bio fluida

Upload: hewrytelmy5199

Post on 08-Jul-2015

2.592 views

Category:

Documents


68 download

TRANSCRIPT

MATERI PERKULIAHAN FISIKA KESEHATAN Untuk D3-KeperawatanOleh : Sehah, S.Si., M.Si. Dosen Tidak Tetap di Program Studi D3 KeperawatanAkademi Keperawatan YAKPERMAS Banyumas JAWA TENGAH INDONESIA BIO-FLUIDA (FLUIDA STATIK DAN FLUIDA DINAMIK) PENGERTIAN DASAR Zat alir suatuzatyangmempunyaisifatdapatdiubahbentuknyadengan mudahdimanagayagesekantarapartikel-partikelnyasangatkecil dan dapat diabaikan. Zat Cair jeniszataliryangtidaktermampatkan,artinyauntukmerubah bentuknya diperlukan gaya yang sangat besar. Zat Gasjenis zat alir yang mudah termampatkan, artinya perubahan volume dapat terjadi dengan gaya yang kecil. FLUIDA = ZAT ALIR Zat cairGas - Molekul terikat secara longgar tapi berdekatan -Tekanan yang terjadi karena gaya grafitasi -Tekanan terjadi tegak lurusbidang -Molekul bergerak bebas dan saling bertumbukan -Tekanan akibat tumbukanantar molekul -Tekanan terjadi tidak tegak lurus bidang SIFAT FISIKA ZAT CAIR MASSA JENIS CAIRAN Massajenissuatucairandidefinisikansebagaimassacairanitu dibagi volumenya. TEKANAN DALAM CAIRAN Tekanan di dalam cairan (fluida) adalah perbandingan antara gaya tekan pada cairan terhadap luas permukaan cairan yang ditekan. Vm= h gAFP = = massa jenis (Kg/m3) m= massa benda (Kg) V = volume benda (m3) AFP Pressure = =P = Tekanan (1 N/m2 = 1 Pa) F = Gaya (N) A = Luas penampang (m2) ghAVgAVgAmgPAFP Pressure= = = == =hTEKANAN CAIRANAKIBAT KEDALAMAN TEKANAN HIDROSTATIK TekananHIDROSTATIKadalahtekanantotalyangdialamioleh setiap benda yang berada di dalam cairan. Tekanan ini merupakan penjumlahan antara tekanan udara sekitar dan tekanan dari cairan, yang dapat dirumuskan dengan persamaan : dimana :P0 = tekanan udara sekitar (tekanan atmosfer) (1,01 x 105 Pa) = massa jenis cairan (untuk air = 1,00 gr/cm3) g = percepatan gravitasi bumi (9,8 m/s2) h = kedalaman cairan (meter) gh P P + =0CONTOH PERALATAN MEDIK gh Pgh P Pgh P P = A= + =00Perbedaan tekanan antara cairan di BOTOL dan cairan yang masuk ke dalam pembuluh darah pasien dapat dihitung dari tekanan total, yaitu: h= tinggi tabung terhadap lengan YANG BEKERJA DENGAN PRINSIP TEKANAN HIDROSTATIK ASAS PASCAL ASAS PASCAL menyatakan bahwa tekanan di semua titik di dalam cairan (statis) adalah sama, artinya jika satu bagian dari zat cair itu mendapattekanantertentu,makatekananituakanditeruskanke semua titik atau bagian dari cairan tersebut secara keseluruhan. Prinsip Pascal dapat digunakan untuk desain POMPA HIDROLIK 2 1P P =222111&AFPAFP = =1122FAAF =Kesamaan tekanan padaujung-ujung tabung: F1 F2 A1A2 KEUNTUNGAN MEKANIK

tabung darah dorongA P F =darah cairanP P =darahtabungdorongPAF=PENERAPAN PRINSIP ASAS PASCAL.? CONTOH PERALATAN MEDIK YANG BEKERJADENGAN PRINSIP ASAS PASCAL (TENSIMETER) MANSET dipasang mengikat mengelilingi lengan, lalu diisi udara dengan tekanan > tekanan ARTERI (brachial), kemudian secara perlahan-lahan tekanannya diturunkan. Pembacaan tinggi air raksa di dalam kolom tabung manometer adalah menunjukkan tekanan puncak atau SYSTOLIC dan tekanan paling bawah atau DIASTOLIC. PRINSIP KERJA TENSIMETER MENURUT TINJAUAN FISIKA Tekanan di titik A sama dengan tekanan di titik 1, sedangkan tekanan di titik 2 sama dengan tekanan di titik 1 + 1gh1. Adapun tekanan di titik 2 sama dengan tekanan di titik 3, yaitu 2gh2 Berdasarkan persamaan tekanan di titik 2 dan titik 3, maka dapat dituliskan sebuah persamaan :Jika A diisi udara, maka umumnya tekanan 1gh1 dapat diabaikan, karena massa jenis udara sangat kecil sehingga P2 ~ PA.2 2 1 1gh gh PA = +2 2gh PA =PERSAMAAN KONTINUITAS A1 A2 AL1 AL2 v1 v2 Jika diasumsikan cairan tersebut bersifat tidak termampatkan (1 = 2), maka laju aliran Am/At yang melewati A1 dan A2 adalah:Sebuah pipa yang mempunyai luas penampang A1 di ujung 1 dan luas penampang A2 di ujung 2, dialiri cairan sebagaimana gambar di bawah: tt v Att v AtmtmAA=AAAA=AA2 2 2 1 1 1 2 1 2 2 1 1v A v A =CONTOH PENERAPAN PERSAMAAN KONTINUITASPADA MODEL ALIRAN DARAH Keseluruhan sistem peredaran darah (sistem kardiovaskuler) yang terdiri dari arteri, arteriola, kapiler, venula dan vena dapat diasumsikan seperti MODEL PIPA2 2 1 1v A v A =Dengan mengacu pada persamaan di bawah: maka semakin kecil luas penampang pembuluh darah, maka laju atau kecepatan aliran darahnya semakin besar, demikian pula sebaliknya. PRINSIP KERJA JANTUNG SEPERTI POMPA SIRKULASI Penemu sirkulasi darah di paru-paru hingga jantung adalah IBNU AN-NAFIS, ilmuwan Muslim abad ke-13. Jantung merupakan suatu organ otot berongga yang terletak di pusat dada. Bagian kanan dan kiri jantung masing masing memiliki ruang sebelah atas (atrium) yang mengumpulkan darah dan ruang sebelah bawah (ventrikel) yang mengeluarkan darah.Jantung berfungsi mengumpulkan darah yang kekurangan oksigen dari seluruh tubuh dan memompanya ke dalam paru, dimana darah akan mengambil oksigen dan membuang karbondioksida; jantung kemudian mengumpulkan darah yang kaya oksigen dari paru-paru dan memompanya ke jaringan di seluruh tubuh.Agar darah hanya mengalir dalam satu arah, maka ventrikel memiliki satu katup pada jalan masuk dan satu katup pada jalan keluar. TEKANAN DARAH Jumlah darah orang dewasa 4,5 liter Dalam 1 kali kontraksi jantung terpompa sekitar 80 ml darah permenit beredar satu siklus dalam tubuh, dalam sirkulasi darah 80 % sirkulasi sistemik20 % sirkulasi paru-paru 20 % di arteri 10 % di kapiler 70 % di vena 7 % di kapiler paru-paru 93 % di arteri dan vena paru-paru TEKANAN DARAH SISTEMIK 120 95 80 Sistolik Diastolik Tek rata-rata t P TEKANAN ARTERI PARU-PARU 30 20 10 Sistolik Diastolik Tek rata-rata t P TEKANAN RATA-RATA Menentukan banyaknya darah yang mengalir tiap satuan waktu }=trata ratadt t PTP0) (1PERSAMAAN BERNOULLI Persamaan Bernoulli adalah suatu persamaan dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran cairan, peningkatan kecepatan aliran akan berakibat penurunan tekanan pada aliran tersebut.22 2 221 1 12121v h g p v h g p + + = + +Jika cairan mengalir pada suatu model pipa (misalnya pembuluh darah) yang bagian-bagiannya berbeda ketinggian, maka dapat terjadi perbedaan tekanan total.Persamaan tekanan total untuk masing-masing bagian 1 dan 2 adalah: 2 1 PENERAPAN PERSAMAAN BERNOULLIPADA MODELALIRAN DARAH Pada persamaan Bernoulli, jika nilai tekanan antara ujung 1 dan 2 dianggap sama, maka:Persamaan di atas dapat kita gunakan untuk menghitung laju aliran darah pada suatu organ tubuh yang terletak pada ketinggian tertentu terhadap kelajuan aliran darah di aorta jantung. 22 221 12121v h g v h g + = +22 221 12121v h g v h g + = +|.|

\|+ =22 1 2 121) ( 2 v h h g vv2 = laju aliran darah pada aorta VISKOSITAS (KEKENTALAN CAIRAN)

Viskositas atau kekentalan didefinisikan sebagai ukuran penolakan cairan terhadap perubahan bentuk atau sifat dari fluida untuk melawan tegangan geser pada saat bergerak atau mengalir.Viskositas juga menunjukkan gaya gesekan antara lapisan-lapisan cairan yang sejajar pada saat lapisan-lapisan tersebut bergerak satu terhadap lainnya, akibat gaya kohesi antar molekul.TERJADI PERBEDAAN KECEPATAN ALIRAN CAIRAN ANTARA BAGIAN ATAS DAN BAWAHNYA GRADIEN KECEPATAN ANTAR LAPISAN v LAv F Gambar menunjukkan beberapa lapisan cairan sejajar yang tiap lapisan mempunyai luas A dan jarak antar dua lapisan adalah L. Jika lapisan atas bergerak sejajar dengan lapisan bawah pada kecepatan v relatif terhadap lapisan bawahnya, maka bekerja suatu gaya sebesar F.cairanGRADIEN KECEPATAN ANTAR LAPISAN v A L LAv F LvA F q =A vLF = qq = Koefisien kekentalan (angka kental) DEBIT ALIRAN DARAH LP P rtVqt8) (2 14= P1P2

L Debit aliran darah (fluida) dipengaruhi oleh tahanan yang besarnya tergantung dari: Panjang pembuluh Diameter pembuluh Viskositas atau kekentalan darah Tekanan darah Untuk darah normal, viskositasnya 3,5 kali air biasa = Viskousitas, r = jari-jari pembuluh, L = PanjangP = Tekanan, V = Volume, t = Waktu qHAMBATan terhadap debit zat cair EFEK PANJANG PEMBULUH TERHADAP DEBIT Makinpanjangpembuluh,diametersama,zatcairakanmendapat hambatan semakin besar, sehingga debit zat cair (darah) akan lebih besar pada pembuluh yang pendek. Panjang = 3 Panjang = 2 Panjang = 1 1 ml/min 2 ml/min 3 ml/min EFEK DIAMETER PEMBULUH TERHADAP DEBIT Debit aliran zat cair (darah) semakin cepat pada diameter pembuluh darah semakin besar. d = 1 1 ml/min d = 2 16 ml/min d = 3 256 ml/min air 1 cm plasma 1,5cm darah 3,5cm Pada darah normal kekentalan3,5 kekentalan air. Kekentalan 1 kali diatasnormal kekentalan 2 kali air. Kekentalan 70 kali di atasnormal kekentalan 20 kali air CATATAN : EFEK KEKENTALAN TERHADAP DEBIT Semakinkentalzatcair(darah)semakinbesarhambatanterhadap dinding pembuluh, sehingga dapat ditentukan konsentrasi sel darah merahnya. Tegangan Permukaan Tegangan Permukaan Cairan timbul akibat gaya tarik-menarik molekul-molekul zat cair yang sejajar permukaan. Besaran ini didefinisikan sebagai gaya tarik-menarik per satuan panjang permukaan cairan. F LF= Fenomena Tegangan Permukaan 2t r cos u = W r r w 2 r grcos 2h | =BERBAGAISATUAN TEKANAN SOAL-SOAL BIOFLUIDA : 1. Perkirakanlahperbedaantekanandarahhidrostatikdidalamseseorangyang tingginya1,83m,diantaraotakdankaki,denganmenganggapbahwamassajenis darah adalah 1,06 x 103 kg/m3 ? 2. Suatu carian yang mengandung 50% albumin memiliki spesifik gravitasi 1,135 pada temperatur15,5oC.Hitunglah(a)volumedalamm3yangditempatioleh100gram cairan tersebut ? (b) volumenya dalam liter ? (c) massa jenis cairan dalam kg/m3 ?3. Tiapsatudetakanjantung,ada70cm3darahdipompakandarijantungpada tekanan 105 mmHg.Hitunglah dayanya jika satu menit ada 60 detakan jantung ? 4. Cairan dalam botol infus harus masuk dalam jaringan tubuh pasien pada tekanan 60 mmHg.Jikamassajeniscairanituadalah1,00gr/cm3,tentukanketinggianbotol infus tsb ? 5. Diameter pembuluh aorta manusia kira-kira 2,0 cm dan darah mengalir di dalamnya dengankelajuan0,3m/dt.Hitunglahlajurata-ratadarahdalampembuluhkapiler yangberdiameter8,0x10-6mdanluaspenampangnya(yangsecaralateral berjumlah milyaran buah) adalah 0,2 m2 ?6. Kecepatandarahmelaluipembuluhaortaberjari-jari1cmadalah30cm/s.Hitunglahkecepatanrata-ratadarahtersebutketikamelaluipembuluhkapileryang masing-masing berjari-jari 4 x 10-4 cm dan luas permukaan total 2000 cm2