Project Kel 4 Fisika Interdisiplin Ilmu [PDF]

Citation preview

PROJECT



MODUL PENERAPAN KONSEP FISIKA UNTUK BIDANG BIOLOGI DAN KIMIA



Dosen Pengampu : Deo Demonta Panggabean, M.Pd



Disusun Oleh (Kelompok IV) 1. Hijria Br. Tarigan (4181121021) 2. Reivira Arafah (4181121020) 3. Eka Setiaji Silaban (4183121034) 4. Gerhat Moses Pakpahan (4183121031) Mata kuliah



: Fisika Interdisiplin ilmu



Prodi



: Pendidikan Fisika



FAKULTAS MATEMATIKA ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN TAHUN AJARAN 2020



KATA PENGANTAR Puji dan Syukur saya panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan tugas Project pada mata kuliah Fisika Interdisiplin Ilmu dengan tepat waktu. Ini disusun untuk memenuhi tugas Project yang diberikan oleh dosen pengampu Bapak Deo Demonta Panggabean, M.Pd, dalam rangka menerapkan kurikulum KKNI (Kerangka Kualifikasi Nasional Indonesia). Kami menyadari bahwa masih banyak kekurangan pada tugas ini, oleh karena itu kami mengundang pembaca untuk memberikan saran serta kritik yang membangun. Kritik konstruktif dari pembaca sangat kami harapkan untuk penyempurnaan project ini selanjutnya. Akhir kata kami mengucapkan terima kasih.



Medan, 17 Desember 2020



Penulis



1



DAFTAR ISI KATA PENGANTAR.......................................................................................................1 DAFTAR ISI......................................................................................................................2 BAB I PENDAHULUAN..................................................................................................3 



1.1 Latar Belakang...................................................................................................3







1.2 Tujuan................................................................................................................3







1.3 Manfaat..............................................................................................................4



BAB II ISI...........................................................................................................................5 



2.1 Bab I Konsep Mekanika Untuk Bidang Biologi dan kimia...............................5







2.1 Bab II Konsep Material Dalam Bidang Biologi Dan Kimia..............................16







2.3 Bab III Konsep Gelombang Dalam Biologi Dan Kimia....................................21







2.4 Bab IV Konsep Listrik Dan Magnet Dalam Bidang Biologi Dan Kimia..........28







2.5 Bab V Konsep Fisika Kuantum Dalam Bidang Biologi Dan Kimia.................33



BAB III PENUTUP...........................................................................................................43 



3.1 Kesimpulan........................................................................................................43







3.2 Saran..................................................................................................................43



DAFTAR PUSTAKA....................................................................................................44



2



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Modul merupakan suatu unit pengajaran yang disusun dalam bentuk tertentu untuk keperluan belajar. Salah satu tujuan pengajaran modul ialah membuka kesempatan bagi siswa untuk belajar menurut kecepatan masing-masing. Dianggap bahwa siswa tidak akan mencapai hasil yang sama dalam waktu yang sama dan tidak sedia mempelajari sesuatu pada waktu yang sama. Pengajaran modul juga memberi kesempatan bagi siswa untuk belajar menurut kecepatan masing-masing, oleh sebab mereka menggunakan teknik yang berbeda-beda untuk memecahkan masalah tertentu berdasarkan latar belakang pengetahuan dan kebiasaan masing-masing. Karakteristik modul pembelajaran sebagai berikut : 1. Self instructional, Siswa mampu membelajarkan diri sendiri, tidak tergantung pada pihak lain.  2. Self contained, Seluruh materi pembelajaran dari satu unit kompetensi yang dipelajari terdapat didalam satu modul utuh. 3. Stand alone, Modul yang dikembangkan tidak tergantung pada media lain atau tidak harus digunakan bersama-sama dengan media lain. 4. Adaptif, Modul hendaknya memiliki daya adaptif yang tinggi terhadap perkembangan ilmu dan teknologi. 5. User friendly, Modul hendaknya juga memenuhi kaidah akrab bersahabat/akrab dengan pemakainya. 6. Konsistensi, Konsisten dalam penggunaan font, spasi, dan tata letak. 1.2 Tujuan 1. Untuk Menyelesaikan tugas Project mata kuliah Fisika Interdisiplin Ilmu. 2. Untuk mengkaji kembali pengetahuan yang telah penulis dapat pada kuliah Fisika Interdisiplin Ilmu. 3. Dengan adanya Project ini, dapat menambah wawasan penulis dan pembaca. 1.3 Manfaat 3



Dengan adanya Project ini diharapkan mahasiswa/i dapat menambah wawasan serta imlu pengetahuan tentang penerapan-penerapan fisika untuk bidang biologi dan kimia. Dan dengan adanya Project ini juga diharapkan mahasiswa/i bisa lebih berpikir secara kritis.



4



BAB II ISI 2.1 Bab I Konsep Mekanika Untuk Bidang Biologi Dan Kimia A. Biomekanika Mekanika adalah salah satu cabang ilmu dari bidang ilmu fisika yang mempelajari gerakan dan



perubahan



bentuk



suatu



materi



yang diakibatkan oleh gangguan



mekanik yang disebut gaya. Mekanika adalah cabang ilmu yang tertua dari semua cabang ilmu dalam fisika.Biomekanika didefinisikan pada



system



biologi.



sebagai



Biomekanika merupakan



bidang kombinasi



ilmu



aplikasi mekanika



antara



disiplin



ilmu



mekanika terapan dan ilmu-ilmu biologi dan fisiologi. Biomekanika menyangkut tubuh manusia dan



hampir



semua



tubuh mahluk



hidup. (Biomekanika_teaching.htm, 2008 :



1).Analisis biomekanika dalam gerakan dasar anggar ini prinsip-prinsip fisika



yang



mempengaruhi



gerakan



bertujuan dasar



untuk



mengetahui



yang terdiri dari sedia,



step/langkah, dan serang. Ilmu Biomekanika membahas mengenai manusia dari segi kemampuan-kemampuannya seperti kekuatan, daya tahan, kecepatan dan ketelitianBiomekanika didefinisikan sebagai bidang ilmu aplikasi mekanika pada system biologi. Biomekanika merupakan kombinasi antara disiplin ilmu mekanika terapan dan ilmu-ilmu biologi dan fisiologi. Biomekanika menyangkut tubuh manusia dan hampir semua tubuh mahluk hidup. Dalam biomekanika prinsip-prinsip mekanika dipakai dalam penyusunan konsep, analisis, disain dan pengembangan peralatan dan sistem dalam biologi dan kedoteran. Dalam melakukan tugas-tugas yang manipulatif, maka ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, antara lain: 1. Menyeimbangkan antara gerakan yang statik dan gerak yang dinamis. 2. Menjaga kekuatan otot, dimana pemakaian otot maksimum di bawah 15%. 3. Mencegah Range of Motion (ROM) sendi yang berlebihan. 4. Menggunakan grup otot yang lebih kecil untuk kecepatan dan ketelitian. 1) Tujuan Biomekanika 5



•



Mencegah gangguan/cedera pada sistem otot rangka (MSDs)



•



Memperbaiki kondisi tempat kerja



•



Meningkatkan kinerja organisasi (effisiensi, kualitas dan kepuasan pekerja)



•



Panduan prinsip :Maintain D < C



D: task Demands (force, moment, etc.) C: human Capacity (strength, tissue tolerance, etc.) Faktor-faktor Resiko terkait Permasalahan MSDs (hand & wrist): •



Masalah postur kerja yang tidak normal



•



Pekerjaan yang berulang (repetitif)



•



Durasi kerja yang lama



•



Pembebanan statis pada otot



•



Tekanan kontak fisik



•



Getaran



•



Temperatur



2) Penerapan Konsep Fisika dalam Bidang Biologi a. Analisis secara biomekanika dalam gerakan dasar angga Analisa biomekanika dalam gerakan dasar anggar ini dimulai dengan meminta atlet berpakaian lengkap pakaian anggar. Langkah awal adalah mengambil gambar atlet saat posisi sedia yang benar, condong ke depan dan condong ke belakang. Gambar diambil secara keseluruhan. Kemudian gerakan step atau langkah, diambil gambar pertama saat sedia dan menuju langkah 5 hitungan, setiap pergerakan diambil gambar dari posisi awal gerak sampai dengan posisi akhir gerak langkah. Selanjutnya mengambil gambar gerakan 3 hitungan



langkah



serang,



setiap



perpindahan gerakan



diambil



gambarnya. Hasilnya



semua gerakan yang diambil gambar, dianalisis secara biomekanika. Maka dapat disimpulkan dasar gerakan



anggar, dasar



analisis



secara



biomekanika dalam



gerakan



benar



adanya biomekanika atau prinsip prinsip fisika yang ada dalam



anggar



diantaranya,



dengan pengmatan berdasarkan



bahwa



setiap



gerakan



pengertian pengertian



sedia, step/langkah



dan



serang.



Hal



inisesuai



dasar



dan



dianalisis hubungan fisika apa saja



teroritis



dari



ilmu



6



fisika



yang



ada



dan dapat



diaplikasikanya ke dalam gerakan dasar anggar. Saat posisi sedia sebaiknya pada saat posisi normal , tidak terlalu condong ke depan atau kebelakang dikarenakan untuk memudahkan mobilitas bergerak , tidak hanya bergerak, saat posisi sedia normal akan lebih mudah pula untuk gerakan kembali ke posisi semula.Letak



titik



berat



selalu



berubah



sesuai



dengan sikap, dan sangat menentukan terhadap teknik gerak. titik berat tidak menetap pada satu titik,tetapi bergerak mengikuti arah geraknya.Dapat disimpulkan biomekanika apa saja pada gerakan dasar anggar adalah titik



berat,



dan keseimbangan.



saat gerakan sedia terdapat Hukum 1 Newton,



Saat



Gerakan



step/langkah



terdapat hubungan



kecepatan,jarak dan waktu, Hukum 3 Newton,titik berat dan gerak linear. Sedangkan pada gerakan serang anggar terdapat Hukum 3 Newton, momentum,titik berat, Hukum 2 Newton. b. Dalam Fluida (Gaya kapilaritas Xilem dan Floem) Beberapa konsep yang dibahas adalah tekanan dalam fluida, adhesi, kohesi, dan kapilaritas. Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan area. Fluida dalam suatu wadah memberikan tekanan ke semua arah. Gaya yang disebabkan oleh tekanan fluida selalu bekerja tegak lurus terhadap permukaan yang bersentuhan dengannya. Di dalam zat cair molekulmolekulnya dapat mengalami gaya adhesi dan kohesi. Kohesi adalah gaya diantara molekulmolekul yang sejenis. Sedangkan adhesi adalah gaya antara molekul-molekul yang jenisnya berbeda. Apabila adhesi lebih besar dari kohesi seperti pada air dengan permukaan gelas, maka air akan berinteraksi kuat dengan permukaan gelas sehingga air membasahi kaca dan juga permukaan atas cairan akan melengkung (cekung). Keadaan ini dapat menyebabkan zat cair dapat naik ke atas oleh tegangan permukaan yang arahnya ke atas sampai batas keseimbangan gaya ke atas dengan gaya berat cairan tercapai. Jadi air dapat naik ke atas dalam suatu pipa kecil (yang disebut pipa kapiler). Ini dikenal sebagai kapilaritas. Kapilaritas adalah gejala naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler. Apa yang menyebabkan adanya peristiwa kapilaritas? Penyebabnya adalah karena ada tegangan permukaan. Tegangan permukaan tersebut bekerja pada zat cair dengan dinding pipa kapiler. Kapilaritas juga disebabkan oleh interaksi molekul-molekul di dalam zat cair. Jadi, kapilaritas sangat tergantung pada kohesi dan adhesi. Mengapa air naik dalam pembuluh pipa kapiler, karena adhesi air pada kaca lebih besar dari pada gaya kohesinya. Xilem dan floem adalah 7



jaringan seperti tabung yang berperan dalam sistem pengangkutan. Air dan mineral dari dalam tanah akan diserap oleh akar. Kemudian diangkut melalui xilem ke bagian batang dan daun tumbuhan. Zat makanan yang dibuat di daun akan diangkut melalui floem ke bagian lain tumbuhan yang memerlukan zat makanan. Xilem dan floem adalah jaringan pengangkut yang salurannya terpisah. Xilem yang ada di akar bersambungan dengan xilem yang ada di batang dan di daun. Floem juga bersambungan ke semua bagian tubuh tumbuhan. Tumbuhan tidak mempunyai mekanisme pemompaan cairan seperti pada jantung manusia. Air dapat diangkut naik dari akar ke bagian tumbuhan lain yang lebih tinggi dan diedarkan ke seluruh tubuh tumbuhan karena adanya kapilaritas batang. Sifat ini seperti yang terdapat pada pipa kapiler. Pipa kapiler memiliki bentuk yang hampir menyerupai sedotan akan tetapi diameternya sangat kecil. Apabila salah satu ujung pipa kapiler, dimasukkan ke dalam air, maka air yang berada pada pipa tersebut akan lebih tinggi daripada air yang berada di sekitar pipa kapiler. Begitu pula pada batang tanaman, air yang berada pada batang tanaman akan lebih tinggi apabila dibandingkan dengan air yang berada pada tanah. Kapilaritas batang dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi dan adhesi. c. Gaya pada tubuh dan Jaringan Otot Konsep gaya senantiasa berkaitan dengan konsep gerak. Gaya dapat menyebabkan sesuatu bergerak. Sekali pun gaya tidak selalu menyebabkan gerak. Gerak adalah suatu tanggapan terhadap rangsangan baik dari dalam maupun dari luar. Gerak pada manusia disebabkan oleh kontraksi otot yang menggerakkan tulang. Jadi, gerak merupakan kerja sama antara tulang dan otot. Tulang disebut alat gerak pasif karena hanya mengikuti kendali otot. Sedangkan otot disebut alat gerak aktif karena mampu berkontraksi dan menggerakkan tulang. Pada pergerakan pemain bola mengakibatkan otot-otot pada tubuh berkontraksi dan menggerakkan tulang. Oleh karena itu, dalam pemain sepak bola melatih otot-otot tubuhnya tidak sembarangan. Jika salah dalam menggerakkan tubuh justru dapat berakibat membuat otot cidera. Gaya yang bekerja pada tubuh manusia dibagi dalam dua tipe yaitu: gaya pada tubuh dalam keadaan statis, dan gaya pada tubuh dalam keadaan dinamis. Tubuh dalam keadaan statis/stasioner berarti tubuh dalam keadaan setimbang, berarti pula jumlah gaya dalam segala arah sama dengan nol, dan jumlah momentum terhadap sumbu juga sama dengan nol. Sistem otot dan tulang dari tubuh manusia bekerja sebagai pengumpil. 8



Gaya tubuh dalam keadaan statis/diam. Tubuh dalam keadaan statis berarti tubuh dalam keadaan seimbang, dengan jumlah gaya kesegala arah = 0. Gaya tubuh dalam keadaan dinamis/bergerak kemampuan tubuh untuk menjaga keseimbangan tubuh ketika tubuh sedang bergerak untuk nilai ke segala arah relatif konstan pada akhir domain waktu. Dinamika gerak benda bertujuan agar mengetahui gerak organ-organ dalam tubuh dengan memperhatikan penyebab bergeraknya benda tersebut, dengan menggunakan konsep gaya atas dasar hukum Newton. Gaya tubuh dalam keadaan dinamis dapat dipengaruhi faktor-faktor berikut: usia; motivasi; lingkungan; kelelahan dan pengaruh obat. d. Gaya Peristaltik makanan Gerakan peristaltik pada sistem pencernaan bekerja pada laju yang berbeda sebagai proses pada tahapan yang berbeda memiliki tujuan yang berbeda. Jadi, peran peristaltik pada sistem pencernaan bahwa makanan didorong ke bawah kerongkongan dan masuk ke perut, kemudian peristalsis menggerakkan makanan dicerna melalui usus kecil dan besar dan kemudian melalui rektum dan anus. Ini adalah serangkaian kontraksi otot polos dan relaksasi memindahkan makanan dengan cara seperti gelombang melalui proses yang berbeda dalam saluran pencernaan. e. Dalam Perindustrian Ilmu mekanika digunakan untuk mengukur besarnya gaya yang dibutuhkan oleh seorang operator untuk melakukan suatu pekerjaan dengan postur tubuhnya. Dengan ilmu biomekanika, aplikasinya dalam industri menyatakan besarnya gaya otot yang diperlukan oleh seorang operator dalam menyelesaikan pekerjaan dengan menggunakan prinsip-prinsip fisika dan mekanika. Dengan meng-aplikasikan ilmu biomekanika, kita mengetahui dan memahami serta dapat menentukan sikap kerja yang berbeda dapat menghasilkan kekuatan atau tingkat produktivitas yang terbaik. Dengan ilmu biomekanika, aplikasinya digunakan dalam mengevaluasi pekerjaan operator sehingga dapat menghasilkan cara kerja yang lebih baik yang meminimumkan gaya dan momen yang dibebankan pada operator supaya tidak terjadi kecelakaan kerja.Aplikasinya yang lain adalah menentukan perancangan sistem tempat kerja dengan pertimbangan dari gerakan-gerakan tubuh manusia/ pekerja.Dengan ilmu biomekanika ini, jelas bahwa kita akan lebih mudah untuk menentukan rancangan sistem tempat kerja, di



9



samping tingkat ergonomisnya tinggi (maksudnya tercipta keadaan lingkungan kerja yang ENASE) maka tingkat produktivitas meningkat dan tingkat kecelakaan menjadi minimum. f. Penerapan Analisa Gaya dalam Terapan Kesehatan yaitu Gaya Berat Tubuh & Posisi Duduk yang menyehatkan Tulang Belakang. Gaya pada tubuh ada 2 tipe : a. Gaya pada tubuh dlm keadaan statis.Gaya Berat dan Gaya Otot sebagai Sistem Pengumpil Tubuh dalam keadaan Statis berarti tubuh dalam keadaan setimbang, jumlah gaya dan momen gaya yang ada sama dengan nol. Tulang dan otot tubuh manusia berfungsi sebagai sistem pengumpil. Tubuh dalam keadaan Statis berarti tubuh dlm keadaan setimbang, jumlah gaya dan momen gaya yang ada sama dengan nol. Tulang dan otot tubuh manusia berfungsi sebagai sistem pengumpil. b. Gaya pada tubuh dalam keadaan dinamis yang dibagi menjadi 3 yaitu 1. Titik tumpuan terletak diantara gaya berat dan otot Contoh: kepala & leher 2. Gaya berat diantara titik tumpu dan Gaya otot.contoh: tumit menjinjit 3. Gaya otot terletak diantara titik tumpuan dan gaya berat,contohnya gaya lengan B. Hubungan Ilmu Fisika dan Kimia Antara ilmu fisika dan ilmu kimia satu sama lain saling menguatkan. ada fenomena fisika tertentu yang lebih mudah dijelaskan dengan ilmu kimia dan juga sebaliknya. Dalam bidang keilmuan, juga dikenal yang namanya Kimia Fisik. Kimia Fisik adalah ilmu yang mempelajari fenomena makroskopik, mikroskopik, atom, subatom dan partikel dalam sistem dan proses kimia berdasarkan prinsip-prinsip dan konsep-konsep fisika, dengan bidang khusus, termodinamika kimia, kimia kuantum, dan kinetika. Kimia Fisