Ilham Akbar Lambaga

PRINSIP-PRINSIP DASAR

FISIKA KESEHATAN

Penerbit Salemba Medika, Jakarta

Kata Pengantar

Puji syukur penulis hanturkan kepada Tuhan semesta alam, atas segala limpahan

anugerah ilmu pengetahuan dan waktu sehingga penulis dapat merampungkan Buku yang

berjudul Prinsip-prinsip Dasar Fisika Kesehatan. Olehnya itu, penulis sangat berterima-kasih

kepada semua pihak yang telah membantu dalam proses penulisan dan pembuatan buku

ini.

Buku ini dibuat dengan harapan dapat menunjang proses belajar bagi mahasiswa

keperawatan D-III maupun S1, maupun mahasiswa kebidanan dan yang terkait dalam

kesehatan. Di dalam buku ini memuat materi dari Biomekanika, Bioakustik, Fluida,

Biothermal, Biolistrik, Bio-Optik, dan Fisika radiasi. Pada tiap-tiap ba diberikan contoh-

contoh soal serta penyelesaiannya untuk mempermudah mahasiswa dalam memahami

konsep-konsep fisika, dan di akhir tiap bab dilengkapi dengan evaluasi.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam buku ini, baik itu kesalahan

penyajian ataupun materi yang kurang sesuai. Olehnya itu, kritik dan saran yang sifatnya

membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan pada masa yang akan datang.

Luwuk, Juni 2012

Penulis

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR DAFTAR ISIBAB I PENDAHULUAN

1.1 Pengantar1.2 Standar Satuan Sistem Internasional1.3 Konversi Satuan1.4 Pengukuran1.5 Ketidakpastian Pengukuran

BAB II BIOMEKANIKA2.1 Hukum-Hukum Newton2.2 Hukum-Hukum Gaya2.3 Berat dan Massa2.4 Usaha dan tenaga 2.5 Energi Kinetik dan energi Potensial2.6 Aplikasi Biomekanika dalam bidang klinik

BAB III BIO-AKUSTIK3.1 Telinga 3.2 Gelombang Bunyi3.3 Sumber Bunyi3.4 Efek Doppler3.5 Intensitas Bunyi3.6 Kebisingan3.7 Aplikasi Bio-akustik dalam bidang klinik

BAB IV FLUIDA4.1 Pengantar4.2 Tekanan Fluida dan massa jenis4.3 Dinamika fluida4.4 Prinsip Pascal dan Prinsip Archimedes4.5 Tekanan dan aliran darah manusia4.6 Pengukuran tekanan

BAB V BIOTERMAL5.1 Pengantar5.2 Suhu dan kalor5.3 Panas Tubuh5.4 Konversi Skala Temperatur

5.5 Transfer Kalor5.6 Energi Kalor dan Aplikasinya

BAB VI BIOLISTRIK6.1 Pengantar6.2 Sistem syaraf manusia6.3 Hukum dalam Biolistrik6.4 Dielektrik6.5 Medan listrik dan medan magnet tubuh manusia6.6 Aplikasi medan listrik dan medan magnet

BAB VII BIO-OPTIK7.1 Pengantar7.2 Mata dan bagian-bagiannya7.3 Cahaya7.4 Optika geometris

BAB VIII SPEKTROSKOPI8.1 Pengantar8.2 Fisika atom dan radiasi8.3 Radioaktf8.4 Energi Absorbsi8.5 Ionisasi dan jenis radiasi8.6 Terapi Radiasi8.7 Penggunaan Radioisotop dalam Diagnosistik

IndeksDaftar PustakaTentang Penulis

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Pengantar

Apa pengertian fisika kesehatan?

Fisika kesehatan merupakan kombinasi dari dua kajian ilmu yang berbeda, yaitu ilmu

fisika dan ilmu kesehatan. Ilmu fisika merupakan kajian ilmu yang mempelajari

fenomena (gejala) alam, termasuk gaya, medan, energi, dan informasi dan segala

aspek yang terkait dengannya. Sedangkan ilmu kesehatan merupakan ilmu yang

mempelajari tentang aspek-aspek yang mempengaruhi dan dipengaruhi kesehatan

manusia. Dari dua kajian ilmu tersebut maka lahirlah ilmu fisika kesehatan sebagai

ilmu yang mempejari fenomena-fenomena gaya, medan, energi dalam tubuh

manusia upayanya demi kesehatan tubuh manusia.

Apa hubungan ilmu fisika dan ilmu kesehatan?

Ilmu fisika dan ilmu kesehatan memilki hubungan yang sangat erat dalam dunia

medis. Sebagai contoh, jika ada seorang perawat yang mengukur suhu tubuh pasien,

maka agar perawat bisa memberikan tindakan medis, si pasien perlu diukur suhu

tubuhnya. Pengukuran suhu tubuh pasien tersebut mutlak memerlukan parameter

pengukuran. Untuk hasil pengukuran yang lebih akurat maka pasien menggunakan

alat ukur suhu yaitu thermometer. Suhu tubuh normal adalah 30oC – 36oC,

sedangkan jika suhu tubuh lebih dari 37oC maka segera diberikan tindakan medis.

Kenapa ilmu fisika perlu dipelarari di dunia medis?

Perkembangan teknologi kesehatan

1.2 Standar Satuan Sistem InternasionalBesaran pokokBesaran turunanBesaran vektor

1.3 Konversi Satuan

1.4 Pengukuran

1.5 Ketidakpastian Pengukuran

BAB IVFLUIDA

Massa Jenis dan Tekanan

Massa jenis dari suatu fluida homogen dapat bergantung pada banyak factor, seperti temperature fluida dan tekanan yang mempengaruhi fluida tersebut. Massa jenis suatu fluida didefinisikan sebagai fluida persatuan volume:

Dengan m adalah massa fluida dan V adalah volumenya. Satuan SI massa jenis adalah kg/m3.

Gaya yang dilakukan oleh fluida pada elemen luas permukaan adalah SpF

.

Karena dan mempunyai arah sama, maka tekanan P dapat ditulis:

Tekanan adalah gaya persatuan luas (N/m2) dan satuan SI adalah Pascal (1Pa=1N/m2) .

Tekanan atmosfir pada permukaan laut adalah 1 atm setara dengan 1,01x105 Pa.

Tekanan (pada zat padat adalah stres atau tegangan) terbesar yang terdapat pada tubuh

adalah pada sendi-sendi penyangga tubuh. Pada saat berjalan seluruh berat tubuh akan

bertumpu pada satu tungkai sehingga tungkai lutut akan mendapat tekanan atau stres yang

lebih besar. Kalau luas permukaan sendi tidak terlalu besar maka stres akan lebih besar lagi.

Contoh. Jika 50% berat tubuh anda ditopang oleh tulang belakang yang luas penampang

melintangnya adalah 30 cm2 . Berapakah stres dititik tulang belakang anda.

Jika tulang memiliki modulus elastik sebesar 120x106N/m2 berapakah tekanan

maksimum dan berat yang dapat ditopang oleh tulang tersebut persis sebelum

patah.

Variasi Tekanan Di dalam Fluida Statis dan Prinsip Archimedes

Jika suatu fluida berada dalam seimbang, maka setiap bagian fluida berada dalam

keadaaan setimbang. Misalkan Po adalah tekanan pada permukaan laut, maka besarnya

tekanan pada kedalaman h, yakni:

P = P0 + gh

Dengan

P adalah tekanan fluida pada kedalaman h (N/m2)P0 adalah tekanan atmosfir (N/m2) adalah massa jenis zat cair (kg/m3)h adalah kedalaman zat cair

Tekanan hidrostatik dalam fluida terbuka adalah sama dengan berat kerapatan dikali dengan ke dalaman mulai dari titik yang ditinjau.

Gambar . Contoh peralatan menggunakan tekanan.

Penggunaan tekanan dalam praktek klinik seperti pada alat ukur tekanan darah. Alat ukur tekanan darah yang dibuat oleh Riva-Rocci yang disebut Sphygnomanometer atau tensimeter.

