i Buku Ajar FISIKA Dalam Interdisiplin Ilmu Oleh : Emil, Nindy, Christimadya & Melati
ii Buku Ajar FISIKA Dalam Interdisiplin Ilmu Disusun Oleh : Christmadya Wanti Lestari br. Sirait (4203321001) Emil Salim Munthe (4202121010) Melati Siahaan (4201121013) Nindhya Faramadina (4203321013) Dipergunakan Di Lingkungan Sendiri Sebagai Buku Ajar Matakuliah Fisika Dalam Interdisiplin Ilmu Program Studi Pendidikan Fisika FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN DESEMBER 2022
iii KATA PENGANTAR Ilmu Fisika adalah ilmu yang mempelajari fenomena fisik dari suatu zat ataupun benda, sehingga dapat diterapkan ke berbagai bidang ilmu. Dalam interdisiplin ilmu khususnyailmu kimia dan biologi, Fisika berfungsi dalam pengamatan fenomena lingkungan, penggunaan peralatan keselamatan dan sebagainya, penerapan ilmu fisika terhadap bidang ilmu lain yang memiliki fungsi besar,sehingga perlu dipelajari bagaimana asal mula kejadian fenomena-fenomena fisika yang akan ditemui didalam proses belajar mengajar maupun di lapangan kerja. Buku ini disusun untuk mempermudah dosen maupun mahasiswa dalam memahami ilmu Fisika, kemudian sebagai pengarah dalam jalannya perkuliahan sehingga sesuai dengan Batasan -batasan yang diharapkan nantinya. Buku Ajar ini mungkin masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu nantinya akan kembali direvisi setiap tahun guna menyempurnakan isinya. Medan, Desember 2022 Penulis
iv DAFTAR ISI KATA PENGANTAR.................................................................................................. iii DAFTAR ISI ................................................................................................................ iv Bab 1................................................................................................................................1 KONSEP PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH ...........................................1 Rangkuman.................................................................................................................8 Bab 2..............................................................................................................................10 KONSEP MEKANIKA DALAM BIDANG BIOLOGI...........................................10 Rangkuman...............................................................................................................13 Bab 3..............................................................................................................................14 KONSEP BUNYI DALAM BIDANG BIOLOGI.....................................................14 Rangkuman...............................................................................................................22 Bab 4..............................................................................................................................23 KONSEP OPTIK DALAM BIDANG BIOLOGI.....................................................23 Rangkuman...............................................................................................................26 Bab 5..............................................................................................................................27 KONSEP FLUIDA DALAM BIDANG BIOLOGI...................................................27 Rangkuman...............................................................................................................36 Bab 6..............................................................................................................................37 KONSEP FLUIDA DALAM BIDANG KIMIA........................................................37 Bab 7..............................................................................................................................42 KONSEP LISTRIK DAN ELEKTROMAGNETIK UNTUK BIDANG BIOLOGI .......................................................................................................................................42 Rangkuman...............................................................................................................52 Bab 8............................................................................................................................54
v KONSEP LISTRIK DAN ELEKTROMAGNETIK DALAM BIDANG KIMIA .54 Rangkuman...............................................................................................................63 Bab 9.............................................................................................................................64 KONSEP SUHU, KALOR DAN ENERGI UNTUK BIDANG BIOLOGI.............64 Rangkuman...............................................................................................................75 Bab 10............................................................................................................................76 KONSEP SUHU, KALOR DAN ENERGI UNTUK BIDANG KIMIA .................76 Rangkuman...............................................................................................................79 Bab 11............................................................................................................................80 KONSEP TERMODINAMIKA UNTUK BIDANG BIOLOGI DAN KIMIA.......80 Bab 11............................................................................................................................95 KONSEP TERMODINAMIKA – ENTROPI UNTUK BIDANG KIMIA.............95 Rangkuman.............................................................................................................107 DAFTAR PUSTAKA.................................................................................................109
1 Bab 1 KONSEP PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH A. Pendekatan Monodisipliner Pendekatan dalam suatu ilmu dapat dilihat melalui dua tipe yaitu monodisipliner dan interdisipliner. Pendekatan monodisipliner yaitu pendekatan dengan suatu ilmu yang tunggal sudut pandang. Ciri pokok atau kata kunci dari pendekatan monodisipliner adalah mono (satu ilmu) atau satunya itu. Di pihak lain, pendekatan dengan banyak ilmu lazim disebut pendekatan interdisipliner/multidisipliner. Pemecahan masalah dalam studi sastra tidak memungkinkan menggunakan pendekatan monodipliner karena masalahnya tidak hanya berkenaan dengan satu ilmu saja, tetapi dengan pendekatan interdisipliner atau multidisipliner karena masalahnya menyangkut banyak ilmu. Pendekatan monodisipliner atau sering juga disebut sebagai pendekatan struktural, yaitu suatu bentuk atau model pendekatan yang hanya memperhatikan satu disiplin ilmu, tanpa menghubungkan dengan struktur ilmu lain. Jadi pengembangan materi berdasarkan ciri dan karakteristik dari bidang studi bersangkutan. Ilmu pengetahuan adalah suatu proses sosial yang mengalami diseminasi secara global maupun lokal melalui berbagai bentuk dan tempat, maka di masa yang akan datang akan terjadi rekonfigurasi ilmu pengetahuan. Dalam memecahkan masalah pendidikan jika kita hanya menggunakan monodisipliner, kita akan berhadapan dengan berbagai kelemahan yang muncul di mana kita hanya memahami disiplin ilmu itu saja tanpa memahami disiplin ilmu lain yang dapat dimanfaatkan untuk melengkapi disiplin ilmu yang kita pahami. Di dalam dunia akademik saat ini ditandai dengan keberadaan disiplin ilmu yang saling terpisah. Integrasi oleh karenanya merupakan kata kunci yang diperlukan untuk meningkatkan pemahaman. Pendekatan dengan memanfaatkan disiplin tunggal atau monodisipliner
2 tidak lagi dapat memberikan kontribusi yang optimal terhadap upaya-upaya yang diperlukan untuk mengatasi masalah yang bersifat global dan menjadi semakin rumit. B. Pendekatan Interdisipliner Kelahiran Pendekatan Interdisipliner Ada dua pendapat mengenai kelahiran pendekatan interdisipliner. Ada sebagian ahli yang mengatakan bahwa konsep interdisipliner merupakan, yang berakar dari teori-teori, misalnya, teori Plato, Kant, Hegel, dan Aristoteles (Klein, 1990:19; Adi, 1998:82). Sebagian ahli yang lain, mengatakan bahwa konsep interdisipliner ini merupakan fenomena abad kedua puluh dengan adanya pembaharuan dalam dunia pendidikan, penelitian terapan, dan kegiatan yang menyeberang dari batasan-batasan disiplin tertentu. Meskipun ide dasarnya dapat dikatakan tua, istilah interdisipliner itu baru muncul pada abad ke-20. Menurut Klein (1990), studi interdisipliner dilakukan pendidik, peneliti, dan banyak praktisi karena studi itu dapat menjawab situasi yang kompleks, menjawab permasalahan yang luas, meneliti hubungan antardisiplin, menjawab masalah yang ada di luar lingkup salah satu disiplin yang ada, dan mendapatkan keutuhan pengetahuan, baik dalam skala terbatas maupun luas. Pengertian Pendekatan Interdisipliner Interdisipliner merupakan kajian kerja sama antar satu ilmu dengan ilmu lain sehingga merupakan satu kesatuan dengan metode tersendiri. Definisi lain dari pendekatan interdisipliner adalah pendekatan dalam memecahkan suatu masalah dengan menggunakan tinjauan berbagai sudut pandang ilmu serumpun yang relevan atau tepat guna secara terpadu. Sehingga interdisipliner menunjukkan adanya interaksi intensif antar satu atau lebih disiplin, baik yang langsung berhubungan maupun tidak, melalui program pengajaran dan penelitian, dengan tujuan melakukan integrasi konsep, metode, dan analisis.
3 Pendekatan interdisipliner memberikan banyak manfaat yang berkembang menjadi keterampilan belajar seumur hidup yang sangat dibutuhkan yang penting untuk pembelajaran masa depan siswa. Interdisipliner menjadi salah satu pendekatan terbaik untuk menyelesaikan masalah dunia yang melibatkan pelajar dan sangat sesuai digunakan dalam kurikulum baru. Adanya interdisipliner dapat digunakan untuk meningkatkan semangat dan minat dalam proses pembelajaran karena lebih relevan dengan realita sekarang. Interdisipliner juga dapat membantu mencari solusi atas permasalahan global sekarang ini dilihat dari berbagai perspektif. Pendekatan interdisipliner ini mengacu pada situasi di mana model dan konsepkonsep telah dikembangkan dalam satu disiplin dan kemudian digunakan untuk melengkapi penelitian dalam disiplin lain atau bahkan menggantikan model dan konsep yang ada. Implementasi konsep dari bidang atau disiplin lain saat ini harus dilakukan menjadi alasan untuk mengembangkan ide-ide yang belum dikembangkan. Pilihan penggunaan konsep ini bergantung pada alasan mengapa menarik dan perlu untuk dilakukan. Pada pendekatan interdisipliner ada banyak disiplin yang berbeda-beda tetapi memiliki titik-awal dan tujuan yang sama, dan mungkin hanya berbeda dalam cara masing- masing memandang masalah yang sama. Di dalam masyarakat, sebuah disiplin akademik biasanya membentuk organisasi profesional yang menerbitkan jurnal ilmiah, mengadakan konferensi, atau memberi penghargaan kepada ilmuwan atau peneliti yang dianggap mumpuni. Selain memiliki organisasi, sebuah disiplin juga biasanya memiliki "bahasa khusus" untuk memperlancar komunikasi ilmiah antar ilmuwan, strategi kebenaran yang mempertegas perbedaan satu disiplin ilmu yang lain, dan organisasi pengetahuan. Klasifikasi Pendekatan Interdisipliner
4 Menurut G. Vaideanu, terdapat berbagai klasifikasi tentang pendekatan interdisipliner. Level interdisipliner tergantung pada tingkat pengaruh yang diberikan pada kerja sama pada kerja disiplin ilmu masing-masing. Jika satu disiplin pengaruhnya dominan, maka itu jelek, akan tetapi jika itu pengaruhnya seimbang, berarti kualitasnya baik. Klasifikasi pendekatan interdisipliner menurut G. Vaidenau adalah sebagai berikut: Transdisciplinarity merupakan keseimbangan kondisi pengaruh yang lengkap antara semua disiplin ilmu yang relevan pada tingkat koordinasi tertinggi. Koordinasi dalam pengertian ini memerlukan upaya yang optimal dari kontak silang atau komunikasi silang. Luas dan kualitas kerja sama keduanya sangat maju sehingga disiplin baru dapat dibentuk secara analitis. Interdiscipliner agak lebih lemah dibanding transdisipliner dalam koordinasi atau komunikasi silangnya. Keseimbangan pengaruh, Namun, dari masing-masing disiplin, ditegakkan. Jumlah dampak secara keseluruhan dari elemen kuantitatif dan kualitatif tidak cukup kuat untuk membangun disiplin baru. Namun demikian, seseorang dapat melihat beberapa bangunan konsep analitis yang bisa berguna dalam proses tersebut. Cross-disciplinarity berbeda jauh dari interdisipliner keduanya baik rasa kuantitatif dan kualitatif. Mengenai yang terakhir, potensi pengaruh yang seimbang telah lenyap; satu disiplin mendominasi yang lain. Tingkat komunikasi juga memudar, hampir tidak dapat berbicara tentang sistem yang dapat diterima oleh semuanya. Disiplin yang dominan menetapkan semua tempat penting dari disiplin lainnya. Interdisipliner diterima sebagai kompromi terbaik yang dapat dicapai dalam situasi ini. Pluri-disciplinarity ditandai oleh fakta bahwa komunikasi terjadi antara berbagai milieus atau disiplin, akan tetapi komunikasinya lebih lemah atau lebih sporadis daripada di cross-disiplinarity. Faktor positifnya adalah komunikasi simetris, bukan asimetris sebagaimana dalam disiplin silang. Aspek kualitatif meningkat sebagai pengaruh pada proyek pendidikan atau penelitian tertentu.
5 Multi-disciplinarity adalah bentuk interdisipliner yang paling sedikit dikembangkan. Komunikasi antara berbagai milieus direduksi menjadi minimum. Namun proyek pendidikan atau penelitian sering tumpang tindih atau saling melengkapi satu sama lain. Mereka mewakili potensi untuk koneksi masa depan dan milieus yang belum terealisasi. Oleh karena itu, untuk memulai, untuk menempatkan subjek elemen- elemen dalam penjajaran satu sama lain untuk mengilustrasikan persamaan mereka aspek. C. Pendekatan Multidisipliner Pendekatan multidisipliner (multidisciplinary approach) ialah pendekatan dalam pemecahan suatu masalah dengan menggunakan tinjauan berbagai sudut pandang banyak ilmu yang relevan. Ilmu-ilmu yang relevan digunakan bisa dalam rumpun Ilmuilmu Kealaman (IIK), rumpun Ilmu-ilmu Sosial (IIS), atau rumpun Ilmu-ilmu Humaniora (IIH) secara alternatif. Penggunaan ilmu-ilmu dalam pemecahan suatu masalah melalui pendekatan ini dengan tegas tersurat dikemukakan dalam suatu pembahasan atau uraian termasuk dalam setiap uraian sub-sub uraiannya bila pembahasan atau uraian itu terdiri atas sub-sub uraian, disertai kontribusinya masingmasing secara tegas bagi pencarian jalan keluar dari masalah yang dihadapi. Ciri pokok atau kata kunci dari pendekatan multidisipliner ini adalah multi (banyak ilmu dalam rumpun ilmu yang sama). Pendekatan multidisipliner adalah suatu pendekatan yang mengacu pada berbagai sudut pandang ilmu yang relevan. Pendekatan multidisipliner merupakan pengembangan suatu disiplin dengan memanfaatkan bantuan dari ilmu-ilmu lainnya, seperti politik, ekonomi, manajemen, hukum, sosial, dan lain sebagainya. Multidisipliner menyarankan tentang penggunaan sejumlah ilmu, lebih dari dua ilmu berbeda yang dipakai untuk menganalisis masalah yang sama.
6 Ciri pokok pendekatan multidispliner adalah banyaknya ilmu dalam rumpun ilmu yang sama. Penggunaan ilmu dalam proses pembelajaran didasarkan pada ilmu yang saling berkaitan. Berbagai disiplin ilmu dapat digunakan untuk pemecahan masalah. Hal ini dikarenakan penyelesaian permasalahan yang kompleks dapat diselesaikan dengan perspektif yang beragam pula. Pendekatan multidisipliner berarti berupaya menggabungkan beberapa disiplin untuk menyelesaikan masalah tertentu. Dalam pendekatan ini terjadi kerja sama dalam menyelesaikan masalah penelitian, atau uji coba yang hasilnya dapat diintegrasikan sebagai hasil dari proyek besar. Bergabungnya berbagai ahli tersebut dengan sendirinya akan lebih mampu menyatukan kesatuan fungsional dari masing-masing disiplin ilmu. Sedangkan menurut Melsen pendekatan multidisipliner adalah membangun kerja sama antara ilmu pengetahuan yang masing-masing tetap berdiri sendiri dengan metode sendiri-sendiri. Sehingga multidisipliner dapat dimaknai sebagai penggabungan beberapa disiplin untuk bersama-sama mengatasi masalah tertentu. Karakter studi multidisipliner adalah utuh, holistik, dan sangat terbuka perkembangan terbaru dan terakhir dari berbagai ilmu dan metodologi dari berbagai disiplin ilmu yang menghasilkan hibrida ilmu-ilmu baru dari lintas disiplin. Jika multidisiplin diterapkan dalam kurikulum, maka akan menghasilkan novelty atau kebaruan teori dan metodologi yang dapat menjawab tantangan global, dan memberi saran strategis terhadap masalah kemanusiaan dan kemasyarakatan. Berikut gambaran tentang pendekatan multidisipliner dalam pembelajaran.
7 D. Pendekatan Trandisipliner Pendekatan transdisipliner adalah suatu pendekatan yang memanfaatkan pengetahuan secara kolektif untuk memecahkan masalah yang lebih besar dan kompleks. Ciri utama dari trandisipliner adalah adanya integrasi multidisipliner yang dipakai untuk membahas suatu masalah yang kompleks. Aplikasi dari pendekatan interdisipliner ini yakni menunjukkan adanya “kerja sama” dan sinergi di antara orangorang dan sektor-sektor yang terlibat didalamnya. Trandisipliner menunjukkan sinergi antara kuantitatif dan kualitatif. Transdisipliner dalam kajiannya berupaya untuk mengembangkan sebuah teori atau aksioma baru dengan membangun kaitan antar berbagai disiplin dengan melibatkan orang di luar akademisi (non-expert) sehingga dihasilkan sebuah kesimpulan dan kebijakan. Pendekatan trandisipliner dalam penggunaannya dilakukan untuk mencapai sasaran, yaitu bagaimana menghadapi aspek realitas, bagaimana memahami isu-isu global yang kompleks, bagaimana mendorong sinergi antar disiplin ilmu, dan bagaimana membangun kerja sama antar ahli dari berbagai sektor. Implementasi dari pendekatan interdisipliner ini dimaksudkan untuk melihat problem yang ada atau problem baru yang akan muncul sehingga nantinya dapat ditemukan solusi atas permasalahan tersebut.
8 Pendekatan transdisipliner yang digunakan untuk mengatasi masalah-masalah global yang bersifat kompleks memiliki beberapa elemen penting yaitu: • Praksis yang bersifat aktif yang melibatkan aktivitas transformasi, integrasi, dan rekonstutif; • Bersifat non-inklusif; • Memerlukan adanya proses refleksi diri; • Memiliki dimensi kompleksitas (kerumitan); • Bersifat plural dengan memanfaatkan perspektif pengetahuan yang berbeda; • Berorientasi ke masa depan atau future oriented. Transdisipliner sebagai pendekatan dalam pembelajaran memungkinkan proses pembelajaran dapat melampaui batas-batas pembelajaran. Hal ini dikarenakan materi dalam proses pembelajaran dikaji secara mendalam. Transdisipliner menghilangkan sekat-sekat disiplin sehingga segala persoalan dapat dilihat dari berbagai perspektif dan pemecahan masalahnya bersifat komprehensif. Dalam pandangan trandisipliner, pendidikan haruslah terkait dengan pengembangan potensi manusia dan kemanusiaan seorang peserta didik. McGregor menjelaskan bahwa pembelajaran transdisipliner melibatkan peserta didik yang membagikan keterampilan dan pengalaman khusus disiplin mereka (melalui pelatihan silang), sehingga mereka dapat bersama-sama menghasilkan pengetahuan baru dengan orang lain, menciptakan kerangka kerja intelektual baru yang terintegrasi, tidak hanya untuk menyatukan konsep-konsep disiplin ilmu. Hal ini membutuhkan kolaborasi dalam menciptakan pengetahuan baru. Setelah menjadi akrab dengan nilai-nilai satu sama lain, peserta didik dapat menggabungkan perspektif untuk membangun pengetahuan transdisipliner baru. Rangkuman Pendekatan monodisipliner adalah pendekatan dengan suatu ilmu yang tunggal sudut pandang. Ciri pokok atau kata kunci dari pendekatan monodisipliner adalah mono
9 (satu ilmu) atau satunya itu. Di pihak lain, pendekatan dengan banyak ilmu lazim disebut pendekatan interdisipliner/multidisipliner. Ciri pokok atau kata kunci dari pendekatan interdisipliner adalah inter (terpadu antar ilmu dalam rumpun ilmu yang sama) sedangkan ciri pokok atau kata kunci dari pendekatan multidisipliner adalah multi (banyak ilmu dalam rumpun ilmu yang sama). Berbeda dengan pendekatan transdisipliner, ciri pokok pendekatan tersebut adalah adanya integrasi multidisipliner yang dipakai untuk membahas suatu masalah yang kompleks. Pendekatan monodisipliner, interdispliner, multidisipliner dan transdisipliner saling berkaitan, namun memiliki perbedaan yang sistematis jika dilihat dari definisi ke empat pendekatan tersebut. Adapun yang menjadi perbedaan jika dilihat dari definisinya, yaitu : 1. Monodisipliner adalah cara pandang yang fokus pada satu disiplin akademik dan keilmuan saja untuk suatu masalah tertentu melalui pendidikan, penelitian dan pengabdian kepada masyarakat. 2. Multidisipliner adalah cara pandang yang melibatkan minimal dua disiplin akademik untuk menyelesaikan suatu masalah tertentu secara bersama-sama melalui pendidikan, penelitian dan pengabdian kepada masyarakat. 3. Interdisipliner adalah cara pandang yang melibatkan transfer suatu disiplin akademik lainnya untuk menyelesaikan masalah tertentu melalui pendidikan, penelitian dan pengabdian kepada masyarakat. Dalam interdisipliner dapat bercampur antar disiplin, namun tidak terjadi peleburan. 4. Transdisipliner adalah cara pandang atau pendekatan holistik dalam menyelesaikan masalah kompleks yang dapat menghasilkan suatu disiplin/ilmu baru melalui pendidikan, penelitian dan pengabdian kepada masyarakat dan melibatkan semua komponen dan pemangku kepentingan baik expert maupun non-expert (non akademisi).
10 Bab 2 KONSEP MEKANIKA DALAM BIDANG BIOLOGI A. Penerapan Mekanika Dalam Bidang Biologi Peranan Olahraga Dalam Biomekanika dalam bidang olahraga Yang tujuannya adalah pencapaian prestasi yang setingi-tingginya, mutlak perlunya penerapan ilmu dan teknologi apa yang mereka perlukan sebenarnya tidak lain adalah pengetahuan tentang bagaimana menganalisis gerakan keterampilan (Soedarminto, 1992 : 162). Hal ini sangat didukung oleh pernyataan Pate dkk (1984:2), bahwa biomekanika olahraga memberikan penjelasan mengenai pola - pola gerakan yang efisien dan efektif para olahragawan, misalnya para ahli biomekanika telah menggunakan fotografi berkecepatan tinggi untuk mempelajari pola - pola gerakan pitcher baseball yang berhasil. Hasil penelitian semacam itu memberikan informasi yang dapat digunakan untuk menyempurnakan teknik olahragawan mereka Keterangan bagan di bawah ini Atlet yang belajar gerak dapat ditafsirkan sebagai seseorang yang mengolah informasi dan dunia luar sedemikian rupa sehingga dapat ditransfer dan dimanifestasikan. Konsep Mekanika Untuk Pengobatan Patah Tulang Menggunakan Traksi Traksi merupakan alat yang digunakan untuk memberikan terapi khusus kepada pasien yang mengalami gangguan pada otot maupun tulang dengan memanfaatkan gaya tarik yang dihasilkan oleh tarikan motor DC. Pesawat Traksi dapat merelaksasikan otot-otot tegang dan memulihkan tulang pada posisi yang semestinya. Prinsip Traksi adalah menarik tahanan yang diaplikasikan pada bagian tubuh, tungkai, pelvis atau tulang belakang dan menarik tahanan yang diaplikasikan pada arah yang berlawanan yang disebut dengan countertrak penempatan. Cara kerja traksi meliputi tali utama dipasang di pin rangka sehingga menimbulkan gaya tarik, berat ekstremitas dengan alat penyokong harus seimbang dengan pemberat agar reduksi dapat dipertahankan, pada tulang-tulang yang menonjol sebaiknya diberi lapisan khusus,
11 traksi dapat bergerak bebas dengan katrol, pemberat harus cukup tinggi diatas permukaan lantai, dan traksi yang dipasang harus baik dan terasa nyaman. Biomekanika Dalam Perancangan Alat Medis Kursi Roda Kursi roda merupakan alat bantu gerak untuk penyandang cacat dan orang yang sedang dalam kondisi sakit yang membutuhkan mobilitas untuk dapat melakukan aktivitas sehari-hari. Kegunaan kursi roda secara umum adalah untuk membantu pasien yang mempunyai gangguan sistem motorik pada kakinya. Cara kerjanya yaitu menggunakan perancangan mekanik, perangkat keras, dan perangkat lunak dari sistem. Perancangan perangkat keras yang akan digunakan dalam implementasi alat ini meliputi perancangan rangkaian minimum mikrokontroler, modul bluetooth, rangkaian h-bridge sebagai driver motor DC, power supply, dan motor DC sebagai penggerakan dari kursi roda elektrik ini. Selain itu ditambahkan pula beberapa sensor antara lain adalah rotary encoder dan sensor ultrasonik. Rotary encoder digunakan untuk mengukur jarak yang ditempuh oleh kursi roda. Sedangkan sensor ultrasonic digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu rintangan saat kursi roda bergerak sehingga kursi roda dapat mengerem secara otomatis sebelum menabrak rintangan tersebut. Tahap kedua adalah perancangan mekanik. Rancangan mekanik ini meliputi pemodifikasian kursi roda sehingga bisa dikontrol dengan menggunakan motor DC. Pemodifikasian ini dilakukan dengan menambahkan gear box untuk roda yang bertujuan untuk meningkatkan torsi motor. Perancangan perangkat lunak meliputi perancangan program pada mikrokontroler dan perancangan aplikasi Android untuk smartphone Android. Perangkat lunak pada mikrokontroler bertujuan untuk mengatur kinerja driver H-Bridge untuk motor DC serta menerima perintah yang diterima dari smartphone Android melalui bluetooth. Selain itu mikrokontroler juga berfungsi untuk menerima data pembacaan sensor rotary encoder dan ultrasonic. Biomekanika untuk seorang Atlit pengangkat besi Seperti halnya seorang atlit pengangkat besi tentunya dia membutuhkan nutrisi untuk mengangkat beban yang berat. Pengetahuan gizi diperlukan dalam kehidupan, karena dengan memiliki pengetahuan gizi yang baik, maka diharapkan seseorang akan
12 mengetahui bagaimana status gizi yang baik, sehingga mampu menyediakan zat gizi yang diperlukan oleh tubuh sesuai dengan menu gizi seimbang sehingga dapat menjalankan aktivitasnya sehari-hari. B. Aplikasi Mekanika pada Bidang Biologi Gaya Gaya adalah sebuah konsep yang digunakan untuk menerangkan interaksi fisik dari obyek dengan sekelilingnya. Gaya dalam fisika didefinisikan sebagai kuantitas yang dapat menyebabka perubahan dari state dari suate benda sehingga terjadi percepatan pada benda itu. Gaya Pada Tubuh dan Didalam Tubuh Gaya didefinisikan sebagai tarikan atau dorongan pada suatu benda sehingga menyebabkan benda mengalami perubahan gerak atau perubahan bentuk. Demikian juga pada tubuh manusia,setiap gerak pada tubuh pasti ada suatu gaya yang bekerja.Pergerakan pada tubuh terjadi karena adanya gaya yang bekerja. Ada gaya yang bekerja dan gaya yang bekerja di dalam tubuh. Gaya dalam pada tubuh Gaya pada tubuh : Gaya berat tubuh. jantung,gaya otot paru-paru Gaya pada tubuh tubuh : Seringkali disadari pada Gaya otot ada 2 tipe : 1. Gaya pada tubuh dlm keadaan statis. 2. Gaya pada tubuh dalam keadaan dinamis. Berikut ini adalah beberapa aspek gaya pada tubuh dalam keadaan statis: Gaya Berat dan Gaya Otot sebagai Sistem Pengumpil Tubuh dalam keadaan Statis berarti tubuh dalam keadaan setimbang, jumlah gaya dan momen gaya yang ada sama dengan nol. Tulang dan otot tubuh manusia berfungsi sebagai sistem pengumpil.Ada 3 kelas sistem pengumpil : Kelas Pertama Titik tumpuan terletak diantara gaya berat dan otot Contoh: kepala &leher Klas Kedua Gaya berat diantara titik tumpu dan gaya otot. contoh: tumit
13 menjinjit .Kelas Ketiga Gaya otot terletak diantara titik tumpuan dan gaya berat Contoh: otot lengan. Gaya paling sering diterapkan untuk menstabilkan ekstremitas yang cedera leher, punggung, atau area pelvik. Traksi terapeutik didapat dengan memberikan tarikan pada kepala, tubuh atau anggota gerak menuju sedikitnya dua arah, mis:tarikan traksi dan tarikan traksi lawannya. Gaya traksi — lawan atau gaya keduanya biasanya berasal dari: >> berat tubuh pasien pada saat bertumpu atau berat lain. Penerapan Analisa Gaya dalam Terapan Kesehatan a. Gaya Berat Tubuh & Posisi Duduk yang menyehatkan Tulang Belakang. Punggung adalah salah satu organ tubuh yang bekerja nonstop selama 24 jam.Dalam keadaan tidur pun, punggung tetap menjalankan fungsinya untuk menjaga postur tubuh. Punggung tersusun dari 24 buah tulang belakang (vertebrae),dimana masing-masing vertebrae dipisahkan satu sama lain oleh bantalan tulang rawan atau diskus. Seluruh rangkaian tulang belakang ini membentuk tiga buah lengkung alamiah, yang menyerupai huruf S.Lengkung paling atas adalah segmen servikal (leher), yang dilanjutkan dengan segmen toraks (punggung tengah), dan segmen paling bawah yaitu lumbar (punggung bawah). Lengkung lumbar inilah yang bertugas untuk menopang berat seluruh tubuh dan pergerakan. Rangkuman Biomekanika didefenisikan sebagai bidang ilmu aplikasi mekanika pada system biologi. Biomekanika merupakan kombinasi antara disiplin ilmu mekanika terapan dan ilmu- ilmu biologi dan fisiologi. Biomekanika menyangkut tubuh manusia dan hampir semua tubuh makhluk hidup. Dalam biomekanika prinsip-prinsip mekanika dipakai dalam penyusunan konsep, analisis, desain dan pengembangan peralatan dan sistem dalam biologi dan kedokteran.
14 Bab 3 KONSEP BUNYI DALAM BIDANG BIOLOGI A. Pengertian Bunyi Bunyi adalah energi yang muncul berupa getaran di udara yang berasal dari berbagai benda atau hal yang memiliki getaran frekuensi. Bunyi dapat berasal dari berbagai hal dan hampir semua makhluk hidup dapat menghasilkan bunyi. Jadi, bunyi dapat didefinisikan sebagai energi gelombang yang berasal dari benda yang bergetar sebagai sumber bunyinya. Perlu Grameds ketahui bahwa bunyi merupakan salah satu energi yang bisa muncul karena beberapa faktor. Energi bunyi adalah suatu bentuk getaran yang kemudian bisa menghasilkan suara- suara yang bisa didengar oleh alat pendengaran manusia. Getaran tersebut tidak melulu berasal dari alat musik yang memang bertujuan untuk menghasilkan bunyi atau suara- suara yang indah dengan melodi kan komposisi musik lainnya. Energi bunyi bisa muncul dari berbagai macam sumber, bahkan dari hembusan angina sekalipun. Grameds pasti pernah mendengar sapuan angin yang mengahsilkan suara gesekan daun kering di jalan, gesekan dedauanan di pohon, dan sebagainya. Itulah sebabnya kita tidak bisa mendefinisikan energi bunyi hanya sesederhana bunyi dari alat musik saja. Melainkan semua jenis bunyi di bumi ini yang bisa didengar oleh alat pendengar manusia. Jadi itulah alasannya mengapa bunyi adalah salah satu bentuk energi karena memerlukan kekuatan atau sumber untuk menghasilkannya. Sumber energy bunyi adalah semua bentuk benda atau hal yang dapat menghasilkan bunyi yang bisa didengar oleh manusia. Sumber bunyi tersebut kemudian dapat bergetar karena pukulan, petikan, tiupan, gesekan, atau muncul secara alami atau tanpa campur tangan manusia. Sumber bunyi dapat berasal dari mana saja, termasuk manusia itu sendiri karena memiliki alat untuk mengeluarkan sumber bunyi, yakni pita suara. Saat Grameds berbicara atau bernyanyi pasti pita suaranya akan bergetar. Alat musik mungkin menjadi sumber bunyi yang tidak asing
15 bagi Grameds untuk mengenal konsep bunyi. Hal ini karena alat musik diciptakan memang untuk menghasilkan bunyi- bunyian yang kemudian di kreasikan menjadi lebih harmoni, memiliki melody, nada, tempo, dan unsur- unsur alat musik lainnya. Agar bisa sampai terdengar oleh manusia, maka bunyi memerlukan gelombang. Gelombang bunyi adalah bentuk gelombang mekanik yang dapat merambat lewat medium dan juga bisa berupa gelombang longitudinal. Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya bahwa bunyi merupakan salah satu dari energi, itulah sebabnya wajar saja jika bunyi juga memiliki gelombang sebagai unsur pembentuknya. Gelombang bunyi kemudian bisa kita amati bisa merambat lewat alat musik, pita suara manusia, klakson motor, dan sebagainya. Sifat - Sifat Bunyi Bunyi- bunyi yang bisa kita dengar sebenarnya memiliki sifat- sifat atau karakteristik tertentu hingga bisa berpindah dan merambat ke media tertentu. Berikut ini penjelasan lengkap tentang sifat- sifat bunyi yang perlu Grameds ketahui agar bisa mengenalnya dengan baik: 1. Dapat Merambat Melalui Zat Padat, Zat Cair, Dan Gas Getaran bunyi akan merambat menjadi sebuah gelombang melalui benda padat, cair, dan gas. Itulah sebabnya kita bisa dengan mudah mendengar bunyi karena bunyi bisa merambat dari berbagai medium. Grameds bisa menemukan bunyi yang merambat lewat benda padat misalnya lewat ponsel mainan yang berbunyi. Sedangkan bunyi yang merambat lewat zat cair bisa Grameds temukan saat mendengar gesekan batu dalam air yang masih bisa terdengar. Perlu Grameds ketahui bahwa perambatan bunyi yang paling cepat terjadi pada zat udara. Bunyi tidak bisa muncul sama sekali di tempat atau ruangan yang hampa udara atau kedap udara, seperti astronot yang tidak bisa mendengar tanpa alat bantu. Jadi hal ini menunjukan bahwa bunyi perlu perantara
16 sebagai medium untuk merambat dan akhirnya bisa menghasilkan suara yang bisa didengar. 2. Dapat Diserap Dan Dipantulkan Bunyi akan mengalami pemantulan atau refleksi karena memiliki gelombang longitudinal saat merambat ke tempat lain. Energi bunyi tersebut kemudian akan mengenai permukaan benda dan dapat dipantulkan atau diserap dari zat yang menerima energi tersebut. Dari sifat bunyi yang bisa diserap dan dipantulkan, Grameds bisa menemukan jenis-jenis bunyi yang membuktikan sifat ini, seperti berikut ini: Bunyi Pantulan Yang Jaraknya Tidak Jauh adalah bunyi pantulan yang dapat memperkuat bunyi aslinya. Bunyi pantul ini bisa muncul karena keadaan sumber bunyi dan dinding pemantul jaraknya tidak begitu jauh, sekitar kurang dari 10 meter saja. Gaung adalah bentuk bunyi pantulan yang terdengar kurang jelas karena bercampur dengan bunyi aslinya. Bunyi gaung biasa terjadi pada jarak sekitar 10 sampai 2 meter, misalnya Grameds bisa mendengar bunyi gaung di gedung bioskop, gedung konser, dan sebagainya. Gema adalah bentuk bunyi pantulan yang baru bisa didengar setelah bunyi asli keluar. Bunyi gema bisa terdengar jelas seperti aslinya meskipun terdengar terlambat. Bunyi gema bisa terjadi jika jarak sumber bunyi dan dinding pantul cukup jauh sekitar lebih dari 20 meter. 3. Dapat Dibiaskan Karena bunyi memiliki gelombang maka bisa terjadi pembiasan atau refraksi yang menjadi salah satu sifat gelombang . Grameds bisa menemukan sifat bunyi ini pada petir yang terdengar lebih keras suaranya saat malam hari daripada siang hari.
