Efek Doppler membahas perubahan frekuensi gelombang yang dihasilkan oleh sumber yang bergerak relatif terhadap pengamatnya.

Penerapan Efek Doppler nantinya akan merambah banyak aplikasi dalam berbagai bidang, termasuk astronomi, teknologi medis, dan komunikasi nirkabel.

Untuk memahami konsep Efek Doppler dengan lebih baik, kita lihat berbagai contoh soal Efek Doppler beserta pembahasannya secara lengkap yuk!

Berikut Contoh Soal Efek Doppler

Sebelum mengupas lebih lanjut tentang contoh soal Efek Doppler, ada baiknya kita menyegarkan ingatan kita lagi tentang Efek Doppler. Yuk, simak uraian berikut terlebih dahulu!

Efek Doppler yang ditemukan oleh fisikawan Austria Christian Doppler yang pertama kali mengusulkan konsep ini pada tahun 1842.

Teori ini mengemukakan tentang perubahan dalam frekuensi gelombang (seperti suara atau cahaya) yang diamati ketika sumber gelombang atau pengamat bergerak relatif satu sama lain.

Efek Doppler terjadi karena perubahan panjang gelombang yang dirasakan oleh pengamat ketika sumber gelombang bergerak.

Ada dua jenis utama dari Efek Doppler:

Efek Doppler Frekuensi

Efek ini terjadi pada gelombang suara atau gelombang elektromagnetik seperti cahaya dan gelombang radio.

Ketika sumber gelombang mendekati pengamat, frekuensinya akan tampak lebih tinggi, sedangkan ketika sumber gelombang menjauhi pengamat, frekuensinya akan tampak lebih rendah.

Efek Doppler Panjang Gelombang (Doppler Wavelength Shift)

Efek ini terjadi pada gelombang yang bergerak melalui medium dengan kecepatan yang berbeda.

Ketika sumber gelombang mendekati pengamat, panjang gelombangnya akan tampak lebih pendek, sedangkan ketika sumber gelombang menjauhi pengamat, panjang gelombangnya akan tampak lebih panjang.

Contoh Soal Efek Doppler

Berikut ini adalah 10 soal tentang Efek Doppler beserta pembahasannya yang telah Mamikos susun.

Jangan lupa siapkan kertas serta alat tulis untuk mengaplikasikan rumus ke dalam soal, ya! Jika kamu menemui kesulitan, kamu bisa membaca lagi rangkuman materi maupun bertanya kepada guru atau teman.

Contoh Soal Efek Doppler Bagian 1

1. Sebuah mobil sedang bergerak dengan kecepatan 30 m/s menuju utara. Sebuah pengamat yang berdiri di tepi jalan mendengar suara klakson mobil tersebut.

Jika frekuensi klakson mobil adalah 400 Hz dan kecepatan bunyi adalah 340 m/s, hitung frekuensi yang didengar oleh pengamat.

Pembahasan contoh soal Efek Doppler Bagian 1:

Kecepatan mobil (v) = 30 m/s

Frekuensi klakson mobil (f_sumber) = 400 Hz

Kecepatan bunyi (v_bunyi) = 340 m/s

Rumus Efek Doppler untuk gelombang suara adalah:

f_penerima = f_sumber × (v_bunyi + v_penerima) / (v_bunyi + v_sumber)

f_penerima = 400 Hz × (340 m/s + 30 m/s) / (340 m/s + 0)

f_penerima = 400 Hz × (370 m/s) / (340 m/s)

f_penerima ≈ 432.94 Hz

Jadi, frekuensi yang didengar oleh pengamat adalah sekitar 432.94 Hz.

Contoh Soal Efek Doppler Bagian 2

2. Sebuah pesawat terbang dengan kecepatan 600 m/s dan mengeluarkan bunyi dengan frekuensi 1000 Hz.

Jika pesawat tersebut mendekati pengamat dengan kecepatan tersebut, hitung frekuensi yang didengar oleh pengamat jika kecepatan suara adalah 340 m/s.

Pembahasan contoh soal Efek Doppler Bagian 2:  

• Kecepatan pesawat (v) = 600 m/s
• Frekuensi bunyi pesawat (f_sumber) = 1000 Hz
• Kecepatan bunyi (v_bunyi) = 340 m/s

Rumus Efek Doppler untuk gelombang suara adalah:

f_penerima = f_sumber × (v_bunyi + v_penerima) / (v_bunyi + v_sumber)

f_penerima = 1000 Hz × (340 m/s + v_penerima) / (340 m/s + 600 m/s)

f_penerima = 1000 Hz × (340 m/s + v_penerima) / 940 m/s

Untuk mencari v_penerima, kita bisa menggabungkan rumus dengan persamaan berikut: v_penerima = v – v_sumber

v_penerima = 600 m/s – 340 m/s v_penerima = 260 m/s

f_penerima = 1000 Hz × (340 m/s + 260 m/s) / 940 m/s

f_penerima = 1000 Hz × 600 m/s / 940 m/s

f_penerima ≈ 637.23 Hz

Jadi, frekuensi yang didengar oleh pengamat adalah sekitar 637.23 Hz.

Contoh Soal Efek Doppler Bagian 3

3. Sebuah ambulans dengan kecepatan 40 m/s sedang dalam perjalanan mendekati pengamat. Klakson ambulans menghasilkan suara dengan frekuensi 800 Hz.

Jika kecepatan bunyi adalah 343 m/s, hitung frekuensi yang didengar oleh pengamat saat ambulans mendekat.

Pembahasan contoh soal Efek Doppler Bagian 3:

Diketahui:

• Kecepatan ambulans (v) = 40 m/s
• Frekuensi klakson ambulans (f_sumber) = 800 Hz
• Kecepatan bunyi (v_bunyi) = 343 m/s

f_penerima = 800 Hz × (343 m/s + v_penerima) / (343 m/s + 40 m/s)

f_penerima = 800 Hz × (343 m/s + v_penerima) / 383 m/s

Untuk mencari v_penerima, kita bisa menggabungkan rumus dengan persamaan berikut: v_penerima = v – v_sumber

v_penerima = 40 m/s – 0 m/s v_penerima = 40 m/s

f_penerima = 800 Hz × (343 m/s + 40 m/s) / 383 m/s

f_penerima = 800 Hz × 383 m/s / 383 m/s

f_penerima = 800 Hz

Jadi, frekuensi yang didengar oleh pengamat saat ambulans mendekat adalah 800 Hz, sama dengan frekuensi klakson ambulans.

Contoh Soal Efek Doppler Bagian 4

4. Sebuah pesawat terbang dengan kecepatan 300 m/s menuju ke utara. Pesawat tersebut mengeluarkan suara dengan frekuensi 1200 Hz.

Jika kecepatan bunyi adalah 340 m/s, hitung frekuensi yang didengar oleh pengamat yang berada di utara pesawat.

Pembahasan contoh soal Efek Doppler Bagian 4:

• Kecepatan pesawat (v) = 300 m/s
• Frekuensi bunyi pesawat (f_sumber) = 1200 Hz
• Kecepatan bunyi (v_bunyi) = 340 m/s

Rumus efek Doppler untuk gelombang suara adalah:

f_penerima = f_sumber × (v_bunyi + v_penerima) / (v_bunyi – v_sumber)

Dalam hal ini, pengamat berada di utara pesawat, jadi v_sumber harus negatif (menunjukkan bahwa sumber bunyi mendekati pengamat).

f_penerima = 1200 Hz × (340 m/s + v_penerima) / (340 m/s – 300 m/s)

f_penerima = 1200 Hz × (340 m/s + v_penerima) / 40 m/s

Untuk mencari v_penerima, kita bisa menggabungkan rumus dengan persamaan berikut: v_penerima = v + v_sumber

v_penerima = 300 m/s + 0 m/s v_penerima = 300 m/s

f_penerima = 1200 Hz × (340 m/s + 300 m/s) / 40 m/s

f_penerima = 1200 Hz × 640 m/s / 40 m/s

f_penerima = 19200 Hz

Jadi, frekuensi yang didengar oleh pengamat di utara pesawat adalah 19200 Hz.

Contoh Soal Efek Doppler Bagian 5

5. Sebuah kapal laut bergerak dengan kecepatan 25 m/s menuju barat. Kapal tersebut mengeluarkan sirene dengan frekuensi 500 Hz.

Jika kecepatan bunyi adalah 343 m/s, hitung frekuensi yang didengar oleh kapal lain yang berada di barat kapal pertama.

Pembahasan contoh soal Efek Doppler Bagian 5:

• Kecepatan kapal laut (v) = 25 m/s
• Frekuensi sirene kapal (f_sumber) = 500 Hz
• Kecepatan bunyi (v_bunyi) = 343 m/s

Rumus efek Doppler untuk gelombang suara adalah:

f_penerima = f_sumber × (v_bunyi – v_penerima) / (v_bunyi + v_sumber)

Dalam hal ini, pengamat berada di arah yang sama dengan kapal, jadi v_sumber harus positif (menunjukkan bahwa sumber bunyi menjauhi pengamat).

f_penerima = 500 Hz × (343 m/s – v_penerima) / (343 m/s + 25 m/s)

f_penerima = 500 Hz × (343 m/s – v_penerima) / 368 m/s

Untuk mencari v_penerima, kita bisa menggabungkan rumus dengan persamaan berikut: v_penerima = v_bunyi – v_sumber

v_penerima = 343 m/s – 25 m/s v_penerima = 318 m/s

f_penerima = 500 Hz × (343 m/s – 318 m/s) / 368 m/s

f_penerima = 500 Hz × 25 m/s / 368 m/s

f_penerima ≈ 33.97 Hz

Jadi, frekuensi yang didengar oleh kapal lain yang berada di barat kapal pertama adalah sekitar 33.97 Hz.

Contoh Soal Efek Doppler Bagian 6

6. Sebuah truk pemadam kebakaran sedang dalam perjalanan cepat menuju sebuah gedung yang terbakar dengan kecepatan 45 m/s. Sirene pemadam mengeluarkan suara dengan frekuensi 600 Hz.

Jika kecepatan bunyi adalah 330 m/s, hitung frekuensi yang didengar oleh pengendara motor yang berada di depan pemadam kebakaran jika pengendara motor bergerak dengan kecepatan 30 m/s menuju pemadam kebakaran.

Pembahasan contoh soal Efek Doppler Bagian 6:

• Kecepatan pemadam kebakaran (v) = 45 m/s
• Frekuensi sirene pemadam (f_sumber) = 600 Hz
• Kecepatan bunyi (v_bunyi) = 330 m/s
• Kecepatan pengendara motor (v_penerima) = 30 m/s

Rumus efek Doppler untuk gelombang suara adalah:

f_penerima = f_sumber × (v_bunyi + v_penerima) / (v_bunyi + v_sumber)

f_penerima = 600 Hz × (330 m/s + 30 m/s) / (330 m/s + 45 m/s)

f_penerima = 600 Hz × (360 m/s) / (375 m/s)

f_penerima = 600 Hz × 0.96

f_penerima ≈ 576 Hz

Jadi, frekuensi yang didengar oleh pengendara motor yang berada di depan pemadam kebakaran adalah sekitar 576 Hz.

Contoh Soal Efek Doppler Bagian 7

7. Sebuah pesawat terbang dengan kecepatan 400 m/s sedang menuju pengamat. Pesawat tersebut mengeluarkan sirene dengan frekuensi 1200 Hz.

Jika kecepatan bunyi adalah 340 m/s, hitung frekuensi yang didengar oleh pengamat saat pesawat mendekati dengan kecepatan tersebut.

Pembahasan contoh soal Efek Doppler Bagian 7:

Diketahui:

• Kecepatan pesawat (v) = 400 m/s
• Frekuensi sirene pesawat (f_sumber) = 1200 Hz
• Kecepatan bunyi (v_bunyi) = 340 m/s

Rumus efek Doppler untuk gelombang suara adalah:

 f_penerima = f_sumber × (v_bunyi + v_penerima) / (v_bunyi – v_sumber)

f_penerima = 1200 Hz × (340 m/s + v_penerima) / (340 m/s – 400 m/s)

f_penerima = 1200 Hz × (340 m/s + v_penerima) / (-60 m/s)

Untuk mencari v_penerima, kita bisa menggabungkan rumus dengan persamaan berikut: v_penerima = v + v_sumber

v_penerima = 400 m/s + 0 m/s v_penerima = 400 m/s

f_penerima = 1200 Hz × (340 m/s + 400 m/s) / (-60 m/s)

f_penerima = 1200 Hz × 740 m/s / (-60 m/s)

f_penerima ≈ -14,800 Hz

Jadi, frekuensi yang didengar oleh pengamat saat pesawat mendekati dengan kecepatan tersebut adalah sekitar -14,800 Hz.

Dalam konteks ini, hasil negatif menunjukkan bahwa frekuensi yang didengar oleh pengamat menjadi lebih rendah.

Contoh Soal Efek Doppler Bagian 8

8. Sebuah ambulans bergerak dengan kecepatan 60 km/jam menuju rumah sakit, frekuensi sirine ambulans adalah 800 Hz.

Hitunglah frekuensi yang didengar oleh pengemudi mobil yang bergerak dengan kecepatan 80 km/jam menuju ambulans.

Pembahasan contoh soal Efek Doppler Bagian 8:

Kita dapat menggunakan rumus efek Doppler untuk menghitung frekuensi yang didengar oleh pengemudi mobil:

f’ = f * ((v + vo) / (v + vs))

Diketahui:

• f’ adalah frekuensi yang didengar oleh pengemudi mobil
• f adalah frekuensi sumber (800 Hz)
• v adalah kecepatan suara dalam udara (sekitar 343 m/s)
• vo adalah kecepatan ambulans (60 km/jam = 16.67 m/s)
• vs adalah kecepatan pengemudi mobil (80 km/jam = 22.22 m/s)

f’ = 800 Hz * ((343 m/s + 16.67 m/s) / (343 m/s – 22.22 m/s))

f’ = 800 Hz * (359.67 m/s / 320.78 m/s)

f’ ≈ 895 Hz

Jadi, frekuensi yang didengar oleh pengemudi mobil adalah sekitar 895 Hz.

Contoh Soal Efek Doppler Bagian 9

9. Sebuah bintang sedang mendekati bumi dengan kecepatan 30000 km/s. Jika bintang tersebut mengeluarkan gelombang radio dengan frekuensi 10 MHz, berapa frekuensi yang akan didengar oleh teleskop di bumi?

Pembahasan contoh soal Efek Doppler Bagian 9:

Kita dapat menggunakan rumus efek Doppler untuk menghitung frekuensi yang didengar oleh teleskop di bumi:

f’ = f * ((v + vo) / (v – vs))

Di mana:

• f’ adalah frekuensi yang didengar oleh teleskop di bumi
• f adalah frekuensi sumber (10 MHz = 10^7 Hz)
• v adalah kecepatan gelombang radio dalam ruang hampa (sekitar 3 * 10^8 m/s)
• vo adalah kecepatan bintang (30000 km/s = 3 * 10^7 m/s)
• vs adalah kecepatan teleskop di bumi (0 m/s, karena bumi diam)

f’ = (10^7 Hz) * ((3 * 10^8 m/s + 3 * 10^7 m/s) / (3 * 10^8 m/s – 0 m/s))

f’ = (10^7 Hz) * ((3.3 * 10^8 m/s) / (3 * 10^8 m/s))

f’ ≈ 11 MHz

Jadi, frekuensi yang akan didengar oleh teleskop di bumi adalah sekitar 11 MHz.

Contoh Soal Efek Doppler Bagian 10

10. Sebuah galaksi bergerak menjauhi Bumi dengan kecepatan 1000 km/s. Galaksi tersebut mengeluarkan gelombang cahaya dengan panjang gelombang 500 nm.

Berapa panjang gelombang yang akan diamati oleh teleskop di Bumi?

Pembahasan contoh soal Efek Doppler Bagian 10:

Kita dapat menggunakan rumus efek Doppler untuk menghitung panjang gelombang yang akan diamati oleh teleskop di Bumi:

λ’ = λ * ((v + vo) / (v – vs))

Di mana:

• λ’ adalah panjang gelombang yang akan diamati oleh teleskop di Bumi
• λ adalah panjang gelombang sumber (500 nm = 500 * 10^-9 m)
• v adalah kecepatan cahaya dalam vakum (sekitar 3 * 10^8 m/s)
• vo adalah kecepatan galaksi (1000 km/s = 10^6 m/s)
• vs adalah kecepatan Bumi terhadap galaksi (0 m/s, karena Bumi diam)

λ’ = (500 * 10^-9 m) * ((3 * 10^8 m/s + 10^6 m/s) / (3 * 10^8 m/s – 0 m/s))

λ’ = (500 * 10^-9 m) * ((3.01 * 10^8 m/s) / (3 * 10^8 m/s))

λ’ ≈ 501 nm

Jadi, panjang gelombang yang akan diamati oleh teleskop di Bumi adalah sekitar 501 nm.

Penutup

Dari soal-soal ini, kita dapat menarik simpulan bahwa efek Doppler memainkan peran penting dalam memahami perubahan frekuensi gelombang.

Semoga artikel contoh soal efek Doppler ini telah membantumu untuk memahami konsep fisika dengan lebih baik dan memberikan insight yang berguna.

Dengan pemahaman yang lebih dalam tentang Efek Doppler dan contoh soal efek Doppler, kamu akan dapat mengaplikasikan pengetahuan fisika ini dalam berbagai aspek kehidupan di masa mendatang.

---

Klik dan dapatkan info kost di dekat kampus idamanmu:

Kost Dekat UGM Jogja

Kost Dekat UNPAD Jatinangor

Kost Dekat UNDIP Semarang

Kost Dekat UI Depok

Kost Dekat UB Malang

Kost Dekat Unnes Semarang

Kost Dekat UMY Jogja

Kost Dekat UNY Jogja

Kost Dekat UNS Solo

Kost Dekat ITB Bandung

Kost Dekat UMS Solo

Kost Dekat ITS Surabaya

Kost Dekat Unesa Surabaya

Kost Dekat UNAIR Surabaya

Kost Dekat UIN Jakarta