Oleh : Dr. Ir. Vina Serevina, M.M., Nicholas Mars, Fisika Dasar, UNJ 2021
Abstrak
Fisika adalah ilmu yang mempelajari cara kerja dari semua yang ada di semesta. Sedangkan biologi adalah ilmu yang mempeljari konsep kehidupan. Kita, manusia, memiliki system tubuh yang kompleks dan sistematis. Layaknya mesin semua bagian tubuh memiliki fungsi dan peran nya masing-masing akan tetapi bagian-bagian ini saling terikat satu sama lain. Hal ini dipelajari dalam ruang lingkup ilmu baru yakni biofisika. Dalam biofisika bagaimana tubuh kita dapat bekerja ?. Pada dasarnya didalam tubuh kita terdapat sangat banyak penerapan ilmu fisika. Contohnya, peran fluida dalam tubuh manusia terlihat dari sistem yang dimiliki oleh manusia sebagai ciri mahluk hidup yaitu pada sistem peredaran darah, sistem eksresi. Adaapun di artikel ini akan membahas penerapan fisika didalam tubuh manusia. Terkhususnya penerapan fisika yang ada pada peredaran darah.
Kata kunci : Fisika, biologi, biofisika, tubuh, manusia, fluida, darah.Â
Fisika adalah ilmu yang mengatur segala hal yang ada di semesta ini. Dalam fisika mempelajari materi beserta gerak dan perilakunya dalam lingkup ruang dan waktu, bersamaan dengan konsep yang berkaitan seperti energi dan gaya. Sebagai salah satu ilmu sains paling dasar, tujuan utama fisika adalah memahami bagaimana alam semesta berkerja. Sedangkan Biologi adalah kajian tentang kehidupan, dan organisme hidup, termasuk struktur, fungsi, pertumbuhan, evolusi, persebaran, dan taksonominya. Dengan kata lain tujuan utama biologi adalah memahami kehidupan.
Gabungan dari 2 ilmu yang berbeda tetapi saling terikat disebut biofisika adalah salah satu cabang ilmu fisika yang menerapkan prinsip, pendekatan, atau metode fisika dalam mengkaji atau memahami suatu masalah biologi. Biofisika tergolong dalam ilmu yang relatif baru yang dapat dikaitkan dengan keberhasilan alat biofisik dalam mengungkap struktur molekul asam deoksiribonukleat.
Contoh biofisika yang paling umum tapi jarang kita sadari sebenarnya ada dan sedang berlangsung di dalam tubuh kita. Contohnya supaya kita bisa berdiri tegak, kuat dan gagah ketika upacara, tubuh kita secara alami mencapai kesetimbangan statis. Hal itu yang menyebabkan kita tidak jatuh secara tiba tiba ketika berdiri. Ketika kita berjalan, tubuh juga mencapai kesetimbangan. Yakni kesetimbangan dinamis hal ini yang menjelaskan mengapa kita bisa berdiri dan berjalan tanpa terjatuh.
Tubuh manusia sendiri dapat dikatakan seperti mesin kompleks. Setiap detiknya berpuluhan hingga ribuan sel bergerak bersamaan. Bahkan ketika kita tidur sekalipun, tubuh tetap bekerja. Pada sistem saraf, sistem sendi, sistem otot, dan masih banyak lagi. Semua sistem tersebut memiliki penerapan fisika ketika mereka bekerja.
Zat yang tersebar di alam dibedakan dalam tiga keadaan (fase), yaitu fase padat, cair, dan gas. Beberapa perbedaan diantara ketiganya adalah fase padat, zat mempertahankan bentuk dan ukuran yang tetap, meskipun suatu gaya yang besar dikerjakan pada benda tersebut. Fase cair, zat tidak mempertahankan bentuknya yang tetap melainkan mengikuti wadahnya. Fase padat dan fase cair, adalah fase zat yang tidak mudah dimampatkan serta volumenya dapat diubah kecuali padanya dikerjakan gaya yang sangat besar. Fase gas, adalah fase zat yang tidak mempunyai bentuk tetap, tetapi akan mengembang mengisi seluruh wadah. Fase cair dan gas memiliki karakter tidak mempertahankan suatu bentuk yang tetap, maka keduanya mempunyai kemampuan untuk mengalir dengan demikian keduanya disebut fluida. Fluida adalah zat alir, yaitu zat yang dalam keadaan biasa dapat mengalir. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan bahwa jarak antar molekulnya tidak tetap bergantung pada waktu. Ini disebabkan lemahnya ikatan antara molekul.
Gaya kohesi antar molekul gas sangat kecil jika dibandingkan gaya kohesi antar molekul zat cair. Keadaan ini menyebabkan molekul-molekul gas menjadi relatif bebas sehingga gas selalu memenuhi ruang. Sebaliknya molekul-molekul zat cair terikat satu sama lainnya sehingga membentuk suatu kesatuan yang jelas, meskipun bentuknya sebagian ditentukan oleh wadahnya. Akibat lainnya adalah kemapuannya untuk dimampatkan. gas bersifat mudah dimampatkan dengan tekanan yang cukup besar akan berubah menjadi zat cair.
Fluida dapat digolongkan dalam dua macam yaitu fluida statis (hidrostatis) yang mempelajari tentang fluida yang tak bergerak dan fluida dinamis (hidrodinamis) mempelajari tentang fluida bergerak. Dalam fluida statis mempelajari hukum-hukum dasar yang dapat menjelaskan antara lain: makin dalam seseorang menyelam, makin besar tekanan yang dialami orang tersebut alami. Sedangkan dalam fluida dinamis mempelajari tentang persamaan dan hukum dasar yang dapat menjelaskan antara lain: bagaimana proses menyemprot tanaman, kemudian menghalangi lubang keluar selang dengan jempol dapat membuat air menyemprot lebih kuat; mengapa kelereng yang jatuh bebas dalam oli mula-mula makin cepat tetapi akhirnya akan menempuh kecepatan tetap.
Manusia, diketahui bahwa 70 persen bagian dari tubuhnya terdiri dari fluida. Mayoritas tubuh manusia terdiri dari fluida itu menyebabkan hukum-hukum dasar fluida juga dapat diaplikasikan dalam gejala yag terjadi pada manusia. Beberapa jenis fluida dapat dijabarkan dalam manusia seperti proses pernafasan memerlukan udara, proses tranportasi memerlukan air atau cairan untuk menjalankan.
Apa saja contoh penerapan fisika di dalam tubuh manusai ? Apakah fluida statis dan dinamis berperan pada sistem biologi khususnya sistem dalam tubuh manusia? Didalam artikel ini kita akan mengetahui penerapan fisika yang ada didalam tubuh manusia. Mempelajari proses dasar fluida statis dan dinamis serta jenis-jenis aliran fluida. Mengetahui proses fisika fluida statis dalam aplikasinya pada proses biologi. Mengetahui proses fisika fluida dinamis dalam aplikasinya pada proses biologi.
Dalam tubuh manusia terdapat sistem yang sempurna dimulai dari sistem gerak, sistem pencernaan, sistem pernafasan, sistem peredaran darah, sistem ekskresi, sistem koodinasi dan alat indra dan sistem pertumbuhan dan perkembangan.
Pada sistem pergerakan manusia yang berperan adalah gabungan dari tulang, otot dan kulit manusia. Sistem gerak yang paling utama adalah gabungan tulang- tulang yang umum disebut kerangka. Karena terdiri dari tulang- tulang dan arah gerak dari tiap gerup tulang berbeda maka tulang dalam kerangka manusia pun berbeda bentuknya yaitu ada berbentuk pipa, pipih, pendek dan ada yang berbentuk tidak beraturan. Tulang rangka disamping sebagai alat gerak juga berfungsi sebagai pemberi bentuk pada manusia itu. Jika ditinjau dari fungsi tulang sebagai sistem gerak maka ilmu fisika tentang  gerak baik kenetika maupun dinamika dapat dilihat pada sistem ini.
Sistem Penceranan adalah salah satu sistem pada manusia yang berfungsi untuk tumbuh dan berkembangnya manusia. Manusia dapat tumbuh dari asupan makan yang diperolehnya. Sistem pencernaan berfungsi untuk mengedarkan zat- zat atau sari makanan yang diolah dalam tubuh menuju keseluruh tubuh manusia. Sari ini diedarkan agar fungsi tubuh manusia berjalan normal.Â
Perkembangan organ lain pada manusia juga tergantung dari sistem pencernaan. Dalam sistem pencernaan ada alat- alat pencernaan. Alat- alat pencernaan berfungsi untuk menghaluskan makanan, membunuh kuman yang masuk bersama makanan dan mengubah zat- zat tertentu menjadi zat yang dibutuhkan untuk kelangsungan hidup manusia. Secara umum ada 2 proses yang berlangsung pada sistem pencernaan yaitu proses mekanik adalah proses pengolahan untuk mengubah bentuk makanan yang besar menjadi lebih kecil, proses ini biasa disebut proses fisika karena tidak mengubah kandungan kimia makanan. Dalam proses ini juga terjadi proses gerak dalam hukum newton walaupun dalam bentuk kecil. Proses kimiawi yaitu proses yang mengubah susunan kimia makanan menjadi struktur kimia baru yang dibutuhkan tubuh. Dalam proses ini juga berperan fluida sebagai penggerak untuk memindahkan makanan tersebut disamping sebagai pelarutnya. Proses pencernaan dimulai dari mulut hingga ke usus halus.
Bernapas adalah salah satu ciri dari mahluk hidup apalagi manusia. Bernapas adalah proses masuknya udara/ fluida kedalam tubuh dan keluar manusia. Proses pernapasan ini mayoritas melibatkan fluida sebagai obyeknya. Masuk berupa fluida yang disebut oksigen dan keluar dalam bentuk karbondioksida dan dalam bentuk uap air juga fluida. Proses pernapasan ini juga disebut sebagai Respirasi. Pada manusia proses respirasinya langsung karena pengambilan fluida dilakukan langsung tanpa perantara hewan atau mah;luk lain. Proses respirasi ini melalui hidung, parng, tenggorokan dan paru- paru. Perjalanan masuknya fluida dari lingkungan ke tubuh manusia melalui saluran yang berbentuk pipa atau selang, dari tempat masuknya fluida ini secara fisika fluida yang masuk maka besaran- besar dalam fisika berlaku pada peristiwa ini. Sehingga jika ingin diukur volume atau tekanan paru- paru seseorang berdasarkan tekanan udara luar dapat diketahui. Jenis- jenis pernapasan ada 2, pernapasan dada adalah pernapasan yang memanfaatkan dorongan tulang rusuk sehingga rongga dada membesar dan udara luar masuk paru- paru. Pernapasan perut, pernapasan jenis ini memanfaatkan gerakan rongga perut dan rongga dada yang disebut diafragma untuk proses masuknya udara luar. Volume udara dapat dihitung juga kavasistas paru- paru dapat diketahui untuk setiap orang. Volume paru- paru memegang peran penting dalam dunia olah raga karena semakin banyak volume maksimum paru- paru seseorang maka daya tahan tubuh orang tersebut semakin kuat.
Sistem ekskresi, salah satu sistem yang juga memanfaatkan fluida adalah sistem ekskresi atau sistem pengeluaran. Dalam sistem ini fulida juga berperan dan yang dikeluarkan pun berupa fluida. Fungsi dari sistem pengeluaran ini adalah mnstabil komposisi zat yang diperlukan tubuh. Jika fungsi sistem ini terganggu maka material atau fluida itu dapat bersifat racun dan mengganggu sistem yang lain. Yang merupakan alat dalam sistem ini adalah: ginjal dan kulit.
Sistem koordinasi adalah sistem yang dimiliki manusia yang berfungsi untuk mengkoordinasikan, mengatur dan mengendalikan sisten kerja tubuh yang lain. Dalam sistem koordinasi ini yang berperan adalah aliran rasangan berupa kelistrikan tubuh sehingga dasar fisika kelistrikan dapat dipakai dalam mengetahui koordinasi sistem ini. Sebagai alat yang berperan adalah jaringan syaraf. Macam- macam sel saraf yang berperan diantaranya, sel saraf sensorik berperan menghantarkan aliran listrik rasangan dari alat indra ke otak atau susum tulang belakang. Sistem saraf motorik yaitu sistem saraf yang menghantarkan respon dari otak menuju susmsum tulang belakang kemudian ke efektor yatu otot sebagai reaksi dari rangsangan tadi. Sel saraf konektor yaitu penghubung antara sel saraf sensorik dengan motorik.Alat indra adalah anggota tubuh yang peka terhadap rangsangan. Rangsangan ini dapat berupa suhu, rasa, bunyi atau cahaya. Alat indra terdiri dari, mata, kulit, hidung, lidah dan telinga.
Untuk massa jenis dan percepatan gravitasi di tempat itu adalah g, maka tekanan hidrostatis darah pada saat berada diotak manusia :
Note : tekanan hidrostatis yang dimaksudkan adalah tekanan oleh jatung pada pembuluh arteri, bukan tekanan darah manusia.
Kasus lain peran fisika fluida dalam dunia manusia, pemanfaatan hukum Poisseuille. Hukum ini menjelaskan bagaimana hubungan antara kekentalan dengan timbulnya tekanan darah tinggi pada manusia.
Persamaan Q diatas adalah debit darah pada pembuluh darah.  adalah kekentalan dan P adalah tekanan darah yang timbul. Dari persamaan ini juga akan bisa diketahui bagaimana cara menurunkan tekanan darah agar  sesuai yang diinginkan dengan melihat kekentalan dan lebar atau jari- jari pembuluh darah(r).
Contoh aplikasi perhitungan fluida di sistem peredaran darah :
- Dalam rangka menghetahui tekanan hidrostatis darah seseorang diberikan kasus: jika jantung seseorang berkontraksi darah keluar dari jantung dengan tekanan 120 cmHg. Darah mengalir melalui arteri menuju otak. Jika ketinggian otak dari jantung 40 cm. massa jenis darah 0,001 gr/mm berapakah tekanan hidrostatis darah orang tersebut. (g = 10 m/s2)
- Berapa penambahan beda tekanan yang dibutuhkan untuk memompa darah sesorang denagn debit aliran yang tidak berubah jika, pembuluh darah menyempit menjadi setengah kali karena timbunan kolestrol?
Kesimpulan
- Fisika adalah ilmu mengatur segala hal yang ada di semesta ini.
- Fisika mempelajari materi beserta gerak dan perilakunya dalam lingkup ruang dan waktu, bersamaan dengan konsep yang berkaitan seperti energi dan gaya.
- Tujuan utama fisika adalah memahami bagaimana alam semesta berkerja.
- Biologi adalah kajian tentang kehidupan, dan organisme hidup, termasuk struktur, fungsi, pertumbuhan, evolusi, persebaran, dan taksonominya.
- Tujuan utama biologi adalah memahami kehidupan.
- Biofisika, gabungan ilmu fisika dengan biologi.
- Tubuh manusia yang terdiri dari 70% persen fluida. Fisika fluida digunakan untuk menentukan tekanan darah, tekanan hidrostatis darah laju aliran darah menuju otak.
- Ditinjau dari fungsi tulang sebagai sistem gerak maka ilmu fisika tentang gerak baik kenetika maupun dinamika dapat dilihat pada sistem ini.
- Dalam sistem pencernaan terdapat penerapan hukum newton dan fluida
- Dalam sistem pernapasan dan ekskresi terdapat penerapan fluida
- Dalam sistem koordinasi terdapat penerapan kelistrikan dan kesetimbangan
- Dalam sistem pengaliran darah terdapat penerapan fluida
- Hubungan antara kekentalan dengan timbulnya tekanan darah tinggi pada manusia :
- Tekanan Hidostatik pada darah :
DAFTAR PUSTAKA
Suryatika, Ida Bagus. 2017. Karya Tulis Ilmiah : Aplikasi Perhitungan Dasar Fisika Fluida pada Sistem dalam Tubuh Manusia. Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Udayana
Tim Peyusun Praktikum Biofisika. 2016. Petunjuk Praktikum Biofisika. Pendidikan IPA, FMIPA, UNY
Sardjito dkk. 2014. Konsumsi Energi Mekanik Gerak Langkah Tubuh Manusia Saat Berjalan. Sigma-Mu Vol.6 No. 2 -- September 2016
https://id.wikipedia.org/wiki/Fisika. Diakses pada 27 Oktober 2021
https://id.wikipedia.org/wiki/Biologi. Diakses pada 27 Oktober 2021
https://id.wikipedia.org/wiki/Biofisika. Diakses pada 27 Oktober 2021
https://www.youtube.com/watch?v=HG52CMRK0kM. Diakses pada 27 Oktober 2021.
https://www.youtu.be/4HrweW4lqJc. Diakses pada 27 Oktober 2021
https://www.youtu.be/CrlVgxuaTWk. Diakses pada 27 Oktober 2021
Follow Instagram @kompasianacom juga Tiktok @kompasiana biar nggak ketinggalan event seru komunitas dan tips dapat cuan dari Kompasiana. Baca juga cerita inspiratif langsung dari smartphone kamu dengan bergabung di WhatsApp Channel Kompasiana di SINI