17 Hal ini bisa terjadi karena suhu udara di atas saat siang hari lebih lebih rendah dibandingkan suhu udara di bagian bawah. Sebaliknya jika terjadi di malam hari yang suhu udaranya lebih tinggi di atas dibandingkan di bawah. 4. Dapat mengalami Pelenturan Gelombang bunyi juga bisa mengalami pelenturan atau difraksi dengan mudah karena memiliki panjang dalam rentang sentimeter hingga beberapa meter perambatannya. 5. Bunyi Dan gelombang Bunyi Mengalami Perpaduan Gelombang bunyi juga bisa mengalami perpaduan atau interferensi konstruktif atau penguatan bunyi dan destruktif atau pelemahan bunyi. Sifat bunyi yang bisa mengalami perpaduan bisa Grameds temukan saat menggunakan dua loudspeaker dengan frekuensi dan amplitudo yang sama pasti akan menghasilkan bunyi yang keras dan lemah secara bergantian. Jenis-jenis Bunyi Dari berbagai macam sifat- sifat bunyi di atas maka bisa menghasilkan berbagai macam jenis bunyi pula. Berikut ini jenis- jenis bunyi yang perlu Grameds ketahui: 1. Infrasonik Infrasonik adalah jenis bunyi yang sangat lemah karena jumlah getaran dalam gelombang bunyi berenergi infrasonic kurang dari 20 getaran per detiknya. Jenis bunyi ini sangat sulit didengar oleh manusia tanpa alat bantu, namun hewan- hewan bisa mendengar jenis bunyi ini, seperti gajah, anjing, jangkrik, dan angsa. 2. Audiosonik
18 Audiosonik adalah jenis bunyi yang dapat manusia dengar tanpa alat bantu apapun karena jumlah getarannya berkisar 20 hingga 20.000 getaran per detiknya. Selain manusia, jenis bunyi ini juga bisa dengar oleh hewan. 3. Ultrasonik Ultrasonic adalah jenis bunyi yang levelnya sangat kuat di atas audiosonik dengan jumlah getaran bisa lebih dari 20.000 getaran per detiknya. Bunyi jenis ini tidak bisa didengar oleh manusia dan hanya bisa didengar oleh hewan, seperti kelelawar dan lumba-lumba. D. Contoh Sumber Bunyi Anda bisa menemukan banyak contoh sumber bunyi, termasuk dalam kehidupan sehari-hari atau menemukannya secara alami di alam. Berikut ini beberapa contoh sumber bunyi yang perlu anda ketahui: 1. Alat Musik Alat musik menjadi sumber bunyi karena memiliki resonator yang merupakan ruang udara yang berfungsi untuk dapat memperkuat bunyi. Alat musik diciptakan memang bertujuan untuk menghasilkan berbagai macam bunyi. Itulah sebabnya alat musik juga ada berbagai macam jenis yang menghasilkan bunyi yang memiliki karakteristik masing- masing. Contohnya bunyi gitar, piano, drum, saksofon, dan sebagainya memiliki bunyi yang berbeda karena medium perambatan bunyi dan cara memunculkan bunyi tersebut juga berbeda. 2. Aktivitas Manusia Berbagai macam aktivitas manusia bisa menjadi sumber bunyi, contohnya berbicara, bernyanyi yang mengeluarkan suara dari pita suara dalam mulut. Sumber bunyi memang tidak bisa lepas dari segala aktivitas manusia yang bisa menciptakan bunyi itu sendiri,baik dirinya sendiri atau melalui medium lain. 3. Alami
19 Sumber bunyi alami maksudnya adalah muncul begitu saja tanpa pengaruh manusia tau bisa disebut muncul tanpa kesengajaan. Contohnya Grameds pasti bisa mendengar bunyi gemuruh petir, bunyi hujan, bunyi angina, percikan api, percikan air, yang memang berasal dari alam. E. Manfaat Bunyi Kemunculan energy atau gelombang bunyi ternyata bisa bermanfaat tidak hanya bisa didengar saja. Berikut ini manfaat bunyi yang perlu Grameds ketahui: Digunakan Untuk Cek Kandungan Menggunakan Ultrasonografi (USG) USG adalah alat untuk mengamati perkembangan bayi di dalam Rahim dengan cara memanfaatkan gelombang ultrasonik. Alat ini akan memancarkan gelombang bunyi ultrasonik ke Rahim ibu untuk melacak perubahan frekuensi bunyi pantul dari jantung yang berdenyut dan aliran darah dalam tubuh sang ibu. Selain dapat digunakan untuk mengamati pertumbuhan Janin, USG juga bisa digunakan untuk mendeteksi pertumbuhan jaringan tumor , dan kondisi otak. Pengujian Ultrasonik Grameds bisa menemukan pengujian ultrasonik pada bidang industri yang memanfaatkan gelombang ultrasonik untuk proses homogenisasi susu. Gelombang bunyi ultrasonik juga bisa bermanfaat pada bidang pembasmian hama karena bisa membuat efek depresi pada tikus dan lipas atau kecoa. Terapi Ultrasonik Gelombang bunyi ultrasonik dapat dimanfaatkan dalam bidang kedokteran sebagai salah satu bentuk terapi. Terapi tersebut diberi nama terapi ultrasonik untuk menghilangkan rasa sakit pada sendi dan juga otot. Pembersih Ultrasonik
20 Gelombang bunyi ultrasonik juga digunakan sebagai bahan dalam mesin cuci piring. Alat pencici piring ini bekerja dengan air dan sabun yang digetarkan dengan bunyi ultrasonik dan partikel untuk menggosok piring juga menggunakan gelombang bunyi ultrasonik. Sonar Pemanfaatan bunyi juga banyak digunakan pada sonar, misalnya penggunaan gelombang ultrasonik pada kapal- kapal sebagai penentu kedalaman dasar laut. Cara kerja sonar adalah menggunakan konsep pemantulan gelobang bunyi dalam zat cair yaitu air laut. Bagian dasar laut memiliki alat yang bisa mengubah energi listrik menjadi gelombang ultrasonik dan memancarkannya ke dasar laut. Saat itulah gelombang bunyi akan merambat ke seluruh permukaan laut dan memantulkannya kembali yang kemudian di tangkap oleh detector. F. Aplikasi Bunyi Dalam Bidang Biologi Gelombang bunyi. Pernahkah kalian memperhatikan suara kicauan burung di pagi hari, atau suara deru mobil yang bersahutan tak jauh dari rumah. Kesemua itu, adalah dua dari sekian banyak contoh bunyi yang bisa ditemui dalam kehidupan seharihari. Bunyi sendiri bisa diartikan sebagai gelombang longitudinal yang berupa energi yang merambat. Dalam perjalanannya, gelombang bunyi dimanfaatkan untuk banyak hal. Mulai dari ultrasonografi, terapi ultrasonik hingga sonar. Untuk lebih jelasnya mengenai pemanfaatan gelombang bunyi dalam Kehidupan sehari-hari, khususnya untuk hal-hal di atas, berikut uraiannya. Ultrasonografi (USG) Alat yang digunakan untuk mengamati perkembangan bayi di dalam rahim ini memanfaatkan gelombang ultrasonik. Alat ini memancarkan gelombang ultrasonik ke rahim ibu hamil dan melacak perubahan frekuensi bunyi pantul dari jantung yang
21 berdenyut dan darah yang mengalir. Selain itu USG juga digunakan untuk mmendeteksi pertumbuhan jaringan tumor, kondisi otak, dan lain-lain. Pengujian Ultrasonik Pengujian ultrasonik ini dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari seperti pada bidang industri yang memanfaatkan gelombang ultrasonik untuk proses homogenisasi susu. Selain itu digunakan pada bidang penanganan hama yang akan menghasilkan efek depresi pada tikus dan lipas (kecoak) akibat gelombang ultrasonik. Terapi Ultrasonik Gelombang ultrasonik juga digunakan pada bidang kedokteran yang digunakan untuk terapi, sehingga dikenal dengan sebutan terapi ultrasonik. Terapi ini digunakan untuk menghilangkan rasa sakit pada sendi dan otot. Pembersih Ultrasonik Mesin pencuci piring merupakan salah satu contoh benda yang menggunakan gelombang ultrasonik. Air dan detergen digetarkan oleh penggetar ultrasonik dan partikel-partikelnya mampu menggosok piring yang kotor dan membersihkannya. Sonar Gelombang ultrasonik juga banyak dimanfaatkan pada sonar seperti yang dimanfaatkan oleh kapal untuk menentukan kedalaman dasar laut. Cara kerjanya dilakukan berdasarkan konsep pemantulan bunyi. Di bagian dasar kapal terdapat alat yang mampu mengubah energi listrik menjadi gelombang ultrasonik yang nantinya dipancarkan ke dasar laut. Gelombang bunyi yang berasal dari gelombang ultrasonik akan merambat lurus hingga mengenai dasar laut. Ketika gelombang sudah mencapai dasar laut, sebagian gelombang akan terpantulkan kembali ke kapal dan ditangkap oleh detektor.
22 biomekanika prinsip-prinsip mekanika dipakai dalam penyusunan konsep, analisis, desain dan pengembangan peralatan dan sistem dalam biologi dan kedokteran. Rangkuman Bunyi merupakan salah satu energi yang bisa muncul karena beberapa faktor. Energi bunyi adalah suatu bentuk getaran yang kemudian bisa menghasilkan suarasuara yang bisa didengar oleh alat pendengaran manusia. Getaran tersebut tidak melulu berasal dari alat musik yang memang bertujuan untuk menghasilkan bunyi atau suarasuara yang indah dengan melodi kan komposisi musik lainnya. Energi bunyi bisa muncul dari berbagai macam sumber, bahkan dari hembusan angina sekalipun. Grameds pasti pernah mendengar sapuan angin yang mengahsilkan suara gesekan daun kering di jalan, gesekan dedauanan di pohon, dan sebagainya. Sifat - sifat bunyi, dapat merambat melalui zat padat, zat cair dan gas, dapat diserap dan dipantulkan, dapat dibiaskan, dapat mengapami pelenturan, bunyi dan gelombang mengalami perpaduan. Jenis - jenis bunyi, unltrasonik, audiosonik, infrasonik Manfaat bunyi, digunakan untuk cek kandungan menggunakan ultrasonografi (USG), pengujian ultrasonik, terapi ultrasonik, pembersih ultrasonik, sonar Aplikasi Bunyi Dalam Bidang Biologi. Ultrasonografi (USG) ,Pengujian Ultrasonik, Terapi Ultrasonik, Pembersih Ultrasonik, Sonar
23 Bab 4 KONSEP OPTIK DALAM BIDANG BIOLOGI A. Konsep Optika Optika adalah cabang fisika yang menggambarkan perilaku dan sifat cahaya dan interaksi cahaya dengan materi. Optika menerangkan dan diwarnai oleh gejala optis. Kata optik berasal dari bahasa Latin ὀπτική, yang berarti tampilan. Bidang optika biasanya menggambarkan sifat cahaya tampak, inframerah dan ultraviolet; tetapi karena cahaya adalah gelombang elektromagnetik, gejala yang sama juga terjadi di sinar-X, gelombang mikro, gelombang radio, dan bentuk lain dari radiasi elektromagnetik dan juga gejala serupa seperti pada sorotan partikel muatan (charged beam). Optik secara umum dapat dianggap sebagai bagian dari keelektromagnetan. Beberapa gejala optis bergantung pada sifat kuantum cahaya yang terkait dengan beberapa bidang optika hingga mekanika kuantum. Dalam prakteknya, kebanyakan dari gejala optis dapat dihitung dengan menggunakan sifat elektromagnetik dari cahaya, seperti yang dijelaskan oleh persamaan Maxwell. Bidang optika memiliki identitas, masyarakat, dan konferensinya sendiri. Aspek keilmuannya sering disebut ilmu optik atau fisika optik. Ilmu optik terapan sering disebut rekayasa optik. Aplikasi dari rekayasa optik yang terkait khusus dengan sistem iluminasi (iluminasi) disebut rekayasa pencahayaan. Setiap disiplin cenderung sedikit berbeda dalam aplikasi, keterampilan teknis, fokus, dan afiliasi profesionalnya. Inovasi lebih baru dalam rekayasa optik sering dikategorikan sebagai fotonika atau optoelektronika. Batas-batas antara bidang ini dan "optik" sering tidak jelas, dan istilah yang digunakan berbeda di berbagai belahan dunia dan dalam berbagai bidang industri. Karena aplikasi yang luas dari ilmu "cahaya" untuk aplikasi dunia nyata, bidang ilmu optika dan rekayasa optik cenderung sangat lintas disiplin. Ilmu optika merupakan bagian dari berbagai disiplin terkait termasuk elektro, fisika, psikologi, kedokteran (khususnya optalmologi dan optometri), dan lain-lain. Selain itu, penjelasan yang paling lengkap tentang perilaku optis, seperti dijelaskan dalam fisika, tidak selalu rumit untuk kebanyakan masalah, jadi model sederhana dapat digunakan. menghasilkannya.
24 Model sederhana ini cukup untuk menjelaskan sebagian gejala optis serta mengabaikan perilaku yang tidak relevan dan / atau tidak terdeteksi pada suatu sistem. Di ruang bebas suatu gelombang berjalan pada kecepatan c = 3×108 meter/detik. Ketika memasuki medium tertentu (dielectric atau nonconducting) gelombang berjalan dengan suatu kecepatan v, yang mana adalah karakteristik dari bahan dan kurang dari besarnya kecepatan cahaya itu sendiri (c). Perbandingan kecepatan cahaya di dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya di medium adalah indeks bias n bahan sebagai berikut : n = c⁄v. Optika Geometris Optika geometris, atau optika sinar, menjelaskan propagasi cahaya dalam bentuk "sinar". Sinar dibelokkan di antarmuka antara dua medium yang berbeda, dan dapat berbentuk kurva di dalam medium yang mana indeks-refraksinya merupakan fungsi dari posisi. "Sinar" dalam optik geometris merupakan objek abstrak, atau "instrumen", yang sejajar dengan muka gelombang dari gelombang optis sebenarnya. Optik geometris menyediakan aturan untuk penyebaran sinar ini melalui sistem optis, yang menunjukkan bagaimana sebenarnya muka gelombang akan menyebar. Ini adalah penyederhanaan optik yang signifikan, dan gagal untuk memperhitungkan banyak efek optis penting seperti difraksi dan polarisasi. Namun hal ini merupakan pendekatan yang baik, jika panjang gelombang cahaya tersebut sangat kecil dibandingkan dengan ukuran struktur yang berinteraksi dengannya. Optik geometris dapat digunakan untuk menjelaskan aspek geometris dari penggambaran cahaya (imaging), termasuk aberasi optis. Optika geometris sering disederhanakan lebih lanjut oleh pendekatan paraksial, atau "pendekatan sudut kecil." Perilaku matematika yang kemudian menjadi linear, memungkinkan komponen dan sistem optis dijelaskan dalam bentuk matrik sederhana. Ini mengarah kepada teknik optik Gauss dan penelusuran sinar paraksial, yang digunakan untui order pertama dari sistem optis, misalnya memperkirakan posisi dan magnifikasi dari gambar dan objek. Propagasi sorotan Gauss merupakan perluasan dari optik paraksial yang menyediakan model lebih akurat dari radiasi koheren seperti
25 sorotan laser. Walaupun masih menggunakan pendekatan paraksial, teknik ini memperhitungkan difraksi, dan memungkinkan perhitungan pembesaran sinar laser yang sebanding dengan jarak, serta ukuran minimum sorotan yang dapat terfokus. Propagasi sorotan Gauss menjembatani kesenjangan antara optik geometris dan fisik. Aplikasi Alat Optik Di Bidang Pertanian Dalam bidang pertanian, alat optik yang sering digunakan adalah mikroskop. Mikroskop merupakan suatu alat untuk melihat benda atau organisme yang ukurannya mikro atau tidak bisa diliat oleh mata telanjang. Dalam pengaplikasiannya, mikroskop di gunakan di laboratorium penelitian atau praktikum yang sehari – hari dilakukan oleh mahasiswa pertanian di kampus. Di gunakan untuk meneliti sel atau jaringan serta berbagai pathogen atau penyebab penyakit pada tanaman seperti bakteri, cendawan, dan virus. Selain itu, alat ini di gunakan dalam penelitian kultur jaringan tanaman, rekayasa genetika, dan biologi molekuler. Alat ini mampu melakukan perbesaran hingga lebih 20x. ada banyak macam dari mikroskop tergantung dari penggunaannya, seperti mikroskop electron untuk meneliti atom, mikroskop biasa untuk meneliti sel atau jaringan, dan lain-lain. Aplikasi Alat Optik Di Bidang Kesehatan 1. Digunakan untuk pengobatan, penelitian, eksperimen mapun untukmemantau, mengabadikan dan merekam kejadian kejadian dari suatu obyekserta persitiwa yang ada. 2. Cermin digunakan untuk melihat pantulan gambar suatu obyek, sepertipenyakit cacar, jerawat, dll 3. Lensa cekung berguna untuk membantu penglihatan orang yang mengalami rabun jauh (miopi). 4. Lensa cembung digunakan untuk membantu penglihatan orang mengalami rabun
26 dekat (hipermetropi). 5. Mikroskop digunakan untuk melihat obyek kecil seperti kuman, bakteri, jaringan, organisme mikro dan makro 6. Foto Rotgen digunakan untuk memotret struktur tulang di dalam tubuhmanusia dan dilakukan ketika ada kerusakan tulang. 7. Sinar laser di gunakan sebagai pengganti pisau untuk membedah. Rangkuman Bidang optika memiliki identitas, masyarakat, dan konferensinya sendiri. Aspek keilmuannya sering disebut ilmu optik atau fisika optik. Ilmu optik terapan sering disebut rekayasa optik. Aplikasi dari rekayasa optik yang terkait khusus dengan sistem iluminasi (iluminasi) disebut rekayasa pencahayaan. Setiap disiplin cenderung sedikit berbeda dalam aplikasi, keterampilan teknis, fokus, dan afiliasi profesionalnya. Inovasi lebih baru dalam rekayasa optik sering dikategorikan sebagai fotonika atau optoelektronika. Dalam kehidupan sehari-hari, manusia telah banyak banyak terbantu kegiatannya oleh adanya alat-alat optik. Seperti contohnya kaca mata, alat ini digunakan oleh mereka yang menderita rabun, kamera yang digunakan oleh photographer, mikroskop yang digunakan dalam penelitian, dan lain sebagainya.Dalam bidang pertanian, mikroskop adalah salah satu contoh alat optik yang sangat mendukung untuk jalannya sebuah penelitian. Seperti dalam kultur jaringan, rekayasa genetika dan biologi molekuler.
27 Bab 5 KONSEP FLUIDA DALAM BIDANG BIOLOGI A. Pengertian Fluida Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas, karena zat cair seperti air atau zat gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu atau besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Zat padat tidak dapat digolongkan ke dalam fluida karena zat padat tidak dapat mengalir. Batu atau besi tidak dapat mengalir seperti air atau udara. Hal ini dikarenakan zat pada t cenderung tegar dan mempertahankan bentuknya sedangkan fluida tidak mempertahankan bentuknya tetapi mengalir. Selain zat padat, zat cair dan zat gas, terdapat suatu jenis zat lagi yang dinamakan plasma. Plasma merupakan zat gas yang terionisasi dan sering dinamakan sebagai “wujud keempat dari materi”.(Oleh, n.d.) 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. 1. Fluida Statis Kerapatan dan Berat Jenis Kerapatan (densitas) suatu benda, idefinisikan sebagai massa per satuan volume: = dengan m adalah massa benda dan v adalah volume benda. Dengan demikian satuan internasional untuk kerapatan adalah ⁄3 . 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.
28 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: = dimana dF adalah gaya yang dialami oleh elemen luas dA dari permukaan fluida. Satuan tekanan ⁄2 atau pascal ( Pa ). Secara makroskopik, gaya merupakan pertambahan omentum per satuan waktu yang disebabkan oleh tumbukan molekulmolekul 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. 3. Tekanan Hidrostatik Bila cairan itu diam dalam medan gravitasi, tekanan p dalam titik tertentu adalah : = × × ℎ, ∶ ∶ ⁄2 = ⁄ 2 dimana adalah densitas dari cairan (dianggap tetap) dan h adalah kedalaman titik tersebut dibawah permukaan 4. 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.
29 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 dimana : h = naik turunnya zat alir g = kecepatan grafitasi y = tegangan permukaan r = jari – jari pipa kapiler = massa jenis zat = sudut kotak 5. Prinsip Archimedes 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.
30 dimana, FA = gaya apung = rapat massa fluida V = volume fluida yang dipindahkan, volume bagian 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.
31 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. 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. Laju aliran massa 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 : = ⁄ Jika ditinjau, massa fluida yang mengalir dianggap tidak berubah ketika terjadi aliran, peristiwa ini membawa kita pada hubungan antara tempat mengalirnya fluida 16 dengan
32 laju aliran fluida. Dari hubungan ini ada besaran kuantitatif penting yang dapat dihitung dan dikenal dengan persamaan kontinuitas. Persamaan Bernouli Fluida dinamis juga mempunyai persamaan fundamental dalam persoalan aliran yaitu persamaan Bernoulli. Persamaan ini memperlihatkan hubungan antara besaranbesaran 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.
33 “Hukum bernouli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan (p), energi kinetik per satuan volume ( ), dan energi potensial per satuan volum () memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.” Peran Fluida dalam Biologi 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 : ℎ = + ℎ 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.
34 = 4 8 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). Perhitungan Fisika Fluida dalam Sistem Untuk mengetahuai adanya pemanfaatan perhitungan dasar fisika fluida dalam tubuh manusia. Berikut diberikan contoh soal dan perhitungannya: 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 persamaan : ℎ = + ℎ ℎ = 1200 − 0.001 × 1000 × 400 ℎ = 1200 − 400 ℎ = 800 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
35 dan tegak, sehingga dengan adanya perubahan mendadak orang tersebut dapat mengalami pusing untuk beberapa saat. 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. 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 = 4 8 . diperoleh tekanan 400, 800, 1200 dan 1600 g/mm3 . 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 = 4 8 didapat: 1 8 3 × 104 , 1 8 3 × 108 , 1 8 3 × 1012 , 1 8 3 × 1016 Dari hasil perhitungan ternyata terjadi penambahan tekanan darah sampai pangkat empat. Ini berarti secara fisika tekanan darah menuju keotak melalului
36 pembuluh sebesar pangkat empat dari tekanan normal darah melalui arteri menuju arteri otak. Jelas pengertian ini menyebabkan terjadinya pecah terhadap pembuluh tersebut. Rangkuman Fisika merupakan salah satu ilmu yang banyak dipergunakan untuk mengetahui fenomena alah dan saat ini dapat juga diketahui perannya dalam tubuh manusia. 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. 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 31 pecahnya pembuluh itu. Peristiwa pecahnya pembuluh darah ini dikenal dengan stroke.
37 Bab 6 KONSEP FLUIDA DALAM BIDANG KIMIA A. Peran Fluida dalam Kimia khusus Penggunaan Fluida pada Mesin MaupunPerkakas Pernah mendengar istilah “fluida”? Fluida sangat dikenal di industri kimia. Fluida diartikan sebagai sebuah cairan / zat yang mampu mengalami perubahan bentuk secara terus menerus, apabila terkena gaya geser atau tekanan, baik kecil sekalipun. Meski sering disebutkan mengalir, tapi fluida tidak melulu zat cair. Dari bentuknya, terdapat dua jenis fluida yakni fluida minyak dan fluida gas. Fluida gas memiliki sifat yang dapat mengalir dan bisa berubah bentuk apabila terkena tekanan tertentu. Tentu saja, benda padat tidak termasuk fluida karena tidak mampu mengalir dan tidak mampu mengalami perubahan secara kontinyu. Berdasarkan jarak pisah, maka fluida gas memiliki jarak pisah yang relatif jauh, sedangkan fluida cair memiliki jarak pisah yang cukup kecil. Jarak tersebut terbentuk karena fluida merupakan molekul-molekul yang tersusun menjadi sebuah gugusan. Antar molekul tidak bisa terikat di sebuah sisi, karena setiap molekul akan bergerak bebas satu sama lain. Penerapan Konsep Fluida Pada Mesin Perkakas Fluida di Dongkrak Hidrolik
38 Contoh pertama yang paling sederhana dalam aplikasi hukum Pascal adalah dongkrak hidrolik. Pada dongkrak hidrolik, penghisap kecil akan diberi gaya tekan, yang kemudian diteruskan di fluida di dalamnya. Fluida dalam dongkrak hidrolik biasanya berupa minyak. Fluida tersebut yang akan menghadirkan gaya angkat di penghisap besar, yang kemudian dapat mengangkat beban. Dengan kata lain, dongkrak hidrolik menjadikan prinsip atau konsep fluida dapat teraplikasi. Dengan gaya tekan yang diberikan pada fluida di ruang tertutup akan menjadikan tekanan diteruskan ke segala arah dengan sama rata. Pompa Hidrolik Ban Sepeda Selanjutnya, ada pompa hidrolik yang kerap digunakan untuk memompa ban, khususnya sepeda. Pompa ini juga menggunakan gaya tekan di atasnya, yang kemudian melalui penghisap kecil dialirkan ke fluida. Kemudian, dialirkan ke penghisap besar yang mengeluarkan tekanan udara. Prinsip dari pompa ini juga menerapkan hukum Paskal, pada pompa hidrolik ini kita memberi gaya yang kecil pada pengisap kecil sehingga pada pengisap besar akan dihasilkan gaya yang cukup besar, dengan demikian pekerjaan memompa akan menjadi lebih ringan, bahkan dapat dilakukan oleh seorang anak kecil sekalipun.
39 Mesin Hidrolik Berikutnya, ada mesin hidrolik atau hydraulic machine yang kerap digunakan pada alat berat. Dalam penerapannya, fluida akan dikontrol secara otomatis melalui katup kontrol, yang kemudian mengalirkan atau mendistribusikannya melalui selang, tabung, pipa dan sebagainya. Hasilnya, kekuatan yang cukup besar akan hadir lewat tabung-tabung tersebut untuk mengangkat beban atau sesuatu. Rem Piringan Hidrolik Penerapan konsep fluida juga diterapkan pada rem piringan hidrolik. Hal ini ditujukan dalam sistem pengereman di mobil. Cara kerjanya, rem mobil dihubungkan dengan sejumlah pipa ke master silinder. Baik master silinder maupun pipa tersebut semuanya berisi minyak rem dengan penuh. Lalu, gaya tekan dengan menginjak pedal rem menjadikan master silinder tertekan. Kemudian, diteruskan ke setiap silinder rem dengan fluida berupa minyak rem tadi. Gaya tekan yang diteruskan itulah yang kemudian menjepit piringan logam yang menghentikan putaran roda.
40 Hidrometer Hidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis zat cair. Nilai massa jenis zat dapat diketahui dengan membaca skala pada hidrometer yang ditempatkan mengapung pada zat cair. Hidrometer terbuat dari tabung kaca dan desainnya memiliki tiga bagian. Pada alat ini diterapkan hukum Archimedes. Alat ini kerap digunakan untuk mengukur masa jenis zat cair. Cara kerjanya dengan menerapkan hukum Archimedes, yakni dengan tabung-tabung kaca. Tabung kaca diberikan timbal di bagian bawahnya agar dapat tegak di dalam zat cair tertentu. Desain dari tangkai tabung kaca tersebut menjadikan perubahan yang relatif kecil dari berat benda yang dipindahkan akan menghasilkan perubahan pada tangkai yang diletakkan di dalam air atau zat cair. Dengan demikian, akan ada perbedaan pada skala untuk menghitung massa dari zat cair tersebut. Rangkuman Fisika merupakan salah satu ilmu yang banyak dipergunakan untuk mengetahui fenomena alah dan saat ini dapat juga diketahui perannya dalam tubuh manusia. Fluida sangat dikenal di industri kimia. Fluida diartikan sebagai sebuah cairan / zat yang mampu mengalami perubahan bentuk secara terus menerus, apabila terkena gaya geser atau tekanan, baik kecil sekalipun. Berdasarkan jarak pisah, maka fluida gas memiliki jarak pisah yang relatif jauh, sedangkan fluida cair memiliki jarak pisah yang cukup kecil. Jarak tersebut terbentuk karena fluida merupakan molekul-molekul yang tersusun menjadi sebuah gugusan.
41 Antar molekul tidak bisa terikat di sebuah sisi, karena setiap molekul akan bergerak bebas satu sama lain. Contoh pertama yang paling sederhana dalam aplikasi hukum Pascal adalah dongkrak hidrolik. Pada dongkrak hidrolik, penghisap kecil akan diberi gaya tekan, yang kemudian diteruskan di fluida di dalamnya. Fluida dalam dongkrak hidrolik biasanya berupa minyak. Fluida tersebut yang akan menghadirkan gaya angkat di penghisap besar, yang kemudian dapat mengangkat beban. Masih ada lagi penerapan fluida pada perkakas dan mesin, yakni di hidrometer. Alat ini kerap digunakan untuk mengukur masa jenis zat cair. Cara kerjanya dengan menerapkan hukum Archimedes, yakni dengan tabung-tabung kaca. Tabung kaca diberikan timbal di bagian bawahnya agar dapat tegak di dalam zat cair tertentu. Desain dari tangkai tabung kaca tersebut menjadikan perubahan yang relatif kecil dari berat benda yang dipindahkan akan menghasilkan perubahan pada tangkai yang diletakkan di dalam air atau zat cair. Dengan demikian, akan ada perbedaan pada skala untuk menghitung massa dari zat cair tersebut.
42 Bab 7 KONSEP LISTRIK DAN ELEKTROMAGNETIK UNTUK BIDANG BIOLOGI A. Pengertian Listrik dan Elektromagnetik Listrik merupakan salah satu gaya pokok di alam, di analogikan dengan gaya gravitasi. Jika gaya gravitasi terbentuk antara dua objek yang bergantung pada massa objek tersebut, sedangkan gaya listrik diantara dua yang bergantung pada muatannya. Muatan adalah properti dasar dari dua partikel elementer ( electron dan proton ) yang biasanya menjadi penyusun nyaris semua bahan yang ada di alam. Pada kenyataannya, hal itu adalahgaya listrik yang dibentuk oleh protan dan elektron dalam atom. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang tidak membutuhkan medium dalam perambatannya. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang melalui beberapa karakter seperti panjang gelombang, amplitudo, frekuensi, dan kecepatan. Energi elektromagnetik dipancarkan atau dilepaskan pada level yang berbeda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, maka semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan akan tetapi semakin tinggi frekuensinya. Aplikasi Listrik dalam Bidang Biologi Selama periode hujan badai pada tahun 1786, Luigi Galvani menyentuh otot tungkai seekor katak dengan menggunakan suatu metal, dan teramati bahwa otot katak dengan menggunakan suatu metal, dan teramati otot katak terrsebut berkontraksi. Dari pengamatan tersebut merambat bahwa aliran listrik akibat badai tersebut merambat melalui syaraf si katak sehingga otot-ototnya berkontraksi. Sel syaraf menghantarkan impils dari satu bagian tubuh ke bagian tubuh lainnya, impuls terdiri dari ion-ion yang yang mengalir sepanjang sel syaraf. Untuk mengetahui penerapan listrik dalam bidang biologi baik yang timbul dalam tubuh manusia ataupun yang digunakan pada tubuh manusia. System syaraf
43 Sel saraf atau neuron berfungsi mengirimkan pesan (impuls) yang berupa rangsang atau tanggapan. Jutaan sel saraf ini membentuk suatu sistem saraf. Setiap neuron terdiri darisatu badan sel yang di dalamnya terdapat sitoplasma dan inti sel. Dari badan sel keluar dua macam serabut saraf, yaitu dendrit dan akson (neurit). Dendrit berfungsi mengirimkan impuls ke badan sel saraf, sedangkan akson berfungsimengirimkan impuls dari badan sel ke jaringan lain. Akson biasanya sangat panjang.Sebaliknya, dendrit pendek. Setiap neuron hanya mempunyai satu akson dan minimal satu dendrit. Kedua serabutsaraf ini berisi plasma sel. Pada bagian luar akson terdapat lapisan lemak disebut mielin yang merupakan kumpulan sel Schwann yang menempel pada akson. Sel Schwann adalah sel glia yang membentuk selubung lemak di seluruh serabut saraf mielin. Membran plasma sel Schwann disebut neurilemma. Fungsi mielin adalah melindungi akson dan memberi nutrisi.Bagian dari akson yang tidak terbungkus mielin disebut nodus Ranvier, yang berfungsi mempercepat penghantaran impuls. Berdasarkan struktur dan fungsinya, sel saraf dapat dibagi menjadi 3 kelompok, yaitu sel saraf sensori, sel saraf motor, dan sel saraf intermediet(asosiasi). Sel saraf sensori Fungsi sel saraf sensori adalah menghantar impuls dari reseptor ke sistem saraf pusat, yaitu otak (ensefalon) dan sumsum belakang (medula spinalis). Ujung akson dari sarafsensori berhubungan dengan saraf asosiasi (intermediet). Sel saraf motor
44 Fungsi sel saraf motor adalah mengirim impuls dari sistem saraf pusat ke otot atau kelenjar yang hasilnya berupa tanggapan tubuh terhadap rangsangan. Badan sel saraf motor berada di sistem saraf pusat. Dendritnya sangat pendek berhubungan dengan akson saraf asosiasi, sedangkan aksonnya dapat sangat panjang. Sel saraf intermediet Sel saraf intermediet disebut juga sel saraf asosiasi. Sel ini dapat ditemukan di dalam sistem saraf pusat dan berfungsi menghubungkan sel saraf motor dengan sel saraf sensori atau berhubungan dengan sel saraf lainnya yang ada di dalam sistem saraf pusat. Sel saraf intermediet menerima impuls dari reseptor sensori atau sel saraf asosiasi lainnya. Kelompok-kelompok serabut saraf, akson dan dendrit bergabung dalam satu selubung dan membentuk urat saraf. Sedangkan badan sel saraf berkumpul membentuk ganglion atau simpul saraf. Sel-sel mampu menghasilkan potensial listrik yang merupakan lapisan tipis muatan positif pada permukaan luar dan lapisan tipis muatan negatif pada permukaan dalam bidang batas/membran. Kemampuan sel syaraf (neurons) menghantarkan isyarat biolistrik sangat penting. Gambar dibawah ini adalah sebuah sel syaraf dengan ekor panjangnya yang disebut sebagai axon atau serat syaraf membawa isyarat biolistrik atau pulsa syaraf menjauhi sel menuju otot, kelenjar atau neuron lain .
45