Gelombang Bunyi Di Bidang Medis

Bunyi adalah gelombang mekanik yang merambat dalam medium. Bunyi timbul karena getaran partikel-partikel penyusun medium. Getara partikel-partikel inilah yang menyebabkan energi yang berasal dari sumber bunyi merambat dalam medium tersebut. Dengan demikian, bunyi hanya bisa merambat jika ada medium. Dalam ruang hampa bunyi tidak dapat merambat. Di udara bunyi merambat akibat getaran molekul-molekul udara. Di dalam zat padat bumi merambat akibat getaran atom-atom zat padat. Di dalam zat cair bunyi merambat akibat getaran atom-atom atau molekul-molekul penyusun zat cair.

Laju rambat bunyi berbeda dalam material yang berbeda. Dalam zat padat laju rambat bunyi lebih besar daripada dalam zat cair. Dan dalam zat cair laju rambat bunyi lebih besar daripada dalam gas. Laju rambat bunyi juga dipengaruhi oleh suhu. Kebergantungan laju rambat bunyi di udara dapat didekati dengan persamaan

dengan T dalam derajat Celcius

Dua aspek bunyi yang dirasakan telinga adalah kekuatan bunyi (loudness) dan ketinggian bunyi (pitch). Kekuatan bunyi merepresentasikan energi yang dibawa oleh gelombang bunyi. Ketinggian bunyi merepresentasikan apakah bunyi tersebut tinggi seperti bunyi biola atau rendah seperti bunyi bass gitar. Tinggi rendah bunyi berkaitan dengan frekuensi pembawa bunyi tersebut. Bunyi tinggi memiliki frekuensi tinggi dan bunyi rendah memiliki frekuensi rendah.

Secara umum terlinga manusia dapat mendengar bunyi pada jangkauan frekuensi antara 20 Hz sampai 20.000 Hz. Jangkauan frekuensi ini dikenal dengan nama daerah pendengaran. Bunyi dengan frekuensi di atas 20.000 Hz dinamakan bunyi ultrasonik. Beberapa binatang dapat mendengar bunyi ultrasonik. Anjing dapat mendengar bunyi hingga frekuensi 50.000 Hz. Kelelawar dapat mendengar bunyi hingga 100.000 Hz. Bunyi dengan frekuensi di bawah 20 Hz dinamakan infrasonik. Sumber bunyi infrasonik di antaranya gempa bumi, gunung api, dan getaran mesin-mesin berat.

Ultrasonik

Ultrasonik adalah gelombang bunyi yang memiliki frekuensi di atas 20.000 Hz. Gelombang ini tidak dapat didengar oleh telinga. Namun, beberapa hewan seperti anjing dan kelelawar dapat mendengar bunyi ultrasonik. Walaupun tidak dapat didengar telinga, gelombang ultrasonic banyak dinamfaatkan manusia. Pemanfaatan yang paling banyak saat ini dijumpai dalam bidang kedokteran. Ketika gelombang ultrasonik berpindah dari satu medium ke medium lainnya di mana pada dua medium tersebut kecepatan gelombang berbeda maka yang terjadi adalah

  • Sebagian gelombang dipantulkan
  • Sebagian gelombang dibiaskan (diteruskan) ke medium berikutnya
  • Intensitas gelombang yang dipantulkan dan dibiaskan bergantung pada lagu gelombang pada dua medium.

Fenomena ini dilukiskan pada Gambar 1. Sifat ini dimanfaatkan untuk menyelidiki keadaan dalam tubuh menggunakan gelombang ultrasonik.

bunyi medis
Gambar 1. Gelombang mengalami pemantulan dan pembiasan (transmisi) setiap melewati bidang batas dua medium

Pulsa ultrasonik yang diarahkan ke dalam tubuh akan dipantulkan ketika berpindah dari satu organ ke organ yang berbeda dalam tubuh. Detektor yang berada di luar mendeteksi intensitas gelombang yang dipantulkan serta waktu yang diperlukan gelombang yang semula dipancarkan mencapai kembali detektor setelah mengalami pemantulan pada dinding-dinding organ. Informasi intensitas dan waktu tunda tersebut digunakan untuk menggambarkan bayangan organ tubuh. Gambar 2

mengilustrasikan mekanisme deteksi keadaan bayi dalam tubuh ibu hamil dan Gambar 2. adalah salah satu bentuk citra bersih yang diperoleh.

bunyi medis
Gambar 2. Pulsa yang tampak pada layar merepresentasikan gelombang yang dipantulkan pada batas antara organ-organ dalam tubuh. Berdasarkan selang waktu antar dua pulsa setra tinggi pulsa maka bayangan organ dalam tubuh dapat dibuat (dengan komputer)

Aplikasi lain dari gelombang ultrasonic dalam kedokteran adalah untuk mengukur laju aliran daeah dalam nadi. Frekuensi gelombang ultrasonic yang digunakan dalam aplikasi ini biasanya 5 – 10 MHz. Sel-sel darah merah yang mengalir dalam tubuh berfungsi sebagai pemantul gelombang ultrasonic. Karena sel darah merah bergerak, maka berdasarkan efek dopler, frekuensi gelombang yang dipantulkan berbeda dengan frekuensi gelombang datang. Dengan menghitung selisih frekuensi tersebut maka laju aliran darah dapat dihitung.

bunyi medis
Gambar 3. Skema pengukuran laju aliran darah dalam nadi menggunakan gelombang ultrasonic.

Berdasarkan Gambar 3. perubahan frekuensi gelombang ultrasonic yang dideteksi dapat dinyatakn dengan rumus

dengan Df perubahan frekuensi gelombang, f frekuensi gelombang ultrasonic yang digunakan, v laju perambatan gelombang ultrasonic dalam tubuh, u laju aliran sel darah merah, q sudut yang dibentuk oleh arah gelombang ultrasonic dengan arah aliran sel darah merah.

Sumber Pustaka

Mikrajuddin Abdullah. 2016. Fisika Dasar 1. ITB

semoga artikel ini bermanfaat dan menambah wawasan kita semua. sampai jumpa di artikel-artikel berikutnya

Mahasiswa Fisika UNM Makassar.

Leave a Reply

%d bloggers like this: