PROSES RESPIRASI DALAM PANDANGAN FISIKA

Termodinamika adalah suatu sistem yang dipandang secara makroskopik dimana besaran fisis nya dapat diamati oleh panca indra secara langsung.

Sistem dalam kajian termodinamika itu sendiri adalah suatu fokus yang kita perhatikan, sedangkan yang menjadi batasan dari suatu sistem tersebuat adalah lingkungan.

Dalam bahasan kali ini yakni proses respirasi, yang menjadi sistem adalah rongga dada sedangakan lingkungannya adalah udara di lingkungan sekitarnya. Dalam proses respirasi terjadi pertukaran sistem secara tertutup karena pada saat terjadinya respirasi hanaya terjadi pertukaran energi saja tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungannya.

Respirasi merupakan proses yang sangat penting untuk menjaga kesetimbangani tubuh manusia. Ketika kita makan, kandungan nutrisi dalam makanan tersebuat akan dialirkan keseluruh tubuh melalui peredaran darah yang dibawa olah oksigen yang kita hirup ketika tubuh kita melakukan proses inspirasi. Ketika nutrisi dialirkan keseluruh tubuh itulah tubuh mengalami kerja. Seperti yang kita tahu hubungan besaran kerja dan entalpi adalah

Entalpi (H) dalam termodinamika menyatakan jumlah energi dari suatu sistem termodinamika. Dari persamaan tersebut dapat kita ketahui bahwa H adalah kandungan panas dari suatu sistem, sehingga jika panas di tambahkan ke dalam sistem maka sebagian besar dari panasnya akan digunakan untuk menaikkan tenaga dalam sistem tersebut dan sisanya digunakan untuk melakukan kerja terhadap sekitarnya.

Proses respirasi adalah proses pertukan udara di dalah tubuh. Dari proses tersebut kita tahu bahwa pertukaran gas akan mengakibatkan terkanan udara di dalam tubuh berubah. Dalam kasus ini akan dibahas mengenai pertukaran udara serta hubungannya dengan pernapasan.

Seperti yang kita tahu, Zat cair dan gas mempunyai banyak karakteristik yang sama. Namun demikian, zat cair dan gas dibedakan dalam beberapa hal. Misalnya, zat cair hampir tidak dapat dimampatkan, sedangkan gas dapat dimampatkan dengan mudah. zat cair cenderung mempunyai massa jenis yang lebih besar daripada gas. Fase gas dari suatu zat biasanya mempunyai temperatur lebih tinggi daripada fase cairnya. Oleh karena itu, molekul-molekul gas mampu menyeruak bebas dari suatu tempat ke tempat lain. Gas mampu melepaskan diri dari wadah yang terbuka, sedangkan zat cair tidak bisa. Zat air dan gas secara bersama disebut fluida yang artinya zat alir atau zat yang mempunyai kemampuan untuk mengalir.

Gas tidak memiliki bentuk atau volume yang tetap dan mengisi semua ruang yang ada. Partikel-partikel dalam gas bebas bergerak dalam ruang dan saling bertumbukan satu sama lain. Tumbukan antar partikel das dengan dinding wadah akan menyebabkan tekanan. Semakin banyak jumlah tumbukan maka semakin tinggi tekanan yang terjadi.

Tekanan merupakan konsep yang pentig dalam fluida. Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang diberikan per satuan luas, yang dapat dituliskan sebagai:

Dengan:

F = gaya yang diberikan

A = luas tempat gaya itu bekerja

P = tekanan

Definisi tekanan ini berlaku umum, pada zat padat, zat cair, dan gas. Pengukuran tekanan merupakan peristiwa yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Ban harus dipompa sampai tekanan yang sesuai, tekanan darah seharusnya berada dalam jangkauan normal, dan tekanan dalam mata yang terlalu bear (glaucoma) dapat menyebaban kebutaan. Udara yang mengalir di dalam saluran napas erupakan salah satu macam peristiwa terkait tekanan., khususnya tekanan udara dalam tubuh manusia.

