Efek Doppler: Pengertian, Rumus, Penerapan, dan Contoh Soal

Peristiwa efek Doppler tanpa kita sadari sering terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Salah satunya adalah saat mendengar suara sirine ambulans yang berasal dari kejauhan. Semakin mendekat suaranya akan semakin terdengar jelas. Begitu pula sebaliknya, semakin menjauh maka frekuensi bunyinya juga akan semakin rendah.

Fenomena tersebut merupakan salah satu contoh dari efek Doppler. Untuk lebih jelasnya mari simak pembahasannya pada artikel berikut ini.

Apa Itu Efek Doppler?

Christian J. Doppler, seorang ahli fisika asal Austria yang mengemukakan fenomena efek Doppler pada 1842. Menurutnya, efek ini berkaitan dengan pergerakan sumber bunyi terhadap subjek pendengarnya yang mengakibatkan perbedaan frekuensi bunyi.

Pada penelitiannya, Doppler memanfaatkan detektor penangkap bunyi. Dengan alat itu, ia bergerak relatif mendekati sumber bunyi, akibatnya detektor akan menangkap frekuensi yang lebih tinggi. Sedangkan saat ia bergerak menjauhi sumber bunyi, frekuensinya menjadi lebih rendah.

Itulah awal mula peristiwa naik dan turunya frekuensi bunyi yang kita sebut sebagai efek Doppler. Pada dasarnya, efek ini bekerja dengan menggunakan udara sebagai mediumnya. Akan tetapi, Doppler juga dapat bekerja dengan baik melalui medium yang padat dan cair.

Rumus Efek Doppler

Secara umum, rumus dari efek Doppler adalah sebagai berikut:

Keterangan :

fp = frekuensi yang terdengar (Hz)

fs = frekuensi sumber bunyi (Hz)

v = cepat rambat udara (m/s)

vp = cepat rambat pendengar (m/s)

vs = cepat rambat sumber bunyi (m/s)

Macam-Macam Efek Doppler

Terdapat dua macam efek Doppler yang perlu kita ketahui, yakni :

1. Efek Semakin Tinggi

Semakin dekat sumber bunyi, maka semakin tinggi pula frekuensi yang tertangkap oleh pendengar. Adapun persamaan dari hal ini adalah sebagai berikut: 

• Antara sumber bunyi dan pendengar, keduanya saling mendekati

• Frekuensi sumber bunyi diam (vs = 0 m/s), pendengar mendekati sumber bunyi

• Ketika sumber bunyi mendekati, pendengar diam (vp = 0 m/s)

2. Efek Semakin Rendah

Semakin jauh sumber bunyi dan pendengar, maka semakin rendah pula frekuensi bunyinya. Persamaanya adalah sebagai berikut: 

• Apabila sumber bunyi dan pendengar saling menjauhi

• Posisi sumber bunyi diam (vs = 0 m/s), sedangkan pendengar menjauhi

• Ketika sumber bunyi bergerak menjauhi, pendengar diam (vp = 0 m/s)

Penerapan Efek Doppler pada Kehidupan Sehari-Hari

Pada dasarnya, terdapat banyak sekali fenomena efek Doppler di kehidupan sehari-hari tanpa kita sadari. Berikut adalah beberapa penerapan yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari, yakni :

1. Sirine

Sirine biasanya dapat kita jumpai penggunaannya pada mobil ambulans, polisi, pemadam kebakaran, dan masih banyak lainnya. 

Pemanfaatan efek Doppler pada sirine memungkinkan supaya bunyi yang dihasilkan tidak terdengar seperti aslinya. Hal ini bertujuan agar pendengar lebih waspada saat mendengar suara sirine yang mendekat ke arahnya.

2. Radar

Radar merupakan alat yang berguna untuk mendeteksi jarak, kecepatan, dan mengukur arah gerak suatu objek. Penggunaannya adalah dengan mengukur perubahan frekuensi bunyi. 

Radar memiliki beberapa komponen utama, seperti antena, transmitter, dan receiver. Komponen-komponen tersebut memanfaatkan konsep ini dalam proses kerjanya.

3. Kesehatan

Efek Doppler juga banyak diterapkan pada bidang kesehatan. Salah satunya adalah echocardiogram. 

Echocardiogram merupakan sebuah perangkat yang bekerja untuk mengukur karakteristik jaringan tissue dan juga kecepatan aliran darah secara dalam tubuh manusia. Alat ini memanfaatkan suara ultrasonik yang menghasilkan sebuah gambar jantung beserta aliran darahnya.

4. Industri

Pada bidang industri, banyak sekali prinsip fisika yang diterapkan. Penggunaan efek Doppler dapat kita temui pada pengukuran kecepatan aliran fluida yang berada di dalam pipa pada beberapa industri. 

5. Komunikasi

Satelit komunikasi bumi memanfaatkan efek ini untuk mengukur perubahan ketinggian permukaan bumi. Penerapannya terdapat pada kompensasi Doppler dinamik yang berguna untuk menstabilkan frekuensi sinyal agar lebih konstan. 

6. Astronomi

Untuk mengetahui karakteristik bintang serta galaksi, efek Doppler dapat membantu dalam mengukur frekuensi perubahannya. Karena pada dasarnya, bintang-bintang di luar angkasa yang bergerak menyebabkan terjadinya perubahan gelombang elektromagnetik. 

Keberadaan efek ini akan membantu astronom untuk mengetahui setiap perubahan yang terjadi.

Contoh Soal Tentang Efek Doppler dan Pembahasannya

Berikut ini beberapa contoh soal yang menggambarkan konsep efek Doppler:

1. Soal 1

Sebuah kereta yang bergerak pada kecepatan 108 km/jam yang menuju ke  arah sebuah stasiun. Ketika mendekati stasiun, kereta tersebut menyalakan sirine dengan frekuensi sebesar 900 Hz. 

Apabila bunyi di udara memiliki kecepatan sebesar 340 m/s, maka berapakah frekuensi bunyi yang terdengar ketika pendengar berada di stasiun?

Diketahui:

vs = 108 km/jam = 30 m/s

vp = 0 m/s (diam)

fs = 900 Hz

v = 340 m/s

Jawab:

fp = v + vp. fs / (v + vs)

fp = 340 . 900 / ( 340 + 30) = 306.000 / 370 = 827,02 Hz

2. Soal 2

Seorang pilot sedang menerbangkan pesawat menuju ke sebuah menara yang ada di bandara. Pada menara bandara, sirine berbunyi dengan frekuensi sebesar 4200 Hz. 

Akan tetapi, bunyi sebenarnya dari menara tersebut memiliki frekuensi sebesar 1700 Hz. Apabila cepat rambat bunyi udaranya adalah 340 m/s, maka berapakah kecepatan pesawat yang dikendarai oleh sang pilot tersebut?

Diketahui:

f_p = 4200 Hz

f_s = 1700 Hz

v = 340 m/s

v_s = 0 m/s 

Jawab:

fp = (v + vp) fs / v

4200 = (340 + vp) 1700 / 340

4200 = (340 + vp) 5

Vp = 500 m/s

3. Soal 3

Sebuah frekuensi sebesar 300 Hz terpancar dari sebuah sumber bunyi. Apabila diketahui bahwa sumber bunyi tersebut saling mendekat dengan pendengarnya. 

Kecepatan pendengar adalah sebesar 30 m/s, sedangkan kecepatan yang dari sumber bunyi adalah sebesar 40 m/s. Kecepatannya di udara sebesar 340 m/s. Berapakah besar frekuensi bunyi yang terdengar oleh pendengar?

Diketahui:

fs = 300 Hz

vs = 40 m/s

vp = 30 m/s

v = 340 m/s

Jawab:

fp = (v + vp) fs / (v – vs)

fp = (340 + 30) 300 / (340 – 40) = 370 × 300 / 300 = 370 Hz

4. Soal 4

Ada sebuah ambulans yang bergerak menjauhi orang di pinggir jalan dengan kecepatan 20 m/s. Sirine ambulans dinyalakan dengan frekuensi sebesar 400 Hz. Kecepatan udara saat itu adalah 380 m/s, maka berapakah frekuensi yang terdengar oleh orang di pinggir jalan?

Diketahui:

vs = 20 m/s

fs = 400 Hz

v = 380 m/s

vp = 0 (pendengar diam)

Jawab:

fp = v fs / (v + vs)

fp = 380 × 400 / (380 + 20) = 380 × 400 / 400 = 380 Hz

5. Soal 5

Pada sebuah jalan di mana seseorang berdiri di pinggir jalan terdapat ambulans A melaju mendekati dengan kecepatan 30 m/s. Ambulans tersebut menyalakan sirine dengan frekuensi sebesar 504 Hz. 

Sedangkan dari arah yang berbeda, sebuah mobil pemadam kebakaran B membunyikan sirine dengan frekuensi sebesar 518 Hz dan melaju dengan kecepatan 20 m/s. Apabila kecepatan bunyi di udara saat itu adalah 300 m/s, maka berapa frekuensi yang didengar oleh pendengar?

Diketahui:

vsA = 30 m/s

vp = 0

fsA = 504 Hz

vsB =20 m/s

fsB = 518 Hz

v = 300 m/s

Jawab:

FpA = (v + vp) fs / (v – vs)

FpA = (300 + 0) 504 / (300 – 30) = 151200 / 270 = 560 Hz

FpB = (v + vp) fs / (v – vs)

FpB = (300 + 0) 518 / (300 – 20) = 155400 / 280 = 555 Hz

Jadi, Ftotal = fpA – fpB = 560 – 555 = 5 Hz

Sudah Paham Mengenai Efek Doppler?

Nah, itulah penjelasan singkat mengenai efek Doppler beserta contoh-contoh soalnya. Berdasarkan penjelasan tersebut, dapat kita simpulkan bahwasanya efek ini membantu kita mengetahui perubahan bunyi akibat sebuah pergerakannya. 

Faktanya jarak antara sumber bunyi dan indera pendengar juga mempengaruhi tinggi rendah bunyi yang dapat terdengar oleh indera pendengar maupun alat detektor.