BAB
1
BESARAN
FISIKA
DAN
PENGUKURAN
A.
Besaran Fisika dan Satuan
1. Pengertian Besaran Fisika, Besaran
Pokok, dan Besaran Turunan
Berapakah tinggi dan berat
badanmu? Tentu saja kamu dapat mengukur secara langsung tinggi badanmu dengan
alat ukur meteran pita, misalnya 165 cm. Bagaimana dengan berat badanmu? Di
dalam pembicaraan kita sehari-hari yang dimaksud dengan berat badan adalah
massa, sedangkan dalam fisika pengertian berat dan massa berbeda. Berat badan
dapat kita tentukan dengan menggunakan alat timbangan berat badan. Misalnya,
setelah ditimbang berat badanmu 50 kg atau dalam fisika bermassa 50 kg. Tinggi
atau panjang dan massa adalah sesuatu yang dapat kita ukur dan dapat kita
nyatakan dengan angka dan satuan. Panjang dan massa merupakan besaran fisika.
Jadi, besaran fisika adalah ukuran fisis suatu benda yang dinyatakan secara
kuantitas. Selain besaran fisika juga terdapat besaran-besaran yang bukan
besaran fisika, misalnya perasaan sedih, gembira, dan lelah. Karena perasaan tidak
dapat diukur dan tidak dapat dinyatakan dengan angka dan satuan, maka perasaan
bukan besaran fisika.
Besaran fisika
dikelompokkan menjadi dua, yaitu besaran pokok dan besaran turunan. Besaran
pokok adalah besaran yang sudah ditetapkan terlebih dahulu. Adapun, besaran
turunan merupakan besaran yang dijabarkan dari besaran-besaran pokok. Sistem
satuan besaran fisika pada prinsipnya bersifat standar atau baku, yaitu
bersifat tetap, berlaku universal, dan mudah digunakan setiap saat dengan
tepat. Sistem satuan standar ditetapkan pada tahun 1960 melalui pertemuan para
ilmuwan di Sevres, Paris. Sistem satuan yang digunakan dalam dunia pendidikan
dan pengetahuan dinamakan sistem metrik, yang dikelompokkan menjadi sistem
metrik besar atau MKS (Meter Kilogram Second) yang disebut sistem
internasional atau disingkat SI dan sistem metrik kecil atau CGS (Centimeter
Gram Second).
a. Satuan Internasional untuk Panjang
Hasil pengukuran besaran
panjang biasanya dinyatakan dalam satuan meter, centimeter, milimeter, atau kilometer.
Satuan besaran panjang dalam SI adalah meter. Pada mulanya satu meter
ditetapkan sama dengan panjang sepersepuluh juta dari jarak kutub utara ke
khatulistiwa melalui Paris. Kemudian dibuatlah batang meter standar dari
campuran Platina-Iridium. Satu meter didefinisikan sebagai jarak dua goresan
pada batang ketika bersuhu 0ºC. Meter standar ini disimpan di International
Bureau of Weights and Measure di Sevres, dekat Paris. Batang meter standar
dapat berubah dan rusak karena dipengaruhi suhu, serta menimbulkan kesulitan
dalam menentukan ketelitian pengukuran. Oleh karena itu, pada tahun
1960 definisi satu meter diubah. Satu
meter didefinisikan sebagai jarak 1650763,72 kali panjang gelombang sinar
jingga yang dipancarkan oleh atom gas krypton-86 dalam ruang hampa pada suatu
lucutan listrik. Pada tahun 1983, Konferensi Internasional tentang timbangan
dan ukuran memutuskan bahwa satu meter merupakan jarak yang ditempuh cahaya
pada selang waktu 1/299792458 sekon. Penggunaan kecepatan cahaya ini, karena nilainya dianggap
selalu konstan.
b. Satuan Internasional untuk Massa
Besaran massa dalam SI
dinyatakan dalam satuan kilogram (kg). Pada mulanya para ahli mendefinisikan
satu kilogram sebagai massa sebuah silinder yang terbuat dari bahan campuran
Platina danoIridium yang disimpan di Sevres, dekat Paris. Untuk mendapatkan
ketelitian yang lebih baik, massa standar satu kilogram didefinisikan sebagai
massa satu liter air murni pada suhu 4ºC.
c. Satuan Internasional untuk Waktu
Besaran waktu dinyatakan dalam satuan detik atau sekon dalam SI.
Pada awalnya satuan waktu dinyatakan atas dasar waktu rotasi 
bumi pada porosnya, yaitu 1 hari. Satu detik didefinisikan
sebagai 126400 kali satu hari rata-rata.
Satu hari rata-rata sama dengan 24 jam = 24 60 60 = 86400
detik. Karena satu hari matahari tidak selalu tetap dari waktu ke waktu, maka
pada tahun 1956 para ahli menetapkan definisi baru. Satu detik adalah selang
waktu yang diperlukan oleh atom cesium-133 untuk melakukan getaran sebanyak
9192631770 kali.
2. Mengonversi Satuan Panjang, Massa,
dan Waktu
Setiap besaran memiliki
satuan yang sesuai. Penggunaan satuan suatu besaran harus tepat, sebab apabila
tidak sesuai akan berkesan janggal bahkan lucu. Misalnya seseorang mengatakan
tinggi badannya 150ºC, orang lain yang mendengar mungkin akan tersenyum karena
hal itu salah. Demikian pula dengan pernyataan bahwa suhu badan orang yang
sehat biasanya 36 meter, terdengar janggal. Hasil suatu pengukuran belum tentu
dinyatakan dalam satuan yang sesuai dengan keinginan kita atau yang kita
perlukan. Contohnya panjang meja 1,5 m, sedangkan kita memerlukan dalam satuan
cm, satuan gram dinyatakan dalam kilogram, dari satuan milisekon menjadi sekon.
Untuk mengonversi atau mengubah dari suatu satuan ke satuan yang lainnya diperlukan
tangga konversi.
3. Awalan Satuan dan Sistem Satuan di Luar Sistem Metrik
Di samping satuan sistem
metrik, juga dikenal satuan lainnya yang sering dipakai dalam kehidupan
sehari-hari, misalnya liter, inci, yard, feet, mil, ton, dan ons. Satuan-satuan
tersebut dapat dikonversi atau diubah ke dalam satuan sistem metrik dengan
patokan yang ditentukan. Konversi besaran panjang menggunakan acuan sebagai
berikut:
•
1 mil = 1760 yard (1 yard adalah jarak pundak sampai ujung jari tangan orang
dewasa)
•
1 yard = 3 feet (1 feet adalah jarak tumit sampai ujung jari kaki orang
dewasa).
•
1 feet = 12 inci (1 inci adalah lebar maksimal ibu jari tangan orang dewasa).
•
1 inci = 2,54 cm
•
1 cm = 0,01 m
Satuan mil, yard, feet,
inci tersebut dinamakan satuan sistem Inggris. Untuk besaran massa berlaku juga
sistem konversi dari satuan sehari-hari maupun sistem Inggris ke dalam sistem
SI.
Contohnya
sebagai berikut.
•
1 ton = 1000 kg • 1 ons (oz) = 0,02835 kg
•
1 kuintal = 100 kg • 1 pon (lb) = 0,4536 kg
•
1 slug = 14,59 kg
Satuan waktu dalam
kehidupan sehari-hari dapat dikonversi ke dalam sistem SI yaitu detik atau
sekon. Contohnya sebagai berikut.
•
1 tahun = 3,156 107 detik • 1 jam = 3600 detik
•
1 hari = 8,640 104 detik • 1 menit = 60 detikkata
n
4. Mengonversi
Satuan Besaran Turunan
Besaran turunan memiliki
satuan yang dijabarkan dari satuan besaranbesaran pokok yang mendefinisikan
besaran turunan tersebut. Oleh karena itu, seringkali dijumpai satuan besaran
turunan dapat berkembang lebih dari satu macam karena penjabarannya dari
definisi yang berbeda. Sebagai contoh, satuan percepatan dapat ditulis dengan
m/s2 dapat juga ditulis dengan N/kg. Satuan besaran turunan dapat juga
dikonversi. Perhatikan beberapa contoh di bawah ini!
•
1 dyne = 10-5 newton
•
1 erg = 10-7 joule
•
1 kalori = 0,24 joule
•
1 kWh = 3,6 106 joule
•
1 liter = 10-3 m3 = 1 dm3
•
1 ml = 1 cm3 = 1 cc
•
1 atm = 1,013 105 pascal
•
1 gauss = 10-4 tesla
B. Pengukuran Besaran Fisika
Peranan pengukuran dalam
kehidupan sehari-hari sangat penting. Seorang
tukang jahit pakaian mengukur panjang kain untuk dipotong sesuai
dengan pola pakaian yang akan dibuat dengan menggunakan meteran
pita. Penjual daging menimbang massa daging sesuai kebutuhan
pembelinya dengan menggunakan timbangan duduk. Seorang
petani tradisional mungkin melakukan pengukuran panjang
dan lebar sawahnya menggunakan satuan bata, dan tentunya alat
ukur yang digunakan adalah sebuah batu bata. Tetapi seorang insinyur sipil
mengukur lebar jalan menggunakan alat meteran kelos untuk mendapatkan satuan
meter.
1. Pengukuran Panjang
Alat ukur yang digunakan
untuk mengukur panjang benda haruslah sesuai dengan ukuran benda. Sebagai
contoh, untuk mengukur lebar buku kita gunakan pengaris, sedangkan untuk
mengukur lebar jalan raya lebih mudah menggunakan meteran kelos.
a. Pengukuran Panjang dengan Mistar
Penggaris atau mistar
berbagai macam jenisnya, seperti penggaris yang berbentuk lurus, berbentuk
segitiga yang terbuat dari plastik atau logam, mistar tukang kayu, dan
penggaris berbentuk pita (meteran pita). Mistar mempunyai batas ukur sampai 1
meter, sedangkan meteran pita dapat mengukur panjang sampai 3 meter. Mistar
memiliki ketelitian 1 mm atau 0,1 cm.u
Gambar: berbagai alat ukur panjangan Sistem CGS Sing
Posisi mata harus melihat
tegak lurus terhadap skala ketika membaca skala mistar. Hal ini untuk
menghindari kesalahan pembacaan hasil pengukuran akibat beda sudut kemiringan
dalam melihat atau disebut dengan kesalahan paralaks.
b. Pengukuran Panjang dengan Jangka Sorong
Bagaimanakah mengukur
kedalaman suatu tutup pulpen? Untuk mengukur kedalaman tutup pulpen dapat kita
gunakan jangka sorong. Jangka sorong merupakan alat ukur panjang yang mempunyai
batas ukur sampai 10 cm dengan ketelitiannya 0,1 mm atau 0,01 cm. Jangka sorong
juga dapat digunakan untuk mengukur diameter cincin dan diameter bagian dalam
sebuah pipa. Bagian-bagian penting jangka sorong yaitu
1. Rahang tetap dengan skala tetap terkecil 0,1 cm
2. Rahang geser yang dilengkapi skala nonius. Skala tetap dan nonius
mempunyai selisih 1 mm.
c. Pengukuran Panjang dengan Mikrometer Sekrup
Tahukah kamu alat ukur apa
yang dapat digunakan untuk mengukur benda berukuran kurang dari dua centimeter
secara lebih teliti? Mikrometer sekrup memiliki ketelitian 0,01 mm atau 0,001
cm. Mikrometer sekrup dapat digunakan untuk mengukur benda yang mempunyai
ukuran kecil dan tipis, seperti mengukur ketebalan plat, diameter kawat, dan
onderdil kendaraan yang berukuran kecil. Bagian-bagian dari mikrometer adalah
rahang putar, skala utama, skala putar, dan silinder bergerigi. Skala terkecil
dari skala utama bernilai 0,1 mm, sedangkan skala terkecil untuk skala putar
sebesar 0,01 mm
2. Pengukuran Massa Benda
Pernahkah kamu pergi ke
pasar? Ketika di pasar kamu mungkin akan melihat berbagai macam alat ukur
timbangan seperti dacin, timbangan pasar, timbangan emas, bahkan mungkin
timbangan atau neraca digital. Timbangan tersebut digunakan untuk mengukur
massa benda. Prinsip kerjanya adalah keseimbangan kedua lengan, yaitu
keseimbangan antara massa benda yang diukur dengan anak timbangan yang
digunakan. Dalam dunia pendidikan sering digunakan neraca O’Hauss tiga lengan
atau dua lengan.
Perhatikan beberapa
alat ukur berat berikut ini.!
\
3. Pengukuran Besaran Waktu
Ketika bepergian kita
tidak lupa membawa jam tangan. Jam tersebut kita gunakan untuk menentukan waktu
dan lama perjalanan yang sudah ditempuh. Berbagai jenis alat ukur waktu yang
lain, misalnya: jam analog, jam digital, jam dinding, jam atom, jam matahari,
dan stopwatch. Dari alat-alat tersebut, stopwatch termasuk alat ukur yang
memiliki ketelitian cukup baik, yaitu sampai 0,1 s.
C. Suhu dan Pengukurannya
1. Pengertian Suhu
Kalian tentunya pernah
mandi menggunakan air hangat, bukan? Untuk mendapatkan air hangat tersebut kita
mencampur air dingin dengan air panas. Ketika tangan kita menyentuh air yang
dingin, maka kita mengatakan suhu air tersebut dingin. Ketika tangan kita
menyentuh air yang panas maka kita katakan suhu air tersebut panas. Ukuran
derajat panas dan dingin suatu benda tersebut dinyatakan dengan besaran suhu.
Jadi, suhu adalah suatu besaran untuk menyatakan ukuran derajat panas atau
dinginnya suatu benda.
2. Termometer sebagai Alat Ukur Suhu
Suhu termasuk besaran
pokok. Alat untuk untuk mengukur besarnya suhu suatu benda adalah termometer.
Termometer yang umum digunakan adalah termometer zat cair dengan pengisi pipa
kapilernya adalah raksa atau alkohol. Pertimbangan dipilihnya raksa sebagai
pengisi pipa kapiler termometer adalah sebagai berikut:
a. raksa tidak membasahi dinding kaca,
b. raksa merupakan penghantar panas yang baik,
c. kalor jenis raksa rendah akibatnya dengan perubahan panas
yang kecil cukup dapat mengubah suhunya,
d. jangkauan ukur raksa lebar karena titik bekunya -39 ºC dan
titik didihnya 357ºC.
Pengukuran suhu yang
sangat rendah biasanya menggunakan termometer alkohol. Alkohol memiliki titik
beku yang sangat rendah, yaitu -114ºC. Namun demikian, termometer alkohol tidak
dapat digunakan untuk mengukur suhu benda yang tinggi sebab titik didihnya
hanya 78ºC. Pada pembuatan termometer terlebih dahulu ditetapkan titik tetap
atas dan titik tetap bawah.Titik tetap termometer tersebut
diukur pada tekanan 1 atmosfer. Di antara kedua titik tetap tersebut dibuat
skala suhu. Penetapan titik tetap bawah adalah suhu ketika es melebur dan
penetapan titik tetap atas adalah suhu saat air mendidih. Berikut ini adalah penetapan titik tetap pada skala
termometer.
a. Termometer Celcius
Titik tetap bawah diberi
angka 0 dan titik tetap atas diberi angka
100. Diantara titik tetap bawah dan titik tetap atas dibagi 100
skala.
b. Termometer Reaumur
Titik tetap bawah diberi
angka 0 dan titik tetap atas diberi angka 80. Di antara titik tetap bawah dan titik
tetap atas dibagi menjadi 80 skala.
c. Termometer Fahrenheit
Titik tetap bawah diberi
angka 32 dan titik tetap atas diberi angka 212. Suhu es yang dicampur dengan
garam ditetapkan sebagai 0ºF. Di antara titik tetap bawah dan titik tetap atas
dibagi 180 skala.
d. Termometer Kelvin
Pada termometer Kelvin,
titik terbawah diberi angka nol. Titik ini disebut suhu mutlak, yaitu suhu
terkecil yang dimiliki benda ketika energi total partikel benda tersebut nol.
Kelvin menetapkan suhu es melebur dengan angka 273 dan suhu air mendidih dengan
angka 373. Rentang titik tetap bawah dan titik tetap atas termometer Kelvin
dibagi 100 skala.
Perbandingan skala antara
temometer Celcius, termometer Reaumur, dan termometer Fahrenheit adalah
C : R : F = 100 : 80 : 180
C : R : F = 5 : 4 : 9
Dengan memperhatikan titik
tetap bawah 0ºC = 0ºR = 32ºF, maka hubungan skala C, R, dan F dapat ditulis
sebagai berikut:
tº C =5/4 tºR
tº C =5/9 (tºF
– 32)
tº C =4/9 (tºF
– 32)
Hubungan skala Celcius dan Kelvin adalah
t K = tºC + 273
K
Kita dapat menentukan
sendiri skala suatu termometer. Skala termometer yang kita buat dapat
dikonversikan ke skala termometer yang lain apabila pada saat menentukan titik
tetap kedua termometer berada dalam keadaan yang sama. Misalnya, kita akan
menentukan skala termometer X dan Y. Termometer X dengan titik tetap bawah Xb
dan titik tetap atas Xa. Termometer Y dengan titik tetap bawah Yb dan titik
tetap atas Ya. Titik tetap bawah dan titik tetap atas kedua termometer di atas
adalah suhu saat es melebur dan suhu saat air mendidih pada tekanan 1 atmosfer.
BAB 2
ASAM,
BASA,
DAN GARAM
A. Sifat-Sifat Asam, Basa, dan Garam
Bagaimana rasa permen
vitamin C atau kuah bakso yang diberi cuka? Tentu kamu akan menjawab rasanya
masam. Pernahkah kamu mencicipi garam? Bagaimana rasanya? Bagaimanakah rasa
jamu?
Rasanya pahit atau manis?
Rasa pahit merupakan salah satu sifat zat yang bersifat basa. Memang, sejak
zaman dahulu asam, basa, dan garam sudah dikenal, karena banyak bahan makanan
atau minuman yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari bersifat asam, basa
atau garam. Coba kamu sebutkan contoh bahan makanan atau minuman yang bersifat
asam. Istilah asam (acid) berasal dari bahasa Latin acetum yang
berarti cuka. Seperti diketahui, zat utama dalam cuka adalah asam asetat. Basa
(alkali) berasal dari bahasa Arab yang berarti abu. Apakah sifat asam, basa,
dan garam itu? Coba kamu perhatikan larutan pembersih porselin atau keramik.
Apa yang terjadi jika larutan pembersih tersebut terkena lantai keramik? Coba
kamu simpulkan sifat-sifat asam! Pernahkah kamu mencuci dengan deterjen atau
sabun? Apa yang kamu rasakan pada tanganmu itu? Apakah licin dan terasa panas?
Seperti halnya dengan sabun, basa bersifat kaustik (licin), selain itu basa
juga bersifat alkali (bereaksi dengan protein di dalam kulit sehingga sel-sel
kulit akan mengalami pergantian). Kita dapat mengenali asam dan basa dari
rasanya. Namun, kita dilarang mengenali asam dan basa dengan cara mencicipi
karena cara tersebut bukan merupakan cara yang aman. Bagaimanakah cara
mengidentifikasi asam dan basa yang baik dan aman? Kamu dapat mengenali asam
dan basa dengan menggunakan indikator. Indikator yaitu suatu bahan yang dapat
bereaksi dengan asam, basa, atau garam sehingga akan menimbulkan perubahan
warna.
1. Asam
Kamu sudah mengetahui jika asam merupakan salah satu penyusun
dari berbagai bahan makanan dan minuman, misalnya cuka, keju, dan buah-buahan.
Menurut Arrhenius, asam adalah zat yang dalam air akan melepaskan ion H+. Jadi,
pembawa sifat asam adalah ion H+ (ion hidrogen), sehingga rumus kimia asam
selalu mengandung atom hidrogen. Tahukah kamu perbedaan antara ion, kation, dan
anion? Ion adalah atom atau sekelompok atom yang bermuatan listrik. Kation
adalah ion yang bermuatan listrik positif. Adapun anion adalah ion yang
bermuatan listrik negatif. Sifat khas lain dari asam adalah dapat bereaksi
dengan berbagai bahan seperti logam, marmer, dan keramik. Reaksi antara asam
dengan logam bersifat korosif. Contohnya, logam besi dapat bereaksi cepat
dengan asam klorida (HCl) membentuk Besi (II) klorida (FeCl2).
2. Basa (Hidroksida)
Jika kamu mencuci tangan dengan sabun, apa yang kamu rasakan
pada tanganmu? Dalam keadaan murni, basa umumnya berupa kristal padat dan
bersifat kaustik. Beberapa produk rumah tangga seperti deodoran, obat maag (antacid)
dan sabun serta deterjen mengandung basa. Basa adalah suatu senyawa yang
jika dilarutkan dalam air (larutan) dapat melepaskan ion hidroksida (OH-). Oleh
karena itu, semua rumus kimia basa umumnya mengandung gugus OH. Jika diketahui
rumus kimia suatu basa, maka untuk memberi nama basa, cukup dengan menyebut
nama logam dan diikuti kata
hidroksida.
3. Garam
Jika mendengar kata ”garam”, pastilah yang terbayang pada
benakmu adalah garam dapur. Garam dapur memang merupakan salah satu
contoh
garam. Dalam kehidupan sehari-hari pernahkah kamu melihat
orang yang sakit perut (maag dan sejenisnya)? Tahukah kamu
mengapa
orang yang sakit maag minum obat sakit maag atau antacid?
Apakah
antacid itu? Orang mengalami sakit perut disebabkan asam lambung
yang meningkat. Untuk menetralkan asam lambung (HCl) digunakan
antacid. Antacid
mengandung basa yang dapat menetralkan kelebihan
asam lambung (HCl). Umumnya zat-zat dengan sifat yang
berlawanan, seperti asam dan basa cenderung bereaksi membentuk zat baru. Bila
larutan asam direaksikan dengan larutan basa, maka ion H+ dari asam akan
bereaksi dengan ion OH- dari basa membentuk molekul air.
H+ (aq) + OH- (aq) H2O (ℓ)
Asam Basa Air
Karena air bersifat netral, maka reaksi asam dengan basa disebut
reaksi penetralan. Apakah terjadi reaksi antara ion negatif dari asam dan ion
positif logam dari basa? Ion-ion ini akan bergabung membentuk senyawa ion yang
disebut garam. Bila garam yang terbentuk ini mudah larut dalam air, maka ion-ionnya
akan tetap ada di dalam larutan. Tetapi jika garam itu sukar larut dalam air,
maka ion-ionnya akan bergabung membentuk suatu endapan. Jadi, reaksi asam
dengan basa disebut juga reaksi penggaraman karena membentuk senyawa garam.
Mari kita simak contoh reaksi pembentukan garam berikut!
Asam + Basa Garam + Air
Asam klorida + Natrium hidroksida Natrium klorida + air
HCl (aq) + Na OH (aq) Na Cl (aq) + H2O (ℓ)
Asam Basa Garam Air
Walaupun reaksi asam dengan basa disebut reaksi penetralan,
tetapi hasil reaksi (garam) tidak selalu bersifat netral. Sifat asam basa dari
larutan garam bergantung pada kekuatan asam dan basa penyusunnya. Garam yang
berasal dari asam kuat dan basa kuat bersifat netral, disebut garam normal,
contohnya NaCl dan KNO3. Garam yang berasal dari asam kuat dan basa lemah
bersifat asam dan disebut garam asam, contohnya adalah NH4 Cl. Garam yang
berasal dari asam lemah dan basa kuat bersifat basa dan disebut garam basa,
contohnya adalah CH3COONa.
Contoh asam kuat adalah HCl, HNO3, H2SO4. Adapun KOH, NaOH,
Ca(OH)2 termasuk basa kuat.
4. Larutan Asam, Basa, dan Garam Bersifat Elektrolit
Pernahkah kamu melihat seseorang mencari ikan dengan menggunakan
”setrum” atau aliran listrik yang berasal dari aki? Apa yang terjadi setelah
beberapa saat ujung alat yang telah dialiri arus listrik itu dicelupkan ke
dalam air sungai? Ternyata ikan yang berada di sekitar ujung alat itu terkena
aliran listrik dan pingsan atau mati. Apakah air dapat menghantarkan listrik?
Sebenarnya air murni adalah penghantar listrik yang buruk. Akan tetapi bila
dilarutkan asam, basa, atau garam ke dalam air maka larutan ini dapat
menghantarkan arus listrik. Zat-zat yang larut dalam air dan dapat membentuk
suatu larutan yang menghantarkan arus listrik dinamakan larutan elektrolit.
Contohnya adalah larutan garam dapur dan larutan asam klorida. Zat yang tidak
menghantarkan arus listrik dinamakan larutan nonelektrolit. Contohnya adalah
larutan gula dan larutan urea. Untuk mengetahui suatu larutan dapat menghantarkan
arus listrik atau tidak, dapat diuji dengan alat penguji elektrolit. Alat
penguji elektrolit sederhana terdiri dari dua elektroda yang dihubungkan dengan
sumber arus listrik searah dan dilengkapi dengan lampu, serta bejana yang
berisi larutan yang akan diuji. Mari kita lakukan kegiatan berikut untuk
mengetahui apakah asam, basa, dan garam dapat menghantarkan arus listrik.
1. Identifikasi Larutan Asam dan Basa Menggunakan Indikator
Alami
Percobaan yang telah kamu lakukan adalah mengidentifikasi suatu
larutan bersifat asam, basa atau netral dengan menggunakan kertas lakmus.
Adakah cara lain untuk mengidentifikasi suatu larutan?
Ada beberapa cara yang dapat kamu lakukan sendiri di rumah,
yaitu dengan menggunakan indikator alami. Berbagai bunga yang berwarna atau
tumbuhan, seperti daun, mahkota bunga, kunyit, kulit manggis, dan kubis ungu
dapat digunakan sebagai indikator asam basa. Ekstrak atau sari dari bahan-bahan
ini dapat menunjukkan warna yang berbeda dalam larutan asam basa.an arus
listrik.
Sebagai contoh, ambillah kulit manggis, tumbuklah sampai halus
dan campur dengan sedikit air. Warna kulit manggis adalah ungu (dalam keadaan
netral). Jika ekstrak kulit manggis dibagi dua dan masing-masing diteteskan
larutan asam dan basa, maka dalam larutan asam terjadi perubahan warna dari
ungu menjadi cokelat kemerahan. Larutan basa yang diteteskan akan mengubah
warna dari ungu menjadi biru kehitaman
C. Penentuan Skala Keasaman dan Kebasaan
1. Kekuatan Asam dan Basa
Masih ingatkah kamu dengan sifat asam dan basa? Misalnya
beberapa jenis asam dapat diminum atau dikonsumsi, sebaliknya ada beberapa asam
yang berbahaya bila kena kulit, karena dapat merusak jaringan. Asam juga dapat
merusak logam dan keramik. Apakah asam dan basa mempunyai kekuatan yang sama?
Kekuatan suatu asam atau basa tergantung bagaimana senyawa tersebut dapat
diuraikan menjadi ion-ion dalam air. Peristiwa terurainya suatu zat menjadi
ion-ionnya dalam air disebut ionisasi. Asam atau basa yang terionisasi secara
sempurna dalam larutan merupakan asam kuat atau basa kuat. Sebaliknya asam atau
basa yang hanya terionisasi sebagian merupakan asam lemah atau basa lemah.
Jika ingin mengetahui kekuatan asam dan basa kamu dapat
melakukan percobaan sederhana. Perhatikan nyala lampu saat mengadakan percobaan
uji larutan elektrolit. Bila nyala lampu redup
berarti larutan tergolong asam atau basa lemah, sebaliknya
apabila nyala lampu terang berarti larutan tersebut tergolong asam atau basa
kuat.
a) Nyala Lampu Redup
b) Nyala Lampu Terang
2. Derajat Keasaman dan Kebasaan (pH dan pOH)
Mungkin kamu pernah mendengar istilah pH suatu larutan. Apakah
pH itu? Pada dasarnya derajat/tingkat keasaman suatu larutan (pH =potenz
Hydrogen)) bergantung pada konsentrasi ion H+ dalam larutan. Semakin besar
konsentrasi ion H+ semakin asam larutan tersebut. Umumnya konsentrasi ion H+
pada larutan sangat kecil, maka untuk menyederhanakan penulisan digunakan
konsep pH untuk menyatakan konsentrasi ion H+. Nilai pH sama dengan negatif
logaritma konsentrasi ion H+ dan secara matematika dinyatakan dengan persamaan
pH = - log (H+)
Analog dengan pH, konsentrasi ion OH– juga dapat dinyatakan
dengan cara yang sama, yaitu pOH (Potenz Hydroxide) dinyatakan dengan
persamaan berikut.
pOH = - log (OH-)
Derajat keasaman suatu zat (pH) ditunjukkan dengan skala
0—14.
a. Larutan dengan pH < 7 bersifat asam.
b. Larutan dengan pH = 7 bersifat netral.
c. Larutan dengan pH > 7 bersifat basa.
Jumlah harga pH dan pOH = 14. Misalnya, suatu larutan memiliki
pOH = 5, maka harga pH = 14 – 5= 9.Harga
pH untuk beberapa jenis zat yang dapat kita temukan di lingkungan sehari-hari.
3. Menentukan pH Suatu Larutan
Derajat keasaman (pH) suatu larutan dapat ditentukan menggunakan
indikator universal, indikator stick, larutan indiaktor, dan pH meter.
a. Indikator Universal
Indikator
universal merupakan campuran dari bermacammacam
indikator yang dapat menunjukkan pH suatu larutan
dari perubahan warnanya. Indikator universal ada dua macam
yaitu indikator yang berupa kertas dan larutan.
b. Indikator Kertas (Indikator Stick)
Indikator kertas berupa kertas serap dan tiap kotak kemasan gambar:Indikator universal
indikator jenis ini dilengkapi dengan peta warna. Penggunaannya
sangat sederhana, sehelai indikator dicelupkan ke dalam larutan
yang akan diukur pH-nya. Kemudian dibandingkan dengan peta warna yang tersedia
c.
Larutan Indikator
Salah satu contoh indikator universal jenis larutan adalah
larutan
metil jingga (Metil Orange = MO). Pada pH kurang dari 6
larutan
ini berwarna jingga, sedangkan pada pH lebih dari 7 warnanya
menjadi kuning (Gambar 2.11).
Contoh indikator cair lainnya adalah indikator fenolftalin (Phenolphtalein
= pp). pH di bawah 8, fenolftalin tidak berwarna,
dan akan berwarna merah anggur apabila pH larutan di atas 10
(Gambar
2.12).
Gambar 2.11 Warna indikator metil jingga dalam larutan dengan ph
7,ph2,dan11.
(a) Larutan Asam (b) Larutan Basa
d. pH Meter
Pengujian
sifat larutan asam basa dapat juga menggunakan pH meter. Penggunaan alat ini
dengan cara dicelupkan pada larutan yang akan diuji, pada pH meter akan muncul
angka skala yang menunjukkan pH larutan.
BAB.3
UNSUR,
SENYAWA, DAN CAMPURAN
A. Unsur dan Lambang Unsur
Cobalah kamu pikirkan, apakah air, gula dapat diuraikan lagi
menjadi zat-zat lain? Apabila dikaji, semua zat terbentuk dari bagian-bagian
yang paling sederhana yang disebut unsur. Air dapat diuraikan lagi menjadi gas
hidrogen dan gas oksigen. Gula dapat diuraikan lagi menjadi karbon, oksigen,
dan hidrogen. Tahukah kamu bagaimana cara menguraikan air dan gula menjadi
unsur-unsur penyusunnya? Dapatkah karbon, hidrogen, dan oksigen diuraikan lagi
menjadi zat lain? Dengan reaksi kimia biasa karbon, oksigen, dan hidrogen tidak
dapat diuraikan lagi. Karbon, hidrogen, dan oksigen tergolong unsur. Unsur
didefinisikan sebagai zat tunggal yang tidak dapat diuraikan lagi menjadi
zat-zat lain yang lebih sederhana dengan reaksi kimia biasa. Kamu tentu punya
banyak teman. Bagaimana caramu untuk mengenalnya? Tentunya kamu terlebih dahulu
harus mengetahui namanya baru mengenalnya, bukan? Sama dengan unsur-unsur yang
akan kita pelajari, maka harus tahu terlebih dahulu nama unsur tersebut. Unsur
memiliki nama dan lambang unsur agar lebih mempermudah cara penulisan dan
mengenalnya.
2. Pendapat John Dalton (1766—1844)
Lambang unsur yaitu berupa lingkaran. Lambang-lambang unsur
menurut Dalton ini kurang praktis apabila digunakan untuk menuliskan zat yang
majemuk.
3. Pendapat Jons Jacob Berzelius
Lambang unsur yang sekarang digunakan adalah seperti yang
diusulkan oleh Jons Jacob Berzelius pada tahun 1813. Cara penulisan unsur
tersebut dengan ketentuan diambil huruf pertama dari nama unsur dan ditulis
dengan huruf kapital. Apabila ada dua unsur yang huruf depannya sama, maka
unsur yang lain tadi selain memakai huruf pertama yang ditulis dengan huruf
kapital diikuti salah satu huruf kecil yang terdapat dalam nama unsurnya.
Contoh:
Unsur Carbon dilambangkan C
Unsur Calsium dilambangkan Ca
Unsur Clorin dilambangkan CUnsur Cobalt dilambangkan Co
Unsur Nitrogen dilambangkan N
Unsur Natrium dilambangkan Na
Unsur Neon dilambangkan Nel
B. Rumus Kimia
Rumus kimia menunjukkan satu molekul dari suatu unsur atau suatu
senyawa. Rumus kimia juga disebut rumus molekul. Rumus kimia 
digolongkan
sebagai berikut.
1. Rumus Kimia Suatu Unsur
Dalam rumus kimia suatu unsur tercantum lambang atom unsur itu,
yang diikuti satu angka. Lambang unsur menyatakan nama atom
unsurnya dan angka yang ditulis agak ke bawah menyatakan jumlah
atom yang terdapat dalam satu molekul unsur tersebut.
Contoh:
a. O2 berarti 1 molekul, gas oksigen.
Gambar 3.6 Molekul Unsur O2
Dalam 1 molekul gas oksigen terdapat 2 atom oksigen
b. P4 berarti 1 molekul fosfor.
Dalam 1 molekul fosfor terdapat 4 atom fosfor.
Berbeda
halnya dengan 2 O dan 4 P.
a. 2 O berarti 2 atom oksigen yang terpisah dan tidak terikat
secara kimia.
b. 4 P berarti 4 atom fosfor yang terpisah dan tidak terikat
secara kimia
2. Rumus Kimia Suatu Senyawa
Pada rumus kimia suatu senyawa tercantum lambang atom unsurunsur
yang membentuk senyawa itu, dan tiap lambang unsur diikuti
oleh suatu angka yang menunjukkan jumlah atom unsur tersebut di
Gambar 3.7MolekulUnsur H2O
dalam satu molekul senyawa.
Contoh:
a. H2O berarti 1 molekul air
Dalam 1 molekul air terdapat 2 atom hidrogen dan 1 atom oksigen
(perhatikan Gambar 3.7).
b. CO2 berarti 1 molekul gas karbon dioksida
Dalam 1 molekul gas karbondioksida terdapat 1 atom karbon dan 2
atom oksigen.
c. C12H22O11 berarti 1 molekul gula
Dalam 1 molekul gula terdapat 12 atom karbon, 22 atom hidrogen,
dan 11 atom oksigen.
C. Sifat-Sifat Unsur, Senyawa, dan Campuran
Setelah kamu mengenal unsur dan lambang unsur serta senyawa maka
sekarang cobalah untuk membandingkan sifat-sifat unsur dengan sifat senyawa!
1. Sifat Unsur
Sampai saat ini telah dikenal tidak kurang dari 114 macam unsur
yang terdiri dari 92 unsur alam dan 22 unsur buatan. Berdasarkan sifatnya,
unsur dapat digolongkan menjadi unsur logam, unsur nonlogam, serta unsur
metaloid. Contoh unsur logam di antaranya besi, seng, dan tembaga. Contoh unsur
nonlogam di antaranya karbon, nitrogen, dan oksigen. Silikon dan germanium
tergolong metaloid. Coba carilah beberapa contoh dari unsur logam, unsur non
logam, dan unsur metaloid!
Bagaimana sifat-sifat dari unsur logam dan non logam? Cobalah
kamu amati sifat besi! Bagaimana wujud besi? Padat, cair, atau gas? Bagaimana
sifat kekerasannya, keras atau lunak? Dapatkah besi menghantarkan arus listrik
atau panas? Apakah logam dapat ditempa menjadi tipis? Apakah besi dapat dibuat
menjadi kawat? Bagaimana pula sifat dari unsur non logam? Belerang, tergolong
unsur non logam. Coba kamu cari contoh unsur non logam yang lain! Kemudian
bandingkan sifatnya. Sekarang coba kamu sebutkan 4 perbedaan sifat antara
logam, nonlogam, serta metaloid, yang meliputi:
a. wujud atau fase zat
b. daya hantar listrik dan panas
c. tingkat kekerasan
d. sifat fisik
2. Sifat Senyawa
Apakah air dapat diuraikan menjadi zat yang lebih sederhana
lagi? Ya, kamu dapat mencobanya dengan alat elektrolisis air. Unsur-unsur pembentuk
air adalah oksigen dan hidrogen. Jadi, air terdiri dari gas oksigen dan gas
hidrogen yang bergabung melalui reaksi kimia. Air dengan rumus kimia H2O,
memiliki sifat yang berbeda dengan unsurunsur pembentuknya, yaitu H2 dan O2
yang berupa gas. Air dapat diuraikan menjadi unsur-unsur pembentuknya, sehingga
disebut senyawa. Adapun hidrogen serta oksigen disebut unsur. Jadi, senyawa
adalah zat yang terbentuk dari unsur-unsur dengan perbandingan tertentu dan
tetap melalui reaksi kimia. Jadi, sifat senyawa tidak sama dengan sifat unsur
pembentuknya. Senyawa dapat dipisahkan menjadi unsur-unsur atau menjadi senyawa
yang lebih sederhana melalui reaksi kimia.
Di dalam tiap senyawa unsur-unsur penyusunnya mempunyai perbandingan massa yang tetap dan tertentu.
Misalnya,
a. Air (H2O), perbandingan massa unsur-unsur penyusunnya yaitu
Hidrogen : Oksigen adalah 1 : 8
b. Gula (C12 H22 O11), perbandingan massa unsur-unsur
penyusunnya yaitu
Karbon : Oksigen : Hidrogen adalah 72 : 88 : 11
c. Etanol (C2 H5OH), perbandingan massa unsur-unsur penyusunnya
yaitu
Karbon : Oksigen : Hidrogen adalah 12 : 8 : 3
3. Sifat Campuran
Cobalah kamu mengambil segenggam tanah! Perhatikan dengan
saksama apa yang terdapat dalam segenggam tanah tadi? Apakah ada pasir,
plastik, kayu, dan kerikil?
Tanah diklasifikasikan dalam campuran, yaitu campuran berbagai
macam unsur dan senyawa. Sifat asli zat-zat pembentuk campuran masih tampak,
sehingga komponen penyusun campuran tersebut dapat dikenali dan dapat
dipisahkan lagi. Perbandingan zat-zat penyusunnya tidak tentu seperti pada
senyawa. Ada dua macam campuran, yaitu campuran homogen dan campuran heterogen.
a. Campuran Homogen
Amati dengan saksama segelas air sirup. Apakah jernih atau
keruh? Apakah gula atau sirup dapat bercampur? Bila air sirup tersebut jernih
dan bercampur merata, dapat digolongkan sebagai
campuran homogen. Campuran homogen ini biasa disebut larutan.
Pada larutan, tiap-tiap bagian mempunyai susunan yang sama. Jadi di dalam
larutan sirup tersebut terdapat dua penyusun larutan, yakni air dan gula. Air
disebut pelarut, sedangkan gula disebut zat terlarut. Contoh campuran homogen
lainnya adalah minuman ringan (soft drink) dan larutan pembersih lantai.
b. Campuran Heterogen
Amati segelas air yang dicampur dengan pasir. Apa yang terdapat
di dasar gelas? Apa yang terapung? Apakah warna air tersebut jernih? Apakah
campuran pasir dan air itu merata? Apabila
zat-zat penyusunnya bercampur secara tidak merata dan campuran
ini tiap-tiap bagian tidak sama susunannya maka disebut campuran heterogen.
Contoh campuran heterogen yang lain adalah air kopi (bentuk cair) dan campuran
tepung dengan air (bentuk padat).
Susunan zat dalam suatu campuran sering dinyatakan dengan kadar
dari zat-zat pembentuk campuran itu. Kadar suatu zat dalam campuran dapat dinyatakan
sebagai jumlah zat dalam campuran dibandingkan jumlah seluruh campuran. Jumlah
zat dapat dinyatakan dalam dalam massa (g, kg) atau volume (m, ).
BAB.4
ZAT DAN
WUJUDNYA
A. Zat dan Perubahan Wujudnya
Berbagai macam benda yang kita jumpai memiliki kesamaan, yaitu
benda-benda tersebut memerlukan ruang atau tempat untuk keberadaannya. Air di
dalam gelas, menempati ruang bagian dalam gelas itu, batu di pinggir jalan
menempati ruang di pinggir jalan di mana ruangan itu tidak ditempati oleh benda
lain sebelum batu itu disingkirkan.
Udara dalam
balon
menempati ruang bagian dalam balon itu.
Manusia juga menempati ruang, misalkan dalam lift hanya cukup
ditempati paling banyak 8 orang dewasa, lebih dari itu ruang
dalam
lift tidak mencukupi lagi. Benda atau zat juga memiliki massa,
sebagai
contoh batu bila ditimbang dengan neraca menunjukkan nilai massa
tertentu. Balon berisi udara bila dibandingkan massanya dengan
balon
yang kempis, akan lebih berat balon berisi udara. Hal itu
menunjukkan
bahwa udara memiliki massa. Dapat disimpulkan bahwa zat adalah
sesuatu yang memiliki massa dan menempati ruangan. Ambillah balok kayu dan
letakkan di lantai, amati bentuk dan hitunglah volumenya bila mungkin. Kemudian
pindahkan ke atas meja, apakah terjadi perubahan pada bentuk maupun volumenya?
Ambillah sesendok air. Amati bentuknya dan perkirakan volumenya. Kemudian
tuangkan air tersebut ke sebuah piring. Bagaimana perubahan yang terjadi pada
bentuknya? Apakah volumenya berubah? Apabila minyak wangi disemprotkan ke suatu
ruangan biasanya dengan cepat aromanya menyebar sampai ke setiap sudut ruangan
itu. Hal itu membuktikan bahwa zat minyak wangi itu berubah dari bentuk semula,
yaitu botol langsung berubah bentuk memenuhi seluruh ruangan tersebut.Menurut
wujudnya zat digolongkan menjadi tiga yaitu
1. zat padat,
2. zat cair, dan
3.
zat gas.
B. Menafsirkan Susunan dan Gerak
Partikel pada
Berbagai Wujud Zat melalui Penalaran Pernahkah kamu melihat
pakaian basah yang dijemur di terik matahari? Ketika menjadi kering, ke manakah
air yang berada dalam pakaian basah
tersebut? Tentunya dapat dijawab bahwa air itu menguap. Apakah kita dapat melihat
uapnya? Tentu tidak karena partikel-partikel uap air itu sedemikian kecilnya,
sehingga tidak tampak oleh mata. Partikel-partikel kecil itu disebut molekul.
Molekul diartikan sebagai bagian terkecil benda yang masih memiliki sifat
seperti zat semula. Molekul-molekul tersusun oleh partikel lebih kecil lagi
yang disebut dengan atom. Atom berasal dari bahasa Yunani yaitu atomos yang
berarti bagian terkecil yang tidak dapat dibagi lagi. Dua atom atau lebih
secara kimia dapat bergabung membentuk molekul. Oleh karena itu, dapat
dikatakan semua zat terdiri atas molekul-molekul atau atom-atom penyusunnya.
Teori molekul atau teori atom dapat digunakan untuk menjelaskan
perubahan wujud zat. Zat padat mempunyai bentuk yang tetap, karena letaknya
berdekatan dan teratur. Selain itu, molekul-molekul zat padat tidak dapat
bergerak bebas karena satu sama lain mempunyai gaya tarik menarik yang sangat
kuat. Hal itulah yang menyebabkan molekul
padat
cair gas
molekul zat padat tidak mudah dipisahkan. Gerak molekul-molekul
zat padat hanya sebatas bergetar dan berputar pada tempatnya. Zat cair memiliki
bentuk yang tidak tetap dan selalu menyesuaikan tempatnya. Hal itu disebabkan
karena molekul-molekul zat cair letaknya berdekatan, tetapi gerakannya lebih
bebas dibanding gerak molekul zat padat. Molekul-molekul zat cair dapat dengan
mudah berpindah tempat, namun tidak mudah meninggalkan kelompoknya karena masih
ada gaya tarik menarik antar molekul-molekulnya. Zat gas memiliki bentuk dan
volume yang berubah-ubah, karena molekul-molekul gas dapat bergerak bebas.
Jarak antara molekulmolekulnya berjauhan apabila dibandingkan ukuran molekulnya
sendiri sehingga gaya tarik menariknya sangat lemah.
C. Membedakan Kohesi dan Adhesi
Berdasarkan Pengamatan
Setetes air yang jatuh di kaca meja akan berbeda bentuknya bila
dijatuhkan pada sehelai daun talas. Mengapa demikian? Antara molekul-molekul
air terjadi gaya tarik-menarik yang disebut dengan gaya kohesi molekul air.
Gaya kohesi diartikan sebagai gaya tarikmenarik antara partikel-partikel zat
yang sejenis Pada saat air bersentuhan dengan benda lain maka molekulmolekul
bagian luarnya akan tarik-menarik dengan molekul-molekul luar benda lain
tersebut. Gaya tarik-menarik antara partikel zat yang tidak sejenis disebut
gaya adhesi. Gaya adhesi antara molekul air dengan molekul kaca berbeda
dibandingkan gaya adhesi antara molekul air dengan molekul daun talas. Demikian pula gaya kohesi antarmolekul air
lebih kecildaripada gaya adhesi antara molekul air dengan molekul kaca. Itulah
sebabnya air membasahi kaca dan berbentuk melebar. Namun air tidak membasahi
daun talas dan tetes air berbentuk bulat-bulat menggelinding di permukaan
karena gaya kohesi antarmolekul air lebih besar daripada gaya adhesi antara
molekul air dan molekul daun talas. Gaya kohesi maupun gaya adhesi mempengaruhi
bentuk permukaan zat cair dalam wadahnya. Misalkan ke dalam dua buah tabung
reaksi masing-masing diisikan air dan raksa. Apa yang terjadi?
Permukaan air dalam tabung reaksi berbentuk cekung disebut
meniskus cekung, sedangkan permukaan raksa dalam tabung reaksi berbentuk
cembung disebut meniskus cembung, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.12
(halaman 74). Hal itu dapat dijelaskan bahwa gaya adhesi molekul air dengan
molekul kaca lebih besar daripada gaya kohesi antarmolekul air, sedangkan gaya
adhesi
D. Kapilaritas
Gaya kohesi dan gaya adhesi berpengaruh pada gejala kapilaritas.
Kapilaritas adalah gejala naik atau turunnya cairan di dalam pipa kapiler atau
pipa kecil. Sebuah pipa kapiler kaca bila dicelupkan pada tabung berisi air
akan dijumpai air dapat naik ke dalam pembuluh kaca pipa kapiler, sebaliknya
bila pembuluh pipa kapiler dicelupkan pada tabung berisi air raksa akan dijumpai
bahwa raksa di dalam pembuluh kaca pipa kapiler lebih rendah permukaannya
dibandingkan permukaan raksa dalam tabung. Jadi, kapilaritas sangat tergantung
pada kohesi dan adhesi. Air naik dalam pembuluh pipa kapiler dikarenakan adhesi
sedangkan raksa turun dalam pembuluh pipa kapiler dikarenakan kohesi.
Air Raksa Air dalam pipa kapiler Raksa dalam pipa kapiler
E. Massa Jenis dan Pengukurannya
Sebuah kelereng dapat ditimbang massanya dan dihitung volumenya.
Hasil perbandingan antara massa dan volume kelereng menunjukkan kerapatan
molekul-molekul di dalam kelereng. Hasil tersebut tentunya berbeda dengan
perhitungan yang didapat dari perbandingan massa suatu bola gabus dengan volumenya.
Kerapatan
molekul-molekul kelereng lebih tinggi daripada kerapatan molekul-molekul gabus.
Dalam ilmu alam, kerapatan sering disebut dengan massa jenis. Pengertian massa
jenis adalah massa tiap satuan volume. Massa jenis dilambangkan dengan simbol (dibaca rho), salah satu huruf Yunani.
Massa jenis benda sering disebut dengan kerapatan benda dan merupakan ciri khas
setiap jenis benda. Massa jenis tidak tergantung pada jumlah benda. Apabila
jenisnya sama maka nilai massa jenisnya juga sama. Misalnya, setetes air dan
seember air mempunyai nilai massa jenis sama yaitu 1 gram/cm3. Berbagai logam
memiliki nilai massa jenis besar dikarenakan atom-atom dalam susunan molekulnya
memiliki kerapatan yang besar. Gabus atau stirofoam mempunyai massa jenis kecil
karena susunan atom-atom dalam molekulnya memiliki kerapatan kecil.
F. Penggunaan Konsep Massa Jenis dalam Kehidupan Sehari-Hari
1. Kapal Selam
Tahukah kamu mengapa es dapat terapung di air, sedangkan batu
tenggelam dalam air? Es memiliki massa jenis lebih kecil dari air, sehingga es
dapat terapung dalam air. Batu tenggelam dalam air karena memiliki massa jenis
lebih besar daripada air. Tahukah kamu mengapa kapal selam dapat terapung dan
tenggelam di air? Ketika terapung massa jenis total kapal selam lebih kecil
dari air laut dan sewaktu tenggelam massa jenis total kapal selam lebih besar
dari air laut. Kapal selam memiliki tangki pemberat yang berisi air dan udara.
Tangki tersebut terletak di antara lambung kapal sebelah dalam dan luar. Tangki
dapat berfungsi membesar atau memperkecil massa jenis total kapal selam. Ketika
air laut dipompa masuk ke dalam tangki pemberat, massa jenis kapal selam lebih
besar dan sebaliknya agar massa jenis total kapal selam menjadi kecil, air laut
dipompa keluar.
2. Balon Gas
Pernahkah kamu melihat balon udara? Tahukah kamu, gas apa yang
terdapat di dalamnya? Balon gas berisi gas helium. Gas helium memiliki massa
jenis yang lebih kecil dari udara, sehingga balon gas
bisa naik ke atas.
Gambar
4.19 Balon Udara.
3. Air Minum Dingin di Dalam Lemari Es
Suatu ketika kamu mungkin pernah melihat dalam botol air minum
dingin yang berasal dari lemari es terdapat endapan kapur. Kenapa hal itu dapat
terjadi? Air yang jernih dapat juga mengandung kapur, namun apabila dilihat
langsung dengan mata tidak kelihatan. Ketika air dingin massa jenis air lebih
kecil dan terpisah dari kapur sehingga kapur yang memiliki massa jenis lebih
besar akan turun ke bawah dan mengendap.
Bab.5
PEMUAIAN
Gambar
5.1Rel Kereta api
Sebagian besar zat akan memuai bila dipanaskan dan menyusut
ketika didinginkan. Bila suatu zat dipanaskan (suhunya dinaikkan) maka
molekul-molekulnya akan bergetar lebih cepat dan amplitudo getaran akan
bertambah besar, akibatnya jarak antara molekul benda menjadi lebih besar dan
terjadilah pemuaian. Pemuaian adalah bertambahnya ukuran benda akibat kenaikan
suhu zat tersebut. Pemuaian dapat terjadi pada zat padat, cair, dan gas.
Besarnya pemuaian zat sangat tergantung ukuran benda semula, kenaikan suhu dan
jenis zat. Efek pemuaian zat sangat bermanfaat dalam pengembangan berbagai
teknologi.
A. Pemuaian Zat Padat
Coba kamu amati bingkai kaca jendela di ruang kelasmu! Adakah
bingkai jendela yang melengkung? Tahukah kamu apa sebabnya?
Bingkai jendela tersebut melengkung tidak lain karena mengalami
pemuaian.
Pemuaian yang terjadi pada benda, sebenarnya terjadi pada
seluruh bagian benda tersebut. Namun demikian, untuk mempermudah pemahaman maka
pemuaian dibedakan tiga macam, yaitu pemuaian panjang, pemuaian luas, dan
pemuaian volume.
1. Pemuaian Panjang
Pernahkah kamu mengamati kabel jaringan listrik pada pagi hari
dan siang hari? Kabel jaringan akan tampak kencang pada pagi hari dan tampak
kendor pada siang hari. Kabel tersebut mengalami pemuaian panjang akibat
terkena panas sinar matahari. Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian
panjang berbagai jenis zat padat adalah musschenbroek. Pemuaian panjang
suatu benda dipengaruhi oleh panjang mula-mula benda, besar kenaikan suhu, dan
tergantung dari jenis benda.
Jika yang dipanaskan adalah suatu lempeng atau plat tipis maka
plat tersebut akan mengalami pemuaian pada panjang dan lebarnya. Dengan
demikian lempeng akan mengalami pemuaian luas atau pemuaian bidang. Pertambahan
luas zat padat untuk setiap kenaikan 1ºC pada zat seluas 1 m2 disebut koefisien
muai luas (β). Hubungan antara luas benda, pertambahan luas suhu, dan koefisien
muai luas suatu zat adalah
A = A0 + A
A = A0 – β t
A = A0 (1+ β t)
Keterangan:
A = Luas akhir (m2)
Δ0 = Pertambahan luas (m2)
A0 = Luas mula-mula
(m2)
β = Koefisien muai luas zat (/º C)
Δt = Kenaikan suhu (ºC)
3. Pemuaian Volume
Jika suatu balok mula-mula memiliki panjang P0, lebar L0,
dan tinggi h0 dipanaskan hingga suhunya bertambah Δt, maka
berdasarkan pada pemikiran muai panjang dan luas diperoleh harga volume balok
tersebut sebesar.
V = V0 + V
V = V0 . . t
V = V0 (1 + . t)
B. Pemuaian Zat Cair
Pada zat cair tidak melibatkan muai panjang ataupun muai luas,
tetapi hanya dikenal muai ruang atau muai volume saja. Semakin tinggi suhu yang
diberikan pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya. Pemuaian zat
cair untuk masing-masing jenis zat cair berbeda-beda, akibatnya walaupun
mula-mula volume zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi
berbeda-beda. Pemuaian volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena
peningkatan suhu. Titik
pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut titik tripel.
C. Pemuaian pada Gas
Mungkin kamu pernah menyaksikan mobil atau motor yang sedang
melaju di jalan tiba-tiba bannya meletus?. Ban mobil tersebut meletus karena
terjadi pemuaian udara atau gas di dalam ban. Pemuaian tersebut terjadi karena
adanya kenaikan suhu udara di ban mobil akibat gesekan roda dengan aspal. γ
adalah koefisien muai volume. Nilai γ sama untuk semua gas, yaitu 1/273 oC-1
Pemuaian gas dibedakan tiga macam, yaitu
a. pemuaian gas pada suhu tetap (isotermal),
b. pemuaian gas pada tekanan tetap, dan
c.
pemuaian gas pada volume tetap.
1. Pemuaian Gas pada Suhu Tetap
(Isotermal)
Pernahkah kalian memompa ban dengan pompa manual seperti
Gambar 5.8? Apa yang kalian rasakan ketika baru pertama kali
menekan pompa tersebut? Apa yang kalian rasakan ketika kalian
menekannya lebih jauh? Awalnya mungkin terasa ringan. Namun,
lama kelamaan menjadi berat. Hal ini karena ketika kita menekan
pompa, itu berarti volume gas tersebut mengecil.
Pemuaian gas pada suhu tetap berlaku hukum Boyle, yaitu gas
di dalam ruang tertutup yang suhunya dijaga tetap, maka hasil
kali
tekanan dan volume gas adalah tetap.
2. Pemuaian Gas pada Tekanan Tetap
(Isobar)(Pengayaan)
Pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku hukum Gay Lussac, yaitu gas
di dalam ruang tertutup dengan tekanan dijaga tetap, maka volume gas
sebanding dengan suhu mutlak gas.
3. Pemuaian Gas Pada Volume Tetap (Isokhorik)
(Pengayaan)
Pemuaian gas pada volume tetap berlaku hukum Boyle-Gay Lussac,
yaitu jika volume gas di dalam ruang tertutup dijaga tetap, maka tekanan
gas sebanding dengan suhu mutlaknya
D. Penerapan Prinsip Pemuaian Zat dalamnKehidupan Sehari-Hari
Prinsip pemuaian zat banyak diterapkan dalam kehidupan
sehari-hari.
Berikut
ini adalah beberapa contoh penerapannya.
1. Pemasangan Kaca Jendela
Pemasangan kaca jendela memperhatikan juga ruang muai bagi
kaca sebab koefisien muai kaca lebih besar daripada koefisien
muai
kayu tempat kaca tersebut dipasang. Hal ini penting sekali untuk
menghindari terjadinya pembengkokan pada bingkai
2. Pemasangan Sambungan Rel Kereta Api
Penyambungan rel kereta api harus menyediakan celah antara satu
batang rel dengan batang rel lain. Jika suhu meningkat, maka batang rel akan
memuai hingga akan bertambah panjang. Dengan diberikannya ruang muai antar rel
maka tidak akan terjadi desakan antar rel yang akan mengakibatkan rel menjadi
bengkok.
3. Pemasangan Bingkai Besi pada Roda
Pedati
Bingkai roda pedati pada keadaan normal dibuat sedikit lebih
kecil daripada tempatnya sehingga tidak dimungkinkan untuk dipasang secara
langsung pada tempatnya. Untuk memasang bingkai tersebut, terlebih dahulu besi
harus dipanaskan hingga memuai dan ukurannya pun akan menjadi lebih besar
daripada tempatnya sehingga memudahkan untuk dilakukan pemasangan bingkai
tersebut. Ketika suhu mendingin, ukuran bingkai kembali mengecil dan terpasang
kuat pada tempatnya.
4. Pemasangan Jaringan Listrik dan Telepon
Kabel jaringan listrik atau telepon dipasang kendur dari tiang
satu ke tiang lainnya sehingga saat udara dingin panjang kabel akan sedikit
berkurang dan mengencang. Jika kabel tidak dipasang kendur, maka saat terjadi
penyusutan kabel akan terputus.
5. Keping Bimetal
Keping bimetal adalah dua buah keping logam yang memiliki
koefisien muai panjang berbeda yang dikeling menjadi satu. Keping bimetal
sangat peka terhadap perubahan suhu. Pada suhu normal panjang keping bimetal
akan sama dan kedua keping pada posisi lurus. Jika suhu naik kedua keping akan
mengalami pemuaian dengan pertambahan panjang yang berbeda. Akibatnya keping
bimetal akan membengkok ke arah logam yang mempunyai koefisien muai panjang
yang kecil. Keping bimetal dapat dimanfaatkan dalam berbagai keperluan misalnya
pada termometer bimetal, termostat bimetal pada seterika listrik, saklar alarm
bimetal, sekring listrik bimetal.
Pemanfaatan pemuaian zat yang tidak sama koefisien muainya dapat
berguna bagi industri otomotif, misalnya pada bimetal yang dipasang sebagai
saklar otomatis atau pada lampu reting kendaraan.
BAB.6
KALOR
A. Pengertian Kalor
Peristiwa yang melibatkan kalor sering kita jumpai dalam
kehidupan sehari-hari. Misalnya, pada waktu memasak air dengan menggunakan kompor. Air yang semula dingin lama kelamaan
menjadi panas. Mengapa air menjadi panas? Air menjadi panas karena mendapat
kalor, kalor yang diberikan pada air mengakibatkan suhu air naik. Dari manakah
kalor itu? Kalor berasal dari bahan bakar, dalam hal ini terjadi perubahan
energi kimia yang terkandung dalam gas menjadi energi panas atau kalor yang
dapat memanaskan air.
B. Kalor dapat Mengubah Wujud Zat
Suatu zat apabila diberi kalor terus-menerus dan mencapai suhu
maksimum, maka zat akan mengalami perubahan wujud. Peristiwa ini juga berlaku
jika suatu zat melepaskan kalor terus-menerus dan mencapai suhu minimumnya.
Oleh karena itu, selain kalor dapat digunakan untuk mengubah suhu zat, juga
dapat digunakan untuk mengubah wujud zat. Lakukanlah kegiatan berikut ini. untuk
memahami hubungan antara kalor dan perubahan wujud zat,
C. Perpindahan Kalor
Beras yang dimasukkan ke dalam panci berisi air dan diletakkan
di atas kompor menyala, lama-kelamaan akan menjadi nasi. Api kompor
mengeluarkan kalor yang berpindah dari panci ke air kemudian air menjadi panas
dan memanaskan beras sehingga beras menjadi nasi. Kamu telah mengetahui bahwa
kalor merupakan salah satu bentuk energi dan dapat berpindah apabila terdapat
perbedaan suhu. Secara alami kalor berpindah dari zat yang suhunya tinggi ke
zat yang suhunya rendah. Bagaimana kalor dapat berpindah? Apabila ditinjau dari
cara perpindahannya, ada tiga cara dalam perpindahan kalor yaitu:
1. konduksi (hantaran),
2. konveksi (aliran), dan
3. radiasi (pancaran).
1. Perpindahan Kalor secara Konduksi
Ketika kamu sedang duduk di kursi paling belakang dan ingin
memberikan buku kepada temanmu yang duduk di kursi paling depan, apa yang akan
kamu lakukan? Kamu dapat memberikan buku itu kepada temanmu yang duduk di
depanmu, lalu temanmu itu memberikannya kepada temanmu yang duduk di depannya
lagi. Demikian seterusnya sampai buku itu itu diterima oleh teman yang
kamu tuju. Buku dapat sampai ke teman yang kamu tuju karena
adanya perpindahan buku dari tangan ke tangan yang lainnya. Apakah temanmu yang
memberikan buku ikut berpindah? Jelaslah buku dapat berpindah tetapi
teman-temanmu tidak ikut berpindah. Demikian pula hantaran kalor secara
konduksi.
2. Perpindahan Kalor secara Konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada zat cair dan gas.
Perpindahan kalor secara konveksi terjadi karena adanya perbedaan massa jenis
dalam zat tersebut. Perpindahan kalor yang diikuti oleh perpindahan
partikel-partikel zatnya disebut konveksi/aliran. Selain perpindahan kalor
secara konveksi terjadi pada zat cair, ternyata konveksi juga dapat terjadi
pada gas/udara. Peristiwa konveksi kalor melalui penghantar gas sama dengan
konveksi kalor melaui penghantar air.
Kegiatan tersebut juga dapat digunakan untuk menjelaskan prinsip
terjadinya angin darat dan angin laut.
a. Angin Darat
Angin darat terjadi pada malam hari dan berhembus dari darat ke
laut. Hal ini terjadi karena pada malam hari udara di atas laut lebih panas
dari udara di atas darat, sehingga udara di atas laut naik diganti udara di
atas darat. Maka terjadilah aliran udara dari darat ke laut. Angin darat
dimanfaatkan oleh para nelayan menuju ke laut untuk menangkap ikan.
b. Angin Laut
Angin laut terjadi pada siang hari dan berhembus dari laut ke
darat. Hal ini terjadi karena pada siang hari udara di atas darat lebih panas
dari udara di atas laut, sehingga udara di atas darat naik diganti udara di
atas laut. Maka terjadilah aliran udara dari laut ke darat. Angin laut
dimanfaatkan oleh nelayan untuk kembali ke darat atau pantai setelah menangkap
ikan.
3. Perpindahan Kalor secara Radiasi
Bagaimanakah energi kalor matahari dapat sampai ke bumi? Telah
kita ketahui bahwa antara matahari dengan bumi berupa ruang hampa udara,
sehingga kalor dari matahari sampai ke bumi tanpa melalui zat perantara.
Perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara atau medium ini disebut
radiasi/hantaran. Contoh perpindahan kalor secara radiasi, misalnya pada waktu
kita mengadakan kegiatan perkemahan, di malam hari yang dingin sering
menyalakan api unggun. Saat kita berada di dekat api unggun badan kita terasa
hangat karena adanya perpindahan kalor dari api unggun ke tubuh kita secara
radiasi. Walaupun di sekitar kita terdapat udara yang dapat memindahkan kalor
secara konveksi, tetapi udara merupakan penghantar kalor yang buruk (isolator).
Jika antara api unggun dengan kita diletakkan sebuah penyekat atau tabir,
ternyata hangatnya api unggun tidak dapat kita rasakan lagi. Hal ini berarti
tidak ada kalor yang sampai ke tubuh kita, karena terhalang oleh penyekat itu.
Dari peristiwa api unggun dapat disimpulkan bahwa
a. dalam peristiwa radiasi, kalor berpindah dalam bentuk cahaya,
karena cahaya dapat merambat dalam ruang hampa, maka kalor pun dapat merambat
dalam ruang hampa;
b. radiasi kalor dapat dihalangi dengan cara memberikan tabir/
penutup yang dapat menghalangi cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya.
BAB 7
SIFAT
ZAT DAN PEMISAHAN CAMPURAN
A. Sifat Zat
Apakah kamu mempunyai termometer? Tahukah kamu mengapa pada
termometer digunakan raksa (Hg) untuk mengisi pipa kapiler? Raksa dipilih
karena memiliki beberapa kelebihan sifat fisik dan sifat kimia. Tahukah kamu
bahwa peralatan yang diproduksi selalu mempertimbangkan sifat fisik dan sifat
kimia zat? Mengapa demikian? Mari kita pelajari bersama.
1. Sifat Fisika
Amati bangunan di rumahmu. Terbuat dari zat apa sajakah bangunan
itu? Apakah zat-zat tersebut berbeda sifat satu dengan yang lainnya? Di dalam
rumahmu tentu terdapat kayu, besi, batu, kaca, pasir, dan bahan-bahan lain yang
berbeda sifatnya. Agar dapat memanfaatkan bahan-bahan tersebut secara maksimal
kita harus tahu sifat masing-masing zat. Besi misalnya, bahan ini sangat kuat
dan tahan terhadap panas, namun bila sering kena air akan cepat berkarat atau
mengalami korosi sehingga mudah rusak. Kamu tentu mudah mengenali suatu zat
berdasarkan sifat-sifat fisiknya. Dapatkah kamu menyebutkan sifat-sifat fisis
yang sudah kamu kenal? Menurutmu, apakah warna, bentuk, ukuran, kepadatan,
titik lebur, dan titik didih tergolong sifat fisika? Beberapa contoh
sifat-sifat fisik yang lainnya meliputi sifat mekanik, sifat termik, dan sifat
listrik.
Dengan mengenal sifat fisis suatu zat, maka akan membantu kita
dalam memanfaatkan zat itu. Tabel berikut menyajikan perbedaan sifat fisik
antara tembaga dengan baja.
2. Sifat Kimia
Coba bandingkanlah antara minyak tanah dengan bensin! Manakah di
antara keduanya yang mudah terbakar? Hal inilah yang disebut dengan sifat
kimia, yaitu sifat mudah atau sukar terbakarnya suatu zat. Coba kamu berikan
contoh sifat kimia lain selain mudah terbakar. Jadi, sifat kimia adalah sifat
zat yang berkaitan dengan perubahan kimia yang dialami oleh suatu zat. Contoh
lain dari sifat kimia misalnya, suatu zat mudah atau sukar berkarat. Besi mudah
sekali berkarat apabila terkena udara lembab, air hujan sehingga penggunaa besi
dapat digantikan dengan baja anti karat untuk membangun jembatan. Perhatikan
pula pipa air minum yang terpendam dalam tanah! Sekarang sudah banyak digunakan
pipa PVC sebagai pengganti pipa besi karena sifat berkarat besi sangat cepat
dan mudah bereaksi zat dengan zat lain.
B. Pemisahan Campuran
Campuran tersusun dari dua zat atau lebih. Sebagai contoh, air
laut tersusun dari air, garam, dan zat padat terlarut lainnya. Susu tersusun
dari, lemak dan zat padat lain yang terlarut. Pada bab sebelumnya kamu telah
mempelajari bahwa campuran terbentuk dari gabungan beberapa macam unsur dan
senyawa. Oleh karena itu, untuk memisahkan komponen-komponen penyusun campuran
dapat dilakukan dengan berbagai cara sesuai karakteristik sifat zat-zat
penyusunnya. Pemisahan komponen-komponen penyusun campuran dapat dipisahkan
dengan beberapa cara, yakni penyaringan, destilasi, sublimasi, kristalisasi,
dan kromatografi.
1. Penyaringan (Filtrasi)
Apakah kamu suka minum es jeruk? Bagaimanakah cara membuatnya?
Sebelum disajikan sebagai minuman es jeruk, biasanya air perasan jeruk disaring
terlebih dahulu. Mengapa? Pemisahan dengan cara filtrasi bertujuan untuk
memisahkan zat padat dari zat cair dalam suatu campuran berdasarkan
perbandingan wujudnya. Alat yang kita gunakan untuk menyaring disebut
penyaring. Ukuran penyaring disesuaikan dengan ukuran zat yang akan disaring.
Sebagai contoh, pemisahan pasir dan kerikil tentu membutuhkan saringan yang
berbeda dengan saringan yang digunakan untuk menyaring tepung.
2. Destilasi
Destilasi atau penyulingan adalah suatu cara pemisahan campuran
yang didasarkan pada perbedaan titik didih komponen-komponen penyusun campuran.
Jadi, destilasi ini digunakan untuk memisahkan campuran dari dua atau lebih
cairan yang mempunyai titik didih berbeda.
3. Pengkristalan (Kristalisasi)
Nah, sekarang kita akan membahas tentang pemisahan campuran
dengan cara kristalisasi atau pengkristalan. Kristalisasi ini banyak dilakukan
oleh para pembuat garam/petani garam. Garam dihasilkan melalui cara menguapkan
air laut. Prosesnya sederhana, yaitu sebagai berikut. Mula-mula air laut
dialirkan ke tambak-tambak dan dibiarkan menguap karena panas matahari hingga
beberapa hari. Setelah semua air menguap, akan dihasilkan kristal-kristal
garam.
4. Sublimisasi
Sublimisasi adalah perubahan zat dari wujud padat ke gas atau
sebaliknya. Pemisahan campuran dengan sublimisasi dilakukan bila zat yang dapat
menyublim (misalnya kapur barus/ kamfer) tercampur dengan zat lain yang tidak
dapat menyublim (misalnya arang).
5. Kromatografi
Apakah kromatografi itu? Pemisahan campuran dengan cara
kromatografi didasarkan pada perbedaan kecepatan merambat antara
partikel-partikel zat yang bercampur pada medium tertentu. Contoh pemisahan
secara kromatografi adalah rembesan air pada dinding yang menghasilkan
garis-garis dengan jarak tertentu.
BAB 8
PERUBAHAN
MATERI DAN REAKSI KIMIA
A. Materi dan Perubahannya
1. Pengertian Materi
Apakah kamu tahu, apa yang disebut dengan materi? Segala sesuatu
di alam ini tergolong materi. Pada dasarnya segala sesuatu yang memiliki massa
dan menempati ruang dapat digolongkan sebagai materi. Sebagai contoh, batu dan
air tergolong suatu materi, karena keduanya memiliki massa dan volume. Apakah
udara tergolong materi?
2. Perubahan Fisika
Apa yang terjadi jika air dimasukkan ke dalam lemari pendingin?
Apa yang terjadi jika es kamu letakkan di udara terbuka? Mengapa hal itu dapat
terjadi? Peristiwa perubahan tersebut tergolong perubahan fisika. Pada
perubahan fisika, hanya terjadi perubahan yang tidak menghasilkan zat baru.
Perubahan ini hanya menimbulkan perubahan wujud zat saja. Apakah contoh
perubahan fisika yang lain? Logam besi dipanaskan pada suhu tinggi akan
membara, lunak dan mencair. Warnanya pun berubah kemerahan dengan suhu yang
sangat panas, namun bila suhunya turun, besi akan kembali seperti semula. Pada
perubahan ini, tidak menghasilkan zat baru, sehingga digolongkan perubahan
fisika.
3. Perubahan Kimia
Pernahkah kamu menggunakan obat nyamuk bakar? Apa yang terjadi
pada obat nyamuk setelah terbakar? Obat nyamuk yang dibakar akan menimbulkan
bau, asap, dan abu. Abu, asap, dan bau yang terjadi merupakan zat baru hasil
pembakaran. Zat baru tersebut tidak dapat dikembalikan ke bentuk asalnya. Hal
ini disebabkan susunan materinya mengalami perubahan setelah mengalami
pembakaran.
B. Reaksi Kimia
Kamu tentu sering mendengar tentang reaksi kimia, tapi apakah
reaksi kimia itu? Reaksi kimia artinya perubahan kimia yang terjadi pada materi
atau zat. Dalam reaksi kimia, selalu terjadi perubahan yang menghasilkan zat
baru, yang sifat-sifatnya berbeda dari zat sebelumnya. Sebagai contoh kertas
yang dibakar akan menghasilkan abu yang berwarna hitam. Abu merupakan zat baru
karena sifatsifatnya berbeda dari kertas, sehingga pembakaran kertas tergolong
reaksi kimia.
