652d17a0139ba7e40821ad7fa89f127e.pdf

KARYA TULIS ILMIAH APLIKASI PERHITUNGAN DASAR FISIKA FLUIDA PADA SISTEM DALAM TUBUH MANUSIA

Disusun oleh: IDA BAGUS SURYATIKA

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2017

1

KATA PENGANTAR Tiada kata yang paling tepat rasanya disampaikan untuk diucapkan karena berkat anugrah dan Rahmat Tuhan Yang Maha Esa, penulis dapat menyelesaikan makalah ilmiah yang berjudul Aplikasi Perhitungan Dasar Fisika Fluida pada sistem dalam tubuh manusia. Penyusunan makalah ilmiah ini berbentuk deskriptif atau paparan, penyusunan makalh ini selesai juga banyak memperoleh bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini kami ingin sekali mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada: 1. Bapak Ir. Sy. Poniman, M.si sebagai dosen Ketua jurusan Fisika 2. Teman-teman Kolega di Jurusan Fisika, terutama yang mengambil bidang minat Biofisika. 3. Adik- mahasiswa yang mengambil bidang minat Biofisika jurusan Fisika F.MIPA Unud. Akhir kata, kami menyadari “Tak ada gading yang tak retak” sehingga makalah kami ini juga tidak terlepas dari kekurangan baik dari segi isi, cara penyajian maupun penulisan, untuk itu dengan segala kerendahan hati kami mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan makalah ini.

Tuban, Januari 2017 Hormat saya

Penulis

2

DAFTAR ISI Kata Pengantar...................................................................................................................i Daftar Isi............................................................................................................................ii BABI PENDAHULUAN 1.1.

Latar Belakang......................................................................................................1

1.2.

Rumusan Masalah.................................................................................................2

1.3.

Batasan masalah ...................................................................................................3

1.4.

Tujuan....................................................................................................................3

1.5.

Metodologi.............................................................................................................3

BAB II TINJAUAN TEORI 2.1. Pengertian Fluida.......................................................................................................4 2.2. Fluida Statis................................................................................................................5 2.3. Fluida Dinamis.........................................................................................................10 2.4. Mahluk hidup...........................................................................................................16 2.5. Tubuh Manusia.........................................................................................................16 BAB III PEMBAHASAN 3.1. Peran fisika fluida pada sistem manusia.............................................................22 3.2. Aplikasi perhitungan dasar fisika fluida dalam sistem manusia ....................23

BABA IV PENUTUP 4.1. KESIMPULAN.......................................................................................................26 4.2. SARAN ...................................................................................................................27 Daftar Pustaka................................................................................................................iii

3

ABSRAK Flida adalah faktor dominan yang terakumulasi dalam tubuh manusia sebagai mahluk hidup. Hal ini telah dipaparkan dalam dalam karya tulis ilmiah ini. Peran fluida dalam tubuh manusia terlihat dari sistem yang dimiliki oleh manusia sebagai ciri mahluk hidup yaitu pada sistem peredaran darah, sistem eksresi. Salah satu yang diperlihatkan dalam contoh perhitungan pada makalah ilmiah ini yatu bagai menghitung tekanan hidostatis darah dihitung dari ketinggian jantung terhadap kepala. Aplikasi perhitungan juga telah dipaparkan dengan contoh sederhana sehingga didapat hubungan tekanan darah dengan kekentalan dan jejari pembuluh. Hubungan ini dapat berpengaruh terhadap kesehatan seperti misalnya menyebabkan tekanan darah tinggi.

Kata kunci : Fluida, statis, dinamis, tekanan hidrostatis, tekanan darah

4

BAB I PENDAHULUAN 1.1.

Latar Belakang Zat yang tersebar di alam dibedakan dalam tiga keadaan (fase), yaitu fase padat,

cair, dan gas. Beberapa perbedaan diantara ketiganya adalah fase padat, zat mempertahankan bentuk dan ukuran yang tetap, meskipun suatu gaya yang besar dikerjakan pada benda tersebut. Fase cair, zat tidak mempertahankan bentuknya yang tetap melainkan mengikuti wadahnya. Fase padat dan fase cair, adalah fase zat yang tidak mudah dimampatkan serta volumenya dapat diubah kecuali padanya dikerjakan gaya yang sangat besar. Fase gas, adalah fase zat yang tidak mempunyai bentuk tetap, tetapi akan mengembang mengisi seluruh wadah. Fase cair dan gas memiliki karakter tidak mempertahankan suatu bentuk yang tetap, maka keduanya mempunyai kemampuan untuk mengalir dengan demikian keduanya disebut fluida. Fluida adalah zat alir, yaitu zat yang dalam keadaan biasa dapat mengalir. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan bahwa jarak antar molekulnya tidak tetap bergantung pada waktu. Ini disebabkan lemahnya ikatan antara molekul (gaya kohesi). Gaya kohesi antar molekul gas sangat kecil jika dibandingkan gaya kohesi antar molekul zat cair. Keadaan ini menyebabkan molekul-molekul gas menjadi relatif bebas sehingga gas selalu memenuhi ruang. Sebaliknya molekul-molekul zat cair terikat satu sama lainnya sehingga membentuk suatu kesatuan yang jelas, meskipun bentuknya sebagian ditentukan oleh wadahnya. Akibat lainnya adalah kemapuannya untuk dimampatkan. Gas bersifat mudah dimampatkan dengan tekanan yang cukup besar akan berubah menjadi zat cair. Fluida dapat digolongkan dalam dua macam yaitu fluida statis (hidrostatis) yang mempelajari tentang fluida yang tak bergerak dan fluida dinamis (hidrodinamis)

5

mempelajari tentang fluida bergerak. Dalam fluida statis mempelajari hukum-hukum dasar yang dapat menjelaskan antara lain: makin dalam seseorang menyelam, makin besar tekanan yang dialami orang tersebut alami. Sedangkan dalam fluida dinamis mempelajari tentang persamaan dan hukum dasar yang dapat menjelaskan antara lain: bagaimana proses menyemprot tanaman, kemudian menghalangi lubang keluar selang dengan jempol dapat membuat air menyemprot lebih kuat; mengapa kelereng yang jatuh bebas dalam oli mula-mula makin cepat tetapi akhirnya akan menempuh kecepatan tetap. Mahluk hidup khususnya manusia, diketahui bahwa 70 prosen bagian dari tubuhnya terdiri dari fluida. Mayoritas tubuh manusia terdiri dari fluida itu menyebabkan hukum- hukum dasar fluida juga dapat diaplikasikan dalam gejala yag terjadi pada manusia. Beberapa jenis fluida dapat dijabarkan dalam manusia seperti proses pernafasan memerlukan udara, proses tranportasi memerlukan air atau cairan untuk menjalankan. Proses tersebut menjadikan penulis tertarik untuk menyajikan gejala fluida dalam tubuh manusia dalam karya tulis ilmiah.

1.2. Rumusan Masalah Dari latar belakang diatas penulis mencoba mencar beberapa permasalahan tentang aplikasi proses fluida dalam aplikasinya pada bidang biologi khususnya manusia yaitu: 1. Apakah fluida statis dan dinamis berperan pada sistem biologi khususnya sistem dalam tubuh manusia? 2. Apakah perhitungan fisika fluida berlaku pada sistem biologi khususnya pada sistem dalam tubuh manusia?

6

1.3. Batasan Masalah Dalam penjabaran tulisan ini penulis membatasi pada aplikasi dasar fluida statis dan dinamis dalam proses manusia dan bersifat deskritif.

1.4. Tujuan Penulisan Penulisan makalah ini bertujuan : 1. Mempelajari proses dasar fluida statis dan dinamis serta jenis-jenis aliran fluida. 2. Mengetahui proses fisika fluida statis dalam aplikasinya pada proses biologi. 3. Mengetahui proses fisika fluida dinamis dalam aplikasinya pada proses biologi.

1.5. Metodologi Metode penulisan yang dipakai pada pembuatan makalah ini adalah metode kepustakaan. Dimana penulis membaca dan mengumpulkan data dari literatur dan situssitus internet yang berhubungan dengan permasalahan yang dihadapi dalam pembuatan makalah ini.

7

BAB II DASAR TEORI 2.1.

Pengertian Fluida

Fluida merupakan sesuatu yang dapat mengalir sehingga sering disebut sebagai zat alir. Fluida adalah sub-himpunan dari fasebenda, termasuk cairan, gas, plasma, dan padat plastik. Beberapa perbedaan diantara ketiganya adalah fase padat, zat mempertahankan bentuk dan ukuran yang tetap, meskipun suatu gaya yang besar dikerjakan pada benda tersebut. Fase cair, zat tidak mempertahankan bentuk yang tetap melainkan mengikuti wadahnya. Tetapi seperti halnya fase padat, pada fase cair zat tidak mudah dimampatkan dan volumenya dapat diubah hanya jika dikerjakan gaya yang sangat besar. Fase gas, zat tidak mempunyai bentuk tetap, tetapi akan mengembang mengisi seluruh wadah. Karena fase cair dan gas memiliki karakter tidak mempertahankan suatu bentuk yang tetap, maka keduanya mempunyai kemampuan untuk mengalir dengan demikian keduanya disebut fluida. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan bahwa jarak antar molekulnya tidak tetap bergantung pada waktu. Ini disebabkan lemahnya ikatan antara molekul (gaya kohesi) adapun fluida memiliki sifat tidak menolak terhadap perubahan bentuk dan kemampuan untuk mengalir (atau umumnya kemampuannya untuk mengambil bentuk dari wadah mereka). Sifat ini biasanya dikarenakan Gaya kohesi antar molekul gas sangat kecil jika dibandingkan gaya kohesi antar molekul zat cair. Keadaan ini menyebabkan molekul-molekul gas menjadi relatif bebas sehingga gas selalu memenuhi ruang. Sebaliknya molekul-molekul zat cair terikat satu sama lainnya sehingga membentuk suatu kesatuan yang jelas, meskipun bentuknya sebagian ditentukan oleh wadahnya. Akibat lainnya adalah kemapuannya untuk

8

dimampatkan. Gas bersifat mudah dimampatkan dengan tekanan yang cukup besar akan berubah menjadi zat cair. Adapun fluida dapat digolongkan dalam dua macam yaitu fluida statis (hidrostatis) yang mempelajari tentang fluida yang tak bergerak dan fluida dinamis (hidrodinamis) mempelajari tentang fluida bergerak.

2.2. Fluida Statis 1.Kerapatan dan berat jenis Kerapatan (densitas) suatu benda,  idefinisikan sebagai massa per satuan volume:



m ,...........................................................2.1. v

dengan m adalah massa benda dan v adalah volume benda. Dengan demikian satuan internasional untuk kerapatan adalah kg

m3

. Selain kerapatan, besaran lain yang sering

digunakan dalam menangani persoalan fluida adalah berat jenis. Berat jenis didefinisikan sebagai perbandingan kerapatan benda tersebut terhadap kerapatan air pada suhu 4  C . Dengan demikian berat jenis merupakan besaran murni tanpa dimensi maupun satuan.

