KP Fisika Blk-11

7/25/2019 KP Fisika Blk-11

1/55

Hidrodinamika dan

Biolistrik

Manogari S, SSi, MT


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.MPG


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


4/55

BERBAGAI SATUAN

TEKANAN


5/55


6/55

TEKANAN KARENA GAYA BERAT

FLUIDA

A

mg

A

FP

Vm / Vm ATAU

A

gVP

A

gVP

ghP V = hAATAU


7/55


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


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.


10/55

Persamaan Bernoulli

212P v gh tetap

v1A1P1

A2 P2v

2

h1

h2


11/55

Dengan mempergunakan rumus Bernoulli kitadapat menghitung kecepatan aliran zat cair, alatyang dipakai adalah venturi meter, tabung pitot (

dapat pula menghitung gerakan udara).


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


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


14/55

Dengan demikian aliran zat cair dalam pembuluh dapat

digambarkan sbb

A

P1 P2

F


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


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


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


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)


19/55

Efek Panjang pembuluh terhadap debit

Makin panjang pembuluh sedangkan diameterpembuluh sama, maka debit zat cair akan lebihbesar pada pembuluh yang lebih pendek.


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.


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.


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


23/55

Aliran Laminar

Untuk fluida yang mengalir laminar

berlaku persamaan kontinuitas

vAvA


24/55

Aplikasi HK Bernoulli

TIA = Transien Ischemik Attach

Sublapian steal syndrom


25/55

Tekanan Pada Tubuh

Sistem Peredaran Darah

Tekanan Pada Kantung Kemih

Tekanan CerebrospinalTekanan Pada Mata

Tekanan Pada Kerangka


26/55

Sistem Peredaran Darah


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)


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


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


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.


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?


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)


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


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


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


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


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


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


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


40/55

Kelistrikan pada neuron

Dari hasil penelitian diperoleh konsentrasi ion didalam dan diluarmembran suatu akson berbeda.


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


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


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


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


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


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


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

+ + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - -


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


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.html


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


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.html


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.html


53/55


54/55


55/55

SELESAI

KP Fisika Blk-11

Documents

Transcript of KP Fisika Blk-11