Post on 27-Feb-2018
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
1/55
Hidrodinamika dan
Biolistrik
Manogari S, SSi, MT
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
2/55
PENGERTIAN FLUIDA
Adalah zat alir (baik cairan maupun gas) Zat cair : air, darah, asam sulfat. Gas : udara, oksigen, Nitrogen, Co2dll
BEBERAPA PENERAPAN
Dibidang Kesehatan: dipelajari sistemperedaran darah dan injeksi cairan ke dalam
tubuh
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7/JANTUNG.MPGhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7/JANTUNG.MPGhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7/JANTUNG.MPGhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7/JANTUNG.MPGhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7/JANTUNG.MPG7/25/2019 KP Fisika Blk-11
3/55
TEKANAN
Adalah Gaya Normal PersatuanLuas permukaan.
P = F/A
F : Gaya yg bekerja, A: Luas permukaan dimana gaya bekerja.
Satuan SI:
Pa1N/m1
meter
newton1 22
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
4/55
BERBAGAI SATUAN
TEKANAN
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
5/55
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
6/55
TEKANAN KARENA GAYA BERAT
FLUIDA
A
mg
A
FP
Vm / Vm ATAU
A
gVP
A
gVP
ghP V = hAATAU
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
7/55
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
8/55
Hidrodinamika
Penelitian tentang zat cair yang mengalir disebuthidrodinamika
Penelitian ini meliputi : Tekanan, kecepatanaliran dan gesekan
Bernoulli telah berhasil menurunkan rumusdengan meletakkan persyaratan-persyaratan ataupendekatan khusus
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
9/55
Persyaratan khusus
Zat cair tanpa adanya geseran dalam ( cairantidak viskous)
Zat cair mengalir secara stasioner (tidak berubah)
dalam hal kecepatan, arah maupun besarnya. Zat cair mengalir secara steady yaitu mengalir
melalui lintasan tertentu
Zat cair tidak termampatkan (incompresible)melalui sebuah pembuluh dan mengalir sejumlahcairan yang sama besarnya.
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
10/55
Persamaan Bernoulli
212P v gh tetap
v1A1P1
A2 P2v
2
h1
h2
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
11/55
Dengan mempergunakan rumus Bernoulli kitadapat menghitung kecepatan aliran zat cair, alatyang dipakai adalah venturi meter, tabung pitot (
dapat pula menghitung gerakan udara).
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
12/55
Aliran zat cair melalui pembuluh
Apabila sebuah lempengan kaca diletakkandiatas permukaan zat cair kemudian digerakkandengan kecepatan v, maka moleukul
dibawahnya akan mengikuti kecepatan yangbesarnya sama dengan v hal ini disebabkan olehadhesi.
Lapisan zat cair yang dibawahnya akan berusahamengerem kecepatan tersebut sehingga padaakhirnya mempunyai kecepatan sama dengan nol
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
13/55
Gaya dorong
Dengan demikian gaya F yang menyebabkan kecepatankaca tersebut dapat dinyatakan dengan
= viskositas (koef gesekan dalam Pa.s)
A = Luas permukaan
d = kedalaman diukur dari permukaan kedasar v = kecepatan kaca dan zat cair mengalir
vdF A
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
14/55
Dengan demikian aliran zat cair dalam pembuluh dapat
digambarkan sbb
A
P1 P2
F
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
15/55
Hk Poiseuille, Aliran Laminar dan Turbulen
Debit (flow rate): volume aliran persatuan waktu
Q = V / t
Q = (P1 - P2)/R
4
r
L8R
Untuk fluida yang Laminer
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
16/55
Penerapan Hukum Poiseuille
Apabila volume zat cair yang mengalir melaluipenampang tiap detiknya disebut debit aliran makadituliskan
Q = V/t Menurut Poiseuille debit aliran melalui pembuluh
.
Faktor koreksi untuk pembuluh darah yang elastisangka 8 berubah menjadi 4
4
1 28 .
( )rl
Q P P
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
17/55
Keterangan rumus
r = jari-jari pembuluh (m)
l = panjang pembuluh (m)
(P1-P2) = selisih tekanan pada kedua ujungpembuluh (Pa)
= kekentalan cairan ( Pa.s)
untuk air = 10
-3
Pa.s untuk darah = (2-3).10-3Pa.s, tergantung pada
persentase sel darah merah dalam darah
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
18/55
Hukum Poiseuille menyatakan bahwa cairanyang mengalir melalui suatu pembuluh akanberbanding langsung dengan penurunan tekanan
sepanjang pembuluh dan pengkat empat jaripembuluh.
Hukum Poiseuille sangat berguna untukmenjelaskan mengapa pada penderita usia lanjutmengalami pingsan akibat tekanan darahmeningkat (hipertensi)
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
19/55
Efek Panjang pembuluh terhadap debit
Makin panjang pembuluh sedangkan diameterpembuluh sama, maka debit zat cair akan lebihbesar pada pembuluh yang lebih pendek.
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
20/55
Efek diameter pembuluh terhadap debit
Zat cair yang melewati pembuluh akan dihambatoleh dinding pembuluh, dengan alasan inikecepatan aliran zat cair makin cepat pada
pembuluh dengan diameter semakin besar.
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
21/55
Efek kekentalan terhadap debit
Dengan semakin kentalnya zat cair yang melewatipembuluh, semakin besar gesekan terhadapdinding pembuluh dan sebagai konsekuensinyadiperoleh tahanan semakin besar sehingga
mengakibatkan debit aliran lambat. Kekentalan ini sangat penting untuk mengetahui
konsentrasi sel darah merah.
Pada darah normal kekentalan sebesar 3,5 kali air Dengan alasan demikian, maka aliran darah pada
penderita anemia adalah cepat, sebaliknya padapenderita polycytemia aliran darah sangat lambat.
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
22/55
Efek tekanan terhadap debit
Apabila tekanan zat cair/darah pada salah satuujung pembuluh lebih tinggi dari ujung lainnya,maka darah akan mengalir dari tekanan tinggi ke
tekanan yang lebih rendah.
Aliran darah berbanding langsung terhadapperbedaan tekanan
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
23/55
Aliran Laminar
Untuk fluida yang mengalir laminar
berlaku persamaan kontinuitas
vAvA
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
24/55
Aplikasi HK Bernoulli
TIA = Transien Ischemik Attach
Sublapian steal syndrom
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
25/55
Tekanan Pada Tubuh
Sistem Peredaran Darah
Tekanan Pada Kantung Kemih
Tekanan CerebrospinalTekanan Pada Mata
Tekanan Pada Kerangka
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
26/55
Sistem Peredaran Darah
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
27/55
Laju Endap dan Gaya Buoyansi/Apung
Apabila 2 kerikil dengan massa yang sama, ukuranyang sama dimasukkan kedalam dua jenis tabungyang masing-masing berisi air dan minyak, maka
akan kelihatan kedua kerikil mencapai dasartabung dalam waktu yang berbeda, hal inidisebabkan perbedaan massa jenis air danminyak
Kecepatan benda mengendap jika suatu bendadimasukkan kedalam zat cair dipengaruhi olehgaya gravitasi dan gaya keatas ( gaya archimedes~
Buyant Force)
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
28/55
Laju endap benda dalam zat cair ~ LED
Gaya Keatas (Buyant Force)
343w bF r g
Fw
FA
Gaya jatuh atau gaya berat (FW) dapatdinyatakan dengan :
34
3 .A cF r g
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
29/55
Gaya Hambat (retarding force)
FR= FwFA=6.r..v
Dengan demikian laju endap/ sedimentasi
.
Penentuan kecepatan sedimentasi ini sangat penting
pada beberapa penyakit : Rhemeatik, Rhematic fever, rhematic heart disease,
gaout(asam urat), infeksi kronis (keganasan)
229
. ( )r b cv g
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
30/55
Sifat Sel darah merahSel darah merah cenderung berkumpul/bergerombol bersama sehingga jari-jari efektifmeningkat sehingga waktu pengetesan kelajuansedimentasi meningkat
Menentukan kecepatan sedimentasi ini diklinik ataudirumah sakit dikenal dengan nama BBS (BloedBezingking Snellheid), BSR (Basal Sedimentasi Rate),LED (Laju Endap Darah) dll.
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
31/55
LED
Darah diambil dari tubuh kemudian direaksikandengan Natrium citrat (Na-citrat) kemudiandimasukkan kedalam tabung Westergen setelah
itu diamati hingga 30 menit sampai 1 jam
Dari hasil pengujian di Lab diperoleh bahwaLED wanita 3-10 mm/0,5 jam sedangkan laki-
laki 2-7 mm/0.5 jam Menurut hemat kamu dalam fisiologis mengapa
LED wanita lebih tinggi dari laki-laki?
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
32/55
Aliraan Laminar dan Turbulensi
Aliran air sungai kadang-kdang terlihat secaraberlahan-lahan tenang, tetapi kadang-kadangterjadi pula aliran secara cepat bahkan terjadi
pula aliran turbulensi/gerak putar.Demikian pula darah biasanya mengalir secaralaminar (stream line), tetapi pada beberapa
tempat terjadi turbulensi misalnya pada valvulajantung (katub jantung)
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
33/55
Apabila aliran darah hanya secara laminar saja,
tidak mungkin kita dapat memperolehinformasi/formasi tentang jantung denganmempergunakan stetoskop.
Dengan bantuan Spygmomanometer dimanakita menggunakan pressure cuff sehinggaaliran darah akan dibuat turbulensi danmenghasilkan geteran sehingga bunyi jantungdapat didengar dengan menggunkaanstetoskop
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
34/55
Aliran laminar dapat dirubah menjadi aliranturbulens apabila pembuluh secara berangsur-
angsur diciutkan jari-jarinya dan kecepatanaliran secara bertahap ditingkatkan sehinggamencapai kecepatan kritis yang dapat
dinyatakan denganVc= K. /.r
K = konstanta Reynold = 1000 untuk air dan2000 untuk darah
r = jari-jari pembuluh
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
35/55
Soal Latihan
Jika pembuluh darah aorta orang dewasa mempunyaijari-jari sebesar 1 cm dan kekentalan darahnya sebesar2,084x10-3Pa.s serta massa jenis darah 1060 kg/m3dankonstanta Reynold 2000 tentukanlah kecepatan kritis
darah mengalir Radius aorta sekitar 1 cm dan darah yang melewatinya
memiliki laju sekitar 30 cm/s. Pembuluh kapiler yangmemiliki radius sekitar 4x10-4 cm dan darah mengalirmelaluinya dengan laju sekitar 5x10-4 m/s.Perkirakanlah berapa banyak pembuluh kapiler yangada dalam tubuh
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
36/55
Biolistrik
Apakah didalam tubuh manusia ada aliran listrik?
Jika ada, apa yang menyebabkan timbulnya aliran listrik?
Aliran listrik hanya terjadi jika ada aliran elektron.
Arus listrik terjadi jika ada beda potensial
Ingat Energi listrik W = q.V
Muatan listrik q = I. t dimana q = N.e
Dimana e = - 1,6 x 10-19columb
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
37/55
Sistem syaraf dan neuron
Suatu sel syaraf mempunyai fungsi menerima
rangsangan, interpretasi dan menghantarkanarus listrik
Pada dasarnya neuron terdiri dari badan sel yangmenerima pesan listrik dari neuron lain melaluikontak yang dinamakan synapsis dan terletak
pada dendrit atau badan sel
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
38/55
neuron
Dendrit adalah bagian-bagian neuron yangkhusus untuk menerima informasi darirangsangan atau sel lain
Jika rangsangan cukup kuat, neuronmentransmisi sinyial listrik sepanjang serat yangdinamakan Axon. Axon membawa sinyial listrik
ke otot, kelenjar atau neuron lain
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
39/55
neuron
Pada permukaan atau membran setiap neuronterdapat selisih potensial akibat adanya kelebihanion negatif dibagian dalam membran, dalam
keadaan ini neuron dalam keadaan terpolarisasi.
Bagian dalam sel mempunyai potensial 60sampai 90 mv lebih negatif dibandingkan dengan
bagian luar sel Potensial ini dinamakan potensial istirahat atau
potensial Nernst dari neuron
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
40/55
Kelistrikan pada neuron
Dari hasil penelitian diperoleh konsentrasi ion didalam dan diluarmembran suatu akson berbeda.
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
41/55
Melalui suatu percobaan dapat ditunjukkan suatu
model membran permeabel terhadap larutan Kcl
Waktu t = 0 dimana ion k akan melakukan diffussi dari
konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah sehingga pada saat
tertentu akan terjadi membrane dipole/dua kutub
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
42/55
Kelistrikan pada neuron
Jika selaput tersebut dianalogikakan sebagai dinding sel,sedangkan larutan disisi kiri selaput dipandang sebagailarutan extra seluler, maka potensial keseimbangan yang
timbul analog dengan potensial istirahat sel. Jadi potensial istirahat Nernst adalah fungsi dari
konsentrasi ion didalam dan diluar dinding sel(membran) sel saraf.
Selain itu juga potensial istirahat juga dipengaruhi olehtemperatur
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
43/55
Potensial istirahat dapat dirumuskan seperti dirumuskanoleh Nernst, potensial yang timbul karena perbedaan
konsentrasi ion tertentu didalam dan diluar sel dapatdirumuskan sbb
Pada temperatur tubuh normal T = 310 K dan denganmemasukkan konstanta K = 1,38x10-23J/K dan e = 1,6x10-19c, maka diperoleh
21 2
1
.2,3 log
cK Tv v v
e c
21 2
1
61,4 logc
v v v mv
c
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
44/55
Nernstequation (chemical potential):
R Gas-Constant = 8,3143 J / (molK)
T Temperature (Kelvin)
Goldmanequation (for different ions):
As a result, we get a membrane resting potential of about -70mV
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
45/55
Harga-harga konsentrasi beberapa ion seluler
dapat dilihat pada tabel
Ion Konsentrasi
extraseluler
(mol/l)
Konsentrasi
inraseluler
(mol/l)
K+ 0,005 0,141Na+ 0,142 0,010
Na+ 0,147 0,151
Cl-
0,103 0,004A- 0,044 0,147
A- 0,147 0,151
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
46/55
Kelistrikan dalam sel
Sel mempunyai kemampuan memindahkan iondari satu sisi ke sisi yang lain dan kemampuanseperti ini disebut aktifitas kelistrikan sel.
Dalam keadaan biasa (istirahat) konsentrasi ionNa+lebih besar diluar sel daripada didalam sel
Na
+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+ Na+
Membran sel
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
47/55
Kelistrikan dalam sel
Apabila perbedaan potensial diukur dengangalvanometer akan mencapai -90 mv, dan membran selini disebut dalam keadaan polarisasi.
Apabila suatu rangsangan terhadap membran dengan
mempergunakan listrik, mekanik atau zat kimia, makabutir-butir membran akan berubah dan beberapa ionNa+ akan masuk dari luar sel ke dalam sel
+ + + + + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - - -
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
48/55
Sel-sel penyusun Jantung
Sel-sel pacemaker
Sebagai sumber bioelektrik jantung
Berada di Nodus Sino Atrial (SA Nodes) yang terletak diatriumkanan dekat muara vena cava superior
Sel Konduksi
Merupakan jaringan neuromuskuler yang membentuk traktusinternodal atrium, berkas his atau serat purkinje.
Sebagai kawat penghantar arus bioelektrik Sel-sel otot jantung (miokardium)
Berfungsi untuk kontraksi
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
49/55
The Heart's Electrical Sequence (rentetan)
The synchronized electrical sequence of the
heart is initiated (diprakarsai) by the SA node,
the heart's natural pacemaker.
The firing of the SA node sends out an
electrical impulse via its neurons to the right
atrium, left atrium, and AV node
simultaneously
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/biology/sanode.htmlhttp://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/biology/sanode.html7/25/2019 KP Fisika Blk-11
50/55
Since the right atrium is closer to the SA node, it
depolarizes first, resulting in pumping action by the
right atrium before the left atrium.
At the AV node, the impulse is delayed to allow forthe ventricles to fill up with blood. After the delay,
the AV node sends the impulse to the Bundle of His
and the Purkinje fibers. This triggers the contraction
of the ventricles to send blood either to the lungs(paru-paru) or out to the body
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
51/55
The electrical impulse from the SA node triggers asequence of electrical events in the heart to control theorderly sequence of muscle contractions that pump theblood out of the heart.
The depolarization and repolarization of the SA nodeand the other elements of the heart's electical systemproduces a strong pattern of voltage change which canbe measured with electrodes on the skin.
Voltage measurements on the skin of the chest are
called an electrocardiogramor ECG
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/biology/ecg.htmlhttp://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/biology/ecg.html7/25/2019 KP Fisika Blk-11
52/55
Electrocardiograms
The electocardiogram or ECG is a majordiagnostic tool for the assessment of the
health of the heart. It is a measurement
taken at the surface of the skin whichreflects the electrical phenomenain theheart when the SA nodetriggers the
electrical sequencethat controls heartaction.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/biology/heartelec.htmlhttp://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/biology/sanode.htmlhttp://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/biology/sanode.htmlhttp://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/biology/heartelec.html7/25/2019 KP Fisika Blk-11
53/55
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
54/55
7/25/2019 KP Fisika Blk-11
55/55
SELESAI