Translate

Minggu, 02 Juni 2013

PENGANTAR FISIKA KESEHATAN



Ilmu fisika kesehatan atau disebut dengan medical physics adalah ilmu yang menggabungkan dua bidang kajian yang sangat luas, yaitu : ilmu fisika dan ilmu kesehatan serta keterkaitannya. Fisika kesehatan mengacu pada dua bidang kajian utama, yaitu:
  1. pertama, penerapan fungsi ilmu fisika pada tubuh manusia dan penerapannya untuk mengatasi penyakit yang dialami oleh tubuh.
  2. kedua, penerapan ilmu fisika pada kegiatan teknik pemeriksaan medis.
Bagian yang pertama sering disebut physics of physiology; sementara bagian yang kedua melibatkan seluruh pemahaman tentang konsep dasar dan cara kerja instrumen-instrumen (peralatan) kedokteran yang digunakan untuk mendiagnosa para pasien. Kedua bidang kajian tersebut menjadi sangat penting untuk menjaga (bagian yang pertama) kesehatan dan (bagian yang kedua) untuk mengatasi atau menyembuhkan tubuh bila telah terserang penyakit.
Bidang ilmu fisika kesehatan terdiri dari beberapa sub-divisi. Di Amerika Serikat fisika kesehatan lebih difokuskan pada bidang kajian radiologi. Ilmu fisika digunakan menganalisis secara sempurna tentang proses fisis peristiwa radiasi dan memberikan solusi lengkap tentang cara mengatasi permasalahan-permasalahan yang mungkin terjadi pada tubuh manusia akibat pemberian perlakuan radiasi tersebut. Proses penyembuhan tubuh manusia dari berbagai penyakit dengan cara radiasi dengan demikian dapat dilakukan dengan baik dan sempurna.
Matematika sebagai alat bantu
Sekalipun para fisikawan dapat dengan mudah menyelesaiakan berbagai persoalan fisis yang ada, namun di sisi lain banyak permasalahan fisis yang lain, termasuk pada bidang kesehatan, harus diselesaikan dengan melibatkan sedikit perumusan matematika. Dengan bantuan teknik matematis yang lihai, banyak permasalahan medis terselesaikan. Dalam dunia fisika sendiri matematika menjadi alat bantu untuk menyelesaikan berbagai persoalan. Menyelesaikan berbagai persamaan gerak tubuh, aliran darah, proses detak jantung, proses interaksi antar sel-sel tubuh, dilakukan dengan menggunakan alat bantu teknis perumusan matematis yang relevan. Jadi dengan demikian, memiliki pemahaman matematika yang baik sangat membantu untuk menyelesaikan berbagai permasalahan kesehatan dengan sempurna.

Gelombang Elektromagnetik


Pengertian Gelombang Elektromagnetik – Pada abad ke- 19, gelombang elektromagnetik banyak dibicarakan oleh para fisikawan, seperti Ampere, Coulomb, Biot Savart, dan Faraday. Mereka telah melakukan penelitian tentang gejala-gejala kelistrikan. Salah satu kesimpulan dan hash penelitian tersebut adalah bahwa listrik dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya, medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Hubungan antara medan listrik dan medan magnet ini merupakan dasar ditemukannya gelombang elektromagnetik.
Pada tahun 1831 James Clerk Maxwell melakukan penelitian tentang medan listrik dan medan magnet. Dan hasil penelitiannya, ia mengemukakan hipotesis yang berbunyi “Jika perubahan medan magnet dapat menimbulkan medan listrik, maka perubahan medan listrik juga dapat menimbulkan medan magnet”. Hipotesis ini mengacu pada tiga aturan dasar listrik-magnet, yaitu:
a. Hukum Coulomb yang menyatakan bahwa muatan listrik dapat menghasilkan medan listrik di sekitarnya.
b. Hukum Biot-Savart yang menyatakan bahwa arus listrik atau muatan listrik yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet di sekitarnya.
c. Hukum Faraday yang menyatakan bahwa perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik.
Untuk membuktikan hipotesisnya, Maxwell kemudian melakukan percobaan dengan skema peralatan seperti Gambar Skema Perconaan Maxwell.
 Gambar Skema Percobaan Maxwell
Gambar Skema Percobaan Maxwell
Maxwell melakukan percobaan menggunakan dua isolator yang diberi muatan berlawanan (positif dan negati) yang masing-masing diikat pada ujung pegas. Jika kedua pegas digetarkan, maka jarak antara kedua muatan akan berubah-ubah. Akibatnva, medan listrik di antara keduanya juga berubah-ubah. Perubahan medan listrik ini akan menimbulkan perubahan medan magnet. Perubahan medan magnet ini menyebabkan timbulnya medan listik. Ini terjadi secara terus-menerus. Perubahan medan listrik dan medan magnet ini menjalar atau merambat ke segala arah. Perambatan medan listrik E dan medan magnet B yang tegak lurus satu sama lain secara bersamaan disebut gelombang elektromagnetik. Jadi:
Gelombang elektromagnetik didefinisikan sebagai gelombang yang terjadi karena adanya perubahan medan magnet dan medan listrik yang saling tegak lurus serta keduanya tegak lurus pula dengan arah rambatnya.
Perhatikan Gambar Gelombang elektromagnetik.
Gelombang elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik terbentuk dari medan listri E dan medan magnet B yang saling tegak lurus. Pada saat bersamaan kedua medan magnet ini merambat pada arah yang tegak lurus keduanya.
Karena vektor perubahan medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambatnya, maka gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal. Cepat rambat gelombang elektromagnetik ini hanya bergantung pada permitivitas listrik di udara μo dan permeabilitas magnet di udara  Cepat rambat gelombang elektromagnetik dirumuskan dengan:
Cepat rambat gelombang elektromagnetik
Keterangan:
c = cepat rambar gelombang elektrornagnetik (m/s)
ε= permitivitas listrik di udara = 8,85 X 10-12 C/Nm2
μo= permeabiliras magnet di udara
μo =4π x lO-7Wb/Am
Berdasarkan nilai permitivitas vakum clan nilai permeabilitas vakum tersebut, diperoleh cepat rambat gelombang elektromagnetik sebesar 2,998 x 108 m/s atau 3 x 108 m/s. Cepat rambat gelombang elektromagnetik ini sama dengan kecepatan cahaya, sehingga Maxwell menganggap bahwa cahaya juga merupakan gelombang elektromagnetik.
Pada tahun 1887, Heinrich Hertz berusaha untuk membuktikan kebenaran hipotesis Maxwell. ia mengukur radiasi gelombang magnetik yang mempunyai kecepatan sesuai dengan nilai yang diduga oleh Maxwell.
Perhatikan Gambar Skema Percobaan Heartz
 Skema Percobaan Heartz
Skema Percobaan Heartz
Dengan memberikan arus listrik, kumparan Ruhrnkorf akan menginduksikan tegangan pada kedua elektroda di sisi A. Karena adanya pelepasan muatan, pada elektroda akan terjadi percikan api.
Kemudian, diikuti elektroda di sisi B yang juga terjadi percikan api. Ini menandakan jika dalarn rangkaian terjadi perpindahan energi gelombang elektromagnetik dan sisi A ke sisi B. Selain ini, Hertz juga melakukan percobaan yang menunjukkan sifat-sifat gelombang cahaya, seperti pemantulan, pembiasan, Interferensi, difraksi, dan polarisasi. Jadi, eksperimen yang dilakukan Herzt sudah cukup untuk membuktikan hipotesis Maxwell. Untuk menghargai jasanya, hertz ditetapkan sebagai satuan frekuensi dalam SI dengan simbol Hz.
Nah, berdasarkan eksperimen yang dilakukan Herzt, beberapa sifat gelombang elektrornagnetik, yaitu:
a. dapat merambat dengan atau tanpa zat perantara/medium,
b. termasuk gelombang transversal,
c. merambat dalarn arus lurus,
d. dapat mengalami interferensi, difraksi, dan polarisasi,
e. dapat dipantulkan atau dibiaskan.

Lampu Pijar



Lampu pijar adalah sumber cahaya buatan yang dihasilkan melalui penyaluran arus listrik melalui filamen yang kemudian memanas dan menghasilkan cahaya.Kaca yang menyelubungi filamen panas tersebut menghalangi udara untuk berhubungan dengannya sehingga filamen tidak akan langsung rusak akibat teroksidasi.
Lampu pijar dipasarkan dalam berbagai macam bentuk dan tersedia untuk tegangan (voltase) kerja yang bervariasi dari mulai 1,25 volt hingga 300 volt.Energi listrik yang diperlukan lampu pijar untuk menghasilkan cahaya yang terang lebih besar dibandingkan dengan sumber cahaya buatan lainnya seperti lampu pendar dan dioda cahaya, maka secara bertahap pada beberapa negara peredaran lampu pijar mulai dibatasi.
Di samping memanfaatkan cahaya yang dihasilkan, beberapa penggunaan lampu pijar lebih memanfaatkan panas yang dihasilkan, contohnya adalah pemanas kandang ayam, dan pemanas inframerah dalam proses pemanasan di bidang industri.
Sejarah lampu Pijar dan Penemu Pertama

Edison mematenkan penemuannya pada 1879. Ide lampu sebenarnya sudah berusia 70 tahun sebelum Edison mematenkannya. Sir Humpry Davy adalah orang pertama yang mendemonstrasikan dua batang karbon yang memercikkan cahaya. Hanya saja, cahaya yang dihasilkan terlalu terang, seperti percikan cahaya saat mengelas besi. Selain itu, lampu ini membutuhkan sumber listrik yang terlalu besar. Lampu Davy masih bisa Anda lihat saat ini di konser musik atau pembukaan toko baru yang meriah.
Kompetisi Menemukan Lampu
Banyak ilmuwan tertarik pada penemuan Davy. Mereka berusaha memecah cahaya yang terlalu terang itu. Salah satu caranya adalah dengan mengalirkannya melalui suatu material. Hanya saja, material tersebut akan termakan oleh listrik yang berpijar. Untuk mengatasinya maka perlu membatasi kontak antara listrik pijar dengan oksigen. Di situlah muncul ide untuk mengurungnya dalam bola.
Pada 1841, Frederick DeMoleyns mematenkan bohlam yang terbuat dari campuran platina dan karbon. Empat tahun berikutnya, J.W. Starr mematenkan bohlam vakum dengan bahan pembakar karbon. Kemudian, banyak orang berusaha memvakum bohlam menggunakan material lain, kadang dengan bentuk yang berbeda. Penemuan mereka berhasil di laboratorium tetapi tidak bisa digunakan dalam kehidupan sehari-hari.
Pada 1878, Thomas Alva Edison bergabung dalam kompetisi pembuatan bohlam yang efektif dan efisien. Sebelumnya, Edison sudah terkenal sebagai penemu telegraf dan fonograf. Pada Oktober, dia mengumumkan bahwa dia sudah mampu mengatasi permasalahan bohlam.
Pengumuman itu terlalu dini, Edison memang sudah punya gagasannya, tetapi dia belum sempat menyempurnakannya. Bicara memang lebih mudah ketimbang melakukannya. Itulah yang terjadi. Dalam usaha menyempurnakan gagasannya, Edison gagal terus.
Francis Upton
Edison mengajak Francis Upton, dari Universitas Princeton, bergabung dalam penelitiannya. Mereka mulai mendaftar percobaan gagal yang dilakukan orang lain dan menghindari cara-cara tersebut. Mereka juga mendaftar sifat-sifat material yang telah digunakan dan mencari material yang tepat. Mereka menemukan bahwa pembakar yang tepat adalah material yang memiliki hambatan besar. Material dengan hambatan besar tidak menghabiskan banyak listrik. Mereka mulai menyeleksi semua material yang memiliki hambatan besar.
Bohlam Pertama
Pada Oktober 1879, setahun setelah pengumuman gagasannya, Edison menggunakan kapas yang dikarbonasi sebagai pembakar. Lampu itu menyala, tetapi hanya mampu bertahan 13 jam. Itulah lampu yang diklaim sebagai bohlam pertama.
Dalam pengembangannya, Edison menemukan bahwa bambu Jepang yang dikarbonasi merupakan material yang paling tepat sebagai pembakar. Material ini kemudian dikenal sebagai filamen. Bohlam yang menggunakan filamen bertahan sampai 600 jam.
Jawaban “Thomas Alva Edison” sebagai penemu bohlam tidak sepenuhnya tepat karena sudah banyak orang yang menemukan bohlam. Hanya saja, Edison menemukan bohlam yang bisa digunakan dalam kehidupan sehari-hari dengan konsumsi listrik yang efisien.

Jembatan Wheatstone



Jembatan Wheatstone merupakan suatu susunan rangkaian listrik untuk mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui harganya (besarnya). Kegunaan dari jembatan Wheatstone adalah untuk mengukur nilai suatu hambatan dengan cara arus yang mengalir pada galvanometer sama dengan nol (karena potensial ujung-ujungnya sama besar). Sehingga dapat dirumuskan dengan perkalian silang. Cara kerja dari jembatan Wheatstone adalah sirkuit listrik empat tahanan dan sumber tegangan yang dhubungkan melalui dua titik diagonal dan pada kedua titik diagonal yang lain dimana galvanometer di tempat seperti yang diperlihatkan pada jembatan Wheatstone (Pratama, 2009).
            Menurut Suriatmo (1974), gambar menunjukkan sebuah rangkaian daripada suatu alat pengukur yang biasa disebut Jembatan Wheatstone.
            Dan umumnya alat ini digunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif kecil sekali umpamanya saja: suatu kebocoran dari kabel tanah atau kortsluiting dan sebagainya.
Gambar susunan rangkaian jembatan Wheatstone (Source: MediaBali)
 
            Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833 dan meningkat dan dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Ini digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kaki dari rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui. kerjanya mirip dengan aslinya potensiometer (Marausna, 2010).
GALVANOMETER
            Galvanometer adalah instrumen elektromekanik yang digunakan untuk mendeteksi adanya arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian. Alat ini sangat sensitif dan tidak digunakan untuk mengukur arus listrik yang besar. Meskipun demikian, alat ini masih dapat digunakan unuk mengukur arus yang sangat kecil. Namun, kegunaan utama alat ini adalah untuk mendeteksi adanya arus listrik bukan untuk mengukur besarnya arus listrik. Arus listrik biasanya diukur dengan amperemeter (Umar, 2008 : 64).
            Setiap alat yang digunakan untuk deteksi dan pengukuran arus diebut galvanometer, dan kebanyakan alat itu bekerjanya tergantung pada momen yang berlaku pada kumparan di dalam medan magnit (Sears dan Zemansky, 1962).
            Galvanometer adalah alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur kuat arus dan beda potensial listrik yang elative kecil. Galvanometer tidak dapat digunakan untuk mengukur kuat arus maupun beda potensial listrik yang elative besar, karena komponen-komponen internalnya yang tidak mendukung.
Galvanometer bisa digunakan untuk mengukur kuat arus maupun beda potensial listrik yang besar, jika pada galvanometer tersebut dipasang hambatan eksternal (pada voltmeter disebut hambatan depan, sedangkan pada ampermeter disebut hambatan shunt) (MediaBali, 2011).
Gambar Alat Galvanometer (Source: MediaBali) 
MANFAAT JEMBATAN WHEATSTONE DI BIDANG PERIKANAN
            Perancangan dan pembuatan perhitungan ikan secara otomatis diciptakan alat-alat yang bertujuan untuk mempermudah tugas manusia dalam pekerjaan sehari-hari. Dalam bidang perikanan perlu diciptakan suatu alat yang dapat menggantikan tugas manusia untuk menghitung jumlah ikan-ikan saat beri makan ikan-ikan, akan menjaga jumlah ikan-ikan dalam jumlah banyak sehingga tugas manusia dapat digantikan oleh alat ini juga dapat mempercepat proses perhitungan ikan secara otomatis ini dapat dihitung jumlah ikan dalam jumlah banyak dalam waktu yang relatif cepat (Petra, 2010).