2.Tekanan fluida Gaya merupakan unsur utama dalam kajian mekanika benda titik. Dalam mekanika fluida,unsur yang unsur yang paling utama tersebut adalah tekanan. Tekanan adalah gaya yang dialami suatu titik pada suatu permukaan fluida per satuan luas dalam arah tegak lurus permukaan tersebut. Secara matematis, tekanan p didefinisikan melalui hubungan: 9

p

dF , ........................................................2.2 dA

dimana dF adalah gaya yang dialami oleh elemen luas dA dari permukaan fluida. Satuan tekanan N

m2

atau pascal ( Pa ). Secara makroskopik, gaya merupakan pertambahan

omentum per satuan waktu yang disebabkan oleh tumbukan molekul-molekul fluida di permukaan tersebut. Permukaan ini bisa berupa berupa permukaan batas antara fluida dengan wadahnya, tetapi ia bisa pula berbentuk permukaan imajiner yang kita buat pada fluida. Tekanan merupakan besaran skalar, bukan suatu besaran vektor seperti halnya gaya. Adapun pemanfaatan konsep tekanan dalam keseharian yaitu untuk dapat meluncur di atas kolam es beku, pemain luncur es menggunakan sepatu putar. Sepatu luncur memiliki pisau pada bagian bawahnya, pisau ini memberikan tekanan yang besar pada lantai es beku hingga es tepat di bawah pisau mencair, tetapi di kiri-kanannya tidak. Cairan tepat di bawah es berfungsi sebagai pelumas, sedangkan es beku di kiri dan kanan pisau tetap mencengkram pisau sehingga sepatu luncur beserta beserta pemain dapat meluncur di atas kolam beku.

3. Tekanan hidrostatik Bila cairan itu diam dalam medan gravitasi, tekanan p dalam titik tertentu adalah: p    g  h , satuan SI: pascal: N

m

2

= kg

ms 2

..........................................2.3.

dimana  adalah densitas dari cairan (dianggap tetap) dan h adalah kedalaman titik tersebut dibawah permukaan.

10

4.Hubungan tekanan dengan kedalaman Dengan menggunakan hukum newton , kita dapat menurunkan persamaan yang menghubungkan tekanan dengan kedalaman fluida: p  pO  gh ..........................................................2.4.

 O adalah tekanan di permukaan dengan memahami tekanan pada kedalaman h disebabkan oleh tekanan udara luar dan juga oleh gaya (berat) cairan yang berada diatasnya.

2.1. Gambar Tekanan pada kedalam h .

Persamaan 2.3. dan 2.4. menyatakan hubungan antara tegangan p dan kedalam h . Hubungan ini juga menyatakan bahwa tempat-tempat yang mempunyai posisi

vertikal sama akan mempunyai tekanan yang sama.

5.Kapilaritas Kapilaritas adalah peristiwa naik turunnya suatu zat cair di dalam tabung dengan diameter yang cukup kecil karena pengaruh gaya adhesi dan kohesi, tegangan permukaan.

11

Gambar 2.2. Gejala Kapilaritas Dari gambar : 

air mempunyai sudut kontak yang kecil/ lancip tegangan permukaan kecili. Gaya kohesi air lebih besar dari adhesi sehingga air naik



Raksa Pa besar  = tumpul. Gaya kohesi kurang dari adhesi akibatnya air turun.

Akibat besar naik dan turunnya dapat dihitung: h

2 cos  ..................................................................2.5. gr

Dimana: h = naik turunnya zat alir (m)

 = massa jenis zat alir ( kg

 = tegangan permukaan ( N

) g = percepatan gravitasi

m2

m3

)

 = sudut kontak r = jari-jari pipa kapiler

12

6. Prinsip Archimedes Sesorang akan mersa lebih gampang atau lebih ringan jika mengangkat sebuah benda yang bermassa sama di dalam air dibandingkan dengan jika diangkat di luar air. Atau dengan kata lain, berat benda yang tenggelam di dalam fluida akan terasa lebih ringan daripada saat benda tersebut berada di luar fluida. Peristiwa ini menunjukkan adanya suatu gaya keatas yang menyebabkan benda yang terangkat jadi lebih ringan, bisa juga dikatakan karena ada gaya apung ke atas yang dikerjakan oleh fluidaterhadap benda. Gaya apung terjadi karena tekanan dalam sebuah fluida naik sebanding dengan kedalaman. Dengan demikian, tekanan ke atas pada benda yang tenggelam lebih besar daripada tekanan ke bawah pada permukaan atas benda. Sehingga ada tekanan ke arah atas inilah yang menjadi indikator keberadaan gaya apung. Misalkan sebuah balok melayang pada suatu tabung yang berisi fluida tertentu, seperti ditunjukan pada gambar di bawah 2.3. Gaya apung didefinisikan sebagai selisih antara gaya ke atas yang dilakukan oleh fluida di bagian bawah benda dengan gaya ke bawah yang dilakukan oleh fluida di bagian atas benda.

FA  gV

Gambar 2.3. Gaya apung pada fluida

13

dimana, FA = gaya apung

 = rapat massa fluida V = volume fluida yang dipindahkan, volume nagian benda yang tercelup g = percepatan gravitasi Berdasarkan Persamaan pada prinsip Archimedes, gaya apung yang dialami kubus sama dengan banyaknya fluida yang dipindahkan. Pernyataan ini dikenal sebagai hukum archimedes. Selengkapnya hukum archimedes mengatakan bahwa, "Suatu benda berada dalam suatu fluida, maka benda itu akan mendapat gaya keatas, sebesar berat air yang dipindahkan oleh benda tersebut". Bila Gaya Archimedes, (FA) sama dengan gaya berat ( W), ditulis secara matematika FA = W, maka resultan gaya = 0 disebut melayang yaitu benda tersebut berada ditengah fluida. Bila Gaya Archimedes, lebih besar dari gaya berat benda atau ditulis FA>W maka benda dikatakan mengapung yaitu posisi benda berada dipermukaan fluidan. Bila Gaya Archimedes, lebih kecil dari gaya berat benda dinyatakan seperti FA<W maka benda akan terdorong kebawah dan tenggelam sampai ke dasar fluida.

2.3.

Fluida Dinamis Dalam kehidupan sehari- hari jika kita akan memindahkan suatu fluida, contoh

air dapat dilakukan dengan banyak cara seperti pipa paralon, bambu, pipa bsesi atau pada tamnaman menggunkan pembuluh juga pada hewan atau manusia menggunakan pembuluh. Peristiwa berpindahnya fluida tersebut dikatan bawa fluida mengalir, sehingga fluida disebut zat alir atau juga dikenal dengan fluida dinamis.

14

Fluida dinamis membahas tentang gerak fluida atau berpindahnya atau mengalirnya fluida dari posisi tertentu keposisi yang lain. Aliran fluida dibedakan menjadi dua tipe, yaitu: 1) Aliran lurus (streamline) atau aliran laminar, terjadi jika aliran lurus, sehingga lapisan fluida yang saling berdekatan mengalir dengan lancar. Setiap partikel fluida mengikuti sebuah lintasan lurus yang tidak saling menyilang. 2) Aliran turbulen atau aliran bergolak. Aliran ini bersifat memutar diakibatkan perbedaan kecepatan diantara titik dipermukaan fluida. Perbedaan kecepatan itu, tergantung pada sejumlah faktor, aliran akan bergolak. Aliran ini dicirikan oleh munculnya gerak melingkar-lingkar seperti pusaran air yang disebut sebagai arus eddy atau pusaran. Disamping sifat aliran fluida dinamis dapat dilasifikasikan dalam sifat dapat dimampatkan ( Compresible) atau tak dapat dimampatkan (incompresible). Untuk memudahkan dalam mempelajari fluida dinamis, kita akan coba melihat beberapa besaran yang sering dijumpai yaitu: 1. Laju aliran massa dan persamaan kontinuitas Skalar dari kecepatan dalam fisika dikenal sebagai laju. Laju diartikan sebagai berpindahnya suatu benda atau partikel darisuatu tempat ketempat lain dalam selang waktu tertentu. Demikian halnya dengan bergeraknya fluida dari suatu tempat ketempat lain dalam selang waktu tetentu juga didefinisikan sebagai laju aliran. Laju aliran secara matematis dapat dituliskan seperti : v = s / t..........................................................................2.5

Jika ditinjau, massa fluida yang mengalir dianggap tidak berubah ketika terjadi aliran, peristiwa ini membawa kita pada hubungan antara tempat mengalirnya fluida

15

dengan laju aliran fluida. Dari hubungan ini ada besaran kuantitatif penting yang dapat dihitung dan dikenal dengan persamaan kontinuitas. Tinjau gambar 2.4.

Gambar 2.4. Laju aliran massa Volume fluida yang mengalir pada permukaan bagian pertama (1), yaitu ketika melewati luasan A1 dengan laju v1 dalam selang waktu  t dinyatakan, A1V1t . Dari hubungan Volume dan Massa jenis, maka laju aliran massa yang melalui luasan A1 dapat dinyatakan sebagai : m 1 A1v1 t   1 A1v1 ................................2.6. t t

Peristiwa yang sama dapat terjadi ketika fluida melewati luasan 2 sehingga laju aliran massa yang melewati A2 selama selang waktu  t adalah:

 2 A2 v2 .................................................................2.7. Dengan asumsi volume fluida yang mengalir selama rentang waktu  t pada luasan A1 akan memiliki jumlah yang sama dengan volume yang mengalir pada A2 sehingga dapat dituliskan :

1 A1v1   2 A2 v2 ....................................................2.8. Persamaan 2.8. disebut sebagai persamaan kontinuitas. Jika 1   2 , maka persamaan tersebut dapat ditampilkan:

A1v1  A2 v2 .....................................................2.9.

16

2. Persamaan Bernouli Selain persamaan kontinuitas,

fluida dinamis

juga

mempunyai

persamaan fundamental dalam persoalan aliran yaitu persamaan Bernoulli. Persamaan ini memperlihatkan hubungan antara besaran- besaran tekanan, kecepatan dan ketinggian pada titik-titik sepanjang garis alir fluida. Penurunan persamaan Bernoulli dapat dilakukan dengan menggunakan hukum kekekalan energi, yaitu energi sebelum dan sesudah terjadi aliran selalu tetap. Dalam peristiwa ini dapat juga dinyatakan perubahan energi mekanik total fluida yang mengalir yang terdiri dari perubahan energi kinetik ditambah perubahan energi potensial selalu tetap. Aplikasi hukum kekealan energi dalam fluida dinamis dapat dilihat pada hukum Bernoulli yaitu jika, fluida ideal mengalir dengan garis-garis arus atau aliran tunak, tak kompresibel dan tak kental. Seperti digambarkan dalam gambar 2.5.

Gambar 2.5. Aliran fluida dengan ketinggian berbeda Gambar 2.5. Sejumlah fluida yang mengalir dari titik 1 ke titik 2. Dari gambar dilihat titi 1 lebih 1 lebih rendah dibandingkan dengan titik 2, peristiwa ini

17

memperlihatkan bahwa energi potensial fluida di 1 lebih kecil daripada energi potensial fluida 2. Jika diasumsikan luas penampang 1 lebih besar dari luas penampang 2, maka dari persamaan (2.*) persamaan kontinuitas ( Av  kons tan ), jika kecepatan fluida 2 lebih besar daripada 1, dan ini berarti bahwa energi kinetik fluida di 1 lebih kecil daripada energi kinetik fluida 2. Maka peristiwa diatas, adalah energi potensial dan energi kinetik adalah anergi mekanik, dengan demikian dapat dinyatakan energi mekanik fluida di 1 lebih kecil daripada energi mekanik fluida di 2. Jika energi mekanik di 1 lebih kecil daripada energi mekanik 2, bagaimana mungkin fluida berpindah dari titik 1 ke titik 2? Bernouli mengetahui teorema usahaenergi mekanik. Menurut teorema ini, fluida dapat berpindah dari 1 ke 2. Usaha adalah gaya kali perpindahan ( W  Fs ). Agar usaha positif, beda gaya F  F1  F2 haruslah bernilai positif. Gaya adalah tekanan kali luas penampang (F = P A), sehingga beda gaya  F positif, dan F  p1 A1  p2 A2 haruslah positif. Dari sinilah Bernoulli menemukan besaran ketiga yang berhubungan dengan usaha positif yang dilakukan fluida, yaitu tekanan p sehingga fluida dapat berpindah dari 1 ke 2 walaupun energi mekanik di 1 lebih kecil daripada energi mekanik di 2. Melalui penggunaan teorema usaha-energi mekanik yang melibatkan besaran tekanan p (mewakili usaha), besaran kecepatan aliran fluida v (mewakili energi mekanik) dan besaran ketinggian terhadap suatu acuan h (mewakili energi potensial), akhirnya Bernoulli berhasil menurunkan persamaan yang menghubungkan ketiga besaran ini secara matematis, yaitu: p1 

1 1 v1 2  gh1 = p 2  v 2 2  gh2 ............................2.10. 2 2

18

Jika diperhatikan

1 2 1 v mirip dengan energi kinetik EK  mv 2 dan gh mirip 2 2

dengan energi potensial EP  mgh . Ternyata volum (  

1 2 v adalah energi kinetik per satuan 2

m ) dan gh tak lain adalah energi potensial per satuan volum. Oleh karena V

itu, persamaan Bernouli di atas dapat dinyatakan: p 

1 2 v  gh  kons tan ...................................................2.11. 2

Hukum bernouli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan (p), energi kinetik per 1 satuan volum ( v 2 ), dan energi potensial per satuan volum ( gh ) memiliki nilai 2

yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus. 3. Jenis-Jenis Aliran pada Fluida Jika ditinjau aliran yang terjadi pada suatu fluida maka dapat didefinisikan beberapa jenis aliran yaitu : a. streamline (aliran garis arus) Garis aliran yang berbentuk garis lurus atau lengkung b. turbulen (aliran berputar) Garis alirannya berputar bahkan berlawanan arah dengan geraknya

streamline turbulen

Gambar 2.6. Aliran garis arus dan aliran berputar 19

2.4. Mahluk Hidup. Bumi adalah tempat hidup berbagai macam mahluk hidup. Bumi dapat menjadi tempat hidup mahluk karena bumi memiliki unsur- unsur yang dapat menunjang mahluk untuk, bernafas, bertumbuh dan berkembangbiak. Kebutuhan akan bernafas, makan serta bertumbuh dan berkembang tersebut merupakan ciri- ciri yang utama dari mahluk hidup. Sebelum kita mempelajari faktor -

yang berkaitan dari mahluk hidup ada

baiknya kita definiskan apakah mahluk hidup itu. Makhluk hidup adalah materi atau benda hidup yang mempunyai ciri-ciri yang berbedak dari materi atau benda tak hidup. Ciri atau karakteristik yang membedakan antara benda hidup dan tidak hidup adalah : benda hidup memerlukan makan, bernapas, tumbuh dan berkembang, sertaberkembang biak. Disamping itu juga jika menghadapi suatu ancaman maka mahluk hidup dikatakan peka terhadap rangsangan dan sebagian dari mahluk hidup dapat bergerak seperti golongan binatang dan manusia. Mahluk hidup juga mempunyai ciri- ciri dapat mengeluarkan zat sisa melalui metabolisme didalam tubuhnya. Melihat demikian kompleknya karakteristik dari mahluk hidup, maka para ilmuwan sering menyebut dengan keaneka ragaman mahluk hidup. Keaneka raman mahluk hidup ini disebakan perbedaan morfologi, anatomi, fisiologi dan tingkah laku. Salah satu dari keanekaragaman mahluk hidup penulis mencoba melihat proses dan sistem pada manusia sebagai bahan kajian dalam makalah ini.

2.5. Tubuh Manusia Diantara keanekaragaman mahluk hidup, manusia adalah salah satu mahluk yang paling sempurna. Manusia dikatakan paling sempurna secara ilmiah mempunyai sistem yang sangat lengkap dan juga memiliki otak sebagai kemampuan untuk mengubah tampilan dan intelektualnya. Dalam tubuh manusia terdapat sistem yang sempurna dimulai dari sistem gerak, sistem pencernaan, sistem pernafasan, sistem peredaran darah, sistem ekskresi, sistem koodinasi dan alat indra dan sistem pertumbuhan dan perkembangan. 20

Keseluruhan sistem dalam tubuh manusia ini merupakan satu kesatuan sistem yang menjadikan manusia menjadi ciri mahluk hidup yang sempurna. 1. Sistem gerak Pada sistem pergerakan manusia yang berperan adalah gabungan dari tulang, otot dan kulit manusia. Sistem gerak yang paling utama adalah gabungan tulang- tulang yang umum disebut kerangka. Karena terdiri dari tulangtulang dan arah gerak dari tiap gerup tulang berbeda maka tulang dalam kerangka manusia pun berbeda bentuknya yaitu ada berbentuk pipa, pipih, pendek dan ada yang berbentuk tidak beraturan. Tulang rangka disamping sebagai alat gerak juga berfungsi sebagai pemberi bentuk pada manusia itu. Jika ditinjau dari fungsi tulang sebagai sistem gerak maka ilmu fisika tentang gerak baik kenetika maupun dinamika dapat dilihat pada sistem ini. 2. Sistem pencernaan Adalah salah satu sistem pada manusia yang berfungsi untuk tumbuh dan berkembangnya manusia. Manusia dapat tumbuh dari asupan makan yang diperolehnya. Perkembangan organ lain pada manusia juga tergantung dari sistem pencernaan. Dalam sistem pencernaan ada alat- alat pencernaan. Alatalat pencernaan berfungsi untuk menghaluskan makanan, membunuh kuman yang masuk bersama makanan dan mengubah zat- zat tertentu menjadi zat yang dibutuhkan untuk kelangsungan hidup manusia. Secara umum ada 2 proses yang berlangsung pada sistem pencernaan yaitu proses mekanik adalah proses pengolahan untuk mengubah bentuk makanan yang besar menjadi lebih kecil, proses ini biasa disebut proses fisika karena tidak mengubah kandungan kimia makanan. Dalam proses ini juga terjadi proses gerak dalam hukum newton walaupun dalam bentuk kecil.

21

Proses kimiawi yaitu proses yang mengubah susunan kimia makanan menjadi struktur kimia baru yang dibutuhkan tubuh. Dalam proses ini juga berperan fluida sebagai penggerak untuk memindahkan makanan tersebut disamping sebagai pelarutnya. Proses pencernaan dimulai dari mulut hingga ke usus halus. 3. Sistem pernapasan Bernapas adalah salah satu ciri dari mahluk hidup apalagi manusia. Bernapas adalah proses masuknya udara/ fluida kedalam tubuh dan keluar manusia. Proses pernapasan ini mayoritas melibatkan fluida sebagai obyeknya. Masuk berupa fluida yang disebut oksigen dan keluar dalam bentuk karbondioksida dan dalam bentuk uap air juga fluida. Proses pernapasan ini juga disebut sebagai Respirasi. Pada manusia proses respirasinya langsung karena pengambilan fluida dilakukan langsung tanpa perantara hewan atau mah;luk lain. Proses respirasi ini melalui hidung, parng, tenggorokan dan paru- paru. Perjalanan masuknya fluida dari lingkungan ke tubuh manusia melalui saluran yang berbentuk pipa atau selang, dari tempat masuknya fluida ini secara fisika fluida yang masuk maka besaran- besar dalam fisika berlaku pada peristiwa ini. Sehingga jika ingin diukur volume atau tekanan paruparu seseorang berdasarkan tekanan udara luar dapat diketahui. Jenis- jenis pernapasan ada 2, pernapasan dada adalah pernapasan yang memanfaatkan dorongan tulang rusuk sehingga rongga dada membesar dan udara luar masuk paru- paru. Pernapasan perut, pernapasan jenis ini memanfaatkan gerakan rongga perut dan rongga dada yang disebut diafragma untuk proses masuknya udara luar. Volume udara dapat dihitung juga kavasistas paruparu dapat diketahui untuk setiap orang. Volume paru- paru memegang

22

peran penting dalam dunia olah raga karena semakin banyak volume maksimum paru- paru seseorang maka daya tahan tubuh orang tersebut semakin kuat. 4. Sistem peredaran darah Sistem peredaran darah adalah sistem yang memanfaatkan mayoritas fluida juga. Dalam sistem peredaran darah peran viskusitas fluida sangat penting sehingga mempegaruhi kesehatan dari manusia tersebut. Perbedadaan atau perubahan viskusitas fluida contoh darah disebabkan oleh makanan atau material yang masuk dalam tubuh manusia itu. Sistem pencernaan berfungsi untuk mengedarkan zat- zat atau sari makanan yang diolah dalam tubuh menuju keseluruh tubuh manusia. Sari ini diedarkan agar fungsi tubuh manusia berjalan normal. Jika peredaran darah ini terganggu maka sistem yang lain pun terganggu. Kekuatan atau energi persatuan waktu yang dipakai untuk mengedarkan makanan keseluruh tubuh didapat dari jantung. Jadi jantung merupakan mesin penghasil energi bagi sistem peredaran darah ini. Sebagai medium tempat mengalirnya darah pada manusia adalah pembuluh darah. 5. Sistem ekskresi, salah satu sistem yang juga memanfaatkan fluida adalah sistem ekskresi atau sistem pengeluaran. Dalam sistem ini fulida juga berperan dan yang dikeluarkan pun berupa fluida. Fungsi dari sistem pengeluaran ini adalah mnstabil komposisi zat yang diperlukan tubuh. Jika fungsi sistem ini terganggu maka material atau fluida itu dapat bersifat racun dan mengganggu sistem yang lain. Yang merupakan alat dalam sistem ini adalah: ginjal dan kulit.

23

6. Sistem koordinasi dan alat indra Sistem koordinasi adalah sistem yang dimiliki manusia yang berfungsi untuk mengkoordinasikan, mengatur dan mengendalikan sisten kerja tubuh yang lain. Dalam sistem koordinasi ini yang berperan adalah aliran rasangan berupa kelistrikan tubuh sehingga dasar fisika kelistrikan dapat dipakai dalam mengetahui koordinasi sistem ini. Sebagai alat yang berperan adalah jaringan syaraf. Macam- macam sel saraf yang berperan diantaranya, sel saraf sensorik berperan menghantarkan aliran listrik rasangan dari alat indra ke otak atau susum tulang belakang. Sistem saraf motorik yaitu sistem saraf yang menghantarkan respon dari otak menuju susmsum tulang belakang kemudian ke efektor yatu otot sebagai reaksi dari rangsangan tadi. Sel saraf konektor yaitu penghubung antara sel saraf sensorik dengan motorik. Alat indra adalah anggota tubuh yang peka terhadap rangsangan. Rangsangan ini dapat berupa suhu, rasa, bunyi atau cahaya. Alat indra terdiri dari, mata, kulit, hidung, lidah dan telinga. 7. Sistem pertumbuhan dan perkembangan Manusia dari lahir hingga dewasa mengalami pertumbuhan. Perubahan pertumbuhan pada manusia disebabkan adanya sistem pertumbuhan dan perkembangan. Sistem pertumbuhan dan perkembangan secarau umum dapat dibagi 2 yaitu : 1. Masa pembuahan sampai lahir, masa pembuahan adalah masa pertemuan antara dua material kelamin manusia sehingga terbentuk unsur manusia baru. Manusia baru tersebut mulai berkembang didalam kandungan dan bertumbuh hingga dilahirkan menjadi manusia sempurna. 2. Masa setelah lahir, masa setelah lahir ini lebih banyak sistem pertumbuhan

24

yang berperan secara fisik sangat kelihatan. Manusia bertumbuh dari bayi, anak- anak hingga dewasa.

25

BAB III PEMBAHASAN 3.1.

Peran fisika fluida pada sistem manusia Dalam paparan tinjauan teori didepan terlihat bahwa pengetahuan fisika dapat

dimanfaatkan dalam berbagai bidang ilmu seperti; Pertanian, teknik, peternakan, kesehataan atau kedokteran, bahkan dalam bidang ilmu terapan seperti elektronika dan komputasi. Pemanfaatan fisika dalam bidang ilmu lain juga terlihat dari komposisi material atau zat terkandung pada suatu sistem. Dalam bidang kesehatan atau biologi khususnya manusia, peran fisika dapat diaplikasikan dan dimanfaatkan perhitungan atau perumusannya. Seperti pada sistem gerak manusia, ilmu fisika berperan untuk menghitung keseimbangan kerangka manusia sehingga dapat menjadi solusi untuk membuat kaki palsu atau tiruan. Aplikasi fisika dalam sistem kerangka disini adalah hukum- hukum Newton tentang gerak. Dari paparan bab II makalah ini dikatakan bahwa manusia dalam tubuhnya hampir 70% komponennya fluida, fluida merupakan zat yang beperan penting dalam sistem yang ada pada diri manusia. Dan jika ditinjau sistem yang dimiliki oleh manusia seperti sistem tranpor atau peredaran darah, maka sudah pasti peran fisika

fluida sangat

penting.Contoh kasus peran tekanan hidrostatis pada manusia saat jantung berkontraksi menyebabkan darah terpompa keluar dari jantung pada tekanan Po. Pada kondisi ini darah mengalir sepanjang pembuluh arterinya. Jika dimisalkan darah mengalir dari otak saat manusia berdiri, otak berada pada ketinggian h relatif terhadap jantung. Untuk massa jenis darah

 d dan percepatan gravitasi ditempat itu adalah g, maka tekanan

hidrostatis darah pada saat berada di otak manusia itu : ph  pO   d gh sesuai persamaan 2.4 (Bambang, 2008).

26

Sebagai catatan tekanan hidrostatis yang dimaksud adalah tekanan oleh jantung pada pembuluh arteri, bukanan tekanan darah manusia. Kasus lain peran fisika fluida dalam dunia manusia, pemanfaatan hukum Poisseuille (Bambang 2008). Hukum ini menjelaskan bagaimana hubungan antara kekentalan dengan timbulnya tekanan darah tinggi pada manusia. Q

 Pr 4 .............................................................3.9 8l

Dari persamaan ini Q adalah debit atau laju aliran darah pada pembuluh, ŋ adalah kekentalan dan P adalah tekanan darah yang timbul. Dari persamaan ini juga akan bisa diketahui bagaimana cara menurunkan tekan darah agar dicapai sesuai yang diinginkan dengan melihat kekantalan dan lebar atau jari- jari pembuluh darah(r). Untuk lebih memahami bagaimana aplikasi perhitungan dasar fisika fluida pada sistem peredaran manusia. 3.2.

Aplikasi perhitungan dasar fisika fluida dalam sistem manusia

Untuk mengetahuai adanya pemanfaatan perhitungan dasar fisika fluida dalam tubuh manusia. Berikut diberikan contoh soal dan perhitungannya: 1. Dalam rangka menghetahui tekanan hidrostatis darah seseorang diberikan kasus: jika jantung seseorang berkontraksi darah keluar dari jantung dengan tekanan 120 cmHg. Darah mengalir melalui arteri menuju otak. Jika ketinggian otak dari jantung 40 cm. massa jenis darah 0,001 gr/mm berapakah tekanan hidrostatis darah orang tersebut. (g = 10 m/s2)

Dari contoh kasus ini dapat dipecahkan dengan menggunakan persamaan

……………………………………2.1.

27

- 400 = 800 mmHg

Jadi terlihat sangat besar sekali perbedaan antara tekanan darah dan tekanan hidroststis. Perlu dicatat bahwa tekanan darah adalah tekanan darah yang diedarkan dari jantung keseluruh tubuh. Tekanan darah normal manusia adalah 120 /70 . tekanan darah ada dua jenis yaitu tekanan systole adalah tekanan darah ketika jantung berkontraksi dan tekanan diastole adalah tekanan darah ketika jantung berekpansi (Bambang, 2008). Tekanan hidrostatis besar mempengaruhi gerakan kepala seseorang ketika menunduk dan tegak, sehingga dengan adanya perubahan mendadak orang tersebut dapat mengalami pusing untuk beberapa saat. 2. Salah satu contoh aplikasi fisika fluida pada seseorang yang dapat menjawab apakah tekanan tersebut mempengaruhi kesehatan seseorang. Misalnya, stroke adalah terjadinya pecah pembuluh darah otak akibat tekanan darah yang tinggi. (Bambang, 2008). Tekanan darah tinggi salah satu disebabkan oleh penyempitan pembuluh darah karena ada pengendapan bahan atau disebut kolestrol dididing pembuluh darah. Pembuluh darah adalah pipa atau pembuluh tempat fuida mengalir dalam tubuh. Perubahan diameter pembuluh sangat berpengaruh terhadap kecepatan aliran dan tekanan darah. Kejadian ini merupakan aplikasi perhitungan fisika dengan menggunakan hukum Poisseuille. Berikut diberikan data sederhana untuk menegetahui pengaruh tekanan darah terhadap kekentalan dan jari- jari pembuluh.

28

a. Akan dicari hubungan antara tekanan darah dengan kekentalan fluida yang mengalir pada pembuluh arteri menuju otak. Diketahui bahwa kekentalan fluida 50 g/.mm3, 100, 150 dan 200. Asumsikan bahwa tidak terjadi perubahan pada bentuk dan dinding pembuluh serta laju aliran fluida dianggap stabil. Dengan persamaan 3.9. diperoleh tekanan 400, 800, 1200 dan 1600 g/mm3. Jika diplot dalam grafik terlihat:

b. Untuk mengetahui hubungan tekanan dengan dengan perubahan pembuluh darah. Penyempitan atau perubahan pembuluh diakibatkan pola makan seseorang. Diberikan data sederhana sebagai berikut: jari- jari pembuluh 0,8, 0,08,0,008dan 0,0008 mm. dengan menggunakan persamaan 3.9 didapat:

,

,

,

.

Dari hasil perhitungan ternyata terjadi penambahan tekanan darah sampai pangkat empat.

Ini berarti secara fisika tekanan darah menuju keotak

melalului pembuluh sebesar pangkat empat dari tekanan normal darah melalui arteri menuju arteri otak. Jelas pengertian ini menyebabkan terjadinya pecah terhadap pembuluh tersebut.

29

BAB IV PENUTUP 4.1. Kesimpulan Dari hasil pemaparan dan pembahasan dalam makalah ini, maka penulis mencoba menggali kesimpulan berdasarkan permasalahan dan tujuan yang disajikan pada makalah ini, sebagai berikut: 1. Fisika merupakan salah satu ilmu yang banyak dipergunakan untuk mengetahui fenomena alah dan saat ini dapat juga diketahui perannya dalam tubuh manusia. 2. Tubuh manusia yang terdiri dari 70% prosen fluida, menjadikan peran fisika fluida. Peran fisika fluida tersebut dapat dilihat d ari istilah yang digunakan dalam mahluk hidup yaitu tekanan darah, tekanan hidrostatis darah laju aliran darah menuju otak. 3. Perhitungan dasar fisika dapat digunakan dalam mengetahui perbedaan tekanan hidrostatis otak dan tekanan darah seseorang. Tekanan hidrostatis seorang yang berubah secara mendadak dapat mempengaruhi kesehatan seseorang. Pengaruh kekentalan darah dan perubahan jari jari pembuluh dengan perubahan tekanan darah dapat dihitung dengan hukum Poissouille. Dengan menggunakan data sederhana dapat disimpulkan tekanan darah semakin besar jika kekentalan fluida ( darah) yang mengalir semakin kental. Demikian halnya penyempitan jari- jari pembuluh yang diakibatkan oleh jenis makan seseorang maka tekanan darah yang bersangkutan semakin besar. Tekanan darah yang tinggi melalui pembuluh darah yang elastisitasnya terbatas mengakibatkan

30

pecahnya pembuluh itu. Peristiwa pecahnya pembuluh darah ini dikenal dengan stroke. 4.2. Saran Dalam rangka lebih mendalam mengetahui peran fisika fluida dalam tubuh manusia perlu disarankan melakukan penelitian khusus tentang sistem- sistem pengangkutan pada manusia. Penelitian hendaknya diarahkan pada jenis- jenis asupan manusia sehingga diketahui pebnyebab perubahan kekentalan dan dinding pembuluh darah atau pembuluh lainnya.

31

Daftar Pustaka

Bambang Murdaka Eka Jati, 2008, Fisika dasar untuk ilmu- ilmu Eksakta dan teknik, Andi Yogyakarta. http://id.wikipedia.org/wiki/fluida Ismail, azizah. 2006. Tubuh manusia. Kuala lumpur : Golden Center. BHD Kanginan, M., 1996, Fisika SMU Jilid 2B, jakarta : Penerbit Erlangga Mader, Sylvia S. 2010, Essentials of Biology, Edisi kedua. New York, McGraw- Hills Higher Education. Slamet Prawirohartono,dan Rosito, 1996, Biologi Sains , Jakarta : Bumi Aksara, h. 7-13 Tetty Yulliawati, dan Denny Indra Sukry, 2004, Ilmu Pengetahuan Alam Lengkap , Depok : Kawan Pustaka, h. 133

32