Tekanan darah yang biasa diukur adalah:1. Sistolik yaitu tekanan darah maksimum yang terdapat pada aorta ketika

jantung berada pada fase sistolis (berkontraksi) dimana darah dipompakan dari ventrikel kiri ke aorta. Dalam keadaan tenang dan jantung sehat kira-kira 72 kali permenit.

2. Diastolik yaitu tekanan darah minimum yang diperoleh pada aorta ketika jantung berada pada fase distolik (mengembang) dimana darah dari vena masuk ke atrium. Tekanan nadi yaitu selisih tekanan sistolik dengan tekanan diastolik.

Jika suatu benda berada pada suatu fluida yang diam, maka setiap bagian permukaan

benda mendapatkan tekanan yang dilakukan oleh fluida. Gaya resultan yang bekerja pada

benda mempunyai arah ke atas, dan disebut gaya apung. Gaya yang dikerahkan oleh fluida

adalah:

Jadi gaya apung yang bekerja pada benda adalah sama dengan berat fluida yang

dipindahkan oleh benda. Hasil ini pertama kali dikemukakan oleh Archimedes, dan disebut

Prinsip Archimedes yang berbunyi sebagai berikut :

“ Setiap benda yang terendam seluruhnya ataupun sebagian di dalam fluida

mendapat gaya apung yang berarah ke atas, yang besarnya adalah sama dengan

berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut”.

Aliran Tunak dan Persamaan Kontinuitas.

Banyaknya fluida yang masuk ke dalam suatu ujung pipa akan keluar sama

banyaknya dari ujung pipa yang lain selama tidak bocor.

P

A1

V1

V2

A2

Kecepatan aliran fluida dapat berbeda dari suatu titik lain di dalam tabung. Massa elemen

fluida yang melalui titik P dalam selang waktu dt adalah sehingga banyaknya

massa yang melewati suatu luasan (A) persatuan waktu (fluks massa) adalah:

Untuk fluida yang tunak tidak ada partikel fluida yang keluar melalui dinding sehingga

jumlah massa menembus tiap penampang haruslah sama, sehingga:

Persamaan kontinuitas ini sama seperti aliran darah dalam tubuh melalui mekanisme bahwa

darah mengalir dari jantung ke aorta dan kemudian masuk arteri-arteri utama lalu masuk ke

sejumlah pembuluh kapileryang amat kecil. Darah kemudian masuk kembali lagi ke jantung

melalui pembuluh vena.

Contoh :

Air dengan massa jenis = 103 kg/m3 mengalir melalui pipa pertama (A1 = 4 x 10-3

m2) yang bersambung dengan pipa kedua (A2 = 2 x 10 -3 m2) seperti terlihat pada

gambar. Kecepatan aliran air pada pipa 2 adalah 2,5 m/s. Hitunglah :

a. Kecepatan aliran pada pipa 1

b. Berapa kg air yang keluar dari mulut pipa 2 selama 10 detik.

Jawab :

a)

b).m2 = A2 v2 t = ( 103 kg/m3 ) (2x10-3) (2,5m/s) (10 s) = 50 kg

Contoh:

Darah yang mengalir dalam aorta memiliki laju kira-kira 30 cm/s dan jari-jari

aorta sekitar 1 cm dan jari-jari pembuluh kapiler sekitar 4x10-4 cm dan darah yang

melaluinya dengan laju sekitar 5x10-4m/s. Perkirakan berapa banyak pembuluh darah

kapiler dalam tubuh.

Persamaan Bernoulli

Tinjaulah aliran tunak, tak terperaskan dan tidak kental dari suatu fluida pipa seperti

ditunjukan pada gambar. Fluida mengalir dari ujung A ke ujung B berlaku persamaan yang

dikenal sebagai persamaan Bernoulli, yakni:

Gambar. Zat cair dalam pipa bergerak karena ada perbedaan tekanan

P1 +

y1

F1

v1A1

,p1

l1

v2

F2

A2,P2

Y212