by Abu ‘Auf Jundi (Ari Zhakera)

FLUIDA
Fluida merupakan sesuatu yang dapat
mengalir sehingga sering disebut sebagai
zat alir. Fasa zat cair dan gas termasuk ke
dalam jenis fluida
DINAMIK STATIK
FLUIDA = zat alir
Zat cair GAS
- Molekul terikat secara longgar
tapi berdekatan
-Tekanan yang terjadi karena
gaya grafitasi
-Tekanan terjadi tegak lurus
bidang
-Molekul bergerak bebas dan
saling bertumbukan
-Tekanan akibat tumbukan
antar molekul
-Tekanan terjadi tidak tegak
lurus bidang
FENOMENA FLUIDA
Kenapa kayu-kayu yang besar dan banyak lebih
mudah diangkat dalam air ?
Mengapa balon gas bisa naik ke atas ?
Mengapa telur bisa mengapung dalam air garam
sementara dalam air murni tenggelam? Kenapa
serangga kecil bisa bergerak diatas air dan tidak
tenggelam?
Bagaimana pesawat yang massanya besar
dapat terbang?
Mengapa mengukur tekanan
darah dilakukan di lengan?
Tujuan Instruksional
􀁦 Menentukan besaran-besaran yang terkait
dengan fluida diam dan fluida bergerak
menggunakan formulasi sederhana
MASSA JENIS
(KERAPATAN)
􀃎 Perbandingan antara massa suatu benda
terhadap volumenya
􀃎 ρ
ρ = massa jenis (kg/m3)
m = massa benda (kg)
V = volume benda (m3)
MASSA JENIS
(KERAPATAN)
Beberapa buah batu bermassa total 3kg kg dimasukkan
dalam bejana (luas penampang 0.025 m2) yang berisi air
dengan ketinggian permukaan air mula-mula 0,5 m,
sehingga tinggi permukaan air meningkat 0.06 m.
Berapakah massa jenis batu-batu tersebut?
MASSA JENIS
(KERAPATAN)
􀂉 Bila kerapatan atau massa jenis suatu benda lebih
besar dari kerapatan air, maka benda akan
tenggelam dalam air
􀂉 Bila kerapatan atau massa jenis suatu benda lebih
kecil dari kerapatan air, maka benda akan
mengapung
MASSA JENIS
(KERAPATAN)
􀂉 Dipengaruhi temperatur
􀂉 Semakin tinggi temperatur air 􀃆 massa jenis air
akan semakin kecil karena jarak antar partikelnya
semakin besar sehingga untuk menampung
sejumlah atom diperlukan volume yang besar
TEKANAN PADA FLUIDA
TEKANAN
• Kenapa ayam sulit berjalan di tanah yang lembek
sedangkan itik relatif lebih mudah?
• kalau tangan kita ditekan oleh ujung pena yang
bagian runcingnya terasa lebih sakit daripada oleh
ujung yang bagian tumpulnya.
Tekanan didefinisikan
sebagai gaya normal
persatuan luas permukaan
TEKANAN
􀃎 Gaya per satuan luas
P = N/m2 atau Pascal (Pa) atau lb/in2 (psi)
TEKANAN
Prinsip Paskal (Hukum Paskal)
Tekanan yang diberikan pada fluida dalam suatu tempat
akan menambah tekanan keseluruhan dengan besar yang
sama
Hukum Newton III
Setiap aksi ada reaksi
TEKANAN UDARA
Suatu permukaan di udara akan mendapatkan tekanan
udara akibat adanya gaya tumbukan molekul-molekul
udara pada permukaan tersebut
Tekanan udara di permukaan laut adalah sekitar 1 atm
= 101 kN/m2 = 101 kPa
Contoh:
seorang turis sedang berbaring tertelungkup di tepi pantai.
Hitunglah gaya yang diberikan molekul-molekul udara pada
permukaan punggung turis tersebut dengan mengganggap luas
permukaan punggung sebesar 0.2 m2.
Jawab: F = pA = (101 kPa)(0.2 m2)=20.2 kN
(luar biasa!!! Ini sama dengan membebani punggung orang
tersebut dengan beban sebesar kira-kira 2 ton!!) Bagaimana dia
dapat menahan beban sebesar itu?
TEKANAN DALAM ZAT CAIR
P = Po +ρhg
Contoh
Hitunglah tekanan total yang dialami
sebuah benda yang tercelup dalam sumur
pada ke dalaman 10 m dari permukaan air
sumur. Jika percepatan gravitasi di daerah
itu adalah sebesar10 m/s2
Berapa tekanan yang dialami
penyelam yang berada pada posisi 100
m di atas dasar laut ?
( kedalaman laut =1 km.
massa jenis air laut : 1,025 × 103
kg/m3)?
FLUIDA STATIK
Fluida selalu mempunyai bentuk yang
dapat berubah secara kontinyu mengikuti
bentuk wadahnya karena fluida tidak
dapat menahan gaya geser
Alat Ukur Tekanan
Alat ukur tekanan fluida
Barometer raksa
Untuk mengukur tekanan
udara. Tabung yang berisi
raksa dibalikkan. Ruang
kosong di bagian atas tabung
hanya berisi uap raksa yang
tekanannya sangat kecil
Tinggi kolom raksa 76 cm =
760 mm tekanan udara
luar 76 cmHg
p2 − p1 = ρg(y1 − y2)
Alat ukur tekanan fluida
Manometer tabung terbuka
p2 = p1 + ρgh
p2 − p1 = pg = ρgh
Terdiri dari sebuah ruang yang berisi gas
yang ingin diketahui tekanannya pg. Ujung
terbuka manometer tekanan udara luar po
Alat ukur tekanan fluida
Δpi = Fi/Ai =Fo/Ao
Fo = (Ao/Ai)Fi
Jika Ao > Ai, maka gaya angkat Fo > Fi
Alat Ukur Tekanan Zat Cair
􀂄 Tonometer
Untuk mengukur tekanan intra okuler 􀃎penderita glaukoma
Harga normal tekanan intraokuler 12 – 23 mm Hg
􀂄 Sistometer
Untuk mengukur tekanan kandung kencing.
Terdiri dari pipa kapiler yg mengandung skala cm H2O,
terhubung ke jarum melalui pipa karet.
Perbandingan :
Orang dewasa 30 cm H2O pada penedrita prostat hipertropi
mencapai 100 cm H2O baru terjadi pengeluaran kencing.
ALAT UKUR
TEKANAN
ALAT UKUR
TEKANAN DARAH
􀂉 Yang paling sederhana 􀃆 manometer tabung terbuka
􀂉 Manometer tabung terbuka 􀃎 tabung berbentuk U yang
sebagian diisi air atau air raksa
􀂉 Tekanan P yang terukur dihubungkan dengan perbedaan tinggi
(h) dari dua ketinggian zat cair
ALAT UKUR
TEKANAN DARAH
P = tekanan fluida (N/m3)
P0 = tekanan atmosfir (yang bekerja di atas fluida di tabung sebelah
kiri) (N/m3)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi / gaya gravitasi (m/s2)
h = perbedaan tinggi zat cair antara tabung kiri dan tabung kanan
(m)
P = P0 + ρgh
ALAT UKUR
TEKANAN DARAH
􀂉 Pada kenyataannya, tekanan kadang dinyatakan dalam orde
milimeter air raksa (mm-Hg)
􀂉 Kadang nilainya sekecil mm air (mm-H2O)
􀂉 mm-Hg ekivalen dengan tekanan 133 N/m3, karena 1,00 mm =
1,00 x 10-3 m dan massa jenis air raksa dalah 13,6 x 103 kg/m3
ALAT UKUR
TEKANAN DARAH
􀂉 Sistolik, yaitu tekanan darah maksimum yang terdapat pada
aorta ketika jantung berada pada phase berkontraksi dimana
darah dipompakan dari ventrikel ke aorta
􀂉 Diastolik, yaitu tekanan darah minimum yang diperoleh oleh
aorta ketika jantung berada pada phase mengembang dimana
darah dari vena masuk ke atrium
Tekanan darah yang biasa diukur adalah
ALAT UKUR
TEKANAN DARAH
􀂉 Tekanan nadi adalah selisih tekanan sistolik dengan tekanan
diastolik
Misal
Tekanan sistolik normal = 120 mm-Hg, dan tekanan distolik
normal = 80 mm-Hg 􀃎 maka tekanan nadi normal adalah 40 mm-
Hg
Dinamika Fluida
HIDRODINAMIKA
􀁦 Penelitian mengenai zat cair yang mengalir
(meliputi kecepatan aliran, dan lapisac zat cair
yang melakukan gesekan)
􀁦 Bernoulli telah berhasil dalam penelitiannya
berhasil meletakkan persyaratan atau pendekatan
khusus
Persyaratan tersebut :
½ρv2 + P + ρgh = Konstan
􀁦 Alat yang dipakai untuk menghitung kecepatan
aliran adalah venturi meter
􀁦 Dengan rumus di atas maka kecepatan zat cair
akan dapat dihitung
Persamaan Bernoulli
P2
v2
P1 􀁦 Berdasar konsep kerja – energi
v1 h2 h1 P + ½ρv2 + ρgh = konstan
P1 + ½ρv12 + ρgh1 =P2 + ½ρv22 + ρgh2
Karakteristik Aliran
􀁦 Laminer ~ kecepatan aliran rendah
􀁦 Turbulen ~ kecepatan aliran tinggi
Permukaan laut Pada kedalaman tertentu
ALIRAN LAMINER
ALIRAN TURBULEN
   

 
   
ALIRAN ZAT CAIR MELALUI
PEMBULUH
• Apabila sebuah lempengan kaca diletakkan di
atas permukaan zat cair kemudian digerakkan
dengan kecepatan V, maka molekul di bawahnya
akan mengikuti kecepatan yang besarnya sama
dengan V
gaya yang menyebabkan
kecepatan adalah
d
F =ηA v
η = koefisien gesek dalam
(viskositas)
A = Luas Permukaan kaca
d = jarak dari permukaan ke dasar
v = kecepatan mengalir
F
V
d
ALIRAN ZAT CAIR MELALUI
PEMBULUH DARAH
• Demikian aliran zat cair dalam pembuluh dapat
digambarkan
Makin ke tengah kecepatan mengalir makin besar, dengan adanya F yg
bekerja pada penampang A (P = F/A), maka kecepatan aliran bernetuk
parabola.
Apabila volume zat cair yg mengalir melalui penampang tiap detiknya
disebut debit (V) = v/t, maka menurut Poiseuille :
A F
L
V r P P
η
π
8
4 ( 1− 2)
=
V = Flow rate (jumlah zat cair yg mengalir per detik
η = viskositas (pascal)
Untuk Air : 10-3 Pa pasa 20OC
Darah : 3 – 4 x 10-3 Pa
P1 P2
ALIRAN ZAT CAIR MELALUI
PEMBULUH DARAH
A F
P1 P2
Hukum Poiseuille : Cairan yang mengalir melalui suatu pipa kecepatannya
berbanding lurus dengan penurunan tekanan dan pangkat empat jari-jari
L
V r P P
η
π
8
( ) 1 2
4 −
= sis ce
Flowrate pressure
Re tan
=
Hukum ini sangat berguna untuk menjelaskan mengapa pada penderita
usia lanjut mengalami pingsan (akibat tekanan darah meningkat)
Hasil Rumus Poiseuille
Aorta Kapiler Vena cava
Kecepatan
30 cm/s
1 mm/sec
5 cm/s
3 cm2
Luas
600 cm2
18 cm2
Pertukaran O2 dan CO2
Tahanan terhadap debit zat cair
􀁺 Efek panjang Pembuluh Terhadap debit
Makin panjang pembuluh, diameter sama, zat cair akan
mendapat tahanan semakin besar, maka debit zat cair akan
lebih besar pada pembuluh yang pendek.
Panjang = 3
Panjang = 2
Panjang = 1
1 ml/min
2 ml/min
3 ml/min
• Efek diameter pembuluh
Kecepatan aliran zat cair makin cepat pada diameter yang
pembuluhnya makin besar
d = 1
1 ml/min
d = 2
16 ml/min
d = 3
256 ml/min
Efek kekentalan
Semakin kental zat cair semakin besar gesekan/tahanan
terhadap dinding pembuluh, sehingga dapat ditentukan
konsentrasi sel darah merahnya.
air
1 cm
plasma
1,5 cm
darah
3,5 cm
Pada darah normal kekentalan
3,5 kekentalan air.
Konsentrasi darah 1 ½ kali diatas
normal 􀃆 kekentalan 2 kali air.
Konsentrasi 70 kali di atas
normal 􀃆 kekentalan darah 20
kali air
Note :
􀃎 Aliran darah penderita anemia
adalah cepat krn konsentrasi sel
darah merah rendah
Efek tekanan terhadap debit
Aliran air mengalir dari tekanan tinggi ke rendah.
Aliran air sebanding terhadap perbedaan tekanan
1 ml/min 2 ml/min 3 ml/min
Apabila tekanan zat cair/darah pada salah satu ujung pembuluh lebih tinggi dari
ujung lainnya, maka zat cair/darah akan mengalir dari tekanan yang tinggi ke
tekanan yang rendah
KEKENTALAN
Satuan kekentalan menurut SI adalah
Poiseuille (Pl)
Pa S
m
1Pl 10 poise N.sec . 2 = = =
( ) ( )
1 ( ) det ( ) 2 Panjang m xWaktu2 S 2
Massa Kg
cm
poise P = dyne ik =
Luas Kecepa tan
= Gaya panjang
LAJU ENDAP DAN GAYA APUNG
Contoh kerikil yang dimasukkan kedalam dua tabung
yang masing-masing berisi air dan minyak
Gaya jatuh G πr3ρg
3
= = 4
Penentuan kecepatan sedimentasi sangat penting untuk teori pada
penyakit : rheumatic
Pada penderita dengan pemecahan hemoglobin berlebihan (hemolytic jaundice),
sel darah merah berubahn menjadi ceper dan pecah sehingga radius sel darah
merah berkurang, rate dari sedimentasi sel darah merah akan menurun dari
normal
Di RS atau klinik, menentukan kecepatan sedimentasi dikenal dengan nama
BBS = Bloed Bezinking Snellheid, BSR = Basal Sedimentasi Rate, LED = Laju
Endapan Darah, KPD = Kecepatan Pengendapan Darah
MEMBRAN KENYAL
Terdapat pada Pembuluh darah,
lambung, usus, alveoli dll.
Bentuknya :
R
P = T
Silinder Bola ( gelembung )
R
T ( tegangan ) γ P
R
P 4γ =
Tekanan Darah
TEKANAN DARAH TEKANAN DARAH
Tekanan Darah
􀂄 Jumlah darah orang dewasa 4,5 liter
􀂄 Dlm 1 kali kontraksi jantung terpompa 80 ml darah permenit
beredar satu siklus dalam tubuh.
􀂄 Dlam sirkulasi darah
80 % sirkulasi sistemik 20 % sirkulasi paru-paru
20 % di
arteri
10 % di
kapiler
70 % di
vena
7 % di kapiler
paru-paru
93 % di arteri
dan vena
paru-paru
TEKANAN DARAH
􀂉 Tekanan sistolik 􀃎 tekanan maksimum ketika
jantung memompa
􀂉 Tekanan diastolik 􀃎 tekanan ketika jantung
beristirahat
Dua nilai tekanan darah yang diukur
TEKANAN DARAH
􀂉 Pada awalnya tekanan udara pada jaket dinaikkan tinggi
di atas tekanan sistolik dengan pompa tangan, dan
tekanan ini memompa arteri utama (brachial) di lengan
dan memotong aliran darah
􀂉 Tekanan udara kemudian diperkecil perlahan-lahan
sampai titik dimana darah kembali mulai mengalir ke
tangan 􀃆 hal ini dideteksi dengan mendengarkan
karakteristik ketukan darah yang klembali ke lengan
bawah dengan stetoskop
TEKANAN DARAH SISTEMIK
120
95
80
Sistolik
Diastolik
Tek rata-rata
t
P
TEKANAN ARTERI PARU-PARU
30
20
10
Sistolik
Diastolik
Tek rata-rata
t
P
Tekanan rata-rata
Menentukan banyaknya darah yang mengalir tiap satuan waktu
= ∫ −
t
rata rata P t dt
T
P
0
1 ( )
Pernafasan
Pernafasan
􀃎 Suatu proses yg terjadi secara otomatis walau
dalam keadaan tidur sekalipun
􀂉 Masuk keluarnya udara dalam paru-paru
dipengaruhi oleh perbedaan tekanan udara di luar
tubuh
􀂉 Jika tekanan udara di luar rongga dada lebih besar
􀃆 maka udara akan masuk ke paru-paru
􀂉 Jika tekanan didalam rongga dada lebih besar 􀃆
maka udara akan keluar dari paru-paru
Mekanisme Pernafasan
􀂉 Inspirasi 􀃎 mekanisme masuknya udara dari luar
ke dalam paru-paru
􀂉 Ekspirasi 􀃎 mekanisme keluarnya udara dari
dalam paru-parui
Macam-macam Pernafasan
􀂉 Pernafasan dada
Inspirasi pernafasan dada 􀃎 terjadi pada saat
otot antar rusuk berkonstraksi, tulang rusuk akan
naik dan rongga dada membesar
Ekspirasi pernafasan dada 􀃎 terjadi pada saat
otot antara tulang rusuk berelaksasi atau
mengendor, tulang rusuk akan turun dan rongga
dada mengecil
Macam-macam Pernafasan
􀂉 Pernafasan perut
Inspirasi pernafasan perut 􀃎 terjadi pada saat
otot rongga diafragma menjadi mendatar akibatnya
rongga dada membesar dan tekanan udara lebih
kecil, sehingga udara luar masuk ke paru-aruantar
rusuk berkonstraksi, tulang rusuk akan naik dan
rongga dada membesar
Ekspirasi pernafasan perut 􀃎 terjadi pada saat
rongga diafragma berelaksasi, rongga dada
mengecil dan tekanan udara menjadi lebih besar,
sehingga udara keluat dari paru-paru
Komponen Udara
Inspirasi ; 80 % N2, 19 % O2 dan 0,04 % CO2
Ekspirasi ; 80 % N2, 16 % O2 dan 4 % CO2
Udara yang dihirup sebanyak 10 kg, absorbsi udara lewat
paru-paru 0,5 kg


Hukum Dalton
Tekanan parsial suatu komponen dalam campuran
gas adalah tekanan dari komponen itu seandainya
sendirian mengisi seluruh gas yang tersedia
Contoh
Dalam suatu ruangan terdapat udara dengan tekanan 1 atmosfir (760
mm-Hg). Jika dipindahkan seluruh molekul kecuali O2, maka O2 dalam
udara tersebut 20%, berarti O2 memiliki tekanan 20% x 760 mm-Hg =
152 mmHg.
Hukum Dalton
Dengan menggunakan hukum Dalton, maka tekanan uap air dalam
pernafasan adalah sebagai berikut :
􀀹 Tekanan parsial uap air dipengaruhi oleh kelembaman
􀀹 Contoh
Pada temperatur 37OC dengan 100% kelembaman, maka
􀃆 Udara ruangan mempunyai tekanan parsial 15 – 20 mmHg
􀃆 Paru-paru mempunyai tekanan 47 mmHg
0,3
40
32
0,04
5,6
4,5
150
100
116
20,9
14,0
16,3
Udara inspirasi
Alveoli paru2
Udara ekspirasi
P CO2
(mmHg)
P O2 % CO2
(mmHG)
% O2
Hukum Boyle
Untuk suatu massa gas pada temperatur konstan
maka tekanan berbanding terbalik terhadap
volumenya
pV = tetap
Jika terjadi peningkatan volume maka akan diikuti dengan penurunan
tekanan, dan sebaliknya
Hukum Boyle
Hubungan tekanan (P) terhadap volume (V)
Pada saat inspirasi volume paru-paru meningkat, sedangkan tekanan
intrapleura mengalami penurunan
Hukum Boyle
Hubungan Volume (V) paru-paru terhadap waktu pada saat inspirasi
dan eksprisi
􀀹 Pada waktu inspirasi jumlah volume udara dalam paru-paru meningkat
􀀹 Pada waktu ekspirasi jumlah volume udara paru-paru menurun
Hukum Laplace
Tekanan pada gelombang alveoli berbanding terbalik
terhadap radius dan berbanding lurus terhadap
tegangan permukaan γ
R
P =
4γ
R
P
4γ =
P = tekanan (mmHg)
R = jari-jari (cm)
γ = tegangan permukaan (dyne/cm