1. Pereaksi dan Hasil Reaksi
Pada reaksi kimia, ada dua komponen yang terlibat dalam suatu
reaksi kimia, yakni zat-zat sebelum reaksi dan zat-zat setelah reaksi. Zat–zat
yang bereaksi disebut pereaksi (reaktan) dan zat-zat yang dihasilkan disebut
hasil reaksi (produk). Zat pereaksi (reaktan) letaknya di sebelah kiri tanda
anak panah, sedangkan zat hasil (produk) terletak di sebelah kanan (tanda anak
panah).
2. Persamaan Reaksi
Koefisien reaksi merupakan perbandingan jumlah partikel dari zat
yang terlibat dalam reaksi. Karena satu molekul zat mengandung jumlah partikel
yang sama, maka perbandingan jumlah partikel sama dengan perbandingan jumlah
molekul. Jadi, koefisien reaksi adalah angka yang terletak didepan rumus kimia
yang merupakan perbandingan jumlah molekul dalam reaksi. Angka yang terletak di
kanan bawah lambang unsur disebut indeks. Indeks menyatakan jumlah atom di
samping kirinya. Koefisien dan indeks berguna dalam menentukan jumlah atom-atom
dalam suatu rumus molekul.
3. Menyetarakan Persamaan Reaksi
Reaksi kimia disebut setara apabila jumlah atom-atom sebelum
bereaksi sama dengan jumlah atom-atom sesudah reaksi. Hal ini sesuai dengan
hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier). Masih ingatkah kamu bunyi Hukum
Kekekalan Massa?
Langkah-langkah yang dilakukan untuk menyamakan jumlah atom
unsur-unsur sebelum dan sesudah reaksi disebut penyetaraan persamaan reaksi.
Secara umum, langkah–langkah penyetaraan persamaan reaksi adalah sebagai
berikut.
a. Menuliskan persamaan reaksi yang belum setara, yaitu
menuliskan rumus kimia pereaksi atau hasil reaksi secara benar,
dilengkapi dengan wujud (fase) masing-masing zat.
b. Menentukan jumlah atom masing-masing unsur di ruas kiri dan
ruas kanan persamaan reaksi
c. Memberikan koefisien untuk tiap rumus kimia pada persamaan reaksi
sehingga persamaan reaksi setara (harga koefisien satu tidak dituliskan)
d. Memeriksa kembali jumlah atom unsur-unsur pada kedua ruas
persamaan reaksi setelah diberi koefisien
C. Ciri-Ciri Reaksi Kimia
Kita mengenal terjadinya suatu reaksi kimia dari perubahan yang
diakibatkan oleh reaksi tersebut. Dalam suatu reaksi kimia sering diikuti
perubahan-perubahan, misalnya terbentuknya endapan, terjadi perubahan warna,
dan terbentuknya gas dan adanya perubahan suhu. Keempat perubahan tersebut
dikenal dengan ciri-ciri reaksi kimia.
1. Reaksi Kimia Menghasilkan Endapan
Pernahkah kamu mengamati dasar panci yang digunakan untuk
memasak air? Apa yang menempel pada dasar panci tersebut? Zat yang menempel
pada dasar panci adalah kerak berwarna putih agak
cokelat.
Zat tersebut adalah senyawa kalsium karbonat. Senyawa ini dapat terbentuk bila
air yang mengandung kapur dipanaskan.
2. Reaksi Kimia Menghasilkan Perubahan
Warna
Pernahkah kamu melihat buah apel setelah dibelah atau digigit?
Cobalah kamu ambil satu buah apel, dan belahlah dengan pisau
menjadi dua bagian atau gigitlah. Amatilah permukaan buah apel
setelah kamu belah atau kamu gigit dan biarkan beberapa saat.
Amati kembali permukaan buah apel tadi. Adakah perubahan yang
terjadi? Permukaan buah
apel setelah dibelah atau digigit lama kelamaan
akan berubah warnanya menjadi cokelat. Perubahan warna itu
menunjukkan bahwa zat kimia yang terdapat pada buah apel telah
bereaksi dengan oksigen di udara.
3. Reaksi Kimia Menghasilkan Gas
Pernahkah kamu membuat kue dengan menambahkan soda kue ke
dalamnya? Pada saat adonan dipanaskan, soda kue akan terurai menghasilkan gas
karbon dioksida (CO2). Gas inilah yang menyebabkan kue dapat mengembang. Apa
yang terjadi jika dalam adonan kue tidak ditambahkan soda kue? Selain pada
pembuatan kue, gejala reaksi kimia yang menghasilkan terbentuknya gas dapat
kita temui ketika karbit dicampur dengan air, sehingga akan menghasilkan gas
karbit. Gas karbit banyak digunakan dalam pengelasan untuk menyambung logam.
Tahukah kamu apa manfaat gas karbit yang lainnya?
4. Reaksi Kimia Menghasilkan Perubahan
Suhu
Dalam kehidupan sehari-hari sering kita lihat orang mencampur
batu gamping atau batu kapur dengan air untuk melabur, atau mengecat tembok dan
pagar rumah. Pernahkah kamu perhatikan peristiwa yang terjadi pada saat batu
gamping atau batu kapur dicampur dengan air? Pada saat batu gamping atau batu
kapur bercampur dengan air akan terjadi reaksi yang melepaskan panas disertai
dengan kepulan asap.
Reaksi kimia selalu melibatkan energi, ada reaksi yang
melepaskan energi dan ada pula reaksi yang menyerap energi. Energi yang
menyertai reaksi kimia dapat berupa energi panas. Reaksi yang melepaskan panas
seperti reaksi antara air dan batu gamping sering disebut reaksi eksoterm.
Reaksi yang menyerap panas seperti reaksi fotosintesis pada daun disebut reaksi
endoterm
D. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi
Kecepatan Reaksi Kimia
Pada setiap pergantian tahun dan hari raya Idul Fitri atau
Lebaran banyak kita saksikan pesta kembang api dan petasan. Kembang api dan
petasan dibuat oleh manusia dari bahan yang mudah terbakar dan termudah
meledak. Peristiwa terbakarnya kembang api dan meledaknya petasan merupakan
contoh peristiwa kimia yang berlangsung secara cepat. Kita juga sering melihat
besi yang berkarat. Tahukah kamu,peristiwa perkaratan besi merupakan contoh
peristiwa kimia yang berlangsung lambat. Reaksi kimia ada yang berlangsung
secara cepat dan ada yang lambat. Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi kimia
itu antara lain ukuran partikel dan perubahan suhu.
1. Ukuran Partikel
Pada campuran pereaksi yang heterogen, reaksi dimulai dari
bidang sentuh (bidang yang saling bersinggungan antar reaktan) dan pada
dasarnya terjadi karena tumbukan antar zat-zat pereaksi. Makin luas bidang
sentuh maka makin banyak tumbukan dan makin cepat pula terjadi reaksi. Luas
permukaan bidang sentuh dapat diperbesar dengan memperkecil ukuran partikelnya.
2. Perubahan Suhu
Tahukah kamu, reaksi kimia cenderung berlangsung lebih cepat
pada suhu yang lebih tinggi. Mengapa hal itu bisa terjadi? Pada bab sebelumnya
telah kita ketahui bahwa reaksi pada
dasarnya adalah tumbukan antar zat-zat pereaksi. Semakin
tinggisuhu reaksi, semakin cepat pergerakan partikel-partikel zat yang bereaksi
sehingga tumbukan antar partikel lebih cepat dan reaksi berlangsung lebih
cepat. Berbagai proses industri dipercepat dengan pemanasan, misalnya industri
amoniak (NH3) dan asam sulfat (H2SO4). Ketika Ibu mu memasak, makanan akan
lebih cepat matang dan bumbu yang dicampurkan akan lebih cepat bercampur bila
menggunakan suhu yang lebih tinggi.
BAB.9
PENGAMATAN GEJALA BIOTIK DAN ABIOTIK
A. Pengertian Biologi dan Cabang
Biologi
Biologi adalah ilmu mengenai kehidupan. Istilah ini diambil dari
bahasa Belanda ”biologie”, yang juga diturunkan dari gabungan kata
bahasa Yunani, bios (”hidup”) dan logos (”lambang”, ”ilmu”).
Dahulu dikenal dengan istilah ilmu hayat (diambil dari bahasa Arab, artinya
”ilmu kehidupan”). Tahukah kamu, apa saja objek kajian Biologi? Objek kajian
biologi sangat luas dan mencakup semua makhluk hidup. Karenanya, dikenal
berbagai cabang Biologi yang mengkhususkan diri pada setiap kelompok organisme,
seperti botani untuk mempelajari tumbuhan, zoologi untuk mempelajari hewan, dan
mikrobiologi untuk mempelajari mikroorganisme. Berbagai aspek kehidupan dikupas
tuntas melalui cabang Biologi seperti ciri-ciri fisik dipelajari dalam anatomi
(tumbuhan, hewan maupun manusia), sedang fungsinya dipelajari dalam fisiologi.
Hubungan antar sesama makhluk dan dengan alam sekitar dapat dipelajari dalam
ekologi, dan mekanisme pewarisan sifat dipelajari dalam genetika. Sementara
itu, perkembangan teknologi memungkinkan pengkajian pada tingkat molekul
penyusun organisme melalui Biologi molekular serta biokimia, yang banyak
didukung oleh perkembangan teknik komputer melalui bidang bioinformatika.
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa Biologi adalah ilmu yang mempelajari
makhluk hidup dan gejala-gejala kehidupannya.
B. Kerja Ilmiah
Ilmu pengetahuan selalu berkembang, hal ini disebabkan oleh
sifat dasar manusia yang selalu merasa ingin tahu yang mendorongnya untuk
melakukan penelitian. Perubahan dapat terjadi dari waktu ke waktu. Sesuatu yang
tadinya dianggap benar dapat tumbang bila telah ditemukan hasil penelitian baru
yang mengoreksi kebenarannya. Pengetahuan yang diperoleh melalui suatu
penelitian digolongkan dalam pengetahuan ilmiah. Pengetahuan yang diperoleh
dengan cara ini lebih dapat dipertanggungjawabkan kebenarannya. Pengetahuan
yang didapat melalui prasangka, coba-coba, intuisi (ilham) ataupun tidak
sengaja digolongkan pengetahuan non ilmiah. Kamu juga mempunyai kesempatan
untuk menjadi ilmuwan. Kamu dapat mempelajari percobaan para ahli terdahulu dan
menguji hasilnya, atau dapat memulainya dengan memperhatikan lingkungan
sekitar, menemukan masalah dan mencoba untuk memecahkannya. Cara yang dapat
ditempuh adalah dengan melalui suatu metode yang dikenal dengan istilah metode
ilmiah. Metode ilmiah merupakan suatu metode yang tersusun secara sistematis
untuk memecahkan suatu masalah yang timbul dalam ilmu pengetahuan, demikian
juga dalam Biologi. Secara berurutan langkah-langkah yang harus dilakukan
adalah sebagai berikut.
1. menentukan dan merumuskan masalah,
2. merumuskan hipotesis/dugaan,
3. melaksanakan eksperimen (percobaan),
4. observasi/pengamatan,
5. mengumpulkan data,
6. menarik kesimpulan.
Langkah awal dalam melaksanakan kerja ilmiah adalah menentukan
dan merumuskan masalah, yaitu hal-hal apa saja yang akan dipelajari atau
menarik diteliti untuk memperoleh jawaban dari permasalahan tersebut. Setelah
menentukan permasalahannya kamu dapat melakukan observasi/pengamatan guna
mendapatkan data yang berhubungan dengan masalah yang akan diselidiki. Kerja
ilmiah dengan menggunakan metode ilmiah, memerlukan sikap ilmiah. Sikap ilmiah
adalah sikap yang terpuji yang dijunjung tinggi oleh masyarakat ilmiah.
Beberapa hal berikut dapat dijadikan pedoman dalam bersikap ilmiah.
C. Pengamatan Gejala Biotik dan
Abiotik
Perhatikan lingkungan sekitar sekolah atau rumahmu! Apa yang
kamu lihat? Di lingkunganmu ada berbagai jenis tumbuhan, hewan, bahkan mungkin
mikroorganisme. Selain itu di sekitarmu juga ditemukan air, tanah, udara,
cahaya matahari, suhu, kelembaban, maupun bebatuan. Berbagai jenis tumbuhan,
hewan, dan mikroorganisme merupakan makhluk hidup dan disebut sebagai komponen
biotik. Benda-benda seperti air, tanah, udara, cahaya matahari, suhu,
kelembaban, maupun bebatuan merupakan benda tak hidup dan disebut sebagai
komponen abiotik. Gejala biotik dan abiotik merupakan keadaan lingkungan di
sekitar kita yang ditunjukkan oleh keadaan makhluk hidup maupun benda tak
hidup. Gejala biotik dan abiotik saling berkaitan dan tidak dapat dipisahkan.
Kejadian yang terjadi pada komponen biotik akan berpengaruh terhadap komponen
abiotik, demikian sebaliknya. Contohnya kasus banjir, air sebagai komponen
abiotik yang merupakan komponen vital yang dibutuhkan makhluk hidup justru
sebagai penyebab banjir. Hal ini dapat terjadi karena kurangnya lahan resapan
akibat penggundulan hutan atau penebangan tanaman (komponen biotik), belum lagi
kebiasaan buruk manusia terhadap lingkungan yang dapat mengakibatkan banjir.
Akibat dari banjir tentu saja merugikan seluruh lapisan masyarakat.
BAB. 10
GERAK
A. Pengertian Gerak
Coba kamu perhatikan benda-benda di sekitarmu! Adakah yang diam?
Adakah yang bergerak? Batu-batu di pinggir jalan diam terhadap jalan kecuali
jika ditendang oleh kaki maka benda tersebut akan
bergerak, rumah-rumah di sekitar kita diam terhadap pohon-pohon
di sekelilingnya, seseorang berlari pagi di taman, dikatakan orang tersebut
bergerak terhadap jalan, batu-batu, rumah-rumah, maupun pohon-pohon yang
dilewatinya, dan masih banyak lagi. Jadi apakah
yang disebut gerak itu?
Suatu benda dikatakan bergerak jika benda itu mengalami
perubahan kedudukan terhadap titik tertentu sebagai acuan. Jadi,
gerak adalah perubahan posisi atau kedudukan terhadap titik
acuan
tertentu. Gerak juga dapat dikatakan sebagai perubahan kedudukan
suatu benda dalam selang waktu tertentu.
Berbeda halnya dengan peristiwa berikut, orang berlari di mesin
lari fitnes (mesin kebugaran), anak yang bermain komputer dan
lain sebagainya. Apakah mereka mengalami perubahan posisi atau
kedudukan dalam selang waktu tertentu?
Kegiatan tersebut tidak mengalami perubahan posisi atau Gambar orang
berlari
kedudukan karena kerangka acuannya diam. Penempatan kerangka
acuan dalam peninjauan gerak merupakan hal yang sangat penting, mengingat gerak
dan diam itu mengandung pengertian yang relatif. Sebagai contoh, ada seorang
yang duduk di dalam kereta api yang sedang bergerak, dapat dikatakan bahwa
orang tersebut diam terhadap kursi yang didudukinya dan terhadap kereta api
tersebut, namun orang tersebut bergerak relatif terhadap stasiun maupun
terhadap pohon-pohon yang dilewatinya.
B. Jarak dan Perpindahan
Jarak dan perpindahan mempunyai pengertian yang berbeda.
Misalkan Fira berjalan ke barat sejauh 4 km dari rumahnya, kemudian 3 km ke
timur. Berarti Fira sudah berjalan menempuh jarak 7 km dari rumahnya, sedangkan
perpindahannya sejauh 1 km. Berbeda halnya dengan contoh berikut. Seorang siswa
berlari mengelilingi lapangan satu kali putaran. Berarti ia menempuh jarak sama
dengan keliling lapangan, tetapi tidak menempuh perpindahan karena ia kembali
ke titik semula.
C. Kecepatan dan Kelajuan
Istilah kecepatan dan kelajuan dikenal dalam perubahan gerak.
Kecepatan termasuk besaran vektor, sedangkan kelajuan merupakan besaran skalar.
Besaran vektor memperhitungkan arah gerak, sedangkan besaran skalar hanya
memiliki besar tanpa memperhitungkan arah gerak benda. Kecepatan merupakan
perpindahan yang ditempuh tiap satuan waktu, sedangkan kelajuan
didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh tiap satuan waktu.
D. Percepatan
Suatu benda akan mengalami percepatan apabila benda tersebut
bergerak dengan kecepatan yang tidak konstan dalam selang waktu tertentu.
Misalnya, ada sepeda yang bergerak menuruni sebuah bukit memiliki suatu
kecepatan yang semakin lama semakin bertambah selama geraknya. Gerak sepeda
tersebut dikatakan dipercepat. Jadi percepatan adalah kecepatan tiap satuan
waktu.
BAB I
SUHU
A.
Indra Peraba Bukan Alat Pengukur Suhu yang Tepat
Pernahkan
Kamu berjalan di bawah sinar matahari yang terik ? Bagaimana rasanya ? Panas
bukan ?. Lain halnya jika kita berada di dalam ruangan yang ber-ac, udara di
dalam ruangan tersebut pasti akan terasa sejuk dan dingin. Mengapa demikian?
Tuhan YME telah memberi kita karunia dengan lima indra penting yang sering kita
sebut sebagai panca indra. Salah satu dari kelima indra tersebut berfungsi
sebagai sensor terhadap panas dan dingin yaitu indra peraba. Itulah sebabnya
kita dapat membedakan keadaan panas dan dingin di sekitar kita. Dalam dunia
Fisika keadaan panas dan dingin suatu benda disebut suhu. Suhu suatu
benda tidak dapat diukur secara tepat oleh indra peraba kita
A.
Membuat Termometer Sederhana
Ambillah
sebuah termometer pipa kapiler raksa atau alkohol yang masih polos belum berskala. Celupkan bagian reservoir
termometer ke dalam es yang melebur, tandai permukaan raksa dalam pipa kapiler
dengan angka tertentu dengan menggunakan spidol permanent. Namakanlah angka itu
sebagai Titik Tetap Bawah (TTB) Kemudian masukkan reservoir ke dalam air yang
mendidih, tunggu raksa yang naik dalam pipa kapiler berhenti bergerak kemudian
tandai batas raksa tersebut dengan angka tertentu yang lebih besar dar TTB.
Angka ini Kamu sebut sebagai Titik Tetap Atas (TTA). Kemudian dengan bantuan
penggaris buatlah skala yang teratur di antara TTB dan TTA. Banyaknya skala
terserah Kamu. Sekarang telah tercipta termometer baru, namailah dengan
termometer namamu. Bagaimana konsep-konsep yang terkait dengan pembuatan
termometer dapat dijelaskan ? Ketika suatu benda mengalami perubahan suhu maka
getaran partikel-partikel penyusun benda tersebut juga berubah sehingga benda
mengalami perubahanperubahan sebagai berikut :
a. Wujud
Jika
zat cair didiginkan dapat berubah wujud menjadi padat misalnya air es, atau
sebaliknya jika zat padat dipanaskan akan mencait misalnya lilin yang
dipanaskan akan menjadi cair.
b. Volume
Zat
padat, cair atau gas pada umumnya akan mengalami pemuaian atau penambahan
volume jika dipanaskan dan akan mengalami penyusutan jika didinginkan.
c. Konduktivitas
Zat-zat
padat terutama logam yang merupakan penghantar listrik yang baik ternyata jika
dipanaskan daya hantar listriknya atau konduktivitasnya akan berkurang.
d. Warna
Apabila
sepotong logam misalnya besi dipanaskan maka selama proses pemanasan besi
tersebut akan berpijar dari kemerah-merahan hingga makin tinggi suhunya menjadi
kekuning-kuningan sampai biru keunguan. Berdasarkan sifat termometrik zat ini
maka kita dapat membuat alat pengukur suhu atau termometer. Dalam pembuatan
termometer hal-hal yang perlu diperhatikan
adalah
:
1.
Nilai suhu yang ditunjukkan tidak dipengaruhi oleh nilai suhu yang diukur
sebelumnya.
2.
Memberikan pembacaan suhu dengan cepat dan tepat.
3.
Dapat diproduksi lagi dengan teliti bila diperlukan.
Pembuatan
termometer pertama kali dipelopori oleh Galileo Gelilei (1564 –1642).
Pada
tahun 1595 ia menciptakan sebuah alat yang menggunakan prinsip kerja pemuaian
volume udara pada labu erlen meyer kosong yang dilengkapi dengan pipa panjang yang
salah satu ujung piupa terbuka. Mula-mula labu dipanaskan hingga udara dalam
labu mengembang. Ujung pipa terbuka kemudian dicelupkan kedalam cairan
berwarna, selama proses pendinginan ketika udara dalam labu menyusut maka zat
cair masuk kedalam pipa tetapi tidak sampai masuk kedalam labu. Oleh Galileo
alat ini diberi nama Thermoskope, jika thermoskope Galileoini mendapat suhu
yang berbeda maka tinggi kolom zat cair dalam pipa juga berbeda.
Walaupun
sudah ditemukan Thermoskope Galileo sebagai alat bantu pengukur suhu, akan
tetapi dalam kenyataannya thermoskope Gelilei tidak dapat memberikan hasil
pengukuran yang akurat dan juga kurang praktis. Oleh karena itu pembuatan
termometer saat ini lebih dirancang agar menghasilkan pengukuran yang akurat
dan praktis dibawa-bawa. Pembuatan termometer sekarang tidak lagi menggunakan
prinsip pemuaian gas dalam labu erlenmeiyer melainkan ada beberapa hal yang
dapat dilakukan yaitu menggunakan hubungan antara perubahan suhu dengan
perubahan sifat fisis benda,misalnya :
1.
menggunakan prinsip pemuaian zat cair dalam pipa kapiler, biasanya pada
thermometer raksa maupun alkohol
2.
menggunakan prinsip pemuaian hambatan listrik logam platina, biasanya pada
thermometer logam /aneroid
3.
menggunakan prinsip perubahan warna, misalnya pada perometer optic.
4.
menggunakan kepekaan komponen elektronika terhadap panas misalnya termistor,
biasanya pada thermometer digital.
Selain
itu juga menggunakan perubahan wujud benda yang terjadi pada suhu tertentu.
Setiap thermometer harus mempunyai dua syarat yaitu :
1.
Konstruksinya, harus memenuhi perubahan fisis akibat adanya perubahan suhu.
2.
Dikalibrasikan, dibuat skalanya dengan mengambil standart tertentu.
Misalnya,
C, dan sebagainya.C,
titik didih air pada 100titik
lebur es pada 0
B.
Termometer Celsius, Kelvin, Fahrenheit, Reamur, dan Rainkin
Pembuatan
skala termometer atau kalibrasi skala termometer dapat kita lakukan dengan cara
penentuan titik tetap bawah (titik rendah) dan titik tetap atas (titik tinggi)
dari suatu zat misalkan air murni (H2O). setiap orang bebas menentukan dan
menetapkan nilai titik tetap bawah titik tetap atas dan membaginya menjadi
beberapa bagian, akan tetapi apakah skala suhu tersebut bisa diterima oleh
orang lain? Saat ini ada lima macam skala suhu yang berlaku secara umum yaitu
Celsius (C), Kelvin (K), Reamur (R), Fahrenheit (F), dan Rainkin (Rn)
1.
Skala Celsius
Penetapan
skala Celsius dengan menggunakan titik lebur es sebagai titik tetap bawah
termometer yaitu 00 C dan titik didih air sebagai titik tetap atas yaitu 1000
C. Kemudian daerah antara titik tetap bawah dan titik tetap atas dibagi menjadi
100 bagian sama besar, pada setiap bagian itulah yang menunjukkan perbedaan
satu derajad pada skala Celsius.
2.
Skala Kelvin
Penetapan
skala Kelvin didasarkan pada suhu dimana suatu zat berupa gas akan membeku dan
tidak bergerak lagi. Suhu tersebut adalah –2730 C atau disebut suhu nol mutlak
(0 K). Pada skala Kelvin tidak mengenal suhu negatif sehingga penghitungannya
sangat mudah dan skala ini juga ditetapkan sebagai satuan internasional untuk
besaran suhu.
3.
Skala Reamur
Penetapan
skala reamur menggunakan titik lebur es sebagai titik tetap bawah yaitu 00 R
dan suhu air mendidih sebagai titik tetap atas yaitu 800 R.
4.
Skala Fahrenheit
Sedangkan
pada penetapan skala Fahrenheit suhu es mencair bercampur garam diberi nilai
320 F dan suhu air mendidih diberi nilai 2120 F.
5.
Skala Rainkin
Pada
penetapan skala Rainkin suhu es mencair diberi nilai 4920 F dan suhu air
mendidih diberi nilai 6720 F.
BAB II
PEMUAIAN
A.
Pemuaian Zat Padat, Cair dan Gas
1.
Pemuaian Zat Padat
Muai
Panjang
Pernahkah
kalian mengamati kabel jaringan listrik pada pagi hari dan pada siang hari ?
kabel jaringan akan tampak kencang pada pagi hari dan tampak kendor pada siang
hari. Kabel tampak kendor karena panjang logam penyusun kabel bertambah panjang
akibat terkena panas sinar matahari. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa
kabel mengalami pemuaiankarena terkena panas sinar matahari. Pemuaian panjang
tiap zat padat berbeda-beda tergantung pada sifat termal zat padat tersebut.
Muai
luas
Jika
yang dipanaskanadalah suatu lempeng atau plat tipis maka plat tersebut akan
mengalami pemuaian pada panjang dan lebarnya. Dengan demikian lempeng akan
mengalami pemuaian luas atau pemuaian bidang Pertambahan luas zat padat untuk
setiap kenaikan 10 C pada zat seluas 1m2 disebut koevisien muai luas (β).
Besarnya β dapat dinyatakan dalam
2
Hubungan
antara luas benda, suhu, dan koefisien muai luas suatu zat adalah
A
= A0 (1+ β Δt)
Dengan
A
: luas akhir (m2 )
A0
: luas mula-mula (m2 )
β
: koefisien muai luas zat ( 0 C/m2 )
Δt
: kenaikan suhu ( 0 C)
Pemuaian
luas dapat kita amati pada jendela kaca rumah, pada saat udara dingin kaca
menyusut karena koefisien muai kaca lebih besar dari pada koefisien muai kayu. Dan
jika suhu memanas maka kaca akan memuai lebih besar dari pada kayu kusen
sehingga kaca akan terlihat terpasang dengan sangat rapat pada kusen kayu.
Muai
volume
Jika
suatu balok mula-mula memiliki panjang P0 , lebar L0 , dan tinggi h0 dipanaskan
hingga suhunya bertambah ΔT, maka berdasarkan pada pemikiran muai panjang dan
luas diperoleh harga volume balok tersebut sebesar:
V
= V0 (1+ γ Δt)
2.
Pemuaian Zat Cair
Pada
zat cair kita tidak mengenal muai panjang ataupun muai luas, tetapi hanya
dikenal muai ruang atau muai volume saja. Semakin tinggi suhu yang diberikan
pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya. Pemuaian zat cair untuk
masingmasing jenis zat cair berbeda-bedaakibatnya walaupun mula-mula volume zat
cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda. Pemuaian
volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu. Titik
pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut titik tripel.
3.
Pemuaian Gas
Sama
halnya dengan zat cair dalam gas kita tidak mengenal pemuaian panjang ataupun
pemuaian luas. Gas akan mengalami pemuaian volume jika suhunya dinaikkan dan
akan mengalami penyusutan jika suhunya diturunkan.
B.
Pemuaian Zat Pada Kehidupan Sehari-hari
1. Pemasangan kaca jendela
Dalam
pemasangan kaca jendela perlu diperhatikan ruang muai bagi kaca sebab koefisien
muai kaca lebih besar daripada koefisien muai kayu tempat kaca tersebut
dipasang.
.
2. Pemasangan sambungan
rel kereta api
Penyambungan
rel kereta api harus menyediakan celah antara satu batang rel dengan batang rel
lain. Jika suhu meningkat, maka batang rel akan memuai hingga akan bertambah
panjang. Dengan diberikannya ruang muai antar rel maka tidak akan terjadi
desakan antar rel yang akan mengakibatkan rel menjadi bengkok.
Gambar 2.5 Bingkai besi pada roda pedati
dipanaskan dulu sebelum
dipasang pada roda kayu
3. Pemasangan bingkai
besi pada roda pedati
Pada
keadaan normal bingkai roda pedati dibuat sedikit lebih kecil daripada
tempatnya sehingga tidak dimungkinkan untuk dipasang secara langsung pada
tempatnya. Untuk memasang bingkai tersebut terlebih dahulu besi harus
dipanaskan hingga memuai dan ukurannya pun akan menjadi lebih besar daripada
tempatnya sehingga memudahkan untuk dilakukan pemasangan bingkai tersebut.
ketika suhu mendingin, ukuran bingkai kembali mengecil dan terpasang kuat pada
tempatnya.
4. Pemasangan jaringan
listrik dan telepon
Pada
pemasangan kabel jaringan listrik atau telepon maka kabel harus dipasang dengan
kendur dari tiang satu ke tiang lainnya sehingga saat udara dingin pannjang
kabel akan sedikit berkurang dan mengencang. Jika kabel tidak dipasang kendur
maka saat terjadi peyusutan kabel akan terputus.
5. keping bimetal
Keping
bimetal adalah dua buah keping logam yang memiliki koefisien muai panjang berbeda
yang dikeling menjadi satu. Keping bimetal sangat peka terhadap perubahan suhu.
Pada suhu normal panjang keping bimetal akan sama dan kedua keping dam posisi
lurus. Jika suhu naik kedia keping akan mengalami pemuaian dengan pertambahan
panjang yang berbeda. Akibatnya keping bimetal akan membengkok ke arah logam
yang mempunyai koefisien muai panjang yang kecil. Keping bimetal dapat
dimanfaatkan dalam berbagai keperluan misalnya pada termometer bimetal,
termostat bimetal pada setrika listrik, saklar alarm bimetal, sekring listrik
bimetal.
Gambar 2.6 Setrika listrik menggunakan
bimetal yang dapat mematikan
arus jika panas melebihi batas.
Pemanfaatan
pemuaian zat yang tidak sama koefisien muainya dapat berguna bagi industri
otomotif misalnya pada bimetal yang dipasang sebagai saklar otomatis, pada
lampu reting kendaraan dan lain-lain.
BAB
III
KALOR
Pengertian
Kalor
Kamu
tentu pernah merebus air bukan? Air yang tadinya terasa dingin dan sejuk
setelah direbus beberapa saat akan terasa hangat dan lama-kelamaan menjadi
panas. Tahukah Kamu mengapa demikian?
Selama direbus air mendapat energi dari api yang menyala di bawah air tersebut.
energi yang dihasilkan oleh nyala api akan berpindah ke air dan berubah menjadi
panas dalam air. Bentuk energi yang berpindah karena perbedaan suhu disebut
sebagai energi kalor. Perpindahan energi kalor selalu terjadi dari benda
bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Jadi jika ada dua buah benda A dan
B mempunyai suhu yang berbeda, dan suhu A lebih dari suhu B kemudian kedua
benda tersebut disentuhkan maka suhu A akan menurun dan suhu B akan naik hingga
suhu kedua benda tersebut setimbang.
Oleh
karena kalor adalah bentuk energi maka dimensi untuk kalor sama dengan dimensi
energi yaitu [ML2T2 ] dan satuan kalorpun mengikuti pada satuan energi yaitu
joule atau kalori. Hubungan joule dan kalori adalah :
1
kalori = 4,2 joule atau 1 joule = 0,24 kalori
A.
Pengaruh kalor terhadap perubahan suhu dan perubahan wujud Zat
1.
Kalor dapat mengubah suhu benda
Pada
pembahasan sebelumnya telah dibahas tentang perpindahan kalor dari benda yang
bersuhu tinggi menuju benda yang suhunya rendah. Suhu air yang tadinya panas
sekarang menjadi lebih dingin dan suhu air yang tadinya dingin menjadi lebih
panas hal ini menunjukkan bahwa air panas melepaskan kalor dan air dingin
menerima kalor dari air panas untuk menaikkan suhunya.
Tidak
hanya zat cair yang dapat melepas dan menerima kalor, semua benda dapat melepas
dan menerima kalor. Benda-benda yang bersuhu lebih tinggi dari lingkungannya
akan cenderung melepaskan kalor, demikian juga sebaliknya bendabenda yang
bersuhu lebih rendah dari lingkungannya akan cenderung menerima kalor untuk
menstabilkan kondisinya dengan lingkungan di sekitarnya.
Ketika
suatu zat melepas atau menerima kalor tentunya suhu zat tersebut akan berubah,
dengan demikian dapat diambil kesimpulan bahwa kalor dapat mengubah suhu suatu
benda.
2.
Kalor dapat mengubah wujud zat
Kondisi
wujud suatu benda sangat terpengaruh oleh keadaan suhu suatu zat tersebut. Pada
umumnya benda-benda yang bersuhu rendah berwujud padat sedangkan benda benda
yang bersuhu tinggi akan berwujud cair atau gas. Perubahan wujud akan terjadi
ketika kita memberikan atau mengambil kalor zat tersebut secara terus menerus.
B.
Faktor-faktor yang mempercepat penguapan serta besarnya kalor untuk menaikan
suhu benda dan perubahan wujud benda.
a. Memanaskan zat cair
Pemanasan
pada zat cair dapat meningkatkan volume ruang gerak zat cair sehingga
ikatan-ikatan antara molekul zat cair menjadi tidak kuat yang akan
mengakibatkan semakin mudahnya molekul zat cair tersebut melepaskan diri dari
kelompoknya yang terdeteksi sebagai penguapan.
b. Memperluas permukaan
zat cair
Peristiwa
lepasnya molekul zat cair tidak bisa berlangsung secara serentak akan tetapi
bergiliran dimulai dari permukaan zat cair yang punya kesempatan terbesar untuk
melakukan penguapan. Dengan demikian untuk mempercepat penguapan kita juga bisa
melakukannya dengan memperluas permukaan zat cair tersebut.
c. Mengurangi tekanan
pada permukaan zat cair
Dengan
mengurangi tekanan udara pada permukaan zat cair berarti jarak antar partikel
udara diatas zat cair tersebut menjadi lebih renggang. Akibatnya molekul air
lebih mudah terlepas dari kelompoknya dan mengisi ruang kosong antara
partikelpartikel udara tersebut. hal yang sering terjadi disekitar kita adalah
jika kita memasak air di dataran tinggi akan lebih mudah mendidih daripada
ketika kita memasak di dataran rendah.
d. Meniupkan udara di
atas zat cair
Pada
saat penjemuran pakaian proses pengeringan tidak sepenuhnya dilakukan oleh
panas sinar matahari, akan tetapi juga dibantu oleh adanya angin yang meniup
pakaian sehingga angin tersebut membawa molekul-molekul air keluar dari pakaian
sehingga pakaian akan cepat kering.
Perubahan
zat tidak hanya berlaku satu arah saja seperti pada percobaan 2 akan tetapi
perubahan wujud juga berlaku untuk sebaliknya. Jika kita memasukkan air ke
dalam lemari pendingin yang dapat mengambil kalor air tersebut hingga suhunya
mencapai kurang dari 0o C maka air akan berubah menjadi padat (es). Jika suatu
zat padatdipanaskan pada tekanan rendah, kemungkinan terjadi bahwa zat tersebut
tidak akan melebur akan tetapi langsung menjadi uap atau gas. Peristiwa ini
disebut dengan menyublim atau melennyap.
1.
Kalor Jenis
atau
secara definitif dapat dikatakan bahwa, kalor jenis suatu zat adalah adalah
banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepas tiap satu kilogram massa, untuk
menurunkan atau menaikkan suhunya sebesar satu Kelvin atau satu derajad
Celsius.
2.
Kalor Lebur
Seperti
pada sat kita membahas besarnya kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu zat,
kalor yang digunakan untuk mengubah wujud zat pada titik lebur tiap-tiap zat
berbeda-beda. Misalkan untuk mengubah wujud es yang suhunya 0o C menjadi air
yang suhunya 0o C memerlukan kalor 334 KJ/kg, sedangkan untuk mengubah alkohol
padat pada suhu –97o C menjadi alkohol cair yang bersuhu –97o C memerlukan
kalor 336 KJ/kg. Jadi besarnya kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud zat
dari padat menjadi cair tergantung pada jenis zat tersebut. Kalor yang
digunakan untuk meleburkan 1 kg zat pada titik leburnya disebut kalor lebur
Hubungan
antara kalor yang diberikan dengan kalor lebur dan massa benda adalah sebagai
berikut
Q
mL
Dengan
Q
: Kalor yang di berikan (J)
m
: Massa benda (kg)
L
: kalor lebur (J/kg)
3.
Kalor Uap
Pada
proses penguapan juga terjadi perubahan wujud yaitu dari bentuk cair menjadi
gas. Untuk mengubah wujud suatu zat tentunya juga memerlukan kalor yang
berbeda-beda antara zat yang satu dengan yang lainya tergantung pada jenis zat
tersebut. untuk menguapkan 1 kg zat cair menjadi menjadi uap atau gas pada
titik didihnya disebut dengan kalor uap. Karna kalor yang diperlukan untuk
mengubah wujud zat sebanding dengan massa zat tersebut maka persamaan yang
berlaku pada saat penguapan adalah
Q
mU
Dengan
Q
: Kalor yang di berikan (J)
m
: Massa benda (kg)
U
: kalor Uap (J/kg)
Kapasitas
kalor
Kapasitas
kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan olehsuatu zat untukmenaikkan
suhunya 10 C
tC
= Q/
Satuannya
adalah joule/0C
Hubungan
kapasitas kalor dengan kalor jenis C = m.c Pengaruh kalor pada benda Bila
kalor diberikan kepada zat ada tiga kemungkinan yang terjadi pada zat
1.
terjadi kenaikan suhu
2.
terjadi perubahan wujud zat
3.
terjadi pemuaian zat
Kalor
pada beberapa fase dapat ditentukan berdasarkan proses perubahan yang dialami
benda. Misalnya bila terjadi perubahan suhu, pasti tanpa terjadi perubahan
wujud, kalor yang diserap atau dilepas dihitung dengan rumus
Q
= mcDt
Sebaliknya
jika terjadi perubahan wujud pasti tidak disertai dengan perubahan suhu, kalor
yang diserap atau dilepas dihitung dengan rumus
Q
= mL atau Q = mU
Azas
Black
Ilmuwan
Inggris Yoseph Black sekitar tahun 1761 ia mengukur kalor laten uap air dan
menemukan azas yang disebut azas Black. Dua buah zat yang berbeda suhunya
apabila dicampur dapat menyebabkan perpindahan kalor dari benda bersuhu lebih
tinggi ke benda bersuhu lebih rendah. Bunyi azas Black adalah sebagai berikut
Kalor yang diterima sama dengan kalor yang
dilepas
Dirumuskan dengan
Q lepas = Q terima
Penggunaan
persamaan ini bersifat aplikatif menyesuaikan dengan proses perubahan yang
dialami
oleh benda disesuaikan dengan tingkat fase akhir yang dicapai setelah
kesetimbangan termal.
BAB
IV
PERPINDAHAN KALOR
A.
Membedakan Perpindahan Kalor Secara Konduksi, Konveksi dan Radiasi
Konduksi
Konduksi
adalah satu-satunya cara perpindahan kalor dalam zat padat. Dalam perpindahan
ini
energi
kalor dialirkan dari suatu bagian ke baguian lain melalui perambatan “energi
dalam” dari satu partikel ditransfer ke partikel lain yang berdekatan dan
berlanjut seterusnya secara beranting. Perwujudan dari perambatan energi dalam
ini merupakan getaran partikel di setiap titik kesetimbangannya.
Bila
perubahan suhu tiap ujung zat padat bervariasi secara linier maka konduksi
kalor terjadi secara stasioner. Bila zat padat sepanjang L kedua ujungnya
memiliki suhu t1 dan t2, dengan t1 > t2 dan luas penampang permukaan
penerima kalor sebesar A maka kalor (Heat) yang mengalir sebesar Energi
konduksi
E
= L/kAt
t , dengan satuan joule
Daya
hantar konduksi P = L/kAt
, dengan satuan watt
Intensitas
konduksi H =L/kt
, dengan satuan watt/m2,
Dimana
perubahan t = t1 – t2 dan t adalah waktu berlangsungnya konduksi.suhu
Dimana
k adalah koefisien konduksi atau konduktivitas termal benda, dan A adalah luas
penampang yang di lalui hantaran kalor.
Konveksi
Istilah
konveksi dipakai untuk perpindahan kalor dari satu tempat ke tempat lain akibat
perpindahan bahannya sendiri. Jadi perpindahan kalor ini dibawa oleh materi itu
sendiri dan materi itu berupa zat cair atau gas yang biasa disebut dengan
fluida. Jika bahan yang dipanaskan dipaksa bergerak dengan alat peniup atau
pompa, prosesnya disebut konveksi paksa. Namun jika bahan itu mengalir akibat
perbedaan kerapatan massa prosesnya disebut konveksi alamiah. Terjadinya angin
darat maupun angin laut dapat jelaskan melalui konveksi alamiah udara.
Kalor
yang diperoleh atau hilang dari suatu permukaan fluida bersuhu tertentu yang
berhubungan pada fluida lain bersuhu berbeda, tergantung pada beberapa hal,
misalnya :
Bentuk permukaan
Apakah zat
fluida itu bersentuhan dengan permukaan fluida lain
Kerapatan massa,
viskositas, kalor jenis dan konduktivitas termal
Apakah kecepatan
fluida kecil sehingga aliran linier, ataukah kecepatan besar
menimbulkan
aliran terbuka
Apakah terjadi
penguapan, pengembunan , dan lain-lain.
Rumus
konveksi sebagai berikut.
Energi
t . t ,dengan satuan joulekonveksi
E = h A
Daya
t , dengan satuan wattkonveksi
P = h A
Intensitas
t ,dengan satuan watt/m2konveksi
H = h
Dengan
h adalah koefisien konveksi zat cair.
Radiasi
Proses
radiasi pada dasarnya berbeda dari konduksi dan konveksi dalam arti bahwa
perpindahan kalor tidak memerlukan medium. Bahkan dapat melalui ruang hampa.
Gambar: Radiasi matahari dalam bentuk
gelombang elektromagnetik mencapai bumi melalui ruang hampa udara
Radiasi adalah suatu istilah yang biasanya berlaku untuk
bermacam-macam gejala gelombang elektromagnetis. Beberapa gejala radiasi dapat
diuraikan dalam kaitan dengan teori gelombang dan yang lain dapat diterangkan
dalam kaitan dengan teori kuantum. Ahli ilmu fisika Amerika kelahiran Jerman
Albert Einstein tahun 1905 menunjukkan perilaku energi radiasi yang
terkuantisasi dalam eksperimen fotolistriknya. Ahli ilmu fisika Jerman Max
Planck pada tahun 1900menggunakan teori kuantum dan mekanika statistik untuk
memperoleh hukum pokok radiasi.
Kekuatan
energi radiasi yang dipancarkan oleh suatu benda sebanding dengan pangkat empat
suhu mutlak benda. Hanya benda ideal ( benda hitam) yang memancarkan radiasi
seperti itu menurut Hukum Planck. Energi radiasi yang dipancarkan oleh suatu
benda disebut emisi. Dirumuskan sebagai berikut.
Energi
radiasi : E = e σ T4 A t dengan satuan joule
Daya
radiasi : P = e σ T4A dengan satuan watt
Intensitas
radiasi : R = e σ T4 dengan satuan watt/m2
Dimana
σ adalah konstanta Stefan-Boltzmann = 5,67 x 10-8 watt/m2 K4, dan T suhu mutlak
.
Dalam
1. Benda yang berwarna putihehal
ini e disebut emisivitas yang nilainya 0
memiliki e = 0 dan benda yang berwarna hitam memiliki e = 1. Benda yang
berwarna hitam memiliki kemampuan menyerap atau memancarkan energi jauh lebih
baik dari pada benda yang berwarna putih.
B.
Konduktor dan Isolator
Proses
perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi memerlukan medium hantaran zat
padat, zat cair, maupun zat gas, sedangkan perpindahan kalor secara radiasi
tidak memerlukan medium perantara, bahkan dapat berlangsung melalui hampa udara
(vakum).
Zat-zat ada yang
mudah menghantarkan kalor ada yang sukar menghantarkan kalor.
Gambar 4.3. Panci terbuat dari aluminium sebagai konduktor panas
yang baik
Zat yang dapat menghantarkan kalor dengan baik disebut konduktor
panas. Konduktor pada umumnya berupa logam, dan berbentuk padat pada suhu
ruangan. Misalnya besi, baja, aluminium, seng, platina, perak, nikel, emas dan
sebagainya. Ada satu konduktor panas yang berbentuk cair pada suhu ruang yaitu
raksa.
Penghantar
kalor yang kurang baik disebut dengan isolator panas. Isolator panas dapat
berupa
kertas,
kayu, plastik, kain, udara dan sebagainya.
C.
Aplikasi Perpindahan Kalor dalam Kehidupan Sehari-hari
Penerapan
perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari sangat banyak, walaupun Kamu
seringkali tidak menyadarinya. Pada malam hari bumi tidak menjadi dingin sekali
karena atmosfer memainkan peran sebagai isolator sekaligus sebagai medium
konveksi udara. Pada siang hari yang terik sepatu atau sandal yang Kamu pakai
melindungi perpindahan panas dari
aspal
jalan, karena bahan sepatu termasuk isolator kalor. Pada pembuatan termos air
panas selalu memiliki permukaan yang mengkilap di permukaan dinding bagian
dalamnya. Di luarnya terdapat ruang hampa baru kemudian terdapat dinding luar.
Hal itu dimaksudkan agar kalor dari air panas tidak segera berpindah secara
konduksi kea rah dinding luar. Sehingga panas air dapat dipertahankan. Pada
saat menyetrika pakaian, panas dari elemen setrika dikonduksikan ke seluruh
bagian setrika sehingga pemanasan permukaan bagian bawah setrika merata. Dengan
demikian pakaian dapat tergosok dengan permukaan setrika yang memiliki panas
merata.
BAB V
GETARAN DAN GELOMBANG
Getaran
A.
Mengidentifikasikan Getaran Pada Kehidupan Sehari-Hari
Pernahkah
Kamu merasakan berada dalam bus yang mesinnya dihidupkan, tetapi belum berjalan
? Keadaan seperti itulah yang disebut bergetar. Cobalah pegang pangkal
tenggorokanmu ketika berbicara. Apa yang kamu rasakan? Ada getaran dapat
dirasakan di pangkal tenggorokan ketika berbicara. Bahkan permukaan bumi akan
bergetar saat terjadi gempa. Masih banyak peristiwa yang berkaitan dengan
getaran, lebah menggetarkan sayapnya untuk bisa terbang dan jangkrik
menggetar-getarkan sayapnya untuk bisa mengeluarkan suara yang merdu.
Sebenarnya
setiap benda selalu dalam keadaan bergetar. Hanya saja, getaran ada yang bisa
diamati dan ada yang sulit (tidak bisa) diamati. Jadi, menara yang tampak kokoh
berdiri tegak sebenarnya selalu dalam keadaan bergetar (getaran alamiah).
Berdasakan uraian tersebut dapat dikatakan bahwa setiap benda yang bergetar
pasti mempunyai simpangan getar. Simpangan getar yang dimaksud adalah jarak
kedudukan benda dari setimbangnya. Adapun simpangan getar yang paling jauh
disebut Amplitudo, pada kegiatan diatas, amplitudo ditunjukkan oleh
jarak AB atau AC. Dengan demikian satu
gerakan dapat dikatakan sebagai gerak bolak-balik melalui titik setimbang
dengan panjang lintasan sama dengan empat kali amplitudonya.
B.
Mengukur Perioda dan Frekuensi suatu getaran
Amplitudo
merupakan besaran panjang. Oleh karena itu, untuk menempuh amplitudo getaran
diperlukan waktu tertentu. Apalagi menempuh lintasan satu getaran.
Periode
suatu getaran tidak tergantung pada besarnya amplitudo, semakin besar amplitudo
suatu getaran, maka semakin cepat getaran yang terjadi sehingga waktu untuk
melakukan 1 kali getaran tidak berubah (tetap). Jika kita dapat menentukan
waktu yang diperlukan untuk bergetar, tentunya kita juga dapat menentukan
banyaknya getaran tiap satuan waktu. Banyaknya getaran yang terhadui setiap
satu satuan waktu disebut frekuensi getaran.
f
=t/N
Frekuensi
dinyatakan dalam satuan Hertz (Hz).
Misalnya,
jikwa waktu yang diperlukan untuk bergetar 10 kali getaran adalah 5 sekon, maka
setiap sekali getaran memerlukan waktu 1/2 sekon dan setiap detik terjadi 2
kali getaran. Dengan kata lain, jika periode getaran 1/2 sekon, frekuensinya 2
Hz. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa periode merupakan kebalikan
frekuensi, hubungan keduanya dapat
dituliskan.
T
= 1/f
atau
f =1/ T
Karena
besarnya periode tidak tergantung pada amplitudo maka frekuensi pun tidak
bergantung pada amplitudo. Jadi ciri suatu getaran ditandai oleh amplitudo dan
frekuensi atau periode.
Gelombang
Pernahkah
kamu melemparkan kerikil (batu kecil) ke dalam air yang tenang? Jika kita
melemparkan kerikil ke dalam air tenang, permukaan tersebut tampak bergerak.
Gerakan itu menyebar ke segala arah menjauhi titik yang merupakan tempat
jatuhnya kerikil. Gerakan ini dinamakan gelombang. Hal yang sama dapat kita
amati ketika kita berada di pantai. Disana, kita dapat melihat gerakan ombak
air laut. Gerakan ombak air laut juga dinamakan gelombang. Dalam hal ini,
medium gelombang tidak ikut merambat. Hal itu jika terbukti jika kita letakkan
kertas dipermukaan air, kertas itu hanya bergerak naik turun (bergetar)
ditempatnya, tidak ikut terseret ombak.
Dari
kedua contoh diatas kita dapat mengetahui bahwa gelombang tidak terjadi dengan
sendirinya. Gelombang yang terjadi pada air tenang disebabkan oleh kerikil yang
jatuh ke dalamnya, sedangkan gelombang air laut disebabkan tiupan angin yang
mengenai permukaan air laut. Jika penyebab terjadinya gelombang disebut usikan,
dapat dikatakan bahwa gelombang adalah getaran yang merambat. Perambatan
gelombang ini dapat terjadi melalui medium (zat perantara) dan tanpa melalui
medium.
Gelombang
adalah suatu getaran yang merambat, selama perambatannya gelombang
membawa
energi. Coba apa yang kamu rasakan apabila berdiri di tepi pantai menantang
datangnya gelombang air laut. Tentu tubuhmu akan merasakan dorongan ketika
gelombang air laut datang. Gelombang dan air laut merupakan energi yang
merambat melalui zat perantara, yaitu permukaan air laut. Selain itu, gelombang
tersebut mengakibatkan energi gerak berupa dorongan. Besar kecilnya gelombang
air laut bergantung pada besar kecilnya energi yang merambat.
Gemba
bumi di laut akan menyebabkan gelombang air laut yang besar, atau biasa disebut
gelombang Tsunami, gelombang tersebut merambatkan energi yang sangat
besar, sehingga sewaktu geombang tersebut mengenai pantai, akan memporak
porandakan kawasan sekitar pantai tersebut. Dengan demikian dapat disimpulkan
bahwa gelombang yang merambat membawa energi. Berdasarkan medium perambatan,
gelombang dibedakan menjadi dua yaitu:
1) Gelombang
mekanik, yaitu gelombang yang perantaranya butuh medium (zat perantara),
contoh; gelombang tali, slinki, gelombang air laut, gelombang bunyi dan
lain-lain.
2)
Gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang perambatannya tidak memerlukan
medium. Contohnya yaitu gelombang cahaya, gelombang radio dan gelombang sinar
X.
C.
Menyelidiki Karakteristik gelombang longitudinal dan gelombang
transversal.
Gelombang
berdasarkan pada arah perambatannya dan arah getarannya dibedakan
menjadi
dua, yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudinal.
Dari
kedua kegiatan diatas, jika kita perhatikan, gelombang yang terjadi pada tali
berbeda dengan gelombang yang terjadi pada slinki. Gelombang yang terjadi pada
tali naik turun berupa bukit dan lembah yang merambat. Bukti dan gelombang
menunjukkan arah getar gelombang. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa arah
rambat gelombang pada tali tegak lurus dengan arah getarnya. Gelombang yang
mempunyai sifat seperti itu disebut gelombang transversal. Selain
gelombang air laut dan gelombang cahaya. Gelombang yang terjadi pada slinki
yang digetarkan searah dengan membujurnya slinki berupa rapatan dan renggangan.
Rapatan terjadi jika partikel-partikel medium gelombang bergerak saling
menjauhi, jadi partikel-partikel itu hanya bergerak bolak-balik disekitar titik
kesetimbangan (pusat rapatan dan regangan), tidak merambat bersama gelombang. )
untuk gelombang longitudinal adalah jarak antara duaPanjang
gelombang ( rapatan atau
D.
Mendeskripsikan hubungan antara kecepatan rambat gelombang,
frekuensi
dan panjang gelombang.
Gelombang
merambat lurus memerlukan waktu dalam perambatannya. Waktu yang diperlukan
untuk menempuh jarak sepanjang satu gelombang disebut periode gelombang.
Periode gelombang diberi lambang T dan satuannya sekon. Banyaknya
gelombang yang terjadi setiap sekon disebut frekuensi gelombang. Frekuensi
gelombang dinyatakan dengan lambang f dan satuannya (Hz). Hubungan antara
f dan T dapat dituliskan sebagai berikut:
f
=1/ T
atau
T =1/f
Cepat
rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh sebuah gelombang dalam waktu
satu sekon. Waktu yang diperlukan gelombang untuk berpindah sejauh satu panjang
gelombang sama dengan satu periode. Dengan kata lain, untuk berpindah sejauh
diperlukan waktu T, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :regangan yang
berurutan.
V
=
;
karena f =1/T
Maka
v =1/f.
v = f.
Dimana v = cepat rambat gelombang (m/s)
F
= Frekuensi gelombang (Hz)
=
Panjang Gelombang (m)
T
= Periode gelombang (s)
E.
Konsep Gelombang dalam kehidupan sehari-hari
Pemantulan Gelombang
Pada
umumnya gelombang dapat dipantulkan. Gelombang ombak air laut yang datang dari
tengah laut akan dipantulkan kembali ke tengah laut saat mencapai pantai.
Sebuah batu yang dijatuhkan ke air kolam menghasilkan gelombang yang menyebar
menurut lingkaran, setelah mencapai tepi kolam gelombang dipantulkan kembali.
Apabila gelombang air dipantulkan, bagaimana halnya dengan gelombang bunyi?
Pada saat kamu di gedung pertunjukan. Cobalah kamu berteriak, apa yang kamu
dengar? Ternyata, suara teriakanmu terdengar berulang-ulang. Hal itu terjadi
karena suara dipantulkan oleh dinding gedung pertunjukkan tersebut. Gelombang
air dan bunyi adalah gelombang mekanik. Keduanya sama-sama dipantulkan.
Gelombang cahaya dan radio adalah gelombang elektromagnetik. Apakah keduanya
sama-sama dipantulkan? Gelombang cahaya dapat dipantulkan oleh cermin. Kita
dapat melihat benda-benda disekitar kita karena cahaya yang diterima oleh
benda-benda tersebut dipantulkan kembali. Selanjutnya cahaya pemantulan itu
masuk mata dan kita dapat melihat benda tersebut. Gelombang radio yang
dipancarkan ke angkasa oleh pemancar radio akan dipantulkan kembali ke
permukaan bumi oleh lapisan atmosfir. Gelombang radar dapat digunakan untuk
mengukur jarak bulan ke bumi menggunakan prinsip pemantulan. Yang lebih lazim
lagi gelombang ini digunakan untuk mengukur kedalaman air laut. Dengan prinsip
pemantulan gelombang atau gema dan melengkapi dengan alat vibrator gelombang
dan receiver gelombang pantul ilmuwan tidak kesulitan mengukur kedalaman palung
laut atau celah-celah di dasar laut yang tidak memungkinkan dikunjungi.
BAB
VI
B
U N Y I
A. Membedakan Infrasonik, Ultrasonik dan Audiosonik
Menurut
teori partikel, setiap zat tersusun atas partikel-partikel zat.
Partikel-partikel tersebut selalu dalam keadaan bergetar dan bergerak. Jadi,
sebenarnya setiap zat selalu dalam keadaan bergetar (getaran alamiah). Padahal
getaran merupakan sumber bunyi. Namun, kenyataannya bunyi yang dihasilkan oleh
getaran partikel benda tidak dapat kita dengar. Hal ini menunjukkan bahwa tidak
setiap bunyi dapat kita dengar. Bunyi-bunyi yang kita dengar masuk melalui
lubang telinga, kemudian akan menggetarkan gendang telinga dan menghasilkan
gelombang sinyal. Gelombang sinyal ini menjadi kejutan syaraf pada rumah siput
yang akan dikirim ke otak untuk diterjemahkan. Gambar 4.1 menggambarkan
bagian-bagian dari telinga. Telinga kita
hanya dapat mendengar bunyi yang mempunyai frekuensi tertentu. Bunyi yang dapat
kita dengar dinamakan bunyi audio (Audiosonik). Bunyi audio (audiosonik)
mempunyai frekuensi antara 20 Hz sampai 20.000 Hz. Jadi, kita akan dapat
mendengar suatu bunyi berkisar 20 Hz – 20.000 Hz. Bunyi di bawah 20 Hz atau di
atas 20.000 Hz tidak dapat kita dengar. Namun beberapa orang yang memiliki
pendengaran tajam dapat saja mendengar bunyi dengan frekuensi di bawah 20 Hz
atau di atas 20.000 Hz. Hal itu sebagai pengecualian saja. seiring bertambahnya
usia, kemampuan pendengaran manusia berkurang, apalagi kalau sering mendengar
suara yang bising dan gaduh, misalnya suara mesin pabrik, kendaraan bermotor,
suara pesawat atau konser-konser musik.
Bunyi
yang frekuensinya kurang dari 20 Hz disebut infrasonik, sedangkan bunyi yang
frekuensinya lebih dari 20.000 Hz disebut ultrasonik. Bunyi infrasonik
dihasilkan oleh bergetarnya benda-benda beukuran besar, seperti gempa bumi,
atau gunung meletus. Sehingga kalau akan terjadi gempa atau gunung meletus, ada
hewan-hewan tertentu yang sudah dapat mendeteksi dan hewan tersebut akan lari
mencari tempat yang aman. Meskipun telinga manusia tidak mampu menangkap
gelombang bunyi infrasonik dan ultrasonik, hewan-hewan tertentu mampu menangkap
gelombang tersebut. Hewan-hewan itu memiliki kepekaan luar biasa misalnya:
jangkrik, anjing, lumba-lumba, dan kelelawar dapat mendengar infrasonik.
Kelelawar juga dapat menghasilkan dan mendengar bunyi ultrasonik. Pada malam
hari sering kamu mendengar suara jangkrik dimkebun atau ladang. Cobalah kamu
tangkap jangkrik yang sedang berbunyi di sarangnya. Biasanya jangkrik telah
berhenti
berbunyi sebelum langkah kakimu sampai di
dekat sarangnya.
Hal
itu membuktikan bahwa bunyi langkah kaki yang sangat
pelan
dan tidak dapat didengar oleh telinga, ternyata dapat
didengar oleh jangkrik. Getaran ultrasonik
yang dipancarkan
oleh
kelelawar mempunyai peranan sangat penting.
Mengapa
demikian? Getaran ultrasonik merambat lebih cepat daripada kecepatan terbang
kelelawar. Apabila getaran ultrasonik mengenai benda-benda di depannya, seperti
tembok dan ranting pepohonan, getaran itu akan dipantulkan dan ditangkap
kembali oleh kelelawar.
Selanjutnya
dengan gesit kelelawar beraksi sehingga terhindar dari tabrakan dengan
bendabenda yang ada di depannya.
Manfaat
Getaran ultrasonik
Dalam
era modern dewasa ini ultrasonik dapat diterapkan dalam berbagai bidang, yaitu:
1.
Sistem Pertahanan
Ultrasonik
dimanfaatkan dalam alat sonar (sound navigation and ranging), yaitu sebagai
alat detektor di bawah air. misalnya ultrasonik dipasang pada kapal pemburu
untuk mengetahui posisi kapal selam atau sebaliknya dipasang pada kapal selam
untuk mengetahui kedudukan kapal di permukaan laut.
2.
Kesehatan
Fungsi
ultrasonik hampir menyerupai sinar-X, yaitu untuk melihat organ-organ tubuh
bagian dalam, khususnya organ tubuh yang tidak boleh dilihat dengan sinar-X,
misalnya janin dalam rahim. Alat kesehatan itu dinamakan Ultrasonography (USG).
3.
Industri
Dalam
industri ultrasonik digunakan untuk meratakan campuran susu agar homogen, membersihkan
benda yang halus, meratakan campuran besi dan timah yang dilebur dalam industri
logam, untuk sterilisasi pada pengawetan makanan dalam kaleng dan sebagainya.
Gambar 6.3 Kapal Perang yang menggunakan Alat
Sonar.
1.
Bunyi adalah Gelombang Longitudinal
Bagaimana
bunyi-bunyian dapat sampai ke telinga kita, sehingga bunyi dapat kita dengarkan
? untuk menyelidikinya coba kamu lakukan kembali unjuk kerja 4.1 memukul garpu
tala, sehingga timbul bunyi. Bunyi garpu tala menuju telinga dihantarkan oleh
partikel-partikel udara. Pada waktu bunyi keluar dari garpu tala, langsung
menumbuk molekul-molekul udara. Molekul-molekul udara menumbuk udara di
sebelahnya yang mengakibatkan terjadi rapatan dan regangan demikian seterusnya
sampai ketelinga. Molekul-molekul udara tidak pindah, tetapi hanya merapat dan
meregang. Bunyi sampai telinga merambat dalam bentuk gelombang. Gelombang yang
tersusun dari rapatan dan regangan adalah gelombang longitudinal. Jadi, bunyi
merambat berupa gelombang longitudinal.
2.
Gelombang bunyi merambat memerlukan medium
Gelombang
bunyi dapat didengar apabila ada zat antara atau medium untuk merambat sampai
ke telinga kita. Medium apa sajakah yang dapat dilalui bunyi ? setiap hari,
kita selalu bercakapcakap. Ketika hujan, kita sering mendengar suara petir.
Pada saat di jalan raya sering kita dengar suara klakson mobil. Hal ini
menunjukkan bahwa bunyi dapat merambat melalui udara. Dengan membentangkan
kawat yang diikat pada dua kaleng bekas, kamu dapat membuat telepon mainan.
Seorang dari temanmu berbicara pada satu ujung dan suaranya dapat kamu dengar
diunjung lainnya. Hal ini membuktikan bahwa bunyi dapat merambat melalui zat
padat. Bagaimana untuk membuktikan bunyi merambat melalui zat cair ? Ketika di
kolam renang, suruh temanmu menyelam lalu ketuk-ketuk dinding kolam renang.
Dapatkah temanmu mendengar bunyi ketukan itu ?
3.
Bagaimanakah Bunyi dapat terdengar ?
Bagaimana
bunyi dapat didengar ? dari pembahasan di atas sumber bunyi ditimbulkan oleh
benda-benda
yang bergetar. Sehingga syarat terjadinya bunyi adalah adanya benda yang
bergetar. Astronaut yang berada di bulan apakah bisa bercakap-cakap langsung
dengan temannya ? tentunya percakapannya dilakukan dengan menggunakan bahasa
isyarat. Karena mereka tidak bisa mendengar. Hal itu disebabkan di bulan hanya
udara (tidak ada medium perantara). Sehingga kita dapat mendengar bunyi jika
ada medium yang dapat merambatkan bunyi. Masih ada satu syarat lagi agar bunyi
dapat didengar, yaitu ada pendengar atau penerima.Dengan demikian syarat terjadi
dan terdengarnya bunyi adalah :
a)
Ada sumber bunyi (benda yang bergetar)
b)
Ada medium yang merambatkan bunyi
c)
Ada penerima (pendengar)
4.
Kecepatan Merambat Bunyi
Coba
kamu amati ketika terjadi hujan badai. Bersamaankah terjadinya kilat dan guntur
? tentu
tidak.
Mengapa ? Sebenarnya kilat dan guntur terjadi dalam selang waktu bersamaan,
namun mengapa kita dapat melihat kilat lebih dahulu, lalu baru mendengar guntur
?Kilat adalah gelombang cahaya, sedangkan guntur adalah gelombang bunyi.
Kecepatan merambatnya tidak sama. Cahaya menrambat lebih cepat daripada bunyi.
Oleh karena itu kamu akan menyaksikan kilat terjadinya lebih dahulu, kemudian
disusul bunyi guntur. Semakin jauh pusat terjadinya kilat, semakin lama selang
waktu antara kilat dan guntur. Jelaslah bahwa bunyi memerlukan waktu untuk
merambat melalui medium udara dari satu tempat ke tempat lainnya. jarak yang
ditempuh bunyi dalam waktu satu sekon disebut Cepat Rambat Bunyi. Jika jarak
yang ditempuh bunyi s dan waktu yang diperlukan t.
5.
Tinggi rendah dan kuat lemahnya bunyi
Pada
orang dewasa, suara perempuan akan lebih tinggi dibandingkan suara laki-laki.
Suara
perempuan
terdiri dari kumpulan gelombang bunyi dengan frekuensi tinggi, sedangkan pada
pria mengandung kumpulan bunyi dengar frekuensi rendah. Bunyi dengan frekuensi
tinggi akan menyebabkan telinga sakit dan nyeri karena gendang telinga ikut
bergetar lebih cepat. Selanjutnya Coba getarkan garpu tala yang frekuensinya
400 Hz pelan-pelan, dengarkan bunyi garpu tala tersebut! Sekarang getarkan
garpu tala tersebut dengan kuat-kuat, dengarkan! Semakin keraskah? Mengapa
demikian. Garpu tala yang digetarkan pelan-pelan menghasilkan simpangan yang
kecil, sehingga amplitudo gelombang yang dihasilkan juga kecil. Hal ini
menyebabkan bunyi garpu tala terdengar lemah. Pada saat garpu tala digetarkan
kuat-kuat menghasilkan simpangan yang besar dan amplitudo gelombang yang
dihasilkan juga besar, sehingga bunyi garpu tala terdengar keras. Jadi, kuat
lemahnya bunyi ditentukan oleh amplitudonya.
Untuk
menghasilkan suara yang keras atau lemah pada alat elektronik seperti radio dan
tape, anda cukup dengan menambah atau mengurangi volume suara pada alat
elektronik tersebut. Suara yang sangat keras dapat merusak gendang telinga.
6.
Nada
Nada
merupakan bunyi yang frekuensinya berubah-ubah secara teratur. Misalnya nada
yang dihasilkan alat-alat musik piano, gitar dan biola. Sedangkan bunyi yang
frekuensinya tidak teratur contohnya. desiran angina, bunyi ombak di laut , dan
desah. Beberapa deret nada yang berlaku standart
Deret
Nada c d
e f g
a b c
Bacanya do
re mi fa
sol la si
do
Frekuensi 264 297 330 352 396 440 495 528
Perbandingan 24
27 30 32
36 40 45
48
7.
Warna atau Kualitas bunyi
Bandingkan
suara gitar yang dimainkan dengan biola ketika mengiringi sebuah lagu.. Apakah
ada perbedaan antara suara gitar dengan biola? Padahal nada yang dimainkan
sama. Kedua alat musik tersebut akan mengeluarkan suara yang khas. Suara khas
yang dihasilkan oleh gitar dan biola disebut kualitas bunyi atau sering disebut
dengan timbre atau warna bunyi.
Suara
manusia juga memiliki kualitas bunyi yang berbeda-beda. Ada orang yang memiliki
suara merdu atau serak-serak basah.
C.
Resonansi
Tahukah
kamu mengapa kentongan (kayu berongga) menghasilkan bunyi yang lebih nyaring
(keras) daripada kayu yang tidak berongga ketika dipukul? Bunyi yang dihasilkan
akan lebih keras lagi jika volume rongga diperbesar. Gejala seperti ini juga
terjadi pada alat-alat musik seperti gitar, seruling, dan gendang. Mengapa
gejala seperti itu terjadi? Pada pembahasan tentang gelombang telah diketahui
bahwa bunyi merupakan getaran yang merambat dalam bentuk gelombang
longitudinal. Getaran tersebut mempengaruhi medium di sekitarnya. Artinya
medium yang dilalui bunyi ikut bergetar. Salah satu akibat pengaruh getaran
terhadap medium di sekitarnya (udara) adalah timbulnya bunyi yang semakin
keras. Gejala seperti ini dinamakan resonansi. Resonansi dapat terjadi pada
kolom udara. Bunyi akan terdengar kuat ketika panjang kolom udara mencapai
kelipatan ganjil dari seperempat panjang gelombang bunyi.
1.
Resonansi berbagai alat musik
Beberapa
alat musik yang berkaitan dengan penggunaan prinsip resonansi.
a. Gamelan
Gamelan
terdiri dari kotak resonansi yang di atasnya terdapat lempengan-lempengan logam
yang berfungsi sebagai penghasil getaran jika dipukul. Apabila lempeng logam
gamelan dipukul, getarannya menyebabkan udara yang ada di bawahnya ikut
bergetar atau beresonansi sehingga menghasilkan nada yang lebih tinggi. Yang
termasuk gamelan antara lain: saran, gambang, gender, dan gong.
b. Alat musik pukul
Gendang
tambur dan rebana termasuk alat musik pukul yang menggunakan selaput tipis. Di
bagian sisi atau bawahnya diberi lubang agar udara di dalamnya bebas bergetar.
Apabila gendang atau tambur dipukul, selaput tipisnya bergetar dan udara di
dalamnya beresonansi. Selaput tipis sangat mudah beresonansi, sumber getar yang
frekuensinya lebih besar ataupun lebih kecil dapat menyebabkan selaput tipis
ikut bergetar. Jadi tidak selalu frekuensi kedua benda harus sama. Telinga
manusia memiliki selaput tipis, yaitu selaput gendang telinga. Selaput itu
mudah sekali bergetar apabila di luar terdapat sumber getar meskipun
frekuensinya tidak sama dengan frekuensi selaput gendang telinga.
c. Alat musik tiup
Yang
termasuk alat musik tiup adalah seruling, terompet, klarinet, trombon, dan
saksofon.
Apabila
ditiup, kolom udara di dalamnya beresonansi. Perbedaan antara alat musik tiup
yang satu dengan yang lain terletak pada cara mengubah panjang kolom udara
dalam pipa.
d. Alat musik petik/gesek
Apabila
senar getar dipetik, getaran sinar menyebabkan udara dalam kotak gitar
beresonansi. Hal itu juga terjadi pada biola. Resonansi sangat menguntungkan
karena dapat memperkuat bunyi aslinya. Dengan demikian, alat-alat musik dapat
dibuat dengan memanfaatkan efek resonansi. Namun, di balik itu dapat terjadi
beberapa kerugian, antara lain sebagai berikut:
1.
Bunyi ledakan bom dapat memecahkan kaca walaupun kaca tidak terkena langsung
pecahan bom.
2.
Amplitudo resonansi yang besar yang dihasilkan dari sumber getar, misalnya
getaran mesin,pabrik dan kereta api, dapat meruntuhkan bangunan.
3.
Sepasukan prajurit tidak boleh melintasi jembatan dengan cara berbaris dengan
langkah yang bersamaan sebab amplitudo resonansi yang ditimbulkannya menjadi
bertambah besar sehingga dapat meruntuhkan jembatan.
Salah
satu contoh kerugian akibat resonansi adalah kejadian yang menimpa jembatan
gantung Selat Tacoma di Washington, Amerika Serikat. Pada tanggal 1 Juli 1940
hanya empat bulan setelah peresmian, jembatan itu ditiup angin sehingga
menimbulkan getaran. Karena getaran menimbulkan resonansi pada jembatan,
akhirnya jembatan bergoyang dan patah.
Gambar 6.7 Jembatan Selat Tacoma. Runtuh
akibat Resonansi
D.
Pemanfaatan dan dampak pemantulan bunyi dalam kehidupan sehari hari
Mengapa
bunyi (suara) di ruang tertutup terdengar lebih keras daripada di ruang
terbuka?
Mengapa
jika kita berteriak di sekitar tebing seperti ada yang menirukan suara kita?
Peristiwaperistiwa seperti ini merupakan akibat adanya pemantulan bunyi (ingat,
gelombang mempunyai sifat dapat dipantulkan).
Hasil
percobaan di atas menunjukkan bahwa pada bunyi berlaku hukum pemantulan bunyi
yaitu:
1.
Bunyi datang, bunyi pantul, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.
2.
Sudut pantul sama dengan sudut datang (r = i).
BAB
1
Sistem
Ekskresi
Pada
Manusia
Darahmu mengandung berbagai zat sisa metabolisme. Zat-zat ini
adalah senyawa senyawa kimia yang tidak dibutuhkan oleh tubuh. Apabila zat-zat
sisa ini tidak segera dibuang bisa menjadi racun dalam jaringan tubuhmu. Proses
membuang zat sisa metabolisme ini disebut sistem eksresi. Pada bab ini
kamu akan mempelajari berbagai organ tubuh manusia yang berfungsi membuang sisa
metabolisme. Selain itu, kamu akan mempelajari berbagai penyakit dan kelainan
pada organ tersebut.
A.
STRUKTUR
ALAT EKSKRESI PADA MANUSIA
Proses metabolisme tubuh menghasilkan zat-zat sampah seperti
karbondioksida, amonia, urea, asam urat, atau bahkan air. Zat-zat sampah ini
apabila dibiarkan menumpuk di dalam tubuh akan meracuni dan berbahaya bagi
tubuh. Untuk menghindari masalah akibat zat-zat sampah ini, zat-zat tersebut
harus dikeluarkan dari sel, jaringan, kemudian tubuh. Proses pengeluaran
zat-zat sampah ini dari sel, jaringan, dan tubuh disebut ekskresi. Proses
pengeluaran (ekskresi) ini hampir selalu melibatkan proses osmoregulasi, suatu proses
untuk memelihara tekanan osmosis dalam tubuh manusia dan hewan dalam menghadapi
kondisi lingkungan Bagian tubuh yang digunakan untuk melakukan osmoregulasi
pada setiap macam hewan adalah bervariasi.
a. Hewan sederhana (hewan berpori/porifera) bagian tubuh yang
digunakan untuk mengatur konsentrasi cairan tubuhnya cukup dengan proses difusi
dan osmosis langsung melalui membran sel
b. Hewan bersel satu (misalnya Amoeba, Paramaecium), bagian
tubuh yang digunakan dalam osmoregulasi adalah vakuola kontraktil melalui
mekanisme difusi dan osmosis.
c. Hewan darat, osmoregulasi terjadi melalui organ pengeluaran
(ekskresi), berupa ginjal. Dalam hal ini ginjal berperan sebagai organ ekskresi
dan osmoregulasi.
d. Hewan vertebrata dan invertebrata air (amfibi, ikan,
serangga) fungsi osmoregulasi melalui organ khusus seperti insang, kulit,
bahkan usus.
Ginjal
Salah satu sistem pengeluaran pada manusia adalah sistem urin.
Sistem urin manusia tersusun dari ginjal, ureter, kantung kemih, dan uretra.
Sistemurin berfungsi sebagai berikut:
a. Menyaring zat-zat sampah metabolisme dari darah;
b. Mengontrol volume darah, yaitu dengan mengeluarkan kelebihan
air yang dihasilkan sel-sel tubuh.Mempertahankan jumlah air dalam darah penting
untuk memelihara tekanan darah agar gerakan gas, dan pengeluaran zat sampah
padat tetap normal.
c. Memelihara keseimbangan konsentrasi garam-garam tertentu.
Garam-garam ini harus ada dalam konsentrasi tertentu untuk kelangsungan
kegiatan sel.
Organ utama sistem urin adalah sepasang ginjal. Organ ini
berwarna merah coklat, berbentuk seperti biji kacang merah. Letak ginjal di
daerah pinggang, tepatnya di perut bagian belakang dan dilindungi tulang-tulang
rusuk. Ginjal menyaring darah yang telah mengandung zat sisa, metabolisme dari
sel-sel tubuh. Seluruh darah dalam tubuh melewati ginjal berkali-kali dalam
sehari Ginjal terdiri atas dua lapisan. Lapisan luar disebut korteks,
sedangkan lapisan dalam disebut medula. Sebuah ginjal tersusun atas
kurang lebih satu juta nefron. Nefron adalah unit penyaring terkecil
ginjal. Satu nefron tersusun atas glomerulus, Simpai Bowman, saluran
berkelok-kelok, Ansa Henle, dan saluran pengumpul ginjal. Air, gula, garam, dan
zat sampah dari darah masuk ke nefron. Saat masuk nefron, darah bertekanan
tinggi. Darah dengan cepat mengalir ke kapiler dalam nefron. Kumpulan kapiler
dalam nefron disebut glomerulus (jamak = glomeruli) yang ditemukan di
bagian korteks. Karena tekanan darah yang tinggi maka air, glukosa,
vitamin, asam amino, protein berukuran kecil, urea, asam urat, garam,
dan ion akan menembus kapiler masuk ke bagian nefron yang disebut Simpai
Bowman. Simpai Bowman adalah bangunan berbentuk mangkuk yang
melingkupi glomerulus. Dalam proses ini sel-sel darah dan sebagian besar
protein tidak bisa menembus dinding kapiler karena terlalu besar. Akibatnya
sel-sel darah dan protein tertinggal dalam kapiler. Cairan dalam Simpai Bowman
mengalir ke saluran berkelok-kelok dan Ansa Henle. Ansa Henle adalah
saluran sempit berbentuk U. Selama cairan berada di sepanjang saluran-saluran
ini, sebagian besar ion, air, dan semua glukosa, asam amino, dan protein
berukuran kecil diserap kembali ke dalam aliran darah. Proses penyerapan
kembali zat-zat yang masih dipergunakan tubuh ini disebut reabsorbsi.
Molekul kecil seperti air diserap kembali ke kapiler secara difusi.
Difusi merupakan gerakan molekul zat dari tempat yang berkonsentrasi tinggi ke
tempat yang berkonsentrasi rendah. Zat lain misalnya ion, dikembalikan ke
kapiler dengan cara transport aktif. Transport aktif adalah gerakan
molekul dari satu larutan ke larutan lain dengan menggunakan energi.
Kapiler-kapiler yang berisi zat yang diserap kembali kemudian bersatu membentuk
vena kecil. Vena-vena kecil bersatu membentuk vena ginjal. Vena ginjal
mengembalikan darah yang sudah disaring ke sistem peredaran. Di samping
peristiwa di atas, di dalam saluran pengumpul terjadi proses lain yaitu
masuknya zat-zat sampah dari pembuluh darah. Zat-zat sampah merupakan zat
sampah yang masih tersisa di dalam pembuluh darah saat filtrasi. Dengan proses
ini urin di dalam saluran pengumpul lebih pekat lagi. Sesudah penyerapan
kembali, cairan yang tersisa dalam saluran merupakan cairan zat sisa (disebut urin)
yang mengandung garam dan zat sampah lain. Urin kemudian mengalir ke saluran
pengumpul ginjal yang terletak di bagian medula. Keseluruhan proses
penyaringan cairan
Urin dalam masing-masing saluran pengumpul mengalir ke suatu
daerah berbentuk seperti cerobong asap, yang disebut pelvis atau piala
ginjal. Saluran ini kemudian berlanjut ke ureter. Ureter adalah saluran
yang berpangkal dari ginjal menuju kantung kemih. Kantung kemih adalah
kantung berotot yang menyimpan urin.
Dalam kantung kemih urin disimpan sementara hingga dikeluarkan
dari tubuh; selanjutnya urin disalurkan ke uretra untuk dialirkan ke
luar tubuh. Jumlah urin yang keluar tergantung pada jumlah cairan yang diminum
dan volume cairan yang dikeluarkan. Orang dewasa ratarata menghasilkan urin
sekitar 1 liter tiap hari.
Organ Pengeluaran Lain
Untuk mengeluarkan zat-zat sisa metabolisme di samping sistem
urin, terdapat organ pengeluaran lain, yaitu kulit, paru-paru, dan hati.
Kulit
Kulit adalah organ terluas tubuh. Kulit hanya beberapa milimeter
tebalnya, tersusun
dari
dua lapisan jaringan, yaitu kulit ari (epidermis) dan kulit jangat (dermis).
Epidermis merupakan lapisan permukaan kulit. Epidermis tersusun dari
berlapis-lapis sel. Sel-sel terluar adalah sel-sel mati. Beribu-ribu sel ini
lepas setiap waktu. Sebagai penggantinya, sel-sel baru dihasilkan pada dasar
epidermis. Dermis adalah lapisan jaringan di bawah epidermis. Lapisan
ini lebih tebal daripada epidermis dan berisi pembuluh darah, saraf, kelenjar
minyak, dan kelenjar keringat. Sebagai bagian dari sistem pengeluaran, kulit
mempunyai kelenjar keringat. Kelenjar keringat adalah kelenjar yang
terdapat di lapisan dermis yang berfungsi untuk mengeluarkan air dan garam
(natrium klorida). Kurang lebih ada tiga juta kelenjar keringat dalam dermis
Gambar
kulit
Paru-paru
Paru-paru termasuk organ pengeluaran karena udara pernapasan
yang dikeluarkan mengandung karbondioksida dan air yang dihasilkan dari
kegiatan sel. Keluarnya air bisa dilihat ketika kamu bernapas dalam udara
dingin berupa kabut. Setiap hari tubuh melepaskan kurang lebih 350 ml air dalam
bentuk uap air melalui sistem pernapasan.
Hati
Hati ikut berperan dalam sistem pengeluaran karena sel-sel hati
berfungsi sebagai tempat perombakan sel-sel darah merah dan menguraikan
hameglobin sehingga menghasilkan zat warna empedu (bilirubin) . Zat warna
empedu ini dikeluarkan ke dalam urin dan feses. Hati juga berperan dalam
pembentukan urea dari amonia, yang kemudian dikeluarkan lewat ginjal bersama
urin.
B.
KELAINAN DAN PENYAKIT SISTEM EKSKRESI
Apa yang terjadi ketika organ-organ sistem urin seseorang tidak
bekerja dengan baik? Zat-zat sampah yang tidak dikeluarkan akan menumpuk dan
menjadi racun di dalam sel-sel tubuh. Selain itu, air juga akan tertimbun dan
menyebabkan pembengkakan kaki. Air ini dapat juga menumpuk di sekitar jantung.
Bila terjadi gangguan pengeluaran air bisa terjadi ketidakseimbangan jumlah
garam-garam tubuh. Ketidakseimbangan ini ditanggapi tubuh dengan mengembalikan
keseimbangannya. Jika masih juga tidak terjadi keseimbangan, ginjal dan organorgan
lain bisa rusak. Mengapa demikian? Terdapat beberapa kelainan/penyakit yang
diakibatkan oleh kelainan struktur maupun fungsi sistem ekskresi, antara lain
nefrosis, nefritis, sistisis, polisistik, dan gagal ginjal
Nefrosis
Nefrosis adalah kondisi di mana membran glomerulus bocor, meyebabkan
sejumlah besar protein keluar dari darah menuju urin. Air dan natrium
berakumulasi dalam tubuh menyebabkan edem, khususnya di bagian pergelangan
kaki, kaki, perut, dan mata. Nefrosis umumnya terjadi pada anak-anak.
Nefritis glomerulus
Nefritis glomerulus adalah radang membran filtrasi glomerulus di dalam korpuskulum
renalis. Penyebab radang secara umum adalah reaksi alergi terhadap racun
yang dilepaskan oleh bakteri streptococcus yang menginfeksi bagian tubuh lain,
khususnya tenggorokan. Penyakit ini ditandai dengan kenaikan permeabilitas
membran filtrasi dan akumulasi sel-sel darah putih di daerah membran filtrasi.
Akibatnya, sejumlah besar protein plasma memasuki urin. Keberadaan protein
plasma meningkatkan tekanan osmotik filtrat urin, sehingga volume urin
meningkat dan menyebabkan gagal ginjal.
Pielonefritis
Pielonefritis adalah radang seluruh bagian ginjal.Kerusakan ini sering dimulai
dengan infeksinbakteri pada pelvis ginjal dan kemudian melebar ke bagian utama
ginjal.
Sistisis
Sistisis adalah
radang kantung kemih terutama bagian mukosa dan sub mukosa. Sistisis bisa
disebabkan oleh infeksi bakteri, zat kimia, atau luka.
Penyakit polisistik
Penyakit ini bisa disebabkan karena kerusakan sistem saluran
ginjal yang merusak nefron dan menghasilkan pembesaran seperti kiste (benjolan)
sepanjang saluran ini. Kerusakan ginjal ini umumnya bersifat menurun.
Batu ginjal
Batu ginjal merupakan batu yang terbentuk dari asam urat,
kalsium, fosfat, asam oksalat dan lain-lain yang terbentuk di dalam ginjal.
Terbentuknya batu ginjal bisa disebabkan karena urin terlalu pekat dan kurang
minum.Batu ini bisa juga terbentuk di dalam kantung kemih maupun ginjal itu
sendiri.
Gagal ginjal
Ginjal bisa kehilangan fungsinya sehingga tidak bisa
mengeluarkan zat-zat sisa metabolisme dari dalam tubuh, bahkan zat-zat yang
masih bisa dipergunakan tubuh seperti glukosa dan protein bisa ikut keluar
tubuh. Gejala ini disebut gagal ginjal. Kelainan ini bisa disebabkan
karena kondisi yang mengganggu fungsi ginjal. Gagal ginjal yang akut
menyebabkan penumpukan urea di dalam darah dan asidosis (darah bersifat lebih
asam). Kerusakan ginjal ini bisa disebabkan oleh nefritis glomerulus yang
parah, atau bisa juga disebabkan oleh penyumbatan saluran ginjal. Racun
tertentu yang dihasilkan dari proses industri menyebabkan nekrosis (kerusakan
sel) epitel nefron. Gagal ginjal yang parah disebabkan oleh kerusakan yang
permanen pada banyak nefron, sehingga nefron-nefron tersebut tidak berfungsi.
Kerusakan ini ditandai dengan ketidakmampuan ginjal untuk mengeluarkan hasil
ekskresi, retensi, pembengkakan karena akumulasi cairan tubuh, kenaikan
kandungan kalium, asidosis, keracunan zat sampah, dan berakhir pada kematian.
Orang yang menderita kerusakan ginjal secara serius masih bisa
menyaring darahnya dengan ginjal buatan. Proses ini disebut cuci darah atau dialisis.
Dalam dialisis darah dipompa ke dalam saluran yang mengandung larutan garam
yang mirip dengan plasma darah. Zat sampah berdifusi dari saluran yang
mengandung darah dan dibersihkan oleh larutan garam. Darah bersih yang
tertinggal dikembalikan ke dalam vena. Seseorang yang hanya mempunyai satu
ginjal masih bisa menggunakan ginjal tersebut secara normal. Satu ginjal yang
sehat dapat mengerjakan pekerjaan dua ginjal.
Bagaimana cara memelihara agar ginjal kita tetap sehat? Minumlah
banyak air putih. Dengan meminum banyak air,urin menjadi encer sehingga
mempermudah kerja ginjal untuk pengeluaran zat yang tidak dipergunakan tubuh.
Encernya urin juga memperkecil terbentuknya batu ginjal dan timbulnya infeksi.
BAB.2
SISTEM REPRODUKSI MANUSIA
Sistem
Reproduksi Manusia
Setiap makhluk hidup akan bereproduksi untuk kelangsungan
jenisnya. Demikian juga dengan manusia, mengalami reproduksi untuk kelangsungan
hidupnya. Pertambahan jumlah manusia melalui proses reproduksi. Agar proses
reproduksi dapat berlangsung dengan baik haruslah didukung dengan struktur
organ reproduksi dan proses fisiologis yang sempurna. Apa yang terjadi
andaikata struktur organ reproduksi tersebut tidak sempurna? Apa yang terjadi
jika proses fisiologisnya juga tidak sempurna? Pada bab ini kamu akan
mempelajari struktur alat reproduksi manusia dan gangguan yang dapat terjadi.
Ikutilah Kegiatan Penyelidikan berikut untuk melihat upaya-upaya manusia
menjaga kesehatan reproduksi dan perawatan balita yang ada di sekitar kita.
Struktur
Alat Reproduksi
Sistem Reproduksi Pria
Sistem perkembangbiakan pria tersusun dari organ luar yang
terdiri dari penis dan skrotum.
Penis berfungsi sebagai
organ perkembangbiakan dan saluran kencing. Di samping penis terdapat kantung
yang disebut skrotum yang di dalamnya terdapat testis. Selama masa pubertas,
dua testis mulai menghasilkan sperma, yaitu sel kelamin jantan. Sperma
mempunyai struktur sebagai selsel tunggal yang tersusun dari kepala dan ekor.
Ekor berfungsi untuk menggerakkan sperma, sedangkan kepala sperma mengandung
informasi genetik. Skrotum juga berfungsi untuk membantu mengatur suhu yang
sesuai untuk produksi sperma.
Beberapa organ lain juga membantu dalam reproduksi yaitu untuk
pengangkutan dan penyimpanan sperma di dalam tubuh. Setelah sperma dihasilkan
dari testis, akan ditampung dalam epididimis. Selanjutnya diangkut melalui
saluran yang melingkari kandung kemih. Di samping kandung kemih terdapat
kelenjar yang disebut kelenjar seminal, tempat mencampur sperma dengan cairan
yang membantu sperma bergerak. Campuran antara sperma dan cairan ini disebut
semen. Semen meninggalkan tubuh melalui uretra, yaitu saluran yang sama untuk
mengalirkan urine ke luar tubuh. Namun demikian antara semen dan air kencing
tidak pernah tercampur. Otot yang berada di belakang kandung kencing
berkontraksi untuk mencegah urine keluar dari uretra saat sperma dikeluarkan
dari dalam tubuh.
Sistem reproduksi wanita
Saat wanita memasuki masa pubertas, sel telur mulai tumbuh dalam
organ seksual yaitu sepasang ovarium. Berbeda dengan pria, organ reproduksi
wanita merupakan organ internal, karena berada di dalam tubuh Ovarium terletak
dalam rongga badan bagian bawah. Kira-kira tiap satu bulan ovarium menghasilkan
sebuah sel telur yang masak. Proses ini disebut ovulasi. Dua ovarium
tersebut saling bergantian menghasilkan telur tiap bulan. Telur yang dihasilkan
masuk ke dalam saluran telur Jika dibuahi oleh sperma, sel telur akan terus
berada di dalam saluran telur. Rambut-rambut getar yang ada di saluran telur
membantu sel telur untuk bergerak menuju uterus (rahim). Uterus ini mempunyai
struktur berongga, bentuknya seperti buah jambu air, dan merupakan organ yang
penuh dengan otot. Dindingnya menebal bila didalamnya terdapat sel telur yang
telah dibuahi atau zigot yang tumbuh dan berkembang. Bagian bawah dari uterus
berhubungan dengan bagian luar tubuh melalui adanya tabung berotot yang disebut
vagina. Vagina ini juga disebut saluran kelahiran, sebab sebagai tempat
lewatnya bayi saat lahir
Siklus menstruasi
Satu sel telur dihasilkan oleh satu ovarium setiap 28 hari. Apa
yang
mengendalikan siklus tersebut ? Beberapa perubahan dalam sistem
reproduksi dikendalikan oleh hormon. Hormon merupakan cairan kimia yang
dihasilkan oleh tubuh untuk
mengendalikan proses-proses metabolisme dalam tubuh.
Perubahan yang terjadi tiap bulan pada organ
reproduksi wanita disebut siklus
menstruasi. Siklus menstruasi pada seorang
wanita terjadi setiap periode tertentu,
misalnya 28 hari. Namun demikian siklus
menstruasi tersebut sangat bervariasi untuk
tiap individu, yaitu berkisar antara 20-40 hari.
Perubahan-perubahan yang terjadi
selama menstruasi menyangkut pemasakan sel telur dan penebalan
dinding rahim guna
menerima sel telur yang telah dibuahi . Jika sel telur di dalam
ovarium masak, dinding rahim menebal. Lebih kurang pada hari ke 14 dari siklus
menstruasi yang 28 hari, sel telur dihasilkan dari ovarium, dan dikenal sebagai
proses ovulasi. Sel telur tersebut tetap hidup selama 24-48 jam, dan bergerak
sepanjang saluran telur menuju ke rahim atau uterus. Sel telur tersebut dapat
dibuahi bila terdapat sperma yang hidup dalam saluran telur selama 48 jam sesudah
atau sebelum ovulasi. Jika sel telur tersebut tidak dibuahi di dalam saluran
telur, maka akan luruh (rusak). Dinding rahim akan luruh dan terjadi
pendarahan. Peristiwa tersebut terjadi setiap bulan, dan dikenal sebagai
menstruasi. Lamanya menstruasi berlangsung selama 4-6 hari. Saat menstruasi
berlangsung, sel telur yang lain mulai mengalami pemasakan. Rahim juga mulai
menebal sebagai persiapan menerima sel telur lain tersebut. Menstruasi mulai
terjadi saat organ perkembangbiakan seorang gadis mulai masak.Pada sebagian
besar gadis, menstruasi pertama terjadi pada usia 8-13 tahun, dan terus
berlanjut sampai usia 45-55 tahun. Pada usia 50-an siklus menstruasi menjadi
tidak teratur dan berhenti untuk selamanya, peristiwa inidisebut menopause.
Fertilisasi
Sejak dimunculkannya teori sel pada tahun 1939, ilmuwan
mengetahui bahwa manusia berkembang dari sebutir sel telur yang telah dibuahi
oleh sperma. Peleburan sperma dengan sel telur dikenal sebagai proses
fertilisasi, atau pembuahan. Sperma ditampung dalam vagina, selanjutnya
bergerak melalui uterus menuju saluran uran telur. Sementara itu umumnya hanya
sebutir telur yang dihasilkan, sedangkan jumlah sperma yang tertampung berkisar
antara 200-300 juta. Dari sekian banyak sperma, hanya satu yang dapat membuahi sel
telur Setelah sebuah sperma dapat menembus permukaan luar sel telur saat proses
fertilisasi, sel telur segera menyusun penghalang kimiawi. Artinya sel telur
dilapisi oleh senyawa-senyawa tertentu sehingga jutaan sperma yang lain tidak
ikut membuahi sel telur tersebut. Saat sel telur dengan sperma menyatu pada
proses fertilisasi, zigot yang terbentuk mempunyai 46 kromosom dalam intinya.
Gambar 2.5,
hanya satu sperma yang membuahi sel telur
Fertilisasi antara sel telur dan sperma terjadi di dalam saluran
telur, dan menghasilkan zigot.Zigot akan bergerak dari saluran telur ke uterus.
Sejalan dengan waktu, zigot mengalami pembelahan sel. Setelah kurang lebih 7
hari, kumpulan sel-sel yang berbentuk bola hasil pembelahan zigot akan tertanam
dalam dinding uterus. Sebelum zigot tertanam, dinding uterus telah lebih dahulu
menebal yang siap menerima zigot. Di dalam uterus zigot akan tumbuh selama 9
bulan sampai saat bayi dilahirkan. Untuk manusia maupun hewan-hewan tertentu
yang perkembangan embrionya terjadi di dalam tubuh induk betina, ada periode
sebelum kelahiran yang disebut periode gestasi atau kehamilan. Sementara
jaringan, organ dan sistem tubuh berkembang, Embrio dalam uterus harus
memperoleh makanan dan oksigen, serta membuang bahan-bahan sisa metabolisme.Embrio
juga harus mendapat perlindungan.
Gangguan Sistem Reproduksi
Faktor lain yang juga mempengaruhi kualitas penduduk adalah
penyakit. Penyakit yang terkait dengan reproduksi secara langsung adalah
penyakit yang ditularkan melalui alat reproduksi seperti penyakit AIDS (Acquired
Immuno Deficiency Syndrome) yang disebabkan oleh Virus HIV (Human
Immune Deficiency Virus)
AIDS adalah penyakit mengerikan yang sampai saat ini sudah
menular ke berbagai negara. Penularan AIDS ini baru disadari dalam masa modern
ini, sehingga sering disebut pandemi modern. AIDS menuntut perhatian kita semua
karena:
1. Semua orang bisa terkena AIDS.
2. Belum ditemukan vaksin pencegahnya.
3. Belum ada obat yang betul-betul dapat
diandalkan.
4. Penyebarannya sangat cepat dan tidak diketahui, sehingga
makin banyak orang yang tertular AIDS.
Perkembangan AIDS di dunia berlangsung cukup cepat, menurut
Badan Kesehatan Dunia (WHO), pada tahun
1981 terdapat 100.000 kasus AIDS di 20
negara, pada tahun 1992 terdapat 11-12 juta kasus, dengan rincian 6% di Asia Tenggara, 60% di Afrika, 10% di
Amerika Utara, dan 6% di Eropa. Pada tahun 2000 terdapat 60 juta kasus dengan
rincian 41% di Asia Tenggara, 36% di Afrika, 5% di Amerilka.
BAB.3
SISTEM
SYARAF DAN INDRA MANUSIA
A.
Sistem Saraf pada Manusia
Apa yang dimaksud dengn sistem saraf? Sistem saraf merupakan
salah satu sistem koordinasi yang bertugas menyampaikan rangsangan dari
reseptor untuk dideteksi dan direspon oleh tubuh. Sistem saraf memungkinkan
makhluk hidup tanggap dengan cepat terhadap perubahan-perubahan yang terjadi di
lingkungan luar maupun dalam. Untuk menanggapi rangsangan, ada tiga komponen
yang harus dimiliki oleh sistem saraf, yaitu:
Reseptor, adalah alat penerima rangsangan atau
impuls.
Pada tubuh kita yang bertindak sebagai reseptor adalah organ
indera.
Penghantar impuls, dilakukan oleh saraf itu
sendiri. Saraf tersusun dari berkas serabut penghubung (akson). Pada serabut
penghubung terdapat sel-sel khusus yang memanjang dan meluas. Sel saraf disebut
neuron.
Efektor, adalah bagian yang menanggapi
rangsangan yang telah diantarkan oleh penghantar impuls. Efektor yang paling
penting pada manusia adalah otot dan kelenjar.
1. Sel Saraf
(Neuron)
Sistem saraf terdiri atas sel-sel saraf yang disebut neuron.
Neuron bergabung membentuk suatu jaringan untuk mengantarkan impuls
(rangsangan). Satu sel saraf tersusun dari badan sel, dendrit, dan akson.
a. Badan sel
Badan sel saraf merupakan bagian yang paling besar dari sel
saraf. Badan sel berfungsi untuk menerima rangsangan dari dendrit dan
meneruskannya ke akson. Pada badan sel saraf terdapat inti
sel, sitoplasma, mitokondria, sentrosom, badan golgi, lisosom,
dan badan nisel. Badan sel merupakan kumpulan retikulum endoplasma tempat
transportasi sintesis protein.
b. Dendrit
Dendrit adalah serabut sel saraf pendek dan bercabangcabang.
Dendrit merupakan perluasan dari badan sel. Dendrit berfungsi untuk menerima
dan mengantarkan rangsangan ke badan sel.
c. Akson
Akson disebut neurit. Tahukah kamu apa yang dimaksud dengan
neurit? Neurit adalah serabut sel saraf panjang yang merupakan perjuluran
sitoplasma badan sel. Di dalam neurit terdapat benang-benang halus yang disebut
neurofibril. Neurofibril dibungkus oleh beberapa lapis selaput mielin yang
banyak mengandung zat lemak dan berfungsi untuk mempercepat jalannya
rangsangan. Selaput mielin tersebut dibungkus oleh sel-sel sachwann yang
akan membentuk suatu jaringan yang dapat menyediakan makanan untuk neurit dan
membantu pembentukan neurit. Lapisan mielin sebelah luar disebut neurilemma
yang melindungi akson dari kerusakan. Bagian neurit ada yang tidak dibungkus
oleh lapisan mielin. Bagian ini disebut dengan nodus ranvier dan berfungsi
mempercepat jalannya rangsangan.
2. Impuls
Impuls adalah
rangsangan atau pesan yang diterima oleh reseptor dari lingkungan luar,
kemudian dibawa oleh neuron. Impuls dapat juga dikatakan sebagai serangkaian
pulsa elektrik yang menjalari serabut saraf. Tahukah kamu contoh dari
rangsangan? Contoh rangsangan adalah sebagai berikut.
a. Perubahan dari dingin menjadi panas.
b. Perubahan dari tidak ada tekanan pada kulit menjadi ada tekanan.
c. Berbagai macam aroma yang tercium oleh hidung.
d. Suatu benda yang menarik perhatian.
e. Suara bising.
f. Rasa asam, manis, asin dan pahit pada makanan. Impuls yang
diterima oleh reseptor dan disampaikan ke efektor akan menyebabkan terjadinya
gerakan atau perubahan pada efektor
a. Gerak sadar
Gerak sadar atau gerak biasa adalah gerak yang terjadi karena
disengaja atau disadari. Impuls yang menyebabkan gerakan ini disampaikan
melalui jalan yang panjang.
b. Gerak refleks
Gerak refleks adalah gerak yang tidak disengaja atau tidak
disadari. Impuls yang menyebabkan gerakan ini disampaikan melalui jalan yang
sangat singkat dan tidak melewati otak.
3. Susunan Sistem
Saraf
Kamu
telah mengenal sel saraf pada pelajaran sebelumnya. Di dalam tubuh kita
terdapat miliaran sel saraf yang membentuk sistem saraf. Tahukah kamu susunan
sistem saraf pada manusia? Sistem saraf manusia tersusun dari sistem saraf
pusat dan sistem saraf tepi. Sistem saraf pusat terdiri atas otak dan sumsum
tulang belakang. Sedangkan sistem saraf tepi terdiri atas sistem saraf somatis
dan sistem saraf otonom.
a. Sistem saraf pusat
1) Otak
Otak merupakan
alat tubuh yang sangat penting dan
sebagai pusat pengatur dari segala kegiatan manusia.
Otak terletak di dalam rongga tengkorak, beratnya
lebih kurang 1/50 dari berat badan. Bagian utama otak
adalah otak besar (Cerebrum), otak kecil (Cerebellum),
dan
batang otak.
Otak besar merupakan pusat pengendali kegiatan tubuh yang
disadari. Tahukah kamu kegiatan tubuh yang disadari? Berpikir,
berbicara,
melihat, bergerak, mengingat, dan mendengar termasuk kegitan
tubuh yang disadari. Otak besar
dibagi menjadi dua belahan, yaitu belahan kanan dan belahan
kiri.
Masing-masing belahan pada otak tersebut disebut hemister. Otak besar belahan kanan mengatur
dan mengendalikan kegiatan tubuh sebelah kiri, sedangkan otak belahan kiri
mengatur dan mengendalikan bagian tubuh sebelah kanan. Otak kecil terletak di
bagian belakang otak besar, tepatnya di bawah otak besar. Otak kecil terdiri
atas dua lapisan, yaitu lapisan luar berwarna kelabu dan lapisan dalam berwarna
putih. Otak kecil dibagi menjadi dua bagian, yaitu belahan kiri dan belahan
kanan yang dihubungkan oleh jembatan varol. Apa fungsi dari otak kecil? Otak
kecil berfungsi sebagai pengatur keseimbangan tubuh dan mengkoordinasikan kerja
otot ketika seseorang akan melakukan kegiatan.
Batang otak tersusun dari medula oblangata, pons, dan otak tengah.
Batang otak terletak di depan otak kecil, di bawah otak besar, dan menjadi
penghubung antara otak besar dan otak kecil. Batang otak disebut dengan sumsum
lanjutan atau sumsum penghubung. Batang otak terbagi menjadi dua lapis, yaitu
lapisan dalam dan luar berwarna kelabu karena banyak mengandung neuron. Lapisan luar berwarna putih, berisi
neurit dan dendrit. Fungsi dari batang otak adalah mengatur refleks fisiologis,
seperti kecepatan napas, denyut jantung, suhu tubuh, tekanan, darah, dan
kegiatan lain yang tidak disadari.
2) Sumsum tulang belakang
Sumsum tulang belakang terletak memanjang di dalam rongga tulang
belakang, mulai dari ruas-ruas tulang leher sampai ruas-ruas tulang pinggang
yang kedua. Sumsum tulang belakang terbagi menjadi dua lapis, yaitu lapisan
luar berwana putih dan lapisan dalam berwarna kelabu. Lapisan luar mengandung
serabut saraf dan lapisan dalam mengandung badan saraf. Di dalam sumsum tulang
belakang terdapat saraf sensorik, saraf motorik, dan saraf penghubung.
Fungsinya adalah sebagai penghantar impuls dari otak dan ke otak serta sebagai
pusat pengatur gerak refleks.
b. Sistem Saraf Tepi
Sistem saraf tepi tersusun dari semua saraf yang membawa pesan
dari dan ke sistem saraf pusat. Kerjasama antara sistem pusat dan sistem saraf
tepi membentuk perubahan cepat dalam tubuh untuk merespon rangsangan dari
lingkunganmu. Sistem saraf ini dibedakan menjadi sistem saraf somatis dan
sistem saraf otonom.
1) Sistem saraf somatis
Tahukah kamu bahwa sistem saraf somatis disebut juga dengan
sistem saraf sadar? Sistem saraf somatis terdiri dari 12 pasang saraf kranial
dan 31 pasang saraf sumsum tulang belakang. Kedua belas pasang saraf otak akan
menuju ke organ tertentu, misalnya mata, hidung, telinga, dan kulit. Saraf
sumsum tulang belakang keluar melalui sela-sela ruas tulang belakang dan berhubungan dengan bagian-bagian tubuh,
antara lain kaki, tangan, dan otot lurik. Saraf-saraf dari sistem somatis
menghantarkan informasi antara kulit, sistem saraf pusat, dan otot-otot rangka.
Proses ini dipengaruhi saraf sadar, berarti kamu dapat memutuskan untuk
menggerakkan atau tidak menggerakkan bagian-bagian tubuh di bawah pengaruh
sistem ini.
2) Sistem saraf otonom
Pernahkah kamu kejatuhan cicak saat duduk santai? Apa yang kamu
rasakan ketika kejatuhan cicak? Kamu kaget, ketakutan, dan menjerit keras.
Jantungmu berdetak dengan cepat. Pikiranmu kacau. Reaksi yang membuat responmu
dalam situasi ketakutan ini dikontrol oleh sistem saraf otonom. Sistem saraf
otonom mengatur kerja jaringan dan organ tubuh yang tidak disadari atau yang
tidak dipengaruhi oleh kehendak kita. Jaringan dan organ tubuh diatur oleh
sistem saraf otonom adalah pembuluh darah dan jantung. Sistem saraf otonom
terdiri atas sistem saraf simpatik dan sistem saraf parasimpatik.
Sistem saraf simpati disebut juga sistem saraf torakolumbar,
karena saraf preganglion keluar dari
tulang belakang toraks ke-1 sampai dengan ke-12. Sistem saraf
ini berupa 25 pasang ganglion atau simpul saraf yang terdapat di sumsum tulang
belakang.
B.
Sistem Indera pada Manusia
Indera manusia terdiri atas organ-organ tubuh yang sangat peka
terhadap rangsangan tertentu. Ada lima macam indera pada manusia, yaitu mata,
telinga, hidung, lidah, dan kulit. Kamu tidak asing dengan alat indera manusia
tersebut. Apakah kelima alat indera yang kamu miliki berfungsi dengan baik?
Bagaimana cara mengetahuinya jika kelima alat indera tersebut tidak berfungsi
dengan baik? Kelima alat indera ini akan berfungsi dengan baik jika:
saraf-saraf yang berfungsi membawa rangsangan bekerja
dengan baik,
otak sebagai pengolah informasi bekerja dengan baik,
alat-alat indera tidak mempunyai kelainan bentuk dan
fungsinya.
1. Mata
Kamu sudah tahu kalau mata manusia ada dua dan berfungsi untuk
melihat. Bagaimana cara kerja mata sampai mata kita dapat melihat dengan jelas?
Adakah faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kerja mata? Mata adalah organ
penglihatan yang menerima rangsangan berupa cahaya. Bola mata terletak di dalam
rongga mata dan beralaskan lapisan lemak. Bola mata dapat bergerak dan diarahkan
kesuatu arah dengan bantuan tiga otot penggerak mata, yaitu:
Muskulus rektus okuli medial (otot di sekitar mata),
berfungsi menggerakkan bola mata.
Muskulus obliques okuli inferior, berfungsi
menggerakkan bola mata ke bawah dan ke dalam.
Muskulus obliques okuli superior, berfungsi memutar
mata ke atas dan ke bawah.
Selain itu, ada otot mata yang berfungsi menutup mata dan
mengangkat kelopak mata. Otot yang berfungsi untuk menutup mata yaitu muskulus
orbikularis okuli dan muskulus rektus okuli inferior
b. Proses melihat
Bagaimana proses mata bisa melihat? Tahukah kamu caranya mata
bisa melihat? Mata bisa melihat benda karena adanya cahaya yang dipantulkan
oleh benda tersebut ke mata. Jika tidak ada cahaya yang dipantulkan benda, maka
mata tidak bisa melihat benda tersebut. Proses mata melihat benda adalah
sebagai berikut.
1) Cahaya yang dipantulkan oleh benda di tangkap oleh mata,
menembus kornea dan diteruskan melalui pupil.
2) Intensitas cahaya yang telah diatur oleh pupil diteruskan
menembus lensa mata.
3) Daya akomodasi pada lensa mata mengatur cahaya supaya jatuh
tepat di bintik kuning.
4) Pada bintik kuning, cahaya diterima oleh sel kerucut dan sel
batang, kemudian disampaikan ke otak.
5) Cahaya yang disampaikan ke otak akan diterjemahkan oleh otak
sehinga kita bisa mengetahui apa yang kita lihat.
c. Gangguan pada mata
Pernahkah kamu menjumpai anak pakai kaca mata? Tahukah kamu
mengapa anak tersebut pakai kaca mata? Keadaan mata setiap anak berbeda-beda.
Ada mata normal dan mata tidak normal. Mata tidak normal berarti mempunyai
kelainan. Bagaimana tanda-tanda orang jika matanya mempunyai kelainan? Apakah
orang tersebut dapat melihat dengan jelas? Seseorang tidak bisa melihat suatu
benda yang seharusnya dapat dilihat dengan mata normal, itu bertanda mata orang
tersebut mengalami gangguan berupa kelainan pada mata. Orang yang bisa melihat
dengan normal tanpa bantuan kaca mata disebut emetropi. Ada beberapa kelainan
pada mata, yaitu:
1) Rabun dekat
Rabun dekat disebut hipermetropi. Rabun dekat adalah
ketidakmampuan mata untuk melihat benda yang dekat. Hal ini disebabkan oleh
ukuran bola mata yang pendek sehingga bayangan jatuh di belakang retina.
Kebiasaan membaca buku terlalu dekat dan sambil tiduran akan mempercepat
timbulnya cacat mata. Rabun dekat dapat diatasi dengan menggunakan kaca mata
berlensa cembung. Lensa cembung merupakan lensa positif
2) Rabun jauh
Rabun jauh adalah ketidakmampuan mata untuk melihat benda yang
berjarak jauh. Rabun jauh disebut miopi. Apa penyebab rabun jauh? Penyebab
rabun jauh adalah ukuran bola mata terlalu panjang dari ukuran normal sehingga
bayangan benda jatuh dibdepan retina. Rabun jauh dapat diatasi dengan
menggunakan kaca mata berlensa cekung. Lensa cekung merupakan lensa negatif.
3) Rabun jauh dan dekat
Rabun jauh dan dekat disebut juga presbiopi atau rabun tua.
Mengapa presbiopi dikatakan rabun tua? Karena kelainan mata ini biasanya
diderita oleh orang yang sudah tua atau kira-kira berumur di atas 45 tahun.
Penderita presbiopi tidak mampu melihat benda yang terlalu jauh dan terlalau
dekat. Supaya penderita presbiopi dapat melihat dengan jelas, maka dibutuhkan
kaca mata rangkap, yaitu kaca mata cembung dan cekung.
4) Rabun senja
Rabun senja atau rabun ayam adalah ketidakmampuan mata untuk
melihat benda yang berada di tempat remangremang dan di malam hari. Gangguan
ini disebabkan oleh kekurangan vitamin A, sehingga sel batang tidak berfungsi
karena protein rodopson tidak terbentuk. Orang yang menderita rabun senja harus
banyak mengkonsumsi makananyang banyak mengandungvitamin A.
5) Buta warna
Buta warna adalah ketidakmampuan mata untuk membedakan warna.
Penyakit ini bersifat menurun. Buta warna ada dua macam, yaitu buta warna total
dan buta warna separuh. Tahukah kamu perbedaan antara buta warna total dengan
buta warna separoh? Buta warna total hanya mampu melihat warna hitam putih
saja. Sedangkan buta warna separuh tidak bisa melihat warna tertentu, yaitu
merah, biru, dan hijau.
6) Katarak
Katarak atau bular mata merupakan gangguan penglihatan. Penyebab
katarak adalah lensa mata keruh sehingga menghalangi masuknya cahaya pada
retina. Penderita ini umumnya berumur di atas 55 tahun.Kelainan mata ini dapat
diatasi dengan operasi mata.
7) Juling
Juling adalah kelainan mata yang disebabkan oleh ketidakserasian
otot-otot mata. Jika penderitanya
masih anak-anak, maka dapat diperbaiki dengan jalan operasi.
8) Astigmatisme
Astigmatisme atau mata silindris adalah gangguan mata yang
disebabkan oleh ukuran lensa mata atau kornea tidak rata. Penderita gangguan
ini tidak mampu melihat garis vertikal dan horisontal. Gangguan mata ini dapat
diatasi dengan menggunakan kaca mata yang berlensa silindris.
2. Telinga
Telinga merupakan alat indera yang peka terhadap rangsangan
berupa gelombang suara. Telinga manusia mampu mendengar suara dengan frekuensi
antara 20-20.000 Hz. Tahukah kamu fungsi dari telinga? Selain sebagai alat
pendengaran, telinga juga berfungsi menjaga keseimbangan tubuh manusia.
a. Bagian-bagian telinga
1) Telinga bagian luar
Telinga bagian luar terdiri atas:
Daun telinga, berfungsi untuk menampung
getaran.
Saluran telinga luar atau lubang telinga,
berfungsi menyalurkan getaran.
Kelenjar minyak, berfungsi menyaring udara
yang masuk sebagai pembawa gelombang suara.
Membran timpani atau selaput gendang,
berfungsi menerima dan memperbesar getaran suara.
2) Telinga bagian tengah
Telinga bagian tengah terletak di sebelah dalam membran timpani.
Fungsi dari telinga bagian tengah adalah untuk meneruskan getaran dari suara
telinga bagian luar ke telinga bagian dalam. Pada telinga tengah terdapat
saluran Eustachius dan tiga tulang pendengaran.
Saluran Eustachius, berfungsi untuk mengurangi
tekanan udara di telinga tengah sehingga tekanan udara di luar dan di dalam
akan sama. Keseimbangan tekanan ini akan menjaga gendang telinga supaya tidak
rusak. Saluran ini akan tertutup dalam keadaan biasa, dan akan terbuka jika
kita menelan sesuatu.
Tulang pendengaran, berfungsi untuk mengantarkan dan
memperbesar getaran ke telinga bagian dalam. Tulang pendengaran ada tiga, yaitu
tulang martil, tulang landasan, dan tulang sanggurdi. Tulang tulang ini
menghubungkan gendang telinga dan tingkap jorong.
3) Telinga bagian dalam
Telinga bagian dalam berfungsi mengantarkan getaran suara ke
pusat pendengaran oleh urat saraf. Penyusun telinga bagian dalam adalah sebagai
berikut.
Tingkap jorong, berfungsi menerima dan menyampaikan
getaran.
Rumah siput, berfungsi menerima, memperbesar, dan
menyampaikan getaran suara ke saraf pendengaran.
Di dalam saluran rumah sifut terdapat cairan limfe dan terdapat
ujung-ujung saraf pendengaran.
Tiga saluran setengah lingkaran, berfungsi sebagai
alat untuk mengetahui posisi tubuh dan menjaga keseimbangan.
b. Proses mendengar
Pernahkah kamu berpikir mengapa telinga bisa mendengar?
Bagaimana proses pendengaran yang terjadi di dalam telinga? Suara yang kita
dengar akan ditangkap oleh daun telinga, kemudian sampai ke gendang telinga
sehingga membuat gendang telinga bergetar. Getaran ini diteruskan oleh tiga
tulang pendengaran ke tingkap jorong dan diteruskan ke rumah siput. Di dalam
rumah siput, cairan limfe akan bergetar sehingga meransang ujung-ujung saraf
pendengaran dan menimbulkan impuls saraf yang ditujukan ke otak. Di dalam otak,
impuls tersebut akan diolah sehingga kita bisa mendengar dan mengenali suara
tersebut.
c. Gangguan pada telinga
Gangguan pada telinga menyebabkan ketulian atau kekurangtajaman
pendengaran. Apa penyebab dari gangguan telinga tersebut? Ada dua penyebab
gangguan telinga, yaitu gangguan penghantar bunyi dan gangguan saraf. Gangguan
telinga yang disebabkan oleh gangguan saraf dan gangguan penghantar bunyi bisa
diatasi menggunakan alat pendengaran buatan. Alat ini mampu memperbesar
gelombang suara sebelum suara masuk ke telinga.
Ada bermacam gangguan telinga, yaitu:
☯ Ganguan telinga
disebabkan oleh luka pada telinga bagian luar yang telah terinfeksi atau otitis
sehingga mengeluarkan nanah.
Gangguan ini dapat
bersifat permanent jika terjadi infeksi yang sangat parah.
Penderita ini harus segera memeriksakan telinganya pada dokter
supaya bisa cepat disembuhkan.
☯ Penumpukan kotoran
sehingga menghalangi getaran suara untuk sampai ke gendang telinga.
Oleh karena itu, kita
harus membersihkan telinga dari kotoran dengan kapas minimal satu kali dalam
seminggu.
☯ Kerusakan gendang
telinga, misalnya gendang telinga pecah.
Pecahnya gendang telinga
bisa disebabkan oleh dua hal, yaitu kapasitas suara yang didengar terlalu kuat
dan terkena suatu benda yang tajam, misalnya membersihkan telinga dengan peniti
atau lidi sehingga menyentuh gendang telinga dan menyebabkan gendang,telinga
menjadi sobek. Gendang telinga sangat tipis sekali.
Otosklerosis, adalah kelainan pada tulang sanggurdi yang
ditandai dengan gejala tinitus (dering pada telinga) ketika masih kecil.
☯ Presbikusis, adalah
perusakan pada sel saraf telinga yang terjadi pada usia manula.
☯ Rusaknya reseptor
pendengaran pada telinga bagian dalam akibat dari mendengarkan suara yang amat
keras.
3. Hidung
Hidung adalah alat indera yang menanggapi rangsangan berupa bau
atau zat kimia yang berupa gas. Di dalam rongga hidung terdapat serabut saraf
pembau yang dilengkapi dengan sel-sel pembau. Setiap sel pembau mempunyai
rambut-rambut halus (silia olfaktori) di ujungnya dan diliputi oleh selaput
lendir yang berfungsi sebagai pelembab rongga hidung.
4. Lidah
Apa yang kamu rasakan ketika kamu minum teh manis? Apa yang kamu
rasakan ketika kau minum obat dalam bentuk tablet? Kamu bisa merasakan rasa teh
manis dan obat karena adanya indera perasa. Lidah adalah alat indera yang peka
terhadap rangsangan berupa zat kimia larutan. Lidah memiliki otot yang tebal,
permukaannya dilindungi oleh lendir dan penuh dengan bintil-bintil. Kita dapat merasakan rasa pada lidah karena
terdapat reseptor yang dapat menerima rangsangan.
Reseptor itu adalah vavila pengecap atau kuncup pengecap. Kuncup
pengecap merupakan kumpulan ujung-ujung saraf
yang terdapat pada bintil-bintil lidah. Tidak semua bagian lidah peka
terhadap zat kimia dan daerahnya juga khusus untuk rasa tertentu. Pada saat
kita makan sambal, kita sering merasakan kepedasan. Rasa pedas bukan hasil dari kepekaan rasa
pada kuncup pengecap.
Tetapi merupakan suhu panas pada papilla sehingga mengembang dan
menyebabkan timbulnya rasa pedas.
Gangguan pada lidah bisa disebabkan oleh makan atau minum sesuatu yang bersuhu
terlalu tinggi dan terlalu rendah sehingga lidah mati rasa. Gangguan ini hanya bersifat sementara.
Ganguan yang bersifat permanent misalnya terjadi pada orang yang
mengalami trauma pada bagian tertentu otak. Pada lidah juga sering terjadi
iritasi karena luka atau kekurangan vitamin C.
5. Kulit
Kulit adalah alat indera yang peka terhadap rangsangan berupa
sentuhan, tekanan, panas, dingin, dan nyeri atau sakit. Kepekaan tersebut
disebabkan karena adanya ujung-ujung saraf yang ada pada kulit. Biasanya ujung
saraf indera peraba ada dua macam, yaitu ujung saraf bebas yang mendeteksi rasa
nyeri atau sakit, dan ujung saraf yang berselaput (berpapilia).
BAB.4
KELANGSUNGAN HIDUP MAHLUK HIDUP
A. Pengertian Kelangsungan Hidup
Kita ketahui
bahwa tidak ada makhluk hidup di muka bumi ini yang mampu bertahan hidup tanpa
mengalami kematian, karena setiap makhluk hidup memiliki waktu kehidupan atau
umur yang terbatas. Misalnya umur pohon kelapa jauh lebih lama daripada umur
pohon jagung. Bagaimanapun sempurnanya perawatan suatu tanaman, jika tanaman
tersebut telah mencapai batas usia maksimal maka akan mati? Coba kamu amati
pohon pisang, setelah berbuah bisa dipastikan akan segera mati. Namun, jika
kamu amati dengan seksama, sebelum berbuah dan akhirnya mati, pohon pisang
tersebut menumbuhkan tunas baru pada bagian bonggolnya. Tumbuhnya tunas tersebut mengakibatkan
tanaman pisang tetap terjaga kelangsungan hidupnya, meskipun induk pohon pisang
telah mati. Pertumbuhan pohon pisang silih berganti secara alamiah. Hal
tersebut tentunya juga terjadi pada makhluk hidup lain termasuk hewan dan
manusia.
Setiap makhluk
hidup telah dibekali oleh Tuhan Yang Maha Kuasa dengan kemampuan untuk
mempertahankan hidupnya dan menjaga keturunannya supaya tetap lestari. Tetapi,
karena keserakahan makhluk hidup yang lebih tinggi tingkatnya dan
ketidakpedulian manusia akan kelestarian lingkungan hidup telah merusak
ekosistem yang baik. Telah menjadi hukum
alam bahwa makhluk yang lemah akan dimangsa oleh makhluk yang lebih kuat, atau
yang kita kenal dengan hukum rimba.
B. Adaptasi
1. Pengertian
Pernahkah kamu mendengar adaptasi? Apa yang kamu ketahui tentang
adaptasi? Apa yang terjadi jika suatu makhluk hidup tidak dapat beradaptasi?
Salah satu penyebab kepunahan makhluk hidup adalah ketidakmampuan makhluk hidup
untuk beradaptasi dengan lingkungan.
Misalnya, ketika kamu memindahkan seekor ikan yang diambil dari
habitat aslinya ke dalam kolam ikan
buatanmu sendiri. Beberapa hari kemudian
ikan yang kamu pelihara mati. Kematian ikan ini disebabkan ikan tersebut tidak
mampu beradaptasi dengan lingkungan barunya.
Maka jelaslah bahwa makhluk hidup yang tidak beradaptasi dengan
lingkungannya akan mengalami kepunahan. Jadi, apa yang dimaksud dengan
adaptasi?
Adaptasi adalah kemampuan makhluk hidup untuk menyesuaikan diri dengan
lingkungan hidupnya. Ada beberapa cara penyesuaian diri yang dapat dilakukan,
yaitu dengan cara penyesuaian bentuk organ tubuh, penyesuaian kerja organ
tubuh, dan tingkah laku dalam menanggapi perubahan
lingkungan. Dari pengertian adaptasi tersebut, ada tiga macam
bentuk adaptasi, yaitu:
a. adaptasi fisiologi,
b. adaptasi tingkah laku, dan
c. adaptasi morfologi.
Adaptasi terlihat dari adanya perubahan bentuk luar atau dalam
suatu makhluk hidup sesuai dengan situasi dan kondisi lingkungan tempat
hidupnya. Perubahan ini bersifat tetap dan khas untuk setiap jenis sehingga
bisa diwariskan kepada keturunannya.
2. Jenis-Jenis Adaptasi
a. Adaptasi fisiologi
Adaptasi
fisiologi adalah penyesuaian diri makhluk hidup melalui fungsi kerja
organ-organ tubuh supaya bisa bertahan hidup.
Adaptasi ini berlangsung di dalam tubuh sehingga sulit untuk diamati.
Ikan air laut menghasilkan urine yang lebih pekat dibandingkan dengan ikan
sungai. Mengapa ikan air laut menghasilkan urine lebih pekat dibandingkan
dengan ikan sungai? Hal ini dikarenakan kadar garam air laut lebih tinggi dari
pada kadar garam air tawar.
Tingginya kadar garam menyebabkan ikan kekurangan air sehingga ikan
harus banyak minum. Akibatnya, kadar garam dalam darahnya menjadi tinggi
sehingga untuk mengurangi kepekatan cairan dalam tubuhnya, ikan mengeluarkan
urine yang pekat.
Hewan-hewan herbivor beradaptasi terhadap makanan secara
fisiologis. Sapi, kambing, kerbau, dan domba merupakan hewan herbivor yang
dapat mencerna zat makanan di dalam lambung. Rayap dan Teredo navalis yang
hidup di kayu galangan kapal dapat mencerna kayu dengan bantuan enzim selulose.
Selain hewan,
manusia dan tumbuhan dapat beradaptasi dengan lingkungannya secara fisiologi.
Dapatkah kamu menyebutkan contoh dari adaptasi fisiologi dari manusia?
Tubuh manusia mampu menambah jumlah sel darah merah apabila
berada di pegunungan yang lebih tinggi. Hal tersebut dapat mengikat oksigen
lebih banyak untuk mencukupi kebutuhan sel-sel tubuh. Mata manusia dapat
menyesuaikan dengan intensitas cahaya yang diterimanya. Ketika di tempat gelap,
maka pupil kita akan membuka lebar. Sebaliknya di tempat yang terang, pupil
kita akan menyempit. Melebar atau menyempitnya pupil mata adalah upaya untuk
mengatur intensitas cahaya. Bau yang khas pada bunga dapat mengundang datangnya
serangga untuk membantu penyerbukan. Bunga jenis ini menghasilkan madu atau
nectar, dan serbuk sarinya mudah melekat.
Akar dan daun pada tumbuhan tertentu dapat menghasilkan zat
kimia yang berbau khas yang dapat menghambat tumbuhan lain di dekatnya. Kedua
contoh di atas termasuk dalam adaptasi fisiologi.
b. Adaptasi tingkah laku
Adaptasi tingkah laku adalah penyesuaian diri terhadap
lingkungan dengan mengubah tingkah laku supaya dapat mempertahankan
kelangsungan hidupnya. Pernahkah kamu
melihat kucing? Kucing mengincar mangsanya dengan cara mendekam. Ketika mangsa mendekat dan lengah, maka
kucing akan meloncat dan menerkam mangsanya. Tingkah laku demikian untuk
menghemat energi. Lain halnya dengan cicak. Cicak akan memutuskan ekornya pada
saat berada dalam ancaman. Paus naik ke permukaan air ketika akan mengambil
oksigen untuk pernapasannya. Hewan rayap itu buta, untuk menemukan jalan dia
membuat terowongan dari tanah yang dapat menuntunnya menuju ke tempat makanan
atau sarangannya.
Kamu telah
mengetahui beberapa hewan beradaptasi tingkah laku untuk kelangsungan hidupnya. Bagaimana dengan tumbuhan, apakah tumbuhan
dapat beradaptasi tingkah laku dengan lingkungannya?
a.
Adaptasi morfologi
Apa yang dimaksud dengan adaptasi morfologi? Adaptasi
morfologi adalah
penyesuaian makhluk hidup melalui perubahan bentuk organ tubuh
yang
berlangsung sangat lama
untuk kelangsungan hidupnya.
Adaptasi ini sangat mudah dikenali dan mudah diamati karena
tampak dari luar.
Selaput ini berfungsi untuk berenang di kolam. Ini
merupakan contoh dari adaptasi morfologi. Dapatkah kamu
menyebutkan contoh
adaptasi morfologi
lainnya?
Burung kolibri memiliki paruh panjang dan runcing. Paruh ini
digunakan untuk
menghisap madu. Serangga juga beradaptasi dengan lingkungan
melalui bentuk organ tubuhnya.
Coba kamu perhatikan jangkrik dan belalang yang ada di sekitar
rumahmu.
Apakah jangkrik dan belalang juga beradaptasi dengan
lingkungannya?
Organ tubuh jangkrik dan belalang yang digunakan untuk
beradaptasi adalah mulut. Mulut kedua hewan tersebut mempunyai rahang bawah dan
atas yang kuat.
Selain hewan, tumbuhan juga beradaptasi dengan lingkungannya
melalui bentuk tubuhnya. Pernahkah kamu memperhatikan teratai? Tumbuhan ini
memiliki daun yang lebar dan tipis, sehingga mempercepat penguapan. Batangnya memiliki rongga berisi udara,
sehingga dapat terapung di atas air dan akarnya relatif panjang. Teratai beradaptasi dengan lingkungan air.
Tumbuhan yang hidup di air disebut hidrofit. Coba kamu sebutkan tumbuhan
lainnya yang hidup di air. Apakah ciri-ciri tumbuhan tersebut hampir sama
dengan teratai? Ada hidrofit, berarti ada xerofit dan higrofit. Apa yang kamu
ketahui tentang xerofit dan higrofit? Xerofit adalah tumbuhan yang hidup di
lingkungan kering. Tumbuhan ini memiliki batang yang tebal untuk menyimpan air,
daun tereduksi menjadi duri dan memiliki kultikula, akar panjang dan menyebar
luas sehingga dapat menyerap air dari daerah yang luas. Contohnya kaktus dan
kurma. Sedangkan, higrofit adalah tumbuhan yang hidup di lingkungan lembab. Contohnya
lumut dan paku-pakuan Bagaimana cara tumbuhan tersebut beradaptasi dengan
lingkungannya? Tumbuhan ini beradaptasi melalui bentuk daun yaitu daun lebar
dan relatif tipis.
C. Seleksi Alam
Apakah yang dimaksud dengan ”seleksi alam”? Dalam kehidupan sehari-hari,
seleksi berarti pemilihan, dan alam berarti segala sesuatu yang ada di sekitar
makhluk hidup.
Jadi, seleksi alam adalah pemilihan makhluk hidup yang dapat
hidup terus dan tidak dapat hidup terus yang dilakukan oleh lingkungan sekitar
dan terjadi secara alamiah. Bisa juga diartikan sebagai musnahnya beberapa
makhluk hidup karena tidak dapat menyesuaikan diri.
1. Faktor penyeleksi alam
a. Suhu lingkungan
Di daerah dingin dijumpai hewan-hewan mamalia yang berbulu
tebal, sedangkan di daerah tropis hewan mamalianya berbulu tipis. Dalam hal
ini, yang menjadi faktor penyeleksi adalah suhu lingkungan. Mengapa demikian?
Karena hewan mamalia yang berbulu tipis umumnya tidak akan bisa menyesuaikan
diri pada lingkungan yang bersuhu sangat rendah sehingga hewan tersebut akan
tereliminasi dan punah. Pernahkah kamu mendengar tentang beruang kutub? Apa
yang kamu ketahui tentang beruang kutub? Beruang kutub berbulu tebal untuk
membuatnya tetap hangat. Selain bulunya, beruang kutub juga mempunyai lapisan
lemak yang digunakan untuk menghangatkan tubuhnya.
b. Makanan
Setiap makhluk hidup memerlukan makanan. Makanan adalah
kebutuhan primer makhluk hidup. Makanan akan menjadi faktor penyeleksi jika
terjadi perebutan makanan. Makhluk hidup yang kuat dan mempertahankan makanannya
akan dapat berlangsung hidup, sebaliknya hewan yang lemah dan tidak mampu
bersaing dalam perebutan makanan akan tereliminasi dan punah.
c. Cahaya matahari
Faktor matahari berhubungan dengan penyeleksian tumbuhan tingkat
tinggi yang berklorofil. Mengapa demikian? Karena tumbuhan menggunakan cahaya
matahari untuk pembentukan makanan.
2. Kepunahan makhluk hidup
Berdasarkan temuan fosil-fosil, dapat diketahui bahwa banyak
jenis makhluk hidup yang hidup pada jaman dahulu tidak ditemukan lagi sekarang.
Tetapi ada juga yang masih hidup sampai sekarang yaitu capung. Capung adalah hewan yang hidup pada jaman
karbon sampai sekarang. Hewan lain yang hampir mirip dengan hewan yang telah
punah adalah kadal dan komodo. Ketiga hewan tersebut adalah hewan yang tergolong
dalam fosil hidup.
Dinosaurus merupakan contoh hewan yang telah punah.
Para ilmuan berpendapat bahwa yang menyebabkan kepunahan hewan
ini adalah perubahan iklim. Iklim yang terganggu akan menyebabkan kematian
banyak jenis tumbuhan sehingga dinosaurus herbivor tidak bisa mendapatkan
makanan. Sedangkan Dinosaurus karnivora dapat bertahan hidup untuk sementara.
Tetapi dengan berjalannya waktu,hewan karnivora pun mati.
D. Perkembangbiakan
Perkembangbiakan makhluk hidup dapat dipergunakan untuk melangsungkan
kehidupan. Karena bila tanpa perkembangbiakan, maka makhluk hidup akan punah.
Misalkan pada suatu perkebunan terdapat populasi belalang yang
terkena radiasi, sehingga belalang jantan menjadi mandul dan tidak dapat
melakukan perkawinan dengan belalang betina.
Ketidakmampuan belalang untuk berkembang biak akan menyebabkan
belalang di perkebunan tersebut punah. Jadi,belalang tersebut tidak dapat
menjaga kelestarian jenisnya karena tidak mampu berkembang biak.
Makhluk hidup ada yang mempunyai daya berkembang biak tinggi dan
rendah.
Makhluk hidup yang mempunyai daya berkembang biak tinggi akan
mudah menjaga kelestarian
hidupnya. Misalnya tikus, kucing, ilalang, dan enceng gondok.
Mungkin kamu menemukan contoh lain yang ada di sekitarmu,coba sebutkan. Makhluk
hidup yang mempunyai daya berkembang biak rendah sangat sulit menjaga
kelangsungan dan kelestarian jenisnya. Misalnya gajah, hanya beranak sekali
dalam dua tahun dan setiap kali beranak hanya seekor. Demikian pula badak,
komodo, kancil, burung merak, jerapah, harimau, dan ikan paus biru yang hanya
menghasilkan dua anak dalam waktu 10 tahun. Hewan yang memiliki daya berkembang
biak rendah merupakan hewan-hewan yang terancam kelestariannya. Selain hewan,
tumbuhan juga dilindungi oleh negara karena kelangkaan dan daya berkembang
biaknya rendah.
Tahukah kamu tumbuhan yang dilindungi oleh negara?
Bunga bangkai (Refflesia Arnoldi), anggrek bulan Ambon,
kemang, kepuh, kayu ulin Kalimantan, kemenyan, dan gaharu dilindungi oleh
negara.
E. Cara Perkembangbiakan Makhluk Hidup
1. Perkembangbiakan vegetatif
Apa yang kamu ketahui tentang perkembangbiakan vegetatif?
Perkembangbiakan secara vegetatif adalah perkembangbiakan yang tidak melibatkan
sel kelamin atau tidak terjadi perkawinan. Perkembangbiakan ini disebut perkembangbiakan
aseksual.
Ada dua macam perkembangbiakan vegetatif, yaitu vegetatif alami
dan vegetatif buatan.
a. Vegetatif alami
Perkembangbiakan vegetatif alami terjadi apabila berlangsung
sewajarnya tanpa campur tangan manusia.Alat reproduksi vegetatif alami adalah
sebagai berikut.
1) Tunas, adalah tumbuhan muda yang baru tumbuh di ujung
batang atau ketiak daun. Ada dua macam tunas, yaitu tunas adventif dan tunas
biasa. Tunas adventif adalah tunas yang
keluar selain dari ujung batang dan ketiak daun. Contohnya tunas pisang, cocor
bebek, dan bambu. Sedangkan tunas biasa adalah tunas yang tumbuh pada ketiak
daun dan ujung batang.
2) Umbi, adalah tempat untuk menyimpan makanan. Selain
itu, umbi juga dapat digunakan sebagai alat perkembangbiakan.
Pernahkah kamu melihat kebun ketela rambat, kentang, dan bawang?
Ketela rambat, kentang, dan bawang mempunyai umbi. Umbi pada tumbuhan ini
digunakan untuk alat perkembangbiakan dan tempat cadangan makanan.
3) Rhizoma, adalah batang yang menjalar di bawah
permukaan tanah. Cotohnya laos, kencur, dan jahe.
4) Stolon, adalah batang yang menjalar di atas permukaan
tanah. Contohnya pegagan, arbei, dan rumput teki.
b. Vegetatif buatan
Perkembangbiakan dengan cara vegetatif buatan sering
dilaksanakan untuk pembudidayaan tanaman. Misalnya mencangkok, merunduk, dan
menyambung.
2. Perkembangbiakan secara generatif
Perkembangbiakan generatif disebut juga dengan perkembangbiakan
seksual, karena melibatkan sel-sel kelamin.
Perkembangbiakan tersebut dimulai dengan peleburan sel kelamin
jantan dan sel kelamin betina yang kemudian menghasilkan zigot. Zigot
berkembang menjadi individu baru.
Perkembangbiakan pada tumbuhan didahului dengan peristiwa
penyerbukan, kemudian diiringi peristiwa pembuahan.
Apa yang dimaksud dengan penyerbukan? Penyerbukan adalah
peristiwa sampainya serbuk sari ke kepala putik. Sampainya serbuk sari
ketujuannya dibantu oleh angin, burung, serangga, kelelawar, air, dan manusia.
Sedangkan pembuahan adalah peleburan antara sel sperma dan sel telur yang akan
menghasilkan zigot dan berkembang menjadi individu baru yang memiliki sifat
bervariasi di antara kedua induknya.
Gambar
penyerbukan yang
di bantu oleh serangga.
BAB.5
PEWARISAN SIFAT
A. Materi Genetis
Coba kamu perhatikan makhluk hidup di sekitarmu.
Apakah setiap makhluk hidup mempunyai sifat-sifat yang sama?
Manusia, hewan, dan tumbuhan mempunyai sifat-sifat yang berbeda. Sifat-sifat
beda yang terdapat pada makhluk hidup dikendalikan oleh materi genetis. Materi
genetis ini berupa substansi yang disebut gen. Jumlah gen sangat banyak untuk
menyeimbangi banyaknya makhluk hidup. Kumpulan gengen tersebut disebut
kromosom. Kromosom akan menempati sebuah sel, dan sel tersebut memiliki
kromosom yang berbedabeda.
Ada dua macam kromosom yang ada dalam sel kelamin, yaitu
kromosom X dan kromosom Y. Pada wanita kromosomnya adalah XX dan pada pria
adalah XY.
1. Kromosom
Apa yang kamu
ketahui tentang kromosom? Coba kamu ingat kembali pelajaran kelas VII. Kromosom
adalah benang-benang halus yang berfungsi sebagai pembawa informasi genetis
kepada keturunannya. Jika sel yang sedang aktif untuk membelah dilihat di bawah
mikroskop biasa, maka akan terlihat benang-benang kromatin. Benang tersebut
memendek, menebal, dan mudah menyerap zat warna sehingga tampak seperti benang
halus. Setiap spesies makhluk hidup memiliki kromosom yang khas dan tetap.
a. Kromosom homolog
Apa yang kamu ketahui tentang kromosom homolog? Kromosom homolog
adalah kromosom yang berpasangpasangan, selalu mempunyai bentuk, panjang, letak
sentromer, dan struktur yang sama atau hampir sama. Sentromer adalah kepala
atau pusat kromosom, letaknya ada yang di tengah, ujung, dan sepertiga panjang
kromosom. Pada tubuh manusia terdapat 46 kromosom, terdiri atas 23 kromosom
berpasangan (homolog). Setiap pasang kromosom homolog adalah satu macam,
sehingga kromosom sel tubuh manusia terdiri atas 23 macam.
b. Kromosom diploid (2n)
Ploid adalah jumlah perangkat kromosom, jadi kromosom diploid
adalah dua perangkat kromosom. Kromosom diploid terjadi karena kromosom selalu
berpasangan (homolog), maka di dalam setiap inti sel tubuh terdapat dua set
atau dua perangkat kromosom (diploid).
c. Kromosom haploid (n)
Haploid adalah kromosom yang tidak memiliki pasangan atau hanya
memiliki seperangkat kromosom. Pada
waktu pembentukan sel kelamin, sel induk kelamin membelah secara meiosis
sehingga sel kelamin mengandung kromosom setengah dari jumlah kromosom sel
induknya.
Jadi, kromosom sel kelamin manusia tetap mengandung 23 kromosom
tetapi tidak berpasangan.
Pada saat terjadi pembuahan, kromosom sel kelamin bergabung
dalam zigot. Kromosom yang disumbangkan adalah kromosom haploid, kemudian
kromosom haploid berpasangpasangan
membentuk kromosom homolog, kemudian zigot menjadi diploid.
Selanjutnya zigot membelah secara mitosis berulang kali sehingga dihasilkan
tubuh manusia seutuhnya. Pada masa pubertas kelenjar kelamin akan membentuk sel
kelamin yang mengandung seperangkat kromosom (haploid).
2. Gen
Gen adalah bagian
kromosom atau satu kesatuan kimia dalam kromosom yang mengendalikan ciri
genetis suatu makhluk hidup. Gen bersifat menurun dari induk kepada anaknya.
Pembelahan kromosom akan terjadi pada saat sel akanmembelah.
Sebelum pembelahan kromosom, akan terjadi penggandaan gen yang terdapat di
dalam kromosom. Jadi, urutannya adalah penggandaan gen, pembelahan kromosom,dan
pembelahan sel.
Susunan gen yang menentukan sifat-sifat suatu individu disebut
genotipe. Kemudian genotipe akan memunculkan sifatsifat fenotipe.
Tahukah kamu perbedaan
dari genotipe dengan fenotipe? Genotipe adalah sifat makhluk hidup yang tidak
tampak sehingga tidak bisa diamati dengan indera. Sifat ini biasanya
disimbolkan dengan sepasang huruf, misalnya gen rambut lurus disimbolkan dengan
LL, gen warna merah disimbolkan dengan MM, gen buah bulat disimbolkan dengan
BB, dan sebagainya.
Simbol genotipe tidak hanya menggunakan huruf besar tetapi juga
huruf kecil. Huruf besar berarti sifat dominan, sedangkan huruf kecil berarti
sifat resesif. Misalnya TT berarti sifat tinggi, dan tt berarti sifat rendah.
Sifat tinggi akan mendominasi sifat rendah sehingga jika dikawinkan
menghasilkan keturunan yang bersifat tinggi (Tt). Contoh lain misalnya, sifat
warna merah pada bunga dominan terhadap sifat warna putih sehingga warna merah
disimbolkan dengan M dan warna putih disimbolkan dengan m.
Genotipe yang tersusun dari sifat dominan saja (AA) atau resesif
saja (aa) disebut homozigot. Sedangkan genotipe yang tersusun dari sifat dominan
dan resesif (Aa) disebut heterozigot.
Fenotipe adalah sifat makhluk hidup yang tampak sehingga bisa
diamati oleh alat indra. Misalnya rasa buah manis, rambut lurus, bentuk buah
bulat, dan tinggi rendahnya badan. Fenotipe ditentukan oleh faktor genotipe dan
lingkungan.
B. Persilangan Monohibrid dan Dihibrid
Dalam suatu persilangan perlu diketahui terlebih dahulu
istilah-istilah yang digunakan. Istilah-istilah dalam persilangan dapat kamu
pahami pada uraian berikut.
Pariental (P), artinya induk atau orang tua.
Filial (F), artinya keturunan.
☯ keturunan pertama (F1) =
anak
☯ keturunan kedua (F2) =
cucu
Genotipe adalah sifat-sifat menurun yang tidak
nampak dari luar, disimbolkan dengan pasangan huruf. Contoh: AA, Aa, aa,
AABB,dan AaBB.
Gamet adalah sel kelamin dan berasal dari
genotipe. Contoh: genotipe Aa, gametnya A dan a.
Fenotipe adalah sifat menurun yang nampak dari
luar. Contoh: buah besar, buah kecil, rasa manis, rasa asam, batang tinggi, dan
batang pendek.
Dominan adalah sifat-sifat gen yang selalu
nampak atau muncul, disimbolkan dengan huruf besar.
Contoh: AA, BB, dan CC.
Gen resesif adalah sifat-sifat gen yang tidak
selalu nampak baru muncul apabila bersama-sama gen resesif lain, disimbolkan
dengan huruf kecil.
Contoh: aa, bb, dan cc.
Homozigot adalah pasangan gen yang sifatnya
sama. Contoh: AA, aa, BB, bb, CC, dan cc.
Heterozigot adalah pasangan gen yang tidak
sama. Contoh: Aa, Bb, dan Cc.
1. Monohibrid
Persilangan monohibrid adalah persilangan antara du individu sejenis
dengan memperhatikan satu sifat beda. Misalnya persilangan antara rambutan yang
berbuah manis dengan rambutan yang berbuah masam, persilangan antara ayam
berbulu putih dengan ayam berbuluh hitam, manusia berkulit putih dengan manusia berkulit hitam,
dan suami yang bertubuh tinggi dengan istri yang bertubuh rendah. Persilangan
antara sesamanya dapat digambarkan dalam bentuk diagram. Diagram tersebut
dikenal sebagai diagram Punnett. Tahukah kamu bentuk dari diagram Punnet?
Diagram Punnet berbentuk belah ketupat atau dapat juga horisontal
a. Test Cross
Test cross adalah
penyilangan individu yang ingin diketahui genotipenya dengan individu
bergenotipe homozigot resesif. Hasil persilangan tersebut mempunyai dua
kemungkinan sebagai berikut.
1) Jika tanaman bergenotipe BB disilangkan dengan tanaman
bergenotipe bb (homozigot resesif), maka akan menghasilkan keturunan yang
bergenotipe Bb semuanya. Dengan B = bulat, b = keriput. Jadi, semua keturunan
memiliki biji bulat.
P (induk) : BB × bb
Garmet : B dan b
F1 (keturunan ke-1)
Genotipe F1 : Bb
Jadi, keturunan yang dihasilkan Bb.
2) Jika tanaman tersebut bergenotipe Bb disilangkan dengan
tanaman bergenotipe bb (homozigot resesif), maka akan menghasilkan keturunan
bergenotipe Bb dan bb. Berdasarkan tes
cross yang dilakukan oleh Mendel, kamu bisa
mengetahui bahwa sifat bulat (B) dominan terhadap sifat keriput (b) sehingga individu yang bergenotipe Bb
mempunyai fenotipe bulat, dan genotipe individu
yang berfenotipe bulat adalah BB dan Bb.
b. Sifat intermediet
Sifat intermediet dipengaruhi oleh gen dominan yang tidak jenuh.
Seperti yang dilakukan oleh Mendel terhadap tanaman Antirrhinum majus berbunga
merah galur murni (MM) disilangkan dengan Antirrhinum majus berwarna putih
galur murni (mm). Hasil keturunan yang didapatkan oleh Mendel adalah
Antirrhinum majus yang berfenotipe warna merah muda, bukan berwarna merah
meskipun genotipenya Mm. Coba kamu perhatikan penurunan sifat di bawah ini.
P (induk) : MM × mm
Gamet : M dan m
F1
(keturunan ke-1)
Genotipe F1 : Mm
Jika F1 disilangkan dengan sesamanya maka diperoleh:
P (induk) : Mm × Mm
Gamet : M, m dan M, m
F2
(keturunan ke-2)
Genotipe F1 : MM, 2 Mm, mm
Fenotipe : Merah, merah muda, putih
Pada uraian sebelumnya, terlihat bahwa tanaman dengan bunga
warna merah muda, dikawinkan dengan tanaman bunga warna putih, akan
menghasilkan satu tanaman dengan bunga warna merah muda tanpa membawa sifat
putih, dua tanaman dengan bunga warna merah muda, tetapi membawa sifat putih,
dan satu tanaman warna putih.
2. Persilangan
dihibrid
Kamu sudah belajar tentang persilangan monohibrid, apakah
persilangan monohibrid sama dengan dihibrid? Apa yang kamu ketahui tentang persilangan
dihibrid? Coba kamu pelajari penjelasan berikut. Persilangan dihibrid adalah persilangan
dua individu sejenis dengan memperhatikan dua
sifat beda. Mendel telah melakukan percobaan dengan menyilangkan
kacang ercis galur murni yang mempunyai dua sifat beda, yaitu antara kacang
ercis berbiji bulat berwarna kuning (BBKK) dengan kacang ercis berbiji keriput
berwarna hijau (bbkk). Kedua kacang tersebut memiliki dua sifat beda
yaitu bentuk dan warna biji. Dapatkah kamu menentukan hasil persilangan dari kedua kacang ercis
tersebut? Coba kamu pelajari penurunan
sifat dari kacang ercis berbiji bulat berwarna kuning (BBKK) dengan kacang
ercis berbiji keriput berwarna hijau (bbkk) berikut.
P (induk) : BBKK × bbkk
Gamet : BK dan bk
F1
(keturunan ke-1)
Genotipe F1 : BbKk
Fenotipe F1 : Biji bulat dan berwarna kuning
Jika genotipe dari F1 disilangkan sesamanya, maka hasilnya
adalah:
P (induk) : BbKk × BbKk
Gamet : BK, Bk, bK, bk dan BK, Bk, bK, bk
F2
(keturunan ke-2)
|
|
BK
|
Bk
|
bK
|
bk
|
|
BK
|
BBKK
|
BBKk
|
BbKK
|
BbKk
|
|
Bk
|
BBKk
|
BBkk
|
bbKk
|
bBkk
|
|
bK
|
BbKK
|
BbkK
|
bbKK
|
bbkK
|
|
Bk
|
BbKk
|
Bbkk
|
bbKk
|
bbkk
|
Genotipe F2 : BBKK, BBkk, bbKK, bbkk, 2BBKk, 2BbKK,
4BbKk, 2Bbkk, 2bbKk
Fenotipe F2 : Biji bulat dan berwarna kuning, biji bulat
berwarna hijau, biji keriput berwarna
kuning,
biji keriput berwarna hijau.
C. Keuntungan Mengembangkan Bibit Unggul
Pernahkah kamu mendengar tentang bibit unggul? Apa yang kamu
ketahui tentang bibit unggul? Adakah keuntungan ketika kamu menggunakan bibit
unggul? Kamu akan belajar tentang bibit unggul pada penjelasan berikutnya?
Bibit unggul adalah bibit tanaman atau hewan yang mempunyai sifat yang baik
dari tanaman atau hewan yang sejenis lainnya. Sifat unggul pada tanaman
memiliki ciri-ciri sebagai berikut.
1. Waktu berbuah atau produksinya cepat.
2. Hasil produksinya banyak.
3. Rasa buahnya atau rasa hasil produksinya enak.
4. Tahan terhadap hama dan gulma serta penyakit.
5. Tahan terhadap perubahan iklim dan kondisi tanah yang bervariasi.
6. Pohonnya pendek.
Sifat unggul pada hewan memiliki ciri-ciri sebagai berikut.
1. Tahan terhadap penyakit.
2. Tahan terhadap perubahan iklim.
3. Hasil produksinya berkualitas tinggi.
Tahukah kamu bahwa bibit unggul dapat diperoleh dengan cara
hibridisasi. Apa yang dimaksud dengan hibridisasi? Hibridisasi adalah
mengawinkan dua jenis hewan atau tumbuhan yang berbeda varietas dan memiliki
sifat-sifat unggul. Selain itu juga bisa didapat dengan cara mutasi gen dan
inseminasi buatan (kawin suntik). Keuntungan mengembangbiakkan tanaman dan
hewan dengan memperhatikan sifat unggul adalah sebagai berikut.
1. Dapat menghasilkan produk yang bermutu tinggi.
Misalnya:
☯ Menghasilkan produk susu
yang bermutu tinggi dari sapi yang merupakan bibit unggul dari hasil
penyilangan.
☯ Daging yang berkualitas
tinggi dari sapi Brahma dan ayam pedaging broiler.
☯ Menghasilkan beras yang
bermutu tinggi dari padi unggul, misalnya padi C, Gading, Centani, Remaja, dan
padi unggul dari Philipina seperti PB 5, PB 8, dan PB 36.
☯ Menghasilkan rambutan
yang berbuah manis dan besar serta
pohonnya rendah yang didapat dari hasil penyilangan.
2. Bisa menghemat biaya dan tenaga kerja, misalnya teknologi
tanam benih langsung yang disebut TOT Tabela dengan menggunakan jenis padi
Mamberomo dan Cibobas.
3. Dapat mempercepat produksi, misalnya padi unggul Mamberomo
dan Cibobas yang masa panennya 2 minggu
Lebih cepat.
4. Tanaman dan hewan akan berumur panjang karena sifat unggulnya
yang tahan terhadap penyakit dan iklim. Misalnya padi VUTW (Varietas unggul
tahan wereng) dan padi IR 64.
BAB 6
TEKNOLOGI
REPRODUKSI DAN
BIOTEKNOLOGI
A. Rekayasa Reproduksi
Ada beberapa teknik rekayasa reproduksi yang kita kenal, antara
lain dengan cara kultur jaringan, kloning, hibridisasi, inseminasi buatan, dan
bayi tabung.
1. Kultur jaringan
Pelaksanaan teknik kultur jaringan bertujuan untuk memperbanyak
jumlah tanaman. Tanaman yang dikultur biasanya adalah bibit unggul. Dengan
teknik ini, kita bisa mendapatkan keturunan bibit unggul dalam jumlah yang
banyak dan memiliki sifat yang sama dengan induknya. Kultur jaringan sebenarnya
memanfaatkan sifat totipotensi yang dimiliki oleh sel tumbuhan. Apa yang
dimaksud dengantotipotensi? Totipotensi yaitu kemampuan setiap sel tumbuhan
untuk menjadi individu yang sempurna. Teori totipotensi ini dikemukakan oleh G.
Heberlandt tahun 1898. Dia adalah seorang ahli fisiologi yang berasal dari
Jerman. Pada tahun 1969, F.C. Steward menguji ulang teori tersebut dengan
menggunakan objek empulur wortel. Dengan mengambil satu sel empulur wartel,
F.C. Steward bisa menumbuhkannya menjadi satu individu wortel. Pada tahun 1954,
kultur jaringan dipopulerkan oleh Muer, Hildebrandt, dan Riker. Kultur jaringan
memerlukan pengetahuan dasar tentang kimia dan biologi. Pada teknik ini kamu
hanya membutuhkan bagian tubuh dari tanaman. Misalnya batang hanya seluas
beberapa millimeter persegi saja. Jaringan yang kamu ambil untuk dikultur
disebut eksplan. Biasanya, yang dijadikan eksplan adalah jaringan muda yang
masih mampu membelah diri. Misalnya ujung batang, ujung daun, dan ujung akar.
Apa keuntungan dari kultur jaringan? Keuntungan dari kultur jaringan adalah:
Dalam waktu singkat dapat menghasilkan bibit yang
diperlukan dalam jumlah banyak.
Sifat tanaman yang dikultur sesuai dengan sifat
tanaman induk.
Tanaman yang dihasilkan lebih cepat berproduksi.
Tidak membutuhkan area tanam yang luas.
Tidak perlu menunggu tanaman dewasa, kita sudah dapat
membiakkannya.
2. Kloning
Kloning adalah penggunaan sel somatik makhluk hidup multiseluler
untuk membuat satu atau lebih individu dengan materi genetik
yang
sama atau identik. Kloning ditemukan pada tahun 1997 oleh
Dr. Ian Willmut seorang ilmuan Skotlandia dengan
menjadikan sebuah sel telur domba yang telah direkayasa menjadi
seekor domba tanpa ayah atau tanpa perkawinan. Domba hasil
rekayasa ilmuan Skotlandia tersebut diberi nama Dolly.
Cara kloning domba Dolly yang dilakukan oleh Dr. Ian
Willmut adalah sebagai berikut.
a. Mengambil sel telur yang ada dalam ovarium domba betina, dan mengambil kelenjar mamae dari domba
betina lain.
b. Mengeluarkan nukleus sel telur yang haploid.
c. Memasukkan sel kelenjar mamae ke dalam sel telur yang tidak
memiliki nukleus lagi.
d. Sel telur dikembalikan ke uterus domba induknya semula (domba
donor sel telur).
e. Sel telur yang mengandung sel kelenjar mamae dimasukkan ke
dalam uterus domba, kemudian domba tersebut akan hamil dan melahirkan anak
hasil dari kloning. Jadi, domba hasil kloning merupakan domba hasil
perkembangbiakan secara vegetatif karena sel telur tidak dibuahi oleh sperma.
Kloning juga bisa dilakukan pada seekor katak. Nukleus yang berasal dari sebuah
sel di dalam usus seekor kecebong ditransplantasikan ke dalam sel telur dari
katak jenis lain yang nukleusnya telah dikeluarkan. Kemudian, telur ini akan
berkembang menjadi zigot buatan dan akan berkembang lagi menjadi seekor katak
dewasa. Kloning akan berhasil apabila nukleus ditransplantasikan ke dalam sel
yang akan menghasilkan embrio (sel telur) termasuk sel germa. Sel germa adalah
sel yang menumbuhkan telur dari sperma.
3. Makhluk hidup
transgenik
Makhluk hidup transgenik sering disebut sebagai GMOs (Genetically
Modified Organisms) yang merupakan hasil rekayasa genetika. Teknik ini
mengubah faktor keturunan untuk mendapatkan sifat baru. Teknik ini dikenal
dengan rekayasa genetika atau teknologi plasmid. Pengubahan gen dilakukan dengan
jalan menyisipkan gen lain ke dalam plasmid sehingga menghasilkan individu yang
memiliki sifat tertentu sesuai dengan keinginan si pembuat.
4. Hibridisasi
Pada pelajaran sebelumnya, kamu telah mengenal hibridisasi. Apa
yang kamu ketahui tentang hibridisasi? Hibridisasi adalah persilangan antara
varietas dalam spesies yang sama yang memiliki sifat unggul. Hasil dari
hibridisasi adalah hibrid yang memiliki sifat perpaduan dari kedua induknya.
Teknik ini dapat dilakukan pada tumbuhan dan hewan. Contoh hibrid tumbuhan yang
telah dibudidayakan adalah jagung, kelapa, padi, tebu, dan anggrek.
5. Inseminasi
buatan
Inseminasi buatan adalah pembuahan atau fertilisasi yang terjadi
pada sel telur dengan sperma yang disuntikkan pada kelamin betina. Jadi,
fertilisasi ini tidak membutuhkan hewan jantan, tetapi hanya membutuhkan
spermanya saja.
Tahukah kamu mengapa inseminasi buatan dilakukan? Inseminasi
buatan dilakukan karena bibit pejantan unggul yang hendak dikawinkan dengan
bibit betina lokal tidak memiliki waktu masa subur yang bersamaan. Bibit
pejantan dikawinkan dengan bibit betina lokal supaya dapat menghasilkan
keturunan yang lebih baik. Teknologi ini menggunakan metode penyimpanan sperma
pada suhu rendah (−80o sampai −20o). Jadi, untuk mendapatkan bibit pejantan
unggul untuk mengawini bibit
betina lokal tidak perlu dengan membawa individunya tetapi cukup
dengan membawa spermanya. Hal ini juga memudahkan proses pengiriman dari suatu
negara ke negara lain.
6. Bayi tabung
Bayi tabung adalah bayi yang merupakan hasil pembuahan yang
berlangsung di dalam tabung. Teknologi ini sebenarnya kelanjutan dari teknologi
inseminasi buatan, hanya proses pembuahan pada bayi tabung terjadi di luar
sedangkan inseminasi terjadi di dalam tubuh. Kedua-duanya sama-sama merupakan
perkembangbiakan generatif. Kita biasanya sering mendengar istilah bayi tabung
bagi pasangan yang kesulitan untuk mendapatkan keturunan. Hal ini merupakan
jalan pintas bagi mereka untuk segera mendapatkan keturunan. Tahukah kamu
proses pembuatan bayi tabung? Proses pembuatan bayi tabung adalah sebagai
berikut.
a. Sel telur yang mengalami ovulasi pada induk atau wanita
diambil dengan suatu alat dan disimpan di dalam tabung yang berisi medium
seperti kondisi yang ada pada rahim wanita hamil.
b. Sel telur dipertemukan dengan sperma di bawah mikroskop dan
diamati sehingga terjadi fertilisasi.
c. Sel telur yang sudah dibuahi tersebut dikembalikan ke dalam
tabung.
d. Jika sel telur yang sudah dibuahi disebut zigot. Zigot
berkembang dengan baik dan menjadi embrio, maka embrio tersebut akan
disuntikkan kembali ke dalam rahim induknya semula.
B. Dampak Rekayasa Reproduksi
Rekayasa teknologi tidak semuanya berdampak positif bagi
kehidupan manusia maupun bagi makhluk hidup lain dan lingkungan. Teknologi yang
diciptakan dengan tujuan untuk memakmurkan umat manusia bisa saja menghancurkan
manusia itu sendiri jika tidak diikuti dengan keimanan dan ketaqwaan.
Dampak positif rekayasa reproduksi sebagai berikut.
☯ Menciptakan bibit unggul.
☯ Meningkatkan gizi
masyarakat.
☯ Melestarikan plasma
nutfah.
☯ Meningkatkan kualitas dan
kuantitas produksi sesuai dengan keinginan manusia.
☯ Membantu pasangan yang
kesulitan mendapatkan anak dengan jalan pintas yaitu bayi tabung.
Dampak negatif rekayasa reproduksi sebagai berikut.
☯ Pada perbanyakan
keturunan dengan kultur jaringan yang memiliki materi genetis yang sama akan
mudah terkena penyakit.
☯ Merugikan petani dan
peternak lokal yang mengandalkan reproduksi secara alami.
☯ Dikhawatirkan adanya
penyalahgunaan teknologi reproduksi untuk kepentingan pribadi yang merugikan
orang lain. Misalnya misi sebuah negara yang hendak menguasai dunia dengan
menciptakan prajurit tangguh dengan teknik pengkloningan.
☯ Mengganggu proses seleksi
alam.
C. Bioteknologi
Negara kita termasuk negara yang kaya akan sumber pangan baik
yang ada di darat maupun yang ada di laut. Tetapi kita tidak cukup bangga akan
kekayaan itu jika tidak didukung dengan sumber daya manusia (SDM) yang tinggi
untuk mengelola sumber daya alam (SDA) tersebut. Dengan pengetahuan yang
tinggi, manusia dapat mengelola sumber daya alam menjadi suatu produk yang
bernilai tinggi dengan menerapkan bioteknologi di bidang pertanian maupun di
bidang peternakan.
Apa yang kamu ketahui tentang bioteknologi? Apa yang dimaksud
dengan bioteknologi? Bioteknologi adalah prinsipprinsip dari ilmu dan teknologi
untuk memproses materi melalui agen biologi agar dapat meningkatkan nilai
tambah. Bioteknologi adalah pemanfaatan biologi untuk kesejahteraan umat manusia. Mungkin kamu belum menyadari
bahwa tempe yang menjadi makanan keluarga, mudah didapat dan murah adalah hasil
dari bioteknologi. Adanya tempe membuktikan bahwa bioteknologi tidak serumit
apa yang kita bayangkan dan tidak selamanya membutuhkan dana yang besar.
Tahukah kamu bahwa bioteknologi mengalami kemajuan yang sangat pesat. Semua
orang berlomba-lomba melakukan rekayasa genetika, yaitu dengan menyisipkan
sepotong gen yang memiliki sifat tertentu ke dalam sel lain. Rekayasa genetika
ini disebut dengan DNA rekombinan. Misalnya memanfaatkan bakteri untuk
menghasilkan insulin, memanfaatkan jamur untuk dapat menghasilkan antibiotika
seperti penisilin, dan memanfaatkan virus untuk menghasilkan vaksin.
D. Produk-produk Bioteknologi
Bioteknologi konvensional adalah bioteknologi yang menggunakan mikroorganisme
sebagai alat untuk menghasilkan produk dan jasa, misalnya jamur dan bakteri
yang menghasilkan enzim-enzim tertentu untuk melakukan metabolisme sehingga
diperoleh produk yang diinginkan. Sedangkan bioteknologi modern adalah
bioteknologi yang menggunakan teknik rekayasa genetika, seperti DNA rekombinan.
DNA rekombinan yaitu pemutusan dan penyambungan DNA, dengan cara kultur
jaringan, kloning, dan fusi sel. Coba kamu ingat kembali proses kultur jaringan
dan kloning pada materi sebelumnya. Sedangkan fusi sel yaitu meleburkan sel
antara jenis yang berbeda seperti sel manusia dengan sel tikus untuk
memproduksi antibodi.
Tahukah kamu bahwa bioteknologi juga dapat dimanfatkan dalam
bidang pertanian, peternakan, kesehatan, industri, dan pertambangan. Dalam
bidang pertanian dan peternakan, bioteknologi modern mampu menciptakan
bibitbibit unggul yang akan memberikan produk bermutu tinggi secara kualitas
dan kuantitasnya. Dalam bidang kesehatan, bioteknologi mampu menciptakan produk
obat untuk penyakit. Bioteknologi dalam bidang industri mampu menciptakan
pemberantas hama secara biologis (Bacillus thuringensis) dan tanaman
tahan hama karena dalam tubuhnya disisipi gen bakteri (tanaman transgenik).
Sedangkan dalam bidang pertambangan, bioteknologi modern mampu melakukan
pengolaan biji besi (Thiobacillus ferrooxidans).
Manfaat bioteknologi di bidang pertanian selain menciptakan
bibit unggul, juga dapat diterapkan pada proses penanaman. Ada dua cara
penanaman tumbuhan yang merupakan hasil
dari
pengembangan bioteknologi, yaitu penanaman secara
hidroponik dan aeroponik. Kamu sering mendengar tentang
tanaman hidroponik, apa yang kamu ketahui tentang tanaman
hidroponik? Tanaman hidroponik adalah tanaman yang ditanam
dengan menggunakan media selain tanah, misalnya pasir, arang
sekam, batu apung, batu kali, dan air. Hidroponik
ditemukan oleh DR. W.F.
Geri Che dari Universitas
Califonia
tahun 1936.
Pernahkah kamu melihat petani bercocok tanam dengan hidroponik?
Apa keuntungan bercocok tanam dengan hidroponik? Keuntungan bercocok tanam
dengan hidroponik adalah sebagai berikut.
Tidak menggunakan lahan yang luas, bisa dilakukan di
dalam ruang, dan teknik ini cocok diterapkan di daerah perkotaan yang tidak
memiliki lahan pertanian.
Hemat dalam penggunaan pupuk karena diberikan secara
teratur sesuai dengan kebutuhan.
Bebas dari serangan hama dan penyakit yang berasal
dari dalam tanah.
Menghasilkan tanaman yang bersih dan bermutu.
Selain hidroponik, pengembangan bioteknologi pertanian juga
menghasilkan penanaman tumbuhan yang secara aeroponik. Apa yang kamu ketahui
tentang aeroponik?
Penanaman secara aeroponik adalah menumbuhkan tanaman dengan
membiarkan akar-akarnya bergantung. Pemberian nutrisinya dilakukan dengan cara
menyemprotkan unsur hara secara priodik. Contoh tanaman yang sering ditumbuhkan
dengan sistem aeroponik adalah tanaman hias seperti anggrek. Teknologi
penanaman dengan teknik aeroponik juga bisa dilakukan pada tanaman sayuran,
Teknik ini sekarang telah banyak dilakukan oleh orang karena caranya sangat
sederhana dan peralatannyapun mudah didapat. Bagaimana cara kerja aeroponik?
Cara kerja penanaman secara aeroponik tidak jauh beda dengan penanaman secara
hidroponik. Bedanya hanya terletak pada media tanam. Hidroponik menggunakan
media tanam berupa air, arang sekam, pasir, dan batu, sedangkan aeroponik tidak
membutuhkan media padat hanya cukup dibiarkan bergelantungan.
BAB 7
KELISTRIKAN
A.
Listrik Statis
Pada
saat kamu menyisir rambut kering, rambutmu tertarik oleh sisir. Mengapa rambut
menempel di sisir?Pada mulanya rambut dan sisir bersifat netral. Suatu atom
bersifat netral, karena jumlah proton dan elektron sama. Pada saat kamu
menggosokkan sisir pada rambutmu, sejumlah atom di dalam rambutmu terganggu,
sejumlah elektron di dalam rambutmu terlepas dan berpindah ke sisirmu.
Akibatnya, sisirmu memperoleh tambahan elektron, dan sisirmu itu tidak lagi
netral, tetapi memiliki muatan negatif. Rambutmu kehilangan elektron,
sehingga rambutmu itu bermuatan positif.
Peristiwa
ini merupakan contoh mendapatkan listrik statis dengan cara menggosok. Listrik
statis adalah berkumpulnya muatan listrik pada suatu benda. Pikirkan
contoh-contoh lain tentang listrik statis.
Pengosongan Muatan Listrik
Loncatan muatan listrik terjadi pada saat muatan listrik bergerak
secara bersama-sama. Kejadian ini disebut pengosongan listrik statis. Petir
merupakan salah satu contoh proses pengosongan. Pengosongan itu ditunjukkan
oleh sambaran petir pada.
Pengosongan terjadi apabila tersedia suatu jalan bagi
elektron-elektron untuk mengalir dari suatu benda bermuatan ke benda lain.
Perpindahan muatan listrik statis dari satu benda ke benda lain disebut
penetralan atau pengosongan muatan statis. Pengosongan itu lazim juga disebut
pentanahan, karena muatan itu sering dikosongkan dengan cara menyalurkan ke
tanah. Pengosongan muatan statis di udara dapat terjadi sangat besar sehingga
menimbulkan suara dahsyat yang kita sebut petir.
Sebelum
terjadi petir, muatan listrik terbentuk
di dalam awan ketika butiranbutiran air saling menggosok satu sama lain.
Kemudian terjadi pemisahan muatan di dalam awan. Bagian bawah awan menjadi
bermuatan lebih negatif, menyebabkan muatanmuatan positif terinduksi ke
permukaan tanah . Terjadi sambaran petir dari awan ke tanah ketika muatan
negatif (elektron) meloncat dari awan bagian bawah ke titik tertinggi di atas
tanah yang bermuatan positif.
Pengosongan tanpa
Menimbulkan Kerusakan
Batang
logam penangkal petir sering dipasang di atas atap rumah bertingkat atau di
atas bangunan tinggi, dan dihubungkan ke dalam tanah melalui kabel logam.
Penangkal petir, melindungi rumah dan bangunan tinggi tersebut dari kerusakan
oleh energi listrik yang besar di dalam petir. Penangkal petir ini menyediakan
suatu jalan aman, melalui pentanahan, agar arus listrik petir mengalir masuk ke
dalam tanah, bukan melewati rumah atau bangunan lain.
Pernahkah
kamu melihat bangunan tinggi yang dilengkapi dengan penangkal petir. Penangkal
petir itu merupakan contoh pengosongan muatan listrik statis yang tidak
menimbulkan kerusakan.
Elektroskop
Elektroskop adalah suatu piranti yang dapat digunakan untuk mendeteksi muatan.
Sebagaimana diperlihatka di dalam sebuah peti kaca terdapat dua buah
daun elektroskop yang dapat bergerak (kadang-kadang yang dapat
bergerak hanya satu daun saja), biasanya dibuat dari emas. Daun-daun
elektroskop ini dihubungkan ke sebuah bola logam yang berada di luar peti kaca
melalui suatu konduktor yang terisolasi dari
peti. Apabila benda yang bermuatan positif didekatkan ke bola logam,
maka pemisahan muatan terjadi melalui induksi, elektron-elektron ditarik
naik menuju bola, sehingga kedua daun
elektroskop bermuatan positif dan saling
menolak. Proses demikian disebut memuati dengan cara induksi.
Sedangkan, jika bola dimuati dengan cara konduksi, maka
bola logam konduktor, dan kedua daun elektroskop memperoleh muatan
positif karena ditinggalkan elektronelektron yang bergerak menuju benda
bermuatan positif tersebut.
Pada setiap kasus, makin besar muatan, maka makin lebar pemisahan
daun-daun elektroskop.
Perlu dicatat bahwa dengan cara ini, kamu tidak dapat menentukan
tanda muatan, karena dalam setiap kasus, kedua daun elektroskop saling menolak
satu dengan yang lain. Meskipun demikian, suatu elektroskop dapat digunakan
untuk menentukan “tanda muatan” jika pertama-tama pemisahan muatan dilakukan
dengan cara konduksi, misalnya elektroskop bermuatan negatif. Jika benda
bermuatan negatif didekatkan,maka lebih banyak elektron diinduksi untuk bergerak ke bawah menuju
daun-daun elektroskop sehingga kedua
daun ini terpisah lebih lebar. Di sisi lain,
jika muatan positif didekatkan, maka
elektron-elektron akan iinduksi untuk bergerak ke atas, sehingga menjadi lebih negatif dan jarak
pisah kedua daun ini menjadi
berkurang(menjadi lebih sempit).
Hukum Coulomb
Kamu telah melihat bahwa muatan tak sejenis tarik menarik dan
muatan sejenis tolak menolak. Besar gaya ini bergantung pada besar muatan dan
jarak antara muatan tersebut. Pada tahun 1785 seorang ahli fisika bangsa
Perancis yang bernama Charles Coulomb (1736-1806) telah menyelidiki hubungan
antara besaran-besaran tersebut di atas. Jenis peralatan yang digunakan oleh
Coulomb. Batang yang diisolasi dengan bola-bola konduktor kecil A dan A’,
digantungkan melalui kawat tipis. Bola yang sama yaitu B, ditempatkan di dekat
bola A. Ketika bola A dan bola B bersama-sama disentuh dengan benda yang
bermuatan, maka muatan menyebar ke kedua bola (bola A dan B) secara merata.
Karena kedua bola A dan B memiliki ukuran yang sama, maka kedua bola tersebut
menerima muatan dengan jumlah yang sama. Simbol untuk muatan adalah q. Oleh
karena itu, besarnya muatan pada bola-bola A dan B dapat disimbolkan dengan
notasi qA dan qB. Coulomb menemukan bagaimana gaya antara kedua bola yang
bermuatan, A dan B tergantung pada jarak tertentu. Pertama ia dengan hati-hati
mengukur besarnya gaya yang diperlukan untuk memutar kawat yang digantung
melalui sudut yang diberikan. Dia kemudian menempatkan muatan yang sama pada
bola A dan B serta mengubah jarak antara keduanya r. Gaya menggerakkan A
dari posisi diamnya, memutar kawat yang digantung. Dengan mengukur pembelokan
A, Coulomb dapat menghitung gaya penolakan. Colomb menunjukkan bahwa gaya F
berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua pusat bola.
Untuk
menyelidiki bagaimana gaya bergantung pada besarnya muatan, Coulomb harus
mengubah muatan bola. Pertama-tama Coulomb memberi muatan A dan B sama seperti
sebelumnya. Kemudian Coulomb menambahkan bola lain yang tidak bermuatan, dengan
ukuran yang sama dengan B. Ketika bola tersebut disentuhkan ke bola B, maka
kedua bola membagi muatan yang telah ada dengan bola B. Karena keduanya
memiliki ukuran yang sama, maka bola B sekarang hanya memiliki separuh muatan
semula. Oleh karena itu, muatan pada bola B hanya separuh muatan bola A.
Setelah bola lain yang disentuhkan ke bola B tersebut dijauhkan dari bola B,
maka Coulomb menemukan bahwa gaya antara A dan B menjadi separuh dari gaya
antara A dan B semula (gaya antara A dan B sebelum adanya bola yang tidak
bermuatan). Ia menyimpulkan bahwa gaya F, berbanding lurus dengan
muatan-muatannya.
F
μ qA qB
Setelah
melakukan pengukuran yang sama, Coulomb menyimpulkan hasilnya dalam suatu hukum
yang disebut Hukum Coulomb yang berbunyi:
Besarnya
gaya antara muatan qA dan muatan qB, yang dipisahkan
oleh
jarak r, adalah berbanding lurus dengan besarnya
kedua muatan dan
berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara
Satuan Muatan: coulomb (C)
Muatan suatu benda sangat sulit diukur secara langsung. Akan
tetapi, Coulomb menunjukkan bahwa besarnya muatan dapat dikaitkan dengan
besarnya gaya. Dengan demikian, ia dapat menentukan besarnya muatan yang
terkait dengan besarnya gaya yang dihasilkan. Satuan muatan dalam SI adalah
coulomb (C). Satu coulomb adalah muatan dari 6,25 x 1018 elektron atau proton.
Ingat bahwa muatan proton dan elektron adalah sama. Muatan yang dihasilkan
ledakan petir besarnya sekitar 10 coulomb. Muatan pada satu elektron hanya 1,60
x10-19 C. Besarnya muatan suatu elektron disebut muatan elementer.
Dengan demikian, benda sekecil apapun seperti uang logam pada sakumu mengandung
lebih dari satu juta coulomb muatan negatif. Muatan yang dihasilkan dengan
jumlah yang sangat besar ini hampir tidak ada efek eksternalnya sebab diimbangi
dengan jumlah muatan positif yang sama. Akan tetapi jika muatan tidak seimbang,
muatan yang kecilpun seperti 10-9 C dapat mengakibatkan gaya yang
besar.
B.Listrik Dinamis
Pernahkah
kamu melihat bagian dalam sebuah radio pada saat radio itu dibongkar? Jika
pernah, kamu kemungkinan pernah melihat komponen-komponen listrik kecil dari
radio itu yang terhubung satu sama lain. Gambar 6.12 menunjukkan bagian
dalam sebuah jam listrik dan radio kecil. Cara kerja peralatan ini rumit. Para
ilmuwan, insinyur, dan teknisi menghabiskan bertahun-tahun untuk mengembangkan
peralatan tersebut. Namun aliran listrik di dalam seluruh peralatan tersebut
dikendalikan oleh hukum-hukum sederhana yang akan kamu pelajari dalam Subbab ini. Banyak peralatan
di sekitarmu yang menggunakan listrik untuk menghasilkan cahaya, panas, atau
gerak.
Rangkaian Sederhana
Dalam kegiatan sebelumnya, kamu telah berhasilmembuat suatu
rangkaian sederhana. Untuk menyalakanlampu itu, kamu harus membuat suatu jalan
tidak putus
dengan kawat-kawat, dengan menghubungkan kawat-kawat
tersebut dari tiap ujung baterai ke sisi logam lampu yang
berbentuk ulir dan ke ujung logam pada dasar lampu seperti
ditunjukkan pada Gambar 6.14.
Apa yang kita butuhkan untuk menghasilkan listrik
yang dapat menyalakan lampu atau menghidupkan radio?
Pertama, membutuhkan kawat penghantar. Kedua, kita membutuhkan
baterai sebagai sumber gaya gerak listrik untuk membuat elektron di dalam kawat
bergerak. Ketiga, kamu harus melakukan apa yang telah kamu lakukan pada
Kegiatan 3.3. Kamu harus menyediakan suatu jalan tidakputus, berupa rangkaian
tertutup untuk elektron-elektron. Sebagai contoh, Gambar 6.15 adalah
sebuah rangkaian tertutup. Listrik yang kamu gunakan itu disebut listrik
dinamis.Lampu itu tidak menyala karena salah satu kawat tidak terhubung
dengan lampu. Suatu rangkaian dengan celah merupakan rangkaian terputus atau terbuka.
Pada sebuah rangkaian terbuka tidak ada jalan untuk elektron
mengalir, dan elektron-elektron itu tidak dapat mengalir untuk menyalakan
lampu, memutar kipas angin, atau menghidupkan radio.
Pikirkan
kembali tentang kegiatan dengan sisir rambutpada Bab Listrik Statis. Kamu
membuat elektron-elektron mengumpul pada sisir tersebut pada saat kamu
menggosok sisir tersebut dengan kain wol. Kumpulan elektron pada sisir tersebut
merupakan listrik statis, yaitu listrik yang tinggal pada satu tempat. Kamu
membuat elektron-elektron mengalir mengelilingi suatu rangkaian. Bagaimana arah
elektron-elektron mengalir mengelilingi rangkaian tersebut? Elektron mengalir
dari suatu tempat yang memiliki lebih banyak elektron, yaitu kutub negatif
baterai ke suatu tempat yang memiliki lebih sedikit elektron, yaitu kutub
positif baterai. Gambar 6.17 menunjukkan arus elektron mengalir dari
kutub negatif ke kutub positif. Akibat aliran elektron yang mengelilingi suatu
rangkaian, maka timbullah arus listrik. Jadi arus listrik adalah
elektron-elektron yang mengalir. Para ilmuwan berpikir arus listrik mengalir
dari kutub positif baterai ke kutub negatif baterai. Arah arus listrik seperti
ini menjadi kesepakatan. Jadi, arah arus elektron berlawanan dengan arah arus
listrik. Gambar 6.18 menunjukkan arah arus listrik tersebut.
Hukum Ohm
Hukum Ohm menjelaskan bagaimana beda potensial atau tegangan dari
sebuah sumber arus, kuat arus listrik, dan resistansi suatu rangkaian saling
terkait. Hukum Ohm menyatakan: jika tegangan pada suatu rangkaian dinaikkan,
arus dalam rangkaian akan naik; dan jika tegangan diturunkan, arus akan turun.
Contoh, Jika tegangan diduakalikan, arus akan menjadi dua kali. Hubungan ini
diilustrasikan, dengan meter menunjukkan tegangan dan arus.
Hukum Ohm juga memperlihatkan bahwa jika tegangan dijaga konstan,
resistansi penghantar yang lebih kecil akan menghasilkan arus yang lebih besar
dan resistansi rangkaian yang lebih besar akan menghasilkan arus yang lebih
kecil. Contoh, jika resistansi dinaikkan dua kali dari 10 W menjadi 20 W, maka
arusnya menjadi setengahnya.
Rumus untuk Kuat Arus Listrik
Menggunakan hukum Ohm, kuat arus listrik dalam suatu rangkaian
dapat ditentukan dengan persamaan:
dimana I
menyatakan kuat arus, V menyatakan tegangan, dan R menyatakan resistansi atau
hambatan. Untuk resistansi yang tetap, jika tegangan yang diberikan ke
rangkaian dinaikkan, arus akan naik; dan jika tegangan diturunkan arus akan
turun.
Untuk tegangan
yang tetap, jika resistansi dalam rangkaian dinaikkan, arus akan turun; dan
jika resistansi diturunkan, arus akan naik.
Konduktor
Konduktor adalah
suatu bahan yang memungkinkan elektron-elektron bergerak dengan mudah melalui
bahan tersebut. Logam seperti tembaga dan perak terbuat dari atom-atom yang
tidak memegang secara kuat elektronelektronnya, sehingga elektron-elektron
bergerak dengan mudah melalui bahan yang terbuat dari jenis bahan ini. Oleh
karena alasan tersebut, kawat listrik yang pada umumnya terbuat dari tembaga
merupakan konduktor yang baik.
Perak juga menghantarkan listrik amat baik, namun perak jauh lebih
mahal daripada tembaga.
Isolator
Apakah
yang membungkus kawat yang menghubungkan radio dengan stop-kontak di dinding?
Kawat itu biasanya dibungkus dengan bahan sejenis plastik, yaitu suatu bahan
isolasi. Isolator adalah bahan yang tidak memungkinkan elektron-elektron
mengalir dengan mudah melalui bahan tersebut. Selain plastik, kayu, karet, dan
kaca merupakan isolator yang baik.
C.Rangkaian
Listrik
Rangkaian Seri
Rangkaian
lampu seperti gambar (a) pada Kegiatan 6.4,
atau
sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 6.23 disebut
rangkaian seri.
Karena bagian-bagian dari suatu rangkaian
seri
disambung satu setelah yang lain, besarnya arus yang
mengalir sama
untuk seluruh bagian rangkaian. Apabila kamu menghubungkan tiga amperemeter ke
dalam rangkaian tersebut seperti ditunjukkan pada Gambar 6.24, ketiga
amperemeter itu akan menunjukkan harga yang sama. Apa yang terjadi jika salah
satu bagian rangkaian seri terputus? Dalam rangkaian seri arus listrik hanya
mempunyai satu jalan yang dapat dilewati. Karena itu apabila ada bagian yang
terputus, berarti rangkaian dalam keadaan terbuka dan arus pasti tidak
mengalir. Apakah hal ini sesuai Mdengan hasil pengamatanmu?
Rangkaian Paralel
Perhatikan rangkaian yang ditunjukkan pada gambar
(b) Kegiatan 6.4. Pada rangkaian tersebut, arus listrik
dari
baterai dapat melalui setiap lampu. Suatu rangkaian, dimana
ada beberapa jalan berbeda yang dapat dialiri arus
disebut
rangkaian paralel.
Pada Gambar 6.26 tiga buah resistor disusun secara
paralel dan ujung-ujung ketiga resistor dihubungkan secara
bersama-sama ke sumber tegangan, sehingga arus memiliki
tiga jalan yang berbeda untuk melewati tiap-tiap resistor.
Berapakah
arus yang melalui tiap-tiap resistor? Ini bergantung
pada hambatan setiap resistor. Sebagai contoh yaitu
pada Gambar 6.27, beda potensial setiap resistor adalah 12
V. Arus yang melalui sebuah resistor diberikan oleh I = V/R, sehingga
kita dapat menghitung arus yang melalui resistor 48 Ω adalah I = (12
V)/(48 Ω ) = 0,25 A. Kuat arus yang melalui dua resistor yang lain, dapat
dihitung dengan cara yang sama. Apakah yang akan terjadi jika hambatan 12 Ω
diambil dari rangkaian? Apakah arus yang melewati hambatan 48 Ω berubah? Apakah
arus hanya bergantung pada beda potensial dan hambatannya? Apakah kasus ini
juga sama jika dilakukan pada hambatan 24 Ω. Cabang sebuah rangkaian paralel
tidak bergantung satu dengan yang lain. Lampu yang lain tetap menyala, meskipun
salah satu lampu dilepas Kuat arus total pada rangkaian paralel merupakan
jumlah dari kuat arus masing-masing jalur. Kuat arus total pada rangkaian
adalah (0,25 A + 0,5 A + 1 A) = 1,75 A.
D.Sumber Arus
Listrik
Baterai
Pernahkah kamu memperhatikan bahwa sebuah tape
putarannya melambat setelah memainkan musik beberapa
jam? Kamu kemungkinan juga pernah memperhatikan
lampu senter yang cahayanya redup setelah digunakan lama.
Barangkali kamu menganggap baterai-baterainya habis dan
harus diganti. Beberapa peralatan listrik dapat dihubungkan ke
stop-kontak
listrik di dinding atau dapat menggunakan baterai untuk energi
yang dibutuhkan untuk menjalankannya. Bagaimana baterai memungkinkan peralatan
tersebut bekerja?
Baterai Sel Kering
Baterai yang paling kamu kenal dan banyak digunakan adalah baterai
sel kering. Wadah atau kemasan seng dari sel kering tersebut membungkus
pasta bahan kimia lembab dengan sebuah batang karbon padat dipasang di tengah.
Batang karbon bekerja sebagai kutub positif dan wadah seng sebagai kutub
negatif. Sel kering dapat bekerja sebagai sebuah pompa elektron karena
sel tersebut mempunyai beda potensial antara terminal positif dan negatif.
Apakah yang menyebabkan beda potensial ini?
Apabila dua kutub sebuah sel kering dihubungkan dalam suatu rangkaian,
seperti dalam sebuah lampu senter, maka terjadi reaksi kimia yang melibatkan
batang karbon, seng, dan beberapa bahan kimia di dalam pasta tersebut. Sebagai
hasilnya, batang karbon tersebut kekurangan elektron dan menjadi bermuatan
positif (+), sehingga membentuk kutub positif (+) sel kering tersebut.
Elektron-elektron yang mengumpul pada seng, membuat seng kelebihan elektron dan
menjadi kutub negatif (-) sel kering tersebut. Perbedaan potensial antara dua
terminal tersebut menyebabkan arus mengalir melalui suatu rangkaian tertutup,
seperti pada saat Kamu dapat menghubungkan secara
seri dua sel atau lebih menjadi satu untuk
menghasilkan tegangan lebih tinggi. Dapatkah
kamu menyebutkan sebuah alat listrik di rumah
atau di sekolahmu yang memerlukan lebih dari satu sel kering untuk
menjalankannya
Baterai Sel Basah
Baterai
dapat juga berupa hubungan seri sel basah. Sel basah, berisi dua plat
yang terbuat dari logam yang berbeda yang dicelupkan di dalam suatu
larutan asam sulfat. Pernahkah kamu memperhatikan sel basah atau yang
lazim juga disebut aki di bawah tutup mesin sebuah mobil? Kebanyakan
aki mobil, terdiri dari rangkaian seri enam sel basah terbuat dari plat
timah hitam dan dioksida timah hitam yang tercelup dalam larutan asam
sulfat. Reaksi kimia dalam tiap-tiap sel menghasilkan suatu beda
potensial sekitar 2 V. Apabila di dalam sebuah aki terdapat 6 sel basah, maka
secara keseluruhan aki tersebut memberikan potensial total sebesar 12 V. Pada
saat mobil berjalan, dinamo mobil membantu mengisi ulang aki sehingga beda
potensial aki tersebut menjadi tidak habis.
Mengukur Kuat Arus
dan Tegangan
Sebuah
ampermeter digunakan untuk mengukur kuat arus dalam suatu cabang atau suatu bagian dalam suatu
rangkaian. Apabila Anda ingin mengukur
kuat arus yang melalui hambatan,
Anda
harus menempatkan amperemeter secara seri dengan hambatan. Karena itu arus dalam rangkaian akan turun
jika hambatan ammeter dinaikkan, maka hambatan sebuah ampermeter sebaiknya
sangat kecil.Hambatan nol pada meter ditempatkan secara paralel dengan hambatan
0,01 Ω. Hambatan amperemeter jauh lebih kecil daripada nilai hambatan luar.
Arus akan
menurun dari 1,0
A menjadi 0,9995 A. Alat lainnya dikenal sebagai voltmeter, yang digunakan
untuk mengukur tegangan yang melewati beberapa bagian dalam suatu rangkaian.
Untuk menentukan tegangan yang melewati sebuah hambatan, hubungkan voltmeter
secara paralel dengan hambatan. Hambatan suatu voltmeter sebaiknya sangat
besar, sehingga memungkinkan perubahan arus dan tegangan dalam rangkaian kecil.
Sebuah ciri khusus voltmeter yang ideal terdiri atas hambatan nol pada meter
yang
disusun seri dengan hambatan 10 kW. Ketika hambatan
ini
dihubungkan paralel dengan RB, hambatan pengganti
gabungannya
jauh lebih kecil daripada RB saja. Jadi,
hambatan
total rangkaian menurun, sehingga menaikkan
arus. RA tidak
berubah, tetapi arus tetap naik, sehingga
menaikkan
tegangan yang melewati RA. Karena voltmeter
dihubungkan
dengan ujungujung hambatan RB, maka
tegangan
antara ujung-ujung hambatan RB tersebut menjadi lebih menurun. Hambatan yang
besar pada voltmeter memperkecil tegangan. Menggunakan voltmeter dengan
hambatan 10. 000 W merubah tegangan antara ujung-ujung RB dari 10 V menjadi
9,9995 V. Multimeter elektronik modern hambatannya sangat besar yakni 107 W dan
menghasilkan perubahan tegangan yang sangat kecil.
E.
Daya dan Energi Listrik
Daya Listrik
Apa
yang kamu pikirkan pada saat mendengar kata daya? Daya memiliki banyak
arti yang berbeda. Pada Bab Energi dan Usaha, kamu membaca bahwa daya adalah
kemampuan melakukan usaha. Listrik dapat melakukan usaha untuk kita. Energi
listrik dengan mudah diubah menjadi jenis energi lain. Sebagai contoh,
daun-daun sebuah kipas angin dapat berputar dan mendinginkan kamu pada saat
energi listrik diubah menjadi energi mekanik. Setrika listrik mengubah energi listrik
menjadi energi panas. Daya listrik adalah laju energi listrik diubah
menjadi bentuk energi lain. Tiap alat listrik yang berbeda menggunakan energi
yang berbeda. Alat-alat listrik sering diiklankan dengan menunjukkan pemakaian
dayanya, yang bergantung pada jumlah energi yang dibutuhkan tiap-tiap alat
tersebut untuk menjalankannya. Elemen pemanas listrik dalam setrika listrikdan
pemasak air listrik memiliki daya listrik besar. Namun, alat-alat tersebut
tidak dihidupkan terus-menerus. Alat-alat yang dihidupkan lama bahkan sering
terus-menerus, seperti almari es, umumnya menggu-nakan lebih banyak energi.
Penghitungan Daya
Daya
listrik dinyatakan dalam satuan watt (W) atau kilowatt (kW).
Jumlah daya yang digunakan oleh sebuah alat listrik berbanding lurus dengan
beda potensial dan kuat arus listriknya, dan dapat dihitung dengan cara
mengalikan beda potensial dengan arus.
P
= V x I
dimana:
P = daya (watt)
V
= tegangan (volt)
I
= arus listrik (ampere)
Satu
watt daya dihasilkan apabila arus satu ampere
mengalir melalui suatu rangkaian dengan beda potensial satu volt.
Energi Listrik
Mengapa
hemat energi merupakan sikap hidup yang perlu ditumbuhkan? Hampir semua energi
listrik dihasilkan dari sumber daya alam, yang terbatas jumlahnya. Energi
listrik tidak gratis, kamu harus membayar untuk mendapatkan energi listrik.
Seluruh listrik yang digunakan di rumahmu diukur dengan alat yang disebut meter
listrik. Kamu mungkin pernah memperhatikan bahwa meter listrik di rumahmu
memiliki piringan yang berputar cepat pada saat kamu banyak menggunakan listrik
dan berhenti pada saat tidak ada pemakaian listrik. Jumlah energi listrik yang
kamu pergunakan bergantung pada daya yang dibutuhkan oleh alat-alat listrik di
rumahmu dan berapa lama alat listrik itu digunakan. Sebagai contoh, kamu dapat
menghitung jumlah energi yang digunakan sebuah almari es dalam satu hari dengan
mengalikan daya yang dibutuhkan dengan jumlah waktu almari es itu menggunakan
daya. Satuan energi listrik adalah joule (J) kilowatt-jam (kWh).
Satu joule sama dengan satu watt (W) daya yang digunakan selama satu detik.
Satu kilowatt-jam sama dengan 1000 watt daya yang digunakan selama satu jam.
Perusahaan listrik memberikan rekening tagihan kepadamu setiap bulan untuk tiap
kilowatt-jam daya yang kamu gunakan.
Bab
7
Kemagnetan
A.Pengaruh Magnet
Kemagnetan
adalah suatu sifat zat yang teramati sebagai suatu
gaya tarik atau gaya tolak antara kutub-kutub tidak senama atau senama. Gaya
magnet tersebut paling kuat di dekat ujung-ujung atau kutubkutub magnet
tersebut. Semua magnet memiliki dua kutub magnet yang berlawanan, utara (U)
dan selatan (S). Apabila sebuah magnet batang digantung maka magnet tersebut
berputar secara bebas, kutub utara akan menunjuk ke utara.
Bahan Magnetik
Jika
kamu mendekatkan sebuah magnet pada sepotong kayu, kaca, alumunium, atau
plastik, apa yang terjadi? Ya, kamu betul jika kamu mengatakan tidak terjadi
apa-apa. Tidak ada pengaruh apa pun antara magnet dan bahanbahan tersebut. Di
samping itu, bahan-bahan tersebut tidak dapat dibuat magnet. Tetapi,
bahan-bahan seperti besi, baja, nikel, dan kobalt bereaksi dengan cepat
terhadap sebuah magnet. Seluruh bahan tersebut dapat dibuat magnet. Mengapa
beberapa bahan mempunyai sifat magnetik sedangkan yang lain tidak? Secara
sederhana kita dapat menge-lompokkan bahan-bahan menjadi dua kelompok. Pertama
adalah bahan magnetik, yaitu bahan-bahan yang dapat ditarik oleh magnet. Kedua
adalah bahan bukan magnetik, yaitu bahanbahan yang tidak dapat ditarik oleh
magnet. Bahan magnetik yang paling kuat disebut bahan ferromagnetik.
Nama tersebut berasal dari bahasa Latin ferrum yang berarti besi.
Bahan ferromagnetik ditarik dengan kuat oleh magnet dan dapat dibuat
menjadi magnet. Sebagai contoh, jika kamu mendekatkan sebuah magnet
pada sebuah paku besi, magnet akan menarik paku tersebut. Jika kamu
menggosok paku dengan magnet beberapa kali dengan arah yang sama, paku
itu sendiri akan menjadi sebuah magnet. Paku tersebut akan tetap
berupa magnet meskipun magnet yang digunakan menggosok tersebut telah
dijauhkan. Bahan-bahan magnetik tersebut dapat dibagi menjadi dua macam.
a.
Bahan ferromagnetik, yaitu bahan yang ditarik oleh magnet dengan gaya
yang kuat. Bahan ini misalnya besi, baja, kobalt dan nikel.
b.
Bahan paramagnetik, yaitu bahan yang ditarik oleh magnet dengan gaya
yang lemah. Bahan ini misalnya aluminium, platina, dan mangaan.
Sedangkan
bahan yang tidak ditarik oleh magnet digolongkan sebagai bahan diamagnetik misalnya
bismut, tembaga, seng, emas dan perak. Beberapa bahan, seperti besi lunak,
mudah dibuat menjadi magnet. Tetapi bahan tersebut mudah kehilangan
kemagnetannya. Magnet yang dibuat dari bahan besi lunak seperti itu disebut magnet
sementara. Magnet lain dibuat dari bahan yang sulit dihilangkan
kemagnetannya. Magnet demikian disebut magnet tetap.
Kobalt,
nikel, dan besi adalah bahan yang digunakan untuk membuat magnet tetap. Banyak
magnet tetap dibuat dari campuran aluminium, nikel, kobalt dan besi.
Kutub Magnet
Semua
magnet mempunyai sifat-sifat tertentu. Setiap magnet, bagaimanapun bentuknya,
mempunyai dua ujung di mana pengaruh magnetiknya paling kuat. Dua ujung
tersebut dikenal sebagai kutub magnet. Kutub magnet yang bila digantung
menunjuk arah utara disebut kutub utara (U), dan sebaliknya disebut kutub
selatan (S). Magnet dibuat dalam berbagai bentuk dan ukuran meliputi magnet
batang, tapal kuda, dan cakram Jika dua magnet saling didekatkan, mereka saling
mengerahkan gaya, yaitu gaya magnet. Gaya magnet, seperti gaya listrik,
terdiri dari tarik-menarik dan tolakmenolak. Jika dua kutub utara saling
didekatkan, kedua kutub tersebut akan tolak-menolak. Demikian juga halnya jika
dua kutub selatan saling didekatkan. Namun, jika kutub utara salah satu magnet
didekatkan ke kutub selatan magnet lain, kutub-kutub tersebut akan
tarik-menarik. Aturan untuk kutub-kutub magnet tersebut berbunyi:
Kutub-kutub
senama akan tolak-menolak dan kutubkutub
tidak
senama akan tarik-menarik. Bagaimana aturan ini
bila dibandingkan dengan aturan yang memaparkan perilaku muatan listrik?
Kutub
magnet selalu ditemukan berpasangan, kutub utara dan kutub selatan. Jika sebuah
magnet dipotong menjadi dua buah, dihasilkan dua magnet yang lebih kecil
masing-masing mempunyai satu kutub utara dan satu kutub selatan. Prosedur ini
dapat diulang-ulang, namun selalu dihasilkan sebuah magnet lengkap yang terdiri
dari dua kutub.
Terjadinya
Kemagnetan
Sifat-sifat
magnetik suatu bahan bergantung pada struktur atomnya. Para
ilmuwan mengetahui bahwa atom memiliki sifat-sifat magnetik. Sifat-sifat
magnetik tersebut disebabkan gerak elektron dalam atom-atom tersebut.
Oleh karena itu, tiap atom di dalam suatu bahan magnetik adalah seperti
sebuah magnet kecil yang disebut magnet atom. Dalam keadaan normal,
atom-atom tersebut menunjuk ke semua arah secara acak sehingga
kemagnetan mereka saling menghilangkan. Agar sebuah benda secara
keseluruhan bekerja sebagai magnet, sebagian besar atom-atom dalam benda
tersebut harus menunjuk arah yang sama. Ketika atom-atom tersebut menunjuk pada
arah yang sama, gaya magnetik tiap atom bergabung menjadi gaya magnetik yang
lebih besar,
Medan Magnet
Meskipun
gaya magnet paling kuat terdapat pada kutub-kutub magnet, gaya tersebut tidak
terbatas hanya pada kutub. Gaya magnet juga terdapat di sekitar bagian magnet
yang lain. Daerah di sekitar magnet tempat gaya magnet bekerja disebut medan
magnet. Sangat membantu jika kamu memikirkan medan magnet sebagai suatu
daerah yang dilewati oleh garisgaris gaya magnet. Garis gaya magnet menentukan
medan magnet sebuah benda. Seperti halnya garis-garis medan listrik, garis-garis
gaya magnet dapat digambar untuk memperlihatkan lintasan medan magnet tersebut.
Garis medan magnet berkeliling dalam lintasan tertutup dari kutub utara ke
kutub selatan dari sebuah magnet. Suatu
medan magnet yang diwakili oleh garis-garis gaya yang
terentang dari satu kutub sebuah magnet ke kutub yang
lain, merupakan suatu daerah tempat bekerjanya gaya
magnet tersebut.
Garis
gaya magnet dapat diperlihatkan dengan mudah
dengan
menaburkan serbuk besi pada selembar kertas
yang
diletakkan di atas sebuah magnet.
Bumi Memiliki Sifat Magnet
Mengapa satu kutub dari sebuah magnet batang yang
digantung dengan benang selalu menunjuk ke arah utara
dan satu kutub yang lain selalu menunjuk ke selatan? Kutubkutub
magnet tersebut pada mulanya diberi nama sematamata untuk memaparkan arah kutub-kutub tersebut di
atas permukaan Bumi. Diberi nama kutub utara karena kutub magnet tersebut
menghadap ke kutub utara Bumi. Demikian juga halnya dengan kutub selatan
magnet. Orang pertama yang mengajukan jawaban atas pertanyaan di atas adalah
ahli fisika Inggris yang bernama William Gilbert. Pada tahun 1600, Gilbert
berpendapat bahwa Bumi itu sendiri merupakan sebuah magnet. Ia meramalkan kelak
akan ditemukan bahwa Bumi memiliki kutub-kutub magnet. Teori Gilbert itu
ternyata benar. Kutub magnet Bumi akhirnya ditemukan. Sekarang, para ilmuwan
mengetahui bahwa Bumi berperilaku seperti kalau ia mempunyai sebuah magnet
batang yang terkubur jauh di dalam pusat Bumi.
Bumi memiliki garis-garis gaya magnet dan dikelilingi oleh medan
magnet yang paling kuat di dekat kutub magnet utara dan selatan. Asal mula
sebenarnya dari medan magnet Bumi belum sepenuhnya dipahami. Diyakini bahwa
medan magnet tersebut berkaitan dengan inti dalam Bumi, yang hampir seluruhnya
merupakan besi dan nikel.
Kompas
Jika
kamu pernah menggunakan kompas, kamu mengetahui bahwa jarum kompas
selalu menunjuk ke arah utara. Jarum kompas merupakan sebuah magnet.
Ia mempunyai sebuah kutub utara dan sebuah kutub selatan. Kutub utara
jarum kompas menunjuk ke Kutub Utara Bumi. Dimanakah tepatnya
letak kutub utara tersebut? Seperti
yang telah kamu pelajari, kutub-kutub magnet yang senama tolak-menolak
dan kutub-kutub magnet yang tak-senama tarik-menarik. Sehingga kutub
magnet. Bumi ke arah mana kutub utara sebuah kompas menunjuk harus
merupakan kutub selatan magnetik. Dengan kata lain, kutub utara sebuah
jarum kompas menunjuk ke arah kutub utara Bumi, yang sebenarnya merupakan kutub
selatan magnet Bumi. Hal yang sama berlaku untuk kutub selatan Bumi, yang
sebenarnya merupakan kutub utara magnet. Kutub-kutub magnet Bumi tidak tepat
berimpit dengan kutub-kutub Bumi. Ilmuwan telah menemukan bahwa kutub selatan
magnet Bumi terletak di timur laut Kanada, kurang-lebih berjarak 1500 kilometer
dari kutub utara Bumi. Kutub utara
magnet Bumi terletak dekat Antartika. Perbedaan sudut antara sebuah
kutub magnet Bumi dan sebuah kutub Bumi disebut sudut deklinasi. Besar
deklinasi tersebut tidak sama untuk semua tempat di Bumi ini. Di dekat ekuator,
sudut deklinasi tersebut kecil. Semakin dekat dengan kutub, sudut tersebut
semakin besar. Sudut deklinasi ini harus diperhitungkan pada saat menggunakan
sebuah kompas. Disamping membentuk sudut dengan kutub Bumi, jarum kompas juga
membentuk sudut dengan bidang datar Jarum kompas tidak selalu sejajar dengan
bidang datar. Hal ini berarti
garis-garis gaya magnet Bumi tidak selalu sejajar dengan permukaan Bumi. Sudut
kemiringan yang dibentuk oleh jarum kompas terhadap bidang datar tersebut
disebut inklinasi. Besar sudut inklinasi tidak sama pada semua tempat di
Bumi. Di dekat garis khatulistiwa, sudut inklinasi tersebut sama dengan nol.
Semakin dekat dengan kutub, sudut inklinasinya semakin besar.
Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik
Selama
bertahun-tahun Hans Cristian Oersted, seorang guru fisika dari Denmark,
mempercayai ada suatu hubungan antara
kelistrikan dan kemagnetan, namun dia tidak dapat membuktikan secara
eksperimen. Baru pada tahun 1820 dia akhirnya memperoleh bukti. Oersted
mengamati bahwa ketika sebuah kompas
diletakkan dekat kawat berarus, jarum
kompas tersebut menyimpang atau bergerak, segera setelah arus mengalir
melalui kawat tersebut. Ketika arah arus tersebut dibalik, jarum kompas
tersebut bergerak dengan arah sebaliknya.
Jika tidak ada arus listrik mengalir melalui kawat tersebut jarum kompas
tersebut tetap diam. Karena sebuah jarum kompas hanya dapat disimpangkan oleh
suatu medan magnet, Oersted menyimpulkan bahwa suatu arus listrik menghasilkan suatu medan magnet. Selama
bertahun-tahun Hans Cristian Oersted, seorang guru fisika dari Denmark,
mempercayai ada suatu hubungan antara
kelistrikan dan kemagnetan, namun dia tidak dapat membuktikan secara
eksperimen. Baru pada tahun 1820 dia akhirnya memperoleh bukti. Oersted
mengamati bahwa ketika sebuah kompas diletakkan dekat kawat berarus, jarum
kompas tersebut menyimpang atau bergerak, segera setelah arus mengalir melalui
kawat tersebut. Ketika arah arus tersebut dibalik, jarum kompas tersebut
bergerak dengan arah sebaliknya.
Jika
tidak ada arus listrik mengalir melalui kawat tersebut, jarum kompas tersebut
tetap diam. Karena sebuah jarum kompas hanya dapat disimpangkan oleh suatu
medan magnet, Oersted menyimpulkan bahwa suatu arus listrik menghasilkan suatu
medan magnet. tidak dialiri arus listrik, jarum-jarum kompas tersebut sejajar (semuanya
menunjuk ke satu arah). Keadaan ini
memperlihatkan
bahwa jarum kompas tersebut hanya dipengaruhi oleh medan magnet Bumi. Ketika
penghantar lurus tersebut dialiri arus listrik dengan arah ke bawah (tegangan
positif baterai terhubung pada ujung atas penghantar), jarum-jarum kompas
tersebut membentuk arah tertentu. Arah jarum kompas tersebut jika dihubungkan
satu dengan lainnya akan membentuk lingkaran yang arahnya searah dengan jarum
jam. Ketika arah arus tersebut dibalik, arah medan magnet tersebut juga
terbalik. Dengan demikian suatu arus listrik yang mengalir melalui sebuah kawat
menimbulkan medan magnet yang arahnya bergantung pada arah arus listrik
tersebut. Garis gaya magnet yang dihasilkan oleh arus dalam sebuah kawat lurus
berbentuk lingkaran dengan kawat berada di pusat lingkaran. Besarnya medan
magnet tersebut berbanding lurus dengan besar arus listrik dan panjang kawat.
Kaidah
tangan kanan dapat digunakan untuk menentukan arah
medan magnet sekitar penghantar lurus yang dialiri arus listrik. Arah ibu jari
tangan kanan menunjukkan arah arus listrik. Jari-jari tangan yang melingkari
penghantar tersebut menunjukkan Ketika inti besi dimasukkan kedalam koil
demikian dan arus dilewatkan melalui koil, maka terbentuk magnet sementara yang
kuat yang disebut elektromagnet. Inti besi menjadi sebuah magnet. Salah
satu ujung koil bekerja seperti kutub utara dan ujung lain seperti kutub
selatan Kekuatan medan magnet dapat ditingkatkan dengan menambah lebih banyak
lilitan pada koil dan dengan menaikkan arus yang melalui kawat. Magnet
mempengaruhi serbuk besi. Demikian juga kawat yang dialiri arus listrik. Ketika
kawat dililitkan pada sebuah paku, pola
serbuk besi seperti pola yang dibentuk oleh magnet batang. Ini memperlihatkan
hubungan antara kelistrikan dan kemagnetan. Medan magnet selalu mengelilingi
arus listrik.
Penggunaan Elektromagnetik
Galvanometer
AVO analog bekerja berdasarkan prinsip kumparan putar. Alat lain
yang bekerjanya mirip AVO analog salah satunya adalah galvanometer.
Galvanometer memiliki kumparan putar yang dihubungkan ke rangkaian listrik
sedemikian rupa sehingga kumparan
tersebut dapat berputar dalam suatu medan magnet yang berasal sebuah magnet
tetap. Ketika arus mengalir melalui kumparan tersebut, gaya magnet menyebabkan
kumparan tersebut berputar. Sebuah jarum penunjuk dipasang pada kumparan
tersebut sehingga memungkinkan pembacaan pada skala. Besar simpangan jarum
tersebut bergantung pada besar arus yang mengalir di dalam kumparan.
Bel Listrik
Bel listrik juga bekerja dengan menerapkan elektromagnet.
Elektromagnet tersebut terdiri dari dua silinder besi lunak. Sekitar silinder
tersebut dililitkan kawat. Satu ujung
kawat dihubungkan ke baterai, ujung kawat lainnya dihubungkan ke pegas. Ketika
baterai dihubungkan, arus mengalir melalui sekrup menuju pegas, melewati
kumparan dan kembali ke baterai. Ketika arus melewati kumparan, inti besi
silinder tersebut akan menjadi magnet. Inti besi ini akan menarik jangkar, yang
menyebabkan pemukul menumbuk bel dan terjadilah bunyi. Ketika pemukul menumbuk
bel, kontak pegas dan sekrup, terputus menyebabkan arus listrik putus. Arus
berhenti mengalir, inti besi kehilangan kemagnetannya. Jangkar kembali menempel
ke pegas. Ketika ini terjadi, arus mengalir kembali, membuat besi lunak
tersebut menjadi magnet lagi. Proses ini berulangulang, yang menyebabkan
pemukul bergetar dengan cepat menumbuk bel yang menghasilkan suara bel listrik.
Relai
Relai merupakan alat elektromekanik yang bekerja berdasarkan
induksi elektromagnetik. Relai menggunakan sebuah elektromagnet untuk membuka
maupun menutup satu kontak atau lebih. Kontak relai yang terbuka ketika relai
tidak dialiri arus disebut kontak normal terbuka (normally open =
NO). Sebaliknya, kontak relai yang tertutup ketika relai tidak dialiri arus
disebut kontak normal tertutup (normally closed = NC). Ketika
kumparan tidak dialiri arus, kontak bersama terhubung dengan ujung NC.
Ketika kumparan tersebut dialiri arus, elektromagnet tersebut akan menarik plat
besi sehingga kontak bersama tersebut terhubung ke ujung NO.
Induksi
Elektromagnetik
Tegangan Induksi
Untuk
menghasilkan arus listrik dari medan magnet, Faraday menggunakan peralatan yang
ditunjuk-kan pada Gambar 7.26. Kumparan sebelah kiri dihubungkan ke
baterai. Ketika arus mengalir melalui kawat, dihasilkan medan magnet. Kuat
medan magnet diperbesar oleh inti besi, sebagai sebuah elektromagnet. Faraday
berharap bahwa arus searah akan menghasilkan arus pada kumparan sebelah kanan.
Tetapi bagaimanapun kuatnya arus searah yang digunakan, Faraday tidak
memperoleh hasil seperti yang diinginkan. Medan magnet tersebut tidak
menghasilkan arus pada kumparan kedua. Bila arus dari baterai diubah-ubah
dengan menyambung dan memutuskan saklar secara cepat dan berulang-ulang, maka
jarum galvanometer menyimpang. Hal ini berarti ada arus yang mengalir pada
kumparan kedua. Sebaliknyabila saklar disambung begitu saja meskipun ada arus
dari baterai, tetapi tidak menyebabkan jarum galvanometer menyimpang. Bila arus
listrik diubah-ubah dengan mengatur saklar maka medan magnet yang ditimbulkan
akan berubahubah pula besarnya. Perubahan medan magnet ini menginduksi
timbulnya arus listrik di kumparan kedua. Arus listrik ini disebut arus
induksi. Proses menghasilkan arus dengan perubahan medan magnet disebut induksi
elektromagnetik. Faraday melakukan beberapa percobaan tentang induksi
elektromagnet. Salah satunya adalah dia menggerakkan sebuah magnet dekat
lingkaran kawat tertutup. Apa yang diperoleh ketika magnet tidak digerakkan
adalah tidak ada arus dalam kawat tersebut. Tetapi ketika magnet digerakkan,
arus diinduksikan dalam kawat tersebut. Arah arus bergantung pada arah gerakan
magnet. Pada percobaan lain dia memegang magnet dan meng-gerakan rangkaian
kawat. Dalam hal ini arus juga diinduksikan. Satu ciri umum pada semua
percobaan Faraday adalah medan magnet yang berubah. Bukan menjadi masalah
bagaimana cara medan magnet berubah, apakah magnet yang digerakkan ataukah
rangkaiannya yang digerakkan. Yang penting adalah terdapat perubahan medan
magnet.
Arus
listrik akan diinduksikan dalam rangkaian yang didekatkan ke medan magnet yang
berubah.
Berdasarkan
percobaan Faraday diketahui bahwa tegangan listrik yang diinduksikan oleh medan
magnet bergantung pada tiga hal berikut:
1.
Jumlah lilitan. Semakin banyak lilitan pada kumparan, semakin besar
tegangan yang diinduksikan.
2.
Kecepatan gerakan medan magnet. Semakin cepat garis gaya magnet yang
mengenai konduktor, semakin besar tegangan induksi.
3.
Jumlah garis gaya magnet. Semakin besar jumlah garis gaya magnet yang
mengenai konduktor, semakin besar tegangan induksi.
Generator
Sebuah
generator sederhana terdiri dari lilitan kawat yang diletakkan pada batang atau
as yang dapat berputar. Lilitan kawat tersebut, yang dihubungkan ke sumber energi mekanis, ditempat-kan di antara
kutubkutub magnet. Ketika lilitan kawat diputar oleh sumber energi mekanis,
lilitan tersebut bergerak melewati medan magnet. Dengan demikian lilitan
melintasi perubahan medan magnet (garis gaya magnetik terpotong). Hasilnya
adalah arus induksi pada kawat. Ketika lilitan kawat terus berputar, kawat
bergerak paralel dengan garis gaya magnetik. Pada tahap ini, medan tidak
berubah dan tidak ada garis gaya magnetik terpotong, sehingga tidak dihasilkan
arus induksi. Rotasi selanjutnya menggerakkan lilitan pada posisi di mana garis
gaya magnetik terpotong lagi. Tetapi kali ini, garis gaya terpotong dari arah
yang berlawanan. Ini berarti arus induksi pada arah yang berlawanan juga.
Karena arus listrik berubah pada tiap rotasi, arus yang dihasilkan adalah arus
bolak-balik. Jika kamu mempunyai sepeda yang memiliki generator (dinamo) kecil
yang menempel pada roda, maka kamu adalah sumber energi mekanis untuk generator
tersebut. Agar lampu sepeda menyala, knob pada generator diletakkan sedemikian
rupa sehingga knob menyentuh roda. Ketika kamu menggerakkan pedal sepeda, kamu
memberi energi mekanis untuk memutar roda. Roda lalu memutar knob. Knob
dilekatkan ke tangkai didalam generator. Tangkai memutar lilitan kawat
melintasi medan magnet. Apa yang terjadi ketika roda sepeda berhenti berputar?
Transformator
Transformator
adalah alat untuk menaikkan dan menurunkan tegangan bolak-balik. Transformator
bekerja dengan prinsip arus dalam salah satu kumparan menginduksikan arus dalam
kumparan lain. Transformator sederhana dibuat dari dua kumparan kawat yang
dililitkan pada inti besi lunak. Satu kumparan disebut kumparan primer dan
kumparan lain disebut kumparan sekunder. Ketika arus bolak-balik melewati
kumparan primer, terbentuk medan magnet yang berubah-ubah sebagai akibat arus
bolak-balik. Medan magnet ini menghasilkan proses induksi elektromagnetik yang
menimbulkan arus di dalam kumparan sekunder.
Transformator
Step-up
Jika
jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder sama, tegangan induksi pada
kumparan sekunder akan sama seperti tegangan pada kumparan primer. Tetapi jika
jumlah lilitan pada kumparan sekunder lebih banyak dari lilitan pada kumparan
primer, tegangan pada kumparan sekunder akan lebih besar. Karena transformator
jenis ini menaikkan tegangan, ia disebut transformator penaik tegangan atau step-up.
Pada transformator penurun tegangan atau stepdown, jumlah lilitan pada
kumparan sekunder lebih sedikit daripada jumlah lilitan pada kumparan primer.
Sehingga tegangan pada kumparan sekunder lebih kecil daripada tegangan pada
kumparan primer. Transformator sangat penting untuk penyaluran listrik.
Pembangkit listrik biasanya letaknya sangat jauh dari rumah penduduk. Listrik
disalurkan pada jarak yang jauh, sehingga terdapat kehilangan energi. Pada
tegangan yang tinggi dan arus yang rendah, listrik dapat disalurkan dengan
kehilangan energi yang lebih kecil. Tetapi jika pembangkit listrik
membangkitkan tegangan rendah, bagaimana memperoleh listrik tegangan tinggi?
Listrik tegangan tinggi diperoleh dengan menaikkan tegangan menggunakan
transformator step-up. Setelah dinaikkan, tegangan tersebut disalurkan ke
pelanggan. Tegangan tersebut kemudian diturunkan lagi dengan menggunakan
transformator step-down untuk disalurkan ke rumah penduduk. Transformator
step-up digunakan juga pada pesawat televisi untuk menaikkan tegangan 220 volt
menjadi tegangan 20.000 volt. Transformator step-down digunakan pada radio,
tape recorder, komputer.
