MAKALAH FISIKA UNTUK BIOLOGI
FENOMENA TEGANGAN PERMUKAAN PADA MANUSIA
Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Fisika Untuk
Biologi
Dosen Pembimbing: Dr. Parno, M. Si
Disusun oleh :
Clarasita
Renadevisari Marifel Sukma (210342606107)
PROGRAM
STUDI S1 BIOLOGI
FAKULTAS
MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS
NEGERI MALANG
2021/2022
KATA
PENGANTAR
Puji syukur kita panjatkan kepada Tuhan Yang Maha
Esa karena atas berkat dan anugerah-Nya, makalah ini bisa terselesaikan dengan
baik dan tepat waktu tanpa suatu halangan apapun.
Makalah
dengan judul “Fenomena Tegangan Permukaan pada Manusia” ditulis dengan tujuan
memenuhi tugas Mata Kuliah Fisika Untuk Biologi dan menjelaskan pengertian
tentang tegangan permukaan. Selain itu,makalah ini bertujuan untuk menjelaskan
peran fenomena tegangan permukaan pada bidang biologi khususnya manusia.
Keberhasilan
penulisan makalah ini dapat tercapai karena bantuan dan peran serta berbagai
pihak. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada Bapak Drs. Parno,
M.Si, selaku dosen pembimbing mata kuliah Fisika Untuk Biologi yang selalu
memberikan pengarahan dan solusi ketika penulis merasa kesulitan mnyelesaikan
makalah ini. Lalu, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada teman-teman
mahasiswa offering G yang selalu memberikan dukungan dan semangat kepada
penulis.
Penulis
menyadari bahwa pada makalah ini masih terdapat beberapa kekurangan. Oleh sebab
itu, penulis menerima segala kritik dan saran yang membangun sehingga membantu
makalah ini menjadi lebih sempurna.
Malang, 11 Oktober 2021
Penulis
DAFTAR ISI
KATA
PENGANTAR ................................................................................................................ ............................................................................................................... i
DAFTAR
ISI ................................................................................................................ .............................................................................................................. ii
DAFTAR GAMBAR
BAB
I PENDAHULUAN ................................................................................................................ .............................................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang .......................................................................................................... ........................................................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah .......................................................................................................... ........................................................................................................ 1
1.3 Tujuan .......................................................................................................... ........................................................................................................ 1
1.4 Manfaat .......................................................................................................... ........................................................................................................ 2
BAB
II PEMBAHASAN ................................................................................................................ .............................................................................................................. 3
2.1 Pengertian Tegangan Permukaan ................................................................................................................ .............................................................................................................. 3
2.2 Fenomena Tegangan Permukaan pada Biologi ................................................................................................................ .............................................................................................................. 3
2.3 Penerapan Teknologi Tegangan Permukaan di Bidang
Biologi ................................................................................................................ .............................................................................................................. 4
2.4 Contoh Soal tentang Tegangan Permukaan beserta
Pembahasannya ................................................................................................................ .............................................................................................................. 6
2.5 Permasalahan Konstekstual Tegangan Permukaan pada
Bidang Biologi beserta Solusi Penyelesaian dan Desain Miniaturnya ................................................................................................................ .............................................................................................................. 7
2.6 Contoh Artikel yang Sesuai dengan Penerapan Konsep
Tegangan Permukaan ................................................................................................................ .............................................................................................................. 8
BAB
III PENUTUP ................................................................................................................ .............................................................................................................. 9
3.1 Kesimpulan ................................................................................................................ .............................................................................................................. 9
3.2 Saran ................................................................................................................ .............................................................................................................. 9
DAFTAR
PUSTAKA ................................................................................................................ ............................................................................................................ 10
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagian-Bagian Alveolus ................................................................................................................ .............................................................................................................. 1
Gambar 2.2 Salah
satu contoh penggunaan film plastik ................................................................................................................ .............................................................................................................. 1
Gambar 2.3 Penampakan
permukaan plastik dengan energi permukaan yang rendah dan tinggi terhadap
cairan ................................................................................................................ .............................................................................................................. 1
Gambar 2.4 Perbandingan
hasil cetak permukaan plastik sebelum dan sesudah proses corona treatment ................................................................................................................ .............................................................................................................. 1
Gambar 2.5 Desain
Miniatur Alat Ukur Tegangan Permukaan ................................................................................................................ .............................................................................................................. 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Fisika merupakan sains atau ilmu alam yang mempelajari
tentang materi tidak hidup beserta segala gejalanya dalam lingkup ruang dan
waktu. Sedangkan, Biologi atau biasa disebut dengan ilmu hayat merupakan ilmu
yang mempelajari tentang makhluk hidup beserta segala perilaku dan aspeknya.
Dalam kehidupan, kedua ilmu tersebut saling berkaitan dan saling melengkapi.
Dengan adanya kedua ilmu tersebut kita bisa memahami setiap kejadian yang
terjadi di alam sekitar kita.
Fisika dan biologi memiliki berbagai jenis cabang ilmu
dan kegunaannya masing-masing. Salah satu contoh hubungan keterkaitan antara
fisika dengan biologi adalah fenomena tegangan permukaan yang terjadi pada
manusia. Tegangan permukaan merupakan gaya atau tarikan ke arah bawah yang
menyebabkan cairan yang awalnya diam menjadi berkontraksi sehingga menyebabkan
benda menjadi tegang.
1.2 Rumusan
Masalah
1.
Apa pengertian dari tegangan permukaan?
2.
Apa contoh fenomena tegangan permukaan pada
biologi?
3.
Bagaimana penerapan teknologi tegangan permukaan?
4.
Bagaimana
contoh soal tegangan permukaan beserta pembahasannya?
5.
Apa permasalahan konstektual tegangan permukaan
pada bidang biologi, solusi penyelesaiannya dan desain miniatur
teknologinya?
6.
Apa contoh artikel yang sesuai dengan penerapan
konsep tegangan permukaan?
1.3 Tujuan
1.
Untuk mengetahui pengertian dari tegangan permukaan
2.
Untuk mengetahui fenomena tegangan permukaan pada
biologi
3.
Untuk memahami penerapan teknologi tegangan
permukaan
4.
Untuk memahami
contoh soal tegangan permukaan beserta penyelesaiannya
5.
Untuk mengetahui permasalahan konstektual tegangan
permukaan pada bidang biologi, solusi penyelesaian dan desain miniatur teknologinya
6.
Untuk mengetahui contoh artikel yang sesuai dengan
penerapan konsep tegangan permukaan
1.4 Manfaat
1.
Bagi
Pembaca
Dengan adanya makalah
ini diharapkan mampu menambah wawasan dan pengetahuan tentang konsep tegangan
permukaan pada bidang biologi
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan merupakan gaya yang bergerak menarik
ke arah bawah yang bisa mengakibatkan cairan yang awalnya diam menjadi
berkontraksi lalu menegang. Hal tersebut dikarenakan antar muka cairan memiliki
gaya tarik yang tidak seimbang. Tegangan permukaan terjadi pada fluida (zat
cair) yang berada dalam kondisi statis (diam). Selain itu, tegangan permukaan
juga bisa diartikan sebagai gaya persatuan panjang yang harus dikerjakan
sejajar permukaan untuk mengimbangi gaya tarikan ke dalam pada cairan. Hal
tersebut bisa terjadi karena adanya perbandingan gaya kohesi yang lebih besar
daripada gaya adhesi antara molekul cairan sehingga menyebabkan permukaan cairan
mengalami gaya kedalam.
Faktor-faktor yang
mempengaruhi tegangan permukaan adalah suhu, zat terlarut, surfaktan, jenis
cairan, dan konsentrasi zat terlarut. Secara sistematis, rumus tegangan
permukaan dinyatakan sebagai berikut:
γ = F/d atau γ = F/2l
Keterangan:
·
F = Gaya (N)
·
γ = Tegangan Permukaan (Nm)
·
d = Panjang Permukaan (m)
2.2 Fenomena
Tegangan Permukaan pada Biologi
Salah satu fenomena tegangan permukaan pada bidang
biologi khususnya manusia adalah penurunan tegangan permukaan alveolus.
Alveolus merupakan suatu organ yang
berada di paru-paru berbentuk kantong kecil berisi udara yang berfungsi
sebagai tempat pertukaran oksigen dan karbon dioksida. Sel-sel epitel alveolus
tipe II akan membuat suatu cairan surfaktan yang berfungsi untuk mengurangi tegangan
permukaan pada alveolus. Surfaktan bisa memisahkan molekul air dalam alveolus
sehingga kekuatan ikatan antar molekul bisa melemah. Hal tersebut bisa
mengakibatkan turunnya tegangan permukaan pada alveolus. Saat alveolus
mengembang, surfaktan akan semakin tinggi dan tegangan permukaan semakin
rendah. Sedangkan, pada saat menghembuskan nafas, tegangan permukaan yang
membesar bisa membantu
alveolus mengeluarkan udara yang ada di dalamnya.
Gambar 2.1 Bagian-Bagian
Alveolus
(Sumber:
www.pinterest.com)
2.3 Penerapan Teknologi Tegangan Permukaan
Pengukuran tegangan permukaan sangat dibutuhkan di
industri film plastik karena digunakan untuk memastikan kualitas hasil cetak.
Film plastik biasanya digunakan pada merk kemasan makanan. Cara untuk mengukur
tegangan basah pada film plastik bisa menggunakan cairan bernama weting tension
test mixture. Metode yang digunakan adalah metode swap yaitu mengoleskan cairan
tersebut ke permukaan plastik film untuk mengetahui tegangan permukaannya.
Adhesi yang terjadi antara permukaan film plastik dengan cairannya akan
menunjukkan berapa besar energi yang terdapat pada permukaan film plastik.
Gambar 2.2 Salah satu
contoh penggunaan film plastik
(Sumber:
www.shopee.co.id)
Sebelum melakukan metode
swap, film plastik harus melalui corona treatment terlebih dahulu. Lapisan
permukaan pada film plastik umumnya memiliki energi yang rendah, sehingga
kemampuan untuk bereaksi dengan cairan kimia juga rendah. Oleh karena itu,
lapisan permukaan film plastik harus mengalami peningkatan energi dengan cara
pemberian corona. Perlakuan corona ini bertujuan untuk meningkatkan energi dan
kemampuan menyerap cairan kimia pada lapisan permukaan film plastik. Prinsip
kerja metode corona ini adalah dengan melepaskan tegangan listrik berfrekuensi
tinggi yang akan merusak permukaan film untuk meningkatkan tegangan permukaan
plastik.
yang rendah dan tinggi terhadap cairan
(Sumber: repository.unj.ac.id)
Ketika akan melakukan metode corona kita harus
memperhatikan besar nilai material faktor yang dibutuhkan untuk menentukan
berapa tegangan permukaan yang dibutuhkan. Semakin besar material faktor akan
memberikan hasil treatment yang semakin baik pula. Namun, perhatikan pula nilai
dyne tegangan permukaan karena jika sampai nilai dyne melebihi batas akan
menyebabkan film plastik mudah rapuh. Hasil dari pemberian corona akan
menghasilkan pigmen warna yang lebih hidup sehingga bisa menambah daya tarik
konsumen.
Gambar 2.4 Perbandingan
hasil cetak permukaan plastik sebelum dan
sesudah proses corona treatment (Sumber:
repository.unj.ac.i
Setelah dilakukan pemberian corona dilanjutkan dengan
wetting tension test mixture. Wetting tension test mixture biasanya digunakan
pada industri percetakan dan kemasan yang bertujuan untuk mengukur nilai
tegangan permukaan film dengan satuan dyne/cm dengan standar pengukurannya
berupa fluid (cairan). Standar pengukuran tersebut terbuat dari campuran cairan
kimia bernama Formamide dan Ethylene Glycol Monoethyl Ether
dengan perbandingan massa molar yang telah ditentukan. Pengukuran nilai
tegangan permukaan film bertujuan untuk memastikan nilai tegangan permukaannya
lebih tinggi daripada tegangan energi cairan wetting tension test mixture agar
hasil cetak lebih bagus karena tinta terserap dengan baik. Prinsip kerja cairan
wetting tension text mixture adalah dengan mengoleskannya pada permukaan film
plastik. Jika kurang dari dua detik plastik terurai maka harus dilakukan
pengukuran dengan cairan yang bernilai lebih rendah karena nilai tegangan
permukaan film plastik lebih rendah dari cairan. Sebaliknya, jika dalam dua
detik atau lebih plastik tetap bertahan maka perlu dilakukan pengukuran dengan
cairan yang bernilai lebih tinggi.
2.4 Contoh Soal tentang Tegangan Permukaan beserta
Pembahasannya
1.
Sebuah kawat yang panjangnya 24 cm berada di
permukaan air dengan panjangnya sejajar dengan permukaan. Koefisien tegangan
permukaan air adalah 0,073 N/m. Gaya tambahan di luar berat kawat yang
diperlukan untuk menarik kawat adalah …
A. 5,2 x 10-2 N
B. 4,7 x 10-2 N
C. 3,9 x 10-2 N
D. 3,5 x 10-2 N
E. 3,0 x 10-2 N
Penyelesaian :
Diketahui :
l = 24 cm = 24 x 10-2 m.
γ = 0,073 N/m
Ditanya : Gaya tambahan
untuk menarik kawat (F)?
Jawab :
F = γ . d
F = γ. 2l
F = 0,073 x 2 x 24 x
10-2
F = 0,073 x 48 x 10-2
F = 3,5 x 10-2 N
Jadi, gaya tambahan untuk menarik kawat (F) adalah
sebesar 3,5 x 10-2 N. Jawaban
yang benar ( D ).
2.
Sebuah pipa kapiler dengan jari-jari (1 mm)
dimasukkan kedalam air secara vertikal. Air memiliki massa jenis (1 g/cm²) dan
tegangan permukaan (1 N/m). Jika, sudut kontaknya (60 derajat) dan percepatan
gravitasinya (10 m/s²). Maka hitunglah besar kenaikkan permukaan air pada
dinding pipa kapiler tersebut.
Penyesaiannya:
Diketahui:
R = 1mm = 1 x 10⁻³ m
Ρ = 1 g/cm² = 100 kg/m³
Γ = 1 N/m
O = 60 derajat
G = 10 m/s²
Ditanya: h?
Jawab:
H = (2 γ cos O) / (ρ.g.R)
H = (2 x cos 60) / (1000 x-10 x 10⁻³)
H = 1/10 = 0,1 m = 10 cm
Jadi, permukaan air pada
pipa kapiler naik setinggi 10 cm
2.5 Permasalahan Konstekstual Tegangan Permukaan pada
Bidang Biologi beserta Solusi Penyelesaian dan Desain Miniaturnya
Alat ukur tegangan permukaan masih terbatas jenisnya
sehingga menyebabkan kesulitan dalam pengukuran tegangan permukaan di beberapa
fenomena terutama di bidang biologi. Salah satu solusinya adalah dengan membuat
alat ukur baru yang bisa mengukur tegangan permukaan pada zat cair, seperti
bensin dan oli. Selain itu, alat ini diharapkan mampu untuk mengukur tegangan
permukaan di bidang biologi seperti sitoplasma dan darah. Alat ukur tegangan permukaan ini menggunakan
konsep induksi elektromagnet. Sebelumnya desain alat ukur tegangan permukaan
ini sudah pernah diteliti dan diuji ternyata menunjukkan keberhasilan. Prinsip
kerja alat ukur tegangan permukaan dengan konsep induksi elektromagnet ini
adalah dengan memanfaatkan sensor induksi yang mampu merekam proses perubahan
gaya tarik yang mengenai cincin yang terjadi selama pengukuran lalu grafiknya
akan ditampilkan dilayar komputer. Berikut ini merupakan rancangan susunan alat
ukur
Gambar 2.5 Desain Miniatur Alat Ukur Tegangan Permukaan
(Sumber: www.researchgate.net)
2.6 Contoh
Artikel yang Sesuai dengan Penerapan Konsep Tegangan Permukaan
Contoh artikel yang
berkaitan dengan penerapan teknologi tegangan permukaan adalah artikel dengan
judul Wetting yang diunggah oleh Muhammad Agil di scribd.com . Artikel tersebut
membahas tentang pengertian wetting, landasan teori, dan mekanisme wetting secara
kimia dan fisika.
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Tegangan permukaan merupakan salah satu fenomena dalam ilmu fisika yang
bisa berkaitan dengan ilmu lain seperti ilmu biologi. Tegangan permukaan
merupakan gaya yang bergerak menarik ke arah bawah yang bisa mengakibatkan
cairan yang awalnya diam menjadi berkontraksi lalu menegang. Hal tersebut dikarenakan antar muka
cairan memiliki gaya tarik yang tidak seimbang. Salah satu contoh fenomena tegangan
permukaan adalah penurunan tegangan permukaan pada alveolus.
3.2 Saran
Dari pembahasan yang telah dijelaskan pada makalah fenomena tegangan
permukaan pada manusia ini, para pembaca sebaiknya mau untuk menjadikan makalah
ini sebaagai sumber referensi dan mau memahami lebih lanjut tentang
fenomena-fenomena tegangan permukaan yang lain. Selain itu, saya berharap para
pembaca mau memberikan kritik dan saran atas ketidaksempurnaan makalah ini.
DAFTAR PUSTAKA
Alfon, Klaudius. (2021).
Cabang Ilmu Fisika dan Perannya Dalam
Kehidupan, Yuk Cari
Tahu! Diakses dari www.popmama.com
Indarniati, I., &
Ermawati, F. U. (2008). Perancangan Alat
Ukur Tegangan Permukaan
dengan Induksi Elektromagnetik. JFA(Jurnal Fisika dan
Aplikasinya), 4(1), 080105-1.
Djati, Fadjar Dhahana.
(2016). PEMBUATAN WETTING TENSION TEST
MIXTURE
UNTUK PENGUKURAN TEGANGAN PERMUKAAN
FILM PLASTIK PADA
INDUSTRI FLEXIBLE PACKAGING. (Skripsi, Universitas Negeri
Jakarta, 2016)
Diakses dari repository.unj.ac.id
Ciptadi, Anita. (2014). Tegangan Permukaan.
Rangga, Aditya. (2020). Tegangan Permukaan. Diakses dari
cerdika.com
Tidak ada komentar:
Posting Komentar