fluida
TRANSCRIPT
Biokimia Pernafasan
---- 3/7---- [email protected] 081335251726
FLUIDAOleh: Heru Santoso Wahito Nugroho
Disusun Sebagai Bahan Kuliah Fisika Kesehatan Bagi Mahasiswa Diploma III KebidananReferensi:
Gabriel JF, Fisika Kedokteran, EGC, Jakarta, 1996.
Young HD, Freedman RA, Sandin TR, Ford AL, Fisika Universitas Jilid I, Penerjemah: Juliastuti E, Edisi X, EGC, Jakarta, 2001.
Pendahuluan Apa yang dimaksed dengan fluida? Fluida sering disebut juga sebagai zat alir, yaitu zat yang dapat mengalir (berwujud cair dan gas). Contohnya: air, darah, oksigen, karbon dioksida, cairan infus dan sebagainya.
Secara umum ada 2 hal pokok yang dipelajari dalam fluida, yaitu: Pertama, fluida dalam keadaan setimbang atau tidak bergerak, yang dibahas dalam STATIKA FLUIDA. Hal-hal yang dibahas dalam statika fluida di antaranya: massa jenis, tekanan, daya apung, tegangan permukaan dan sebagainya.
Kedua adalah fluida dalam kondisi tidak setimbang atau bergerak yang dibahas dalam DINAMIKA FLUIDA. Dinamika fluida mempelajari fluida secara lebih kompleks, misalnya tentang aliran fluida dan masih banyak lagi.Densitas (Massa Jenis)Yang dimaksud dengan densitas atau massa jenis adalah massa zat per satuan volume. Dalam sistem internasional (SI), satuan massa yang digunakan adalah kilogram sedangkan untuk volume meter kubik. Sehingga satuan massa jenis adalah kg/m3.
Formula dari massa jenis adalah:
Keterangan: ( = massa jenis dalam kg/m3, m = massa dalam kg, v = volume dalam m3.
Tabel 1 menampilkan beberapa contoh dari massa jenis berbagai zat.Soal latihan:
Dalam ruang perawatan bayi dengan ukuran panjang lantai 5 meter, lebar lantai 4 meter dan tinggi langit-langit 3 meter, berapakah massa udara dalam ruang tersebut? (massa jenis udara dapat dilihat pada Tabel 1).Diketahui:
( = 1,2 kg/m3p = 5 m
l = 4 m
t = 3 m
Ditanyakan: m = .....?
Jawab: m = ( x v
V balok = p x l x t = 5m x 4m x 3m = 60m3m = ( x v
= 1,2 kg/m3 x 60m3 = 72 kg
Berapa berat udara dalam ruang tersebut?
Berat (W) adalah massa x kecepatan gravitasi (g) yaitu 9,8 m/s2 atau kadang-kadang dibulatkan 10 m/s2. Sehingga diketahui
m = 72 kg
g = 9,8 m/s2
Ditanyakan: W = .....?
Jawab:
W = m x g
= 72 kg x 9,8 m/s2 = 700 N
Tabel 1. Massa Jenis dari Berbagai Macam Zat
ZATMASSA JENIS
Udara (1 atm, 20 oC)1,20
Etanol (alkohol)0,81 X 103
Benzena0,90 X 103
Es0,92 X 103
Air1,00 X 103
Air laut1,03 X 103
Darah1,06 X 103
Gliserin1,26 X 103
Beton2 X 103
Aluminium2,7 X 103
Besi, baja 7,8 X 103
Kuningan8,6 X 103
Tembaga8,9 X 103
Perak10,5 X 103
Timbal11,3 X 103
Raksa13,6 X 103
Emas19,3 X 103
Platinum 21,4 X 103
Bintang kate putih1010
Bintang neutron1018
Tekanan Dalam FluidaKetika fluida berada dalam keadaan tenang, fluida akan memberikan gaya tegak lurus ke seluruh permukaan kontaknya, seperti dinding bejana, atau mungkin benda yang tercelup ke dalam fluida. Coba rasakan bahwa ada gaya yang menekan kaki Anda ketika Anda menjuntaikan kaki pada air di kolam renang.
Dengan demikian, tekanan dapat didefinisikan dengan formula sebagai berikut:
Keterangan: P = tekanan dalam N/m2, F = gaya dalam N, A = Luas dalam m2.
Keterangan: 1 N/m2 = 1 pascal = 1 Pa.
Pengetahuan tambahan:
Tekanan atmosfer adalah tekanan atmosfer bumi, yaitu tekanan di dasar lautan udara di mana kita hidup. Tekanan ini berubah-ubah berdasarkan perubahan cuaca dan ketinggian. Tekanan atmosfer pada permukaan laut adalah 1 atmosfer (atm) yang tepatnya bernilai 101325 Pa. Sehingga:
1 atm = 1,013 x 105 = 1,013 bar
= 1013 milibar
Soal latihan:
Tekanan gas oksigen dalam suatu tabung menunjukkan angka 100 Pa. Berapa bar-kah tekanan oksigen tersebut?
Jawab:
............................
Kedalam berpengaruh terhadap tekanan dalam fluida. Tekanan atmosfer akan berkurang jika ketinggian bertambah. Lihat bahwa pada ketinggian 35000 kaki kabin pesawat harus di beri tekanan. Ketika Anda menyelam ke dalam air, telinga Anda akan merasakan bahwa tekanan semakin bertambah dengan cepat sesuai dengan kedalaman penyelaman. Semakin tinggi nilai kedalaman, semakin tinggi nilai tekanan.Berhubungan dengan tekanan dalam fluida ini, Blaise Pascal seorang ilmuwan dari Perancis memperkenalkan Hukum Pascal, yaitu: Tekanan yang diberikan pada fluida tertutup akan diteruskan tanpa mengalami pengurangan ke setiap bagian fluida dan dinding bejana.Sehingga Hukum Pascal diformulasikan sebagai berikut:
Contoh soal:
Pada gambar di atas, jika luas penampang A1 = 1 m2, A2 = 4 m2, A3 = 9 m2, sedangkan gaya F1 sebesar 200 Newton, maka berapakah Newton-kah gaya F2 dan F3 ?
Diketahui:
F1 = 200 N
A1 = 1 m2A2 = 4 m2A3 = 9 m2Ditanyakan: F2 dan F3Jawab:
P = F1/A1
= 200 N / 1 m2 = 200 N/m2F2 = P x A2 = 200 N/m2 x 4 m2 = 800 N
F3 = P x A3 = 200 N/m2 x 9 m2 = 1800 N
Coba kerjakan soal berikut ini!
Jika faktor-faktor yang berhubungan dengan tekanan dalam pembuluh darah diabaikan dan diketahui nilai tekanan darah pada suatu arteri 100. Luas penampang A1 25 mm2, berapakah luas penampang A2 ? Jawab:
........................
Keterapungan
Benda akan terapung dalam air jika memiliki densitas lebih kecil daripada air. Pertanyaan latihan:1. Manakah yang terapung dalam air? (a) darah (b) es (c) gliserin (d) air raksa (e) alkohol (etanol)
2. Manakah dari pasangan zat berikut yang berada di bagian bawah jika dicampur? (a) air dan alkohol (b) darah dan air (c) gliserin dan alkohol (d) es dan darah (e) darah dan alkohol
Aliran Zat dalam Pembuluh
Apabila sebuah lempengan kaca diletakkan di atas permukaan zat cair, kemudian digerakkan dengan kecepatan V, maka molekul di bawahnya akan mengikuti kecepatan kaca sebesar V.ini disebabkan oleh adhesi lapisan zat cair dengan kaca. Cairan yang lebih jauh dari kaca berusaha mengerem kecepatan tersebut dan seterusnya, sehingga zat yang paling jauh dari kaca memiliki kecepatan nol.
Untuk aliran di dalam pembuluh, hampir sama dengan contoh di atas. Dorongan (gaya) lebih besar berada di tengah lumen pembuluh. Makin ke tepi kecepatan aliran makin rendah. Dengan mengingat formula tekanan P = F/A, maka kecepatan aliran akan berbentuk parabola.
Volume zat yang mengalir melalui penampang A setiap detik dinamakan debit. Dalam aliran zat melalui pembuluh ini berlaku Hukum Poiseuille yang menyatakan bahwa cairan yang mengalir melalui suatu pipa akan berbanding langsung dengan penurunan tekanan sepanjang pipa dan pangkat empat jari-jari pipa.
V = (r4 (P1-P2)
8(L
Keterangan:
V = jumlah zat yang mengalir per detik (flowrate)
( = viskositas (untuk air 10-3 pascal pada suhu 20oC, untuk darah 3-4 x 10-3 pascal, tergantung persentase sel darah merah
r = jari-jari pembuluh dalam meter
L = panjang pembuluh dalam meter
P = tekanan
Rumus di atas dapat dinyatakan sebagai:
Flowrate (volume perdetik)= Pressure (Tekanan) Resistance (Tahanan)
Keterangan:
Pressure = P1 P2Resistance = 8(L dalam Ns/m5 (r4Soal latihan:
Hitunglah resistance total jika diketahui tekanan aorta 100 mmHg, tekanan vena cava 2 mmHg. Volume pemompaan darah setiap denyut jantung 90 cm3 dengan frekuensi jantung 69 kali per menit.
Tahanan terhadap debit zat cair dipengaruhi oleh: Panjang pembuluh
Diameter pembuluh
Kekentalan zat cair
Tekanan
Efek panjang pembuluh terhadap debit
Makin panjang pembuluh, aliran akan mendapatkan tahanan semakin besar sehingga debit akan berkurang.
Efek diameter pembuluh terhadap debit
Makin besar diameter penampang pembuluh, maka aliran akan mendapatkan tahanan semakin kecil, sehingga debit air semakin besar
Efek kekentalan zat cair terhadap debit
Semakin kental suatu zat, maka semakin besar gesekan terhadap dinding pembuluh, akibatnya tahanan semakin besar. Maka semakin kental suatu zat, debit makin kecil
Pertanyaan: bagaimanakah perubahan kecepatan aliran darah pada penderita anemia?
Efek tekanan terhadap debit
Apabila tekanan zat cair pada salah satu ujung pembuluh lebih tinggi daripada ujung lainnya, maka zat cair akan mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan yang lebih rendah. Dengan demikian tekanan berbanding lurus dengan aliran.1 ml/menit
P2
P1
A
F
F
A
A2
A1
A3
A2
A1
F3
F2
F1
P = F1/A1 = F2/A2 = F3/A3 dan seterusnya
P = F/A
Luas (A) dalam m2
( = m/v
Gaya (F) dalam Newton (N)
2 ml/menit
3 ml/menit
256 ml/menit
16 ml/menit
1 ml/menit
3
2
1
1
2
4
darah
plasma
air
3,5 cm
1,5 cm
1 cm