Secara umum, udara mengalir karena adanya perbedaan tekanan. Darah mengalir dari tekanan yang lebih tinggi ke tempat bertekanan rendah. Perbedaan tekanan udara di paru akibat adanya daya kekuatan yang bekerja pada sistem pernapasan sehingga dapat mengatasi kekuatan-kekuatan yang melawan gerak udara ketika masuk ke paru.

Udara dari lingkungan juga dapat masuk ke dalam paru-paru karena terdapat perbedaan tekanan antara lingkungan luar dengan tekanan dalam paru-paru. Secara umum, inspirasi terjadi karena rongga paru-paru yang berkontraksi dan mengembang sehingga terjadi peningkatan ukuran rongga. Peningkatan ukuran rongga dada ini menyebabkan tekan di dalam paru-paru menurun sehingga lebih kecil dari dapa tekanan di lingkungan luar. Perbedaan tekanan ini menyebabkan tekanan di dalam paru-paru meningkat dan menjadi lebih tinggi daripada tekanan di lingkungan luar. Hal ini mendorong udara keluar dari dalam paru-paru sehingga terjadilah apa yag disebut dengan ekspirasi.

Penjelasan di atas merupakan penerapan dari salah satu hukum fisika yang berkaitan dengan pernapasan, yakni hukum Boyle. Sebenarnya ada beberapa hukum fisika yang terkait dengan pernapasan, diantaranya hukum Dalton (tentang tekanan parsial), hukum Boyle (PV = konstan), serta hukum Laplace. Namun demikian, disini hanya akan dibahas tentang hukum boyle saja. Hukum Boyle menyatakan bahwa tekanan pada suatu massa gas yang tetap berbandig terbalik dengan volumenya. Jika pada suatu temperatur tertentu volume meningkat, maka tekanan akan b erkurang, dan sebaliknya. Hal ini berarti bahwa jika volume diperkecil menjadi setengahnya, maka tekanan akan menjadi dua kali lipat, hal ini disebabkan karena lebih banyak partikel gas yang bertumbukan dengan dinding wadah.

Hukum Boyle itu sendiri berbunyi:

“Hasil kali tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup selalu tetap bila suhu gas tidak berubah.”

Hukum Boyle tersebut dapat dinyatakan dengan rumus:

dengan

P1 = tekanan awal

P2 = tekanan akhir

V1 = volume awal

V2 = volume akhir

atau dikenal juga dengan rumus:

PV = konstan

Hukum Boyle inilah yang menjelaskan mengapa tekanan udara diluar bisa menjadi lebih rendah atau lebih tinggi daripada tekanan udara diparu-paru. Gerakan pernapasan menyebabkan perubahan volume toraks (dada) dan perubahan tekanan gas dalam rongga dada yang mengakibatkan udara mengalir ke dalam atau ke luar rongga dada. Seperti saat ketika inspirasi, dimana diafragma berkontraksi dan mendatar serta otot-otot antariga (interkostal) berkontraksi. Volume toraks akan bertambah dan tekanan paru-paru berkurang (hukum Boyle). Karena volume paru meningkat, maka tekanan dalam paru akan lebih rendah daripada tekanan atmosfer sehingga udara akan tertarik masuk ke paru.

Demikian pula halnya ketika ekspirasi, dimana diafragma berelaksasi dan bergerak ke atas dan otot-otot antariga berelaksasi. Volume toraks akan berkurang dan tekanan paru bertambah (hukum Boyle). Karena volume paru berkurang, maka tekanan dalam paru akan lebih tinggi dari tekanan atmosfer sehingga udara keluar dari paru-paru.

Tweet

Dwi Rizki Rahmawati

Blogger yang senang mempelajari hal-hal baru seputar Dunia Fisika Dalam Kehidupan Sehari-hari.

Subscribe to receive free email updates: