Salah satu ciri makhluk hidup khususnya manusia adalah berkembang biak. Manusia berkembang biak untuk melestarikan jenisnya. Untuk berkembang biak manusia menggunakan alat reproduksi. Alat reproduksi pada manusia terdiri dari beberapa bagian yang disebut sistem reproduksi. Sistem reproduksi adalah suatu rangkaian dan interaksi organ dan zat dalam organisme yang dipergunakan untuk berkembang biak.

1. Bagian-Bagian Alat Reproduksi pada 
    Pria

Sistem reproduksi pada pria terdiri dari 2 bagian utama yaitu testis yang merupakan tempan pembentukan sperma, dan penis. Pada manusia, kedua organ ini berada di luar perut. Letak testis yang berada di luar perut memungkinkan untuk mengatur suhu sperma, yang membutuhkan suhu tertentu untuk bertahan hidup yaitu sekitar 2-3o C lebih rendah dari suhu tubuh normal yaitu 37o C. Berikut adalah bagian-bagian alat reproduksi pada pria:
  1. Testis adalah tempat untuk menghasilkan sel kelamin jantan (spermatozoa) dan juga hormon kelamin jantan (testosteron). Testis berjumlah sepasang dan berbentuk bulat telur.
  2. Epididimis adalah saluran yang keluar dari testis. Setiap testis memiliki satu epididimis sehingga jumlahnya sepasang. Di epididimis sperma disimpan hingga matang.
  3. Vas deferens adalah saluran yang merupakan lanjutan dari epididimis. Fungsinya adalah sebagai penghubung antara epididimis dengan kantong sperma.
  4. Vesikula seminalis adalah sebuah kantong yang dindingnya menghasilkan getah sebagai makanan untuk sperma.
  5. Kelenjar cowper adalah kelenjar yang menghasilkan getah berupa lendir dan dialirkan ke uretra.
  6. Uretra adalah saluran urine dari kandung kemih sampai keluar tubuh melalui penis.
  7. Penis adalah organ yang berperan dalam proses kopulasi. Kopulasi adalah hubungan antara kelamin pria dan wanita yang bertujuan untuk memindahkan sperma ke dalam rahim wanita.
  8. Skrotum adalah kantong testis yang berfungsi melindungi testis dan mengatur suhu testis.
2. Bagian-Bagian Alat Reproduksi pada           Wanita


Sistem reproduksi pada wanita juga terdiri dari 2 bagian utama yaitu vagina dan uterus. Ovarium menghasilkan ovum betina. Vagina melekat pada rahim melalui leher rahim, sementara rahim melekat pada ovarium melalui tuba falopi. Dalam jangka waktu tertentu, ovarium melepaskan sel telur, yang melewati tuba falopi ke dalam rahim.
Pembuahan ovum dengan sperma terjadi di tuba falopi. Peristiwa pembuahan ini disebut fertilisasi. Sel telur yang telah dibuahi disebut zigot. Zigot bergerak menuju rahim. Dalam perjalanannya menuju rahim, zigot membelah berulang kali membentuk embrio. Selanjutnya, embrio akan menempel pada dinding rahim. Embrio akan tumbuh dan berkembang di dalam rahim membentuk janin. Janin akan keluar sebagai bayi setelah sekitar 9 bulan berada di dalam rahim. Jika sel telur tidak dibuahi, sel telur ini akan keluar bersama dengan meluruhnya dinding rahim. Peristiwa ini disebut menstruasi.
Berikut adalah bagian-bagian alat reproduksi pada wanita:
  1. Ovarium adalah tempat pembentukan sel telur (ovum). Ovarium berjumlah sepasang dan terdapat di rongga badan.
  2. Tuba falopi adalah penghubung antara ovarium dan rahim. Jumlahnya juga sepasang. Di sinilah pembuahan sel telur oleh sperma terjadi.
  3. Rahim adalah tempat janin terbentuk sampai terbentuknya embrio dan kelahiran anak.
  4. Vagina adalah akhir dari saluran kelamin wanita dan tempat bayi keluar pada saat kelahiran.
3. Proses Reproduksi pada Manusia

Proses reproduksi pada manusia dimulai dengan hubungan seksual, kemudian diikuti oleh sembilan bulan kehamilan sebelum melahirkan. Selama bertahun-tahun orangtua merawat anaknya hingga menjadi manusia yang independen. Kehamilan dapat dihindari dengan menggunakan alat kontrasepsi seperti kondom untuk pria dan KB untuk wanita.

3.1. Usia Subur

Sistem reproduksi pada manusia mulai terlihat jelas pada saat usia subur yaitu diawali pubertas, pada wanita ditandai peristiwa haid (menstruasi) yaitu keluarnya darah akibat dari meluruhnya selaput rahim (endometrium) disertai pecahnya pembuluh darah. Hal ini merupakan tanda wanita telah menghasilkan sel telur. Usia subur pada wanita berakhir ketika sudah tidak haid (menopause).
Tahap siklus menstruasi:
  1. Fase menstruasi, dipengaruhi oleh hormon estrogen dan progesteron.
  2. Fase pra ovulasi, dipengaruhi oleh hormon FSH.
  3. Fase ovulasi, dipengaruhi oleh hormon LSH.
  4. Fase pasca ovulasi, dipengaruhi oleh hormon progesteron.
Sedangkan usia subur pada laki-laki ditandai dengan mimpi basah, yaitu keluarnya sperma pada waktu tidur karena terjadi rangsangan seksual dalam mimpinya. Usia subur pada laki-laki berlangsung sepanjang hidupnya.

3.2. Hubungan Seksual


Reproduksi pada manusia merupakan pembuahan di dalam yakni melalui hubungan seksual. Dalam proses ini, alat kelamin pria (penis) dimasukkan ke dalam alat kelamin wanita (vagina). Selama proses ini, sperma akan disalurkan ke vagina selanjutnya menuju rahim dan tuba falopi. Di tuba falopi terjadi pembuahan sel telur oleh sperma.

3.3. Kehamilan


Kehamilan adalah saat dimana janin berkembang di dalam rahim wanita. Selama kehamilan, janin menerima semua nutrisi dan oksigen melalui darah dari wanita melalui plasenta. Plasenta melekat pada janin melalui tali pusar. Akibatnya, wanita memerlukan kalori yang lebih besar. Selain itu, wanita juga memerlukan beberapa vitamin dan nutrisi dalam jumlah yang lebih besar dari normal, sehingga wanita perlu makan dalam jumlah yang lebih besar. Masa kehamilan pada manusia adalah sekitar 266 hari.

3.4. Kelahiran


Setelah janin berkembang, janin akan mendorong keluar dan menuju proses persalinan. Manusia yang baru lahir disebut bayi. Bayi harus mulai mampu bernapas sendiri setelah kelahiran. Tak lama kemudian, plasenta ikut keluar dan tali pusar akan diputuskan
.

3.5. Perawatan oleh Orangtua

Bayi manusia hampir tidak berdaya dan membutuhkan perawatan dari orangtua selama bertahun-tahun. Salah satu yang harus dilakukan adalah menyusui bayi oleh ibunya.

4. Kelenjar pada Sistem Reproduksi                 Manusia

Sistem reproduksi pada manusia juga terdiri dari beberapa kelenjar yang mendukung proses reproduksi. Berikut adalah beberapa kelenjar pada sistem reproduksi:
  1. Vesika Seminalis, adalah kelenjar pada pria yang menghasilkan cairan pekat berwarna kuning, mengandung makanan sebagai sumber energi untuk pergerakan sperma.
  2. Kelenjar Prostat, adalah kelenjar pada pria yang berfungsi sebagai penghasil semen terbesar yang bersifat encer, berwarna putih dana berisi makanan untuk sperma.
  3. Kelenjar bulbourethralis, adalah kelenjar yang terdapat pada uretra wanita yang berfungsi mensekresi cairan lendir bening untuk pada menetralkan cairan urine yang bersifat asam pada uretra.
  4. Kelenjar Bartholini, adalah Kelenjar yang terdapat pada vagina wanita berfungsi menghasilkan lendir yang alkalis saat berhubungan badan.
5. Hormon pada Sistem Reproduksi                 Manusia

Tanda-tanda pubertas sangat dipengaruhi oleh hormon. Berikut adalah beberapa hormon pada sistem reproduksi manusia:
  1. FSH (Follicle Stimulating Hormone) adalah hormon yang dihasilkan oleh kelenjar hipofisis. Hormon FSH ini berfungsi dalam proses pembentukan dan pematangan spermatozoa yang dikenal sebagai spermatogenesis dan ovum yang dikenal sebagai oogenesis. Di samping itu, FSH juga merangsang produksi hormon testoseron pada pria dan estrogen pada wanita.
  2. LH (Luteinizing Hormone). Hormon ini juga dihasilkan oleh kelenjar hipofisis. Hormon ini dapat merangsang proses pembentukan badan kuning atau korpus luteum di dalam ovarium, setelah terjadi poses ovulasi (pelepasan sel telur).
  3. Testosteron adalah hormon yang dihasilkan testis dan berperan dalam spermatogenesis dan penampakan ciri-ciri kelamin sekunder pada pria.
  4. Estrogen. Hormon ini dihasilkan oleh folikel graaf di dalam ovarium. Hormon ini berperan alam oogenesis dan penampakan ciri-ciri kelamin sekunder pada wanita. Di samping itu, hormon ini juga berperan untuk merangsang produksi LH dan menghambat produksi FSH.
  5. Progesteron. Hormon ini dihasilkan oleh badan kuning atau korpus luteum di dalam ovarium. Berperan dalam proses pembentukan lapisan endometrium pada dinding rahim untuk menerima ovum yang telah dibuahi. Pada saat terjadi kehamilan, progesteron bersama-sama dengan hormon estrogen menjaga agar endometrium tetap mengalami pertumbuhan, membentuk plasenta, menahan agar otot uterus tidak berkontraksi, dan merangsang kelenjar susu memproduksi ASI.
  6. Oksitosin. Hormon ini dihasilkan oleh hipofisis. Peranannya, yaitu pada proses kelahiran, untuk merangsang kontraksi awal dari otot uterus.
  7. Relaksin. Hormon ini dihasilkan oleh plasenta, berperan untuk merangsang relaksasi ligamen pelvis pada proses kelahiran.
  8. Laktogen adalah hormon yang dihasilkan oleh kelenjar hipofisis yang bersama-sama dengan progesteron merangsang pembentukan air susu.
6. Penyakit pada Sistem Reproduksi               Manusia

6.1. AIDS

AIDS (Acquired Immuno Deficiency Syndrome) adalah penyakit yang menyerang sistem kekebalan tubuh. AIDS disebabkan oleh virus HIV (Human Immuno Deficiency Virus). Virus ini menyerang sel darah putih yang merupakan penangkal tubuh dari penyakit. Virus ini menyebar melalui hubungan seksual dengan penderita AIDS, menggunakan jarum suntik yang juga telah digunakan oleh penderita AIDS, keturunan, dan transfusi darah. Intinya, darah, sperma, air mani, dan alat yang tidak steril menjadi perantara penyebaran virus HIV.

6.2. Gonorrhea

Penyakit ini disebabkan oleh bakteri Neisseria gonorrhoeae. Bakteri ini dapat ditularkan melalui kontak seksual. Penderita gonorea akan merasakan sakit pada saat mengeluarkan urin. kadang-kadang urine mengeluarkan nanah, jika penderita gonorea tidak diobati dapat merusak saluran reproduksi sehingga dapat mengakibatkan kemandulan.

6.3. Endometriosis

Endometriosis adalah keadaan dimana jaringan endometrium terdapat di luar uterus, yaitu dapat tumbuh di sekitar ovarium, oviduk atau jauh di luar uterus, misalnya di paru-paru. Gejala endometriosis berupa nyeri perut, pinggang terasa sakit dan nyeri pada masa menstruasi. Jika tidak ditangani, endometriosis dapat menyebabkan sulit terjadi kehamilan. Penanganannya dapat dilakukan dengan pemberian obat-obatan, laparoskopi atau bedah laser.

6.4. Sifilis

Sifilis disebabkan oleh sejenis bakteri Treponema pallidium, bakteri ini biasa ditularkan melalui kontak seksual atau jalan lain, misalnya bayi yang dilahirkan dari ibu penderita sifilis. Penyakit ini akan ditandai dengan adanya luka pada alat kelamin dan jika tidak segera diobati bakteri dapat merusak sel otak, melumpuhkan tulang atau merusak jantung dan pembuluh darah.

7. Reproduksi dalam Politik dan Sosial

Perhatikanlah serangga yang sedang diam di atas permukaan air. Mengapa serangga tersebut dapat berdiri di atas permukaan air? Bagaimanakah hukum Fisika menerangkan peristiwa ini? Peristiwa serangga yang sedang berdiam diri di atas permukaan air seperti pada gambar, berhubungan dengan salah satu sifat air sebagai fluida, yaitu tegangan permukaan. Oleh karena adanya tegangan permukaan zat cair, serangga dan benda-benda kecil lainnya dapat terapung di atas permukaan air. Fluida, yaitu zat cair dan gas telah memberikan banyak manfaat bagi manusia karena keistimewaan sifat yang dimilikinya. Kemudahan transportasi air dan udara merupakan salah satu contoh aplikasi teknologi yang berkaitan dengan sifat fluida. Tahukah Anda sifat-sifat fluida lainnya dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari? Pada Bab ini, Anda akan mendalami pembahasan mengenai fluida yang ditinjau dari keadaan statis dan dinamisnya.

 Serangga berjalan di atas air
Serangga berjalan di atas air. [1]

 Fluida adalah zat yang dapat mengalir dan berubah bentuk (dapat dimampatkan) jika diberi tekanan. Jadi, yang termasuk ke dalam fluida adalah zat cair dan gas. Perbedaan antara zat cair dan gas terletak pada kompresibilitasnya atau ketermampatannya. Gas mudah dimampatkan, sedangkan zat cair tidak dapat dimampatkan. Ditinjau dari keadaan fisisnya, fluida terdiri atas fluida statis atau hidrostatika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang fluida atau zat alir yang diam (tidak bergerak) dan fluida dinamis atau hidrodinamika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang zat alir atau fluida yang bergerak. Hidrodinamika yang khusus membahas mengenai aliran gas dan udara disebut aerodinamika.

A. Fluida Statis


Sifat fisis fluida dapat ditentukan dan dipahami lebih jelas saat fluida berada dalam keadaan diam (statis). Sifat-sifat fisis fluida statis yang akan dibahas pada subbab ini di antaranya, massa jenis, tekanan, tegangan permukaan, kapilaritas, dan viskositas. Bahasan mengenai massa jenis dan tekanan telah Anda pelajari di SMP sehingga uraian materi yang disajikan dalam subbab ini hanya bertujuan mengingatkan Anda tentang materi tersebut.

Catatan Fisika :
Ikan Tulang Keras
Guiyu oneiros
Guiyu oneiros, Bony fish. [2]
Ikan tulang (bony fishes) memiliki kantung udara di dalam tubuhnya yang berfungsi sebagai pelampung renang. Agar dapat tetap melayang di dalam air, tekanan udara dalam kantung diatur menurut kedalaman air. Dengan menekan udara dalam kantung tersebut, tulang ikan dapat turun lebih dalam lagi. (Sumber: Jendela Iptek, 1997)

1. Massa Jenis


Pernahkah Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah pernyataan bahwa besi lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya kurang tepat, karena segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada sebuah bola besi. Pernyataan yang tepat untuk perbandingan antara kayu dan besi tersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu.

Anda tentu masih ingat, bahwa setiap benda memiliki kerapatan massa yang berbeda-beda serta merupakan sifat alami dari benda tersebut. Dalam Fisika, ukuran kepadatan (densitas) benda homogen disebut massa jenis, yaitu massa per satuan volume. Secara matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut.

ρ = m / V                            (1-1)

dengan: 

m = massa (kg atau g),
V = volume (m3 atau cm3), dan
ρ = massa jenis (kg/m3 atau g/cm3)

Jenis beberapa bahan dan massa jenisnya dapat dilihat pada Tabel 1. berikut.


Tabel 1. Massa Jenis atau Kerapatan Massa (Density)

Bahan
Massa Jenis (g/cm3)
Nama Bahan
Massa Jenis (g/cm3)
Air
1,00
Gliserin
1,26
Aluminium
2,7
Kuningan
8,6
Baja
7,8
Perak
10,5
Benzena
0,9
Platina
21,4
Besi
7,8
Raksa
13,6
Emas
19,3
Tembaga
8,9
Es
0,92
Timah Hitam
11,3
Etil Alkohol
0,81


Sumber : College Physics, 1980

2. Tekanan Hidrostatis


Masih ingatkah Anda definisi tekanan? Tekanan adalah gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan bidang dan dibagi luas permukaan bidang tersebut. Secara matematis, persamaan tekanan dituliskan sebagai berikut.

p = F / A                            (1-2)

dengan: 

F = gaya (N),
A = luas permukaan (m2), dan
p = tekanan (N/m2 = Pascal).

Persamaan (1–2) menyatakan bahwa tekanan p berbanding terbalik dengan luas permukaan bidang tempat gaya bekerja. Jadi, untuk besar gaya yang sama, luas bidang yang kecil akan mendapatkan tekanan yang lebih besar daripada luas bidang yang besar. Dapatkah Anda memberikan beberapa contoh penerapan konsep tekanan dalam kehidupan sehari-hari?

Tekanan hidrostatis disebabkan oleh fluida tak bergerak. Tekanan hidrostatis yang dialami oleh suatu titik di dalam fluida diakibatkan oleh gaya berat fluida yang berada di atas titik tersebut. Perhatikanlah Gambar 1.


bejana



Jika besarnya tekanan hidrostatis pada dasar tabung adalah p, menurut konsep tekanan, besarnya p dapat dihitung dari perbandingan antara gaya berat fluida (F) dan luas permukaan bejana (A).

p = F / A = gaya berat fluida / luas permukaan bejana

Gaya berat fluida merupakan perkalian antara massa fluida dengan p = (mfluida x g) / A. Oleh karena m = ρV, persamaan tekanan oleh fluida dituliskan sebagai p = ρVg / A.

Volume fluida di dalam bejana merupakan hasil perkalian antara luas permukaan bejana (A) dan tinggi fluida dalam bejana (h). Oleh karena itu, persamaan tekanan di dasar bejana akibat fluida setinggi h dapat dituliskan menjadi :

p = ρ (Ah)g / A = ρhg

Jika tekanan hidrostatis dilambangkan dengan ph, persamaannya dituliskan sebagai berikut.

ph = ρ gh                                     (1–3)

dengan:

ph = tekanan hidrostatis (N/m2),
ρ = massa jenis fluida (kg/m3),
g = percepatan gravitasi (m/s2), dan
h = kedalaman titik dari permukaan fluida (m).

Semakin tinggi dari permukaan Bumi, tekanan udara akan semakin berkurang. Sebaliknya, semakin dalam Anda menyelam dari permukaan laut atau danau, tekanan hidrostatis akan semakin bertambah. Mengapa demikian? Hal tersebut disebabkan oleh gaya berat yang dihasilkan oleh udara dan zat cair. Anda telah mengetahui bahwa lapisan udara akan semakin tipis seiring bertambahnya ketinggian dari permukaan Bumi sehingga tekanan udara akan berkurang jika ketinggian bertambah. Adapun untuk zat cair, massanya akan semakin besar seiring dengan bertambahnya kedalaman. Oleh karena itu, tekanan hidrostatis akan bertambah jika kedalaman bertambah.



Prinsip tekanan hidrostatis ini digunakan pada alat-alat pengukur tekanan. Alat-alat pengukur tekanan yang digunakan untuk mengukur tekanan gas, di antaranya sebagai berikut.

a. Manometer Pipa Terbuka

Manometer pipa terbuka adalah alat pengukur tekanan gas yang paling sederhana. Alat ini berupa pipa berbentuk U yang berisi zat cair. Perhatikan Gambar 3.
Manometer pipa terbuka
Gambar 3. Manometer pipa terbuka. [3]
Ujung yang satu mendapat tekanan sebesar p (dari gas yang hendak diukur tekanannya) dan ujung lainnya berhubungan dengan tekanan atmosfir (p0).

Besarnya tekanan udara di titik y1 = p0, sedangkan tekanan udara di titik y2 = p. y1 memiliki selisih ketinggian Δy1 = 0 dan y2 memiliki selisih ketinggian Δy2 =h.  Berdasarkan Persamaan (1–3) tentang besar tekanan hidrostatik, besarnya tekanan udara dalam tabung pada Gambar 3. dinyatakan dengan persamaan berikut ini. 

pgas = p – p0 = ρ gh                          (1–4) 

dengan ρ = massa jenis zat cair dalam tabung.

b. Barometer

Barometer raksa ini ditemukan pada 1643 oleh Evangelista Torricelli, seorang ahli Fisika dan Matematika dari Italia.
barometer raksa
Gambar 4. Skema barometer raksa.
Ia mendefinisikan tekanan atmosfir dalam bukunya yang berjudul "A Unit of Measurement, The Torr" Tekanan atmosfer (1 atm) sama dengan tekanan hidrostatis raksa (mercury) yang tingginya 760 mm. Cara mengonversikan satuannya adalah sebagai berikut.

ρ raksa × percepatan gravitasi Bumi × panjang raksa dalam tabung

atau

(13.600 kg/cm3)(9,8 m/s2)(0,76 m) = 1,103 × 105 N/m2

Jadi,

1 atm = 76 cmHg = 1,013 × 105 N/m2                             (1–5)


c. Pengukur Tekanan Ban

Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan udara di dalam ban. Bentuknya berupa silinder panjang yang di dalamnya terdapat pegas. Saat ujungnya ditekankan pada pentil ban, tekanan udara dari dalam ban akan masuk ke dalam silinder dan menekan pegas. Besarnya tekanan yang diterima oleh pegas akan diteruskan ke ujung lain dari silinder yang dihubungkan dengan skala. Skala ini telah dikalibrasi sehingga dapat menunjukkan nilai selisih tekanan udara luar (atmosfer) dengan tekanan udara dalam ban.
Alat pengukur tekanan udara di dalam ban.
Gambar 5. Alat pengukur tekanan udara di dalam ban.

3. Tekanan Total


Tinjaulah sebuah tabung yang diisi dengan fluida setinggi h, seperti tampak pada Gambar 6.
Tekanan total atau tekanan mutlak yang dialami oleh titik A yang berada di dalam suatu fluida adalah sebesar pA.
Gambar 6. Tekanan total atau tekanan mutlak yang dialami oleh titik A yang berada di dalam suatu fluida adalah sebesar pA.
Pada permukaan fluida yang terkena udara luar, bekerja tekanan udara luar yang dinyatakan dengan p. Jika tekanan udara luar ikut diperhitungkan, besarnya tekanan total atau tekanan mutlak pada satu titik di dalam fluida adalah

pA = p0 + ρ gh                    (1–6)

dengan: 

p0 = tekanan udara luar = 1,013 × 105 N/m2, dan
pA = tekanan total di titik A (tekanan mutlak)


4. Hukum Utama Hidrostatis


Perhatikanlah Gambar 7.
Tekanan di titik A, B, C, dan D sama besar, serta tidak bergantung pada bentuk penampang tempat fluida tersebut.
Gambar 7. Tekanan di titik A, B, C, dan D sama besar, serta tidak bergantung pada bentuk penampang tempat fluida tersebut.
Gambar tersebut memperlihatkan sebuah bejana berhubungan yang diisi dengan fluida, misalnya air. Anda dapat melihat bahwa tinggi permukaan air di setiap tabung adalah sama, walaupun bentuk setiap tabung berbeda. Bagaimanakah tekanan yang dialami oleh suatu titik di setiap tabung? Samakah tekanan total di titik A, B, C, dan D yang letaknya segaris? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, Anda harus mengetahui Hukum Utama Hidrostatis.

Hukum Utama Hidrostatis menyatakan bahwa semua titik yang berada pada bidang datar yang sama dalam fluida homogen, memiliki tekanan total yang sama. Jadi, walaupun bentuk penampang tabung berbeda, besarnya tekanan total di titik A, B, C, dan D adalah sama.

Persamaan Hukum Utama Hidrostatis dapat diturunkan dengan memperhatikan Gambar 8.
Tekanan total di titik A dan B pada bejana U yang terisi fluida homogen adalah sama besar, pA = pB.
Gambar 8. Tekanan total di titik A dan B pada bejana U yang terisi fluida homogen adalah sama besar, pA = pB.
Misalkan, pada suatu bejana berhubungan dimasukkan dua jenis fluida yang massa jenisnya berbeda, yaitu ρ1 dan ρ2.

Jika diukur dari bidang batas terendah antara fluida 1 dan fluida 2, yaitu titik B dan titik A, fluida 2 memiliki ketinggian h2 dan fluida 1 memiliki ketinggian h1.

Tekanan total di titik A dan titik B sama besar. Menurut persamaan tekanan hidrostatis, besarnya tekanan di titik A dan titik B bergantung pada massa jenis fluida dan ketinggian fluida di dalam tabung. Secara matematis, persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut.

pA = pB
p0 + ρ1gh1 = p0 + ρ2gh2
ρ1h1= ρ2h2                                      (1–7)

dengan: 

h1 = jarak titik A terhadap permukaan fluida 1,
h2 = jarak titik B terhadap permukaan fluida 2,
ρ1 = massa jenis fluida satu, dan
ρ2 = massa jenis fluida dua.



Tokoh Fisika :

Blaise Pascal
Blaise Pascal
Blaise Pascal. [4]
Blaise Pascal lahir di Clermont-Ferrand, Prancis. Ia dikenal sebagai seorang matematikawan dan fisikawan yang handal. Penelitiannya dalam ilmu Fisika, membuat ia berhasil menemukan barometer, mesin hidrolik dan jarum suntik. (Sumber: www.all iographies.com)

5. Hukum Pascal


Bagaimana jika sebuah bejana U diisi dengan fluida homogen dan salah satu pipanya ditekan dengan gaya sebesar F? Proses Fisika yang terjadi pada bejana U seperti itu diselidiki oleh Blaise Pascal. Melalui penelitiannya, Pascal berkesimpulan bahwa apabila tekanan diberikan pada fluida yang memenuhi sebuah ruangan tertutup, tekanan tersebut akan diteruskan oleh fluida tersebut ke segala arah dengan besar yang sama tanpa mengalami pengurangan. Pernyataan ini dikenal sebagai Hukum Pascal yang dikemukakan oleh Pascal pada 1653.

Secara analisis sederhana, Hukum Pascal dapat digambarkan seperti pada Gambar 9.
Tekanan F1 di pipa satu sama besar dengan gaya angkat di pipa dua.
Gambar 9. Tekanan F1 di pipa satu sama besar dengan gaya angkat di pipa dua.
Tekanan oleh gaya sebesar F1 terhadap pipa 1 yang memiliki luas penampang pipa A1 , akan diteruskan oleh fluida menjadi gaya angkat sebesar F2 pada pipa 2 yang memiliki luas penampang pipa A2 dengan besar tekanan yang sama. Oleh karena itu, secara matematis Hukum Pascal ditulis sebagai berikut.

p1 = p2

F1 / A1 = F2 / A2                  (1–8)

dengan:

F1 = gaya pada pengisap pipa 1,
A1 = luas penampang pengisap pipa 1,
F2 = gaya pada pengisap pipa 2, dan
A2 = luas penampang pengisap pipa 2.


Hukum Pascal dimanfaatkan dalam peralatan teknik yang banyak membantu pekerjaan manusia, antara lain dongkrak hidrolik, pompa hidrolik, mesin hidrolik pengangkat mobil, mesin pres hidrolik, dan rem hidrolik. Berikut pembahasan mengenai cara kerja beberapa alat yang menggunakan prinsip Hukum Pascal.

a. Dongkrak Hidrolik

Dongkrak hidrolik merupakan salah satu aplikasi sederhana dari Hukum Pascal. Berikut ini prinsip kerja dongkrak hidrolik. Saat pengisap kecil diberi gaya tekan, gaya tersebut akan diteruskan oleh fluida (minyak) yang terdapat di dalam pompa. Akibatnya, minyak dalam dongkrak akan menghasilkan gaya angkat pada pengisap besar dan dapat mengangkat beban di atasnya.
dongkrak hidrolik
Gambar 10. Skema dongkrak hidrolik.
b. Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil

Mesin hidrolik pengangkat mobil ini memiliki prinsip yang sama dengan dongkrak hidrolik. Perbedaannya terletak pada perbandingan luas penampang pengisap yang digunakan. Pada mesin pengangkat mobil, perbandingan antara luas penampang kedua pengisap sangat besar sehingga gaya angkat yang dihasilkan pada pipa berpenampang besar dan dapat digunakan untuk mengangkat mobil.
Mesin hidrolik pengangkat mobil
Gambar 11. Mesin hidrolik pengangkat mobil. [5]
c. Rem Hidrolik

Rem hidrolik digunakan pada mobil. Ketika Anda menekan pedal rem, gaya yang Anda berikan pada pedal akan diteruskan ke silinder utama yang berisi minyak rem. Selanjutnya, minyak rem tersebut akan menekan bantalan rem yang dihubungkan pada sebuah piringan logam sehingga timbul gesekan antara bantalan rem dengan piringan logam. Gaya gesek ini akhirnya akan menghentikan putaran roda.
Prinsip kerja rem hidrolik
Gambar 12. Prinsip kerja rem hidrolik. [5]

6. Hukum Archimedes


Anda tentunya sering melihat kapal yang berlayar di laut, benda-benda yang terapung di permukaan air, atau batuan-batuan yang tenggelam di dasar sungai. Konsep terapung, melayang, atau tenggelamnya suatu benda di dalam fluida, kali pertama diteliti oleh Archimedes.

Menurut Archimedes, benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas. Besar gaya ke atas tersebut besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Secara matematis, Hukum Archimedes dituliskan sebagai berikut.

FA = ρfVfg                              (1–9)

dengan: 

FA = gaya ke atas (N),
ρf = massa jenis fluida (kg/m3),
Vf = volume fluida yang dipindahkan (m3), dan
g = percepatan gravitasi (m/s3).

Berdasarkan Persamaan (1–9) dapat diketahui bahwa besarnya gaya ke atas yang dialami benda di dalam fluida bergantung pada massa jenis fluida, volume fluida yang dipindahkan, dan percepatan gravitasi Bumi.

Tokoh Fisika :

Archimedes
Archimedes
Archimedes. [6]
Archimedes lahir di Syracus, Romawi.Ia dikenal dan dikenang karena sejumlah hasil karyanya di bidang Fisika dan Matematika yang memberikan banyak manfaat dalam kehidupan manusia. Hasil karyanya dalam ilmu Fisika antara lain alat penaik air dan hidrostatika. Ungkapannya yang terkenal saat ia menemukan gaya ke atas yang dialami oleh benda di dalam fluida, yaitu “ ureka” sangat melekat dengan namanya.



Anda telah mengetahui bahwa suatu benda yang berada di dalam fluida dapat terapung, melayang, atau tenggelam. Agar Anda dapat mengingat kembali konsep Fisika dan persamaan yang digunakan untuk menyatakan ketiga perisiwa tersebut, pelajarilah uraian berikut.

a. Terapung

Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan terapung jika massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis fluida (ρb < ρf). Massa jenis benda yang terapung dalam fluida memenuhi persamaan berikut.
                   (1–10)
atau
                   (1–11)
dengan : 

Vbf = volume benda yang tercelup dalam fluida (m3),
Vb = volume benda (m3),
hbf = tinggi benda yang tercelup dalam fluida (m),
hb = tinggi benda (m),
ρb = massa jenis benda (kg/m3), dan
ρf = massa jenis fluida (kg/m3).

Sebuah balok kayu (ρ = 0,6 kg/m3) bermassa 60 g dan volume 100 cm3 dimasukkan ke dalam air. Ternyata, 60 cm3 kayu tenggelam sehingga volume air yang dipindahkan sebesar 60 cm3 ( 0,6 N ).
Balok kayu bervolume 100 cm3 dimasukkan ke dalam air.
Gambar 13. Balok kayu bervolume 100 cm3 dimasukkan ke dalam air. [7]
b. Melayang

Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan melayang jika massa jenis benda sama dengan massa jenis fluida (ρb = ρf). Dapatkah Anda memberikan contoh benda-benda yang melayang di dalam zat cair?

c. Tenggelam

Benda yang dicelupkan ke dalam fluida akan tenggelam jika massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis fluida (ρb > ρf). Jika benda yang dapat tenggelam dalam fluida ditimbang di dalam fluida tersebut, berat benda akan menjadi

wbf = w – FA                                            (1–12)

atau

wbf = (ρb – ρf) Vbg                       (1–13)

dengan: 

wbf = berat benda dalam fluida (N), dan
w = berat benda di udara (N).

Perhatikanlah Gambar 14.
(a) Balok aluminium dengan volume 100 cm3 di udara. (b) Balok aluminium dengan volume 100 cm3 ditimbang di dalam air Apakah beratnya sama?
Gambar 14. (a) Balok aluminium dengan volume 100 cm3 di udara. (b) Balok aluminium dengan volume 100 cm3 ditimbang di dalam air Apakah beratnya sama? [7]
Aluminium (ρ = 2,7 g/cm3) yang bermassa 270 g dan memiliki volume 100 cm3, ditimbang di udara. Berat aluminium tersebut sebesar 2,7 N. Ketika penimbangan dilakukan di dalam air, volume air yang dipindahkan adalah 100 cm3 dan menyebabkan berat air yang dipindahkan sebesar 1 N (m = ρ V dan w = mg). Dengan demikian, gaya ke atas FA yang dialami aluminium sama dengan berat air yang dipindahkan, yaitu sebesar 1 N. Berat aluminium di dalam air menjadi

wbf = w – FA   
wbf = 2,7 N – 1 N
wbf = 1,7 N



7. Aplikasi Hukum Archimedes


Hukum Archimedes banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, di antaranya pada hidrometer, kapal laut, kapal selam, balon udara, dan galangan kapal. Berikut ini prinsip kerja alat-alat tersebut.

a. Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis zat cair. Proses pengukuran massa jenis zat cair menggunakan hidrometer dilakukan dengan cara memasukkan hidrometer ke dalam zat cair tersebut. Angka yang ditunjukkan oleh hidrometer telah dikalibrasi sehingga akan menunjukkan nilai massa jenis zat cair yang diukur.
Hidrometer
Hidrometer. [8]
Berikut ini prinsip kerja hidrometer.

Gaya ke atas = berat hidrometer
FA = whidrometer
ρ1 V1 g = mg

Oleh karena volume fluida yang dipindahkan oleh hidrometer sama dengan luas tangkai hidrometer dikalikan dengan tinggi yang tercelup maka dapat dituliskan :

ρ1 (A h1) = m

h1 = m / A ρ1

dengan : 

m = massa hidrometer (kg),
A = luas tangkai (m2),
hf = tinggi hidrometer yang tercelup dalam zat cair (m), dan
ρf = massa jenis zat cair (kg/m3).

Hidrometer digunakan untuk memeriksa muatan akumulator mobil dengan cara membenamkan hidrometer ke dalam larutan asam akumulator. Massa jenis asam untuk muatan akumulator penuh kira-kira = 1,25 kg/m3 dan mendekati 1 kg/m3 untuk muatan akumulator kosong.

b. Kapal Laut dan Kapal Selam

Mengapa kapal yang terbuat dari baja dapat terapung di laut? Peristiwa ini berhubungan dengan gaya apung yang dihasilkan oleh kapal baja tersebut. Perhatikan Gambar 16 berikut.
Kapal yang sama pada saat kosong dan penuh muatan. Volume air yang di pindahkan oleh kapal ditandai dengan tenggelamnya kapal hingga batas garis yang ditunjukkan oleh tanda panah.
Gambar 16. Kapal yang sama pada saat kosong dan penuh muatan. Volume air yang di pindahkan oleh kapal ditandai dengan tenggelamnya kapal hingga batas garis yang ditunjukkan oleh tanda panah. [9]
Balok besi yang dicelupkan ke dalam air akan tenggelam, sedangkan balok besi yang sama jika dibentuk menyerupai perahu akan terapung. Hal ini disebabkan oleh jumlah fluida yang dipindahkan besi yang berbentuk perahu lebih besar daripada jumlah fluida yang dipindahkan balok besi. Besarnya gaya angkat yang dihasilkan perahu besi sebanding dengan volume perahu yang tercelup dan volume fluida yang dipindahkannya. Apabila gaya angkat yang dihasilkan sama besar dengan berat perahu maka perahu akan terapung. Oleh karena itu, kapal baja didesain cukup lebar agar dapat memindahkan volume fluida yang sama besar dengan berat kapal itu sendiri.
Penampang kapal selam ketika (a) terapung, (b) melayang, dan (c) tenggelam.
Gambar 17. Penampang kapal selam ketika (a) terapung, (b) melayang, dan (c) tenggelam.
Tahukah Anda apa yang menyebabkan kapal selam dapat terapung, melayang, dan menyelam? Kapal selam memiliki tangki pemberat di dalam lambungnya yang berfungsi mengatur kapal selam agar dapat terapung, melayang, atau tenggelam. Untuk menyelam, kapal selam mengisi tangki pemberatnya dengan air sehingga berat kapal selam akan lebih besar daripada volume air yang dipindahkannya. Akibatnya, kapal selam akan tenggelam. Sebaliknya, jika tangki pemberat terisi penuh dengan udara (air laut dipompakan keluar dari tangki pemberat), berat kapal selam akan lebih kecil daripada volume kecil yang dipindahkannya sehingga kapal selam akan terapung. Agar dapat bergerak di bawah permukaan air laut dan melayang, jumlah air laut yang dimasukkan ke dalam tangki pemberat disesuaikan dengan jumlah air laut yang dipindahkannya pada kedalaman yang diinginkan.

c. Balon Udara

Balon berisi udara panas kali pertama diterbangkan pada tanggal 21 November 1783. Udara panas dalam balon memberikan gaya angkat karena udara panas di dalam balon lebih ringan daripada udara di luar balon. Balon udara bekerja berdasarkan prinsip Hukum Archimedes. Menurut prinsip ini, dapat dinyatakan bahwa sebuah benda yang dikelilingi udara akan mengalami gaya angkat yang besarnya sama dengan volume udara yang dipindahkan oleh benda tersebut.
Balon udara
Gambar 18. Balon udara dapat mengambang di udara karena memanfaatkan prinsip Hukum Archimedes. [10]

8. Tegangan Permukaan


Pernahkah Anda memerhatikan bentuk cairan obat yang keluar dari penetes obat atau bentuk raksa yang diteteskan di permukaan meja? Jika Anda perhatikan, tetesan cairan obat yang keluar dari alat penetesnya berbentuk bola-bola kecil. Demikian juga dengan bentuk air raksa yang diteteskan di permukaan meja

Pages

Diberdayakan oleh Blogger.

About

Blogger templates

About

Popular Posts

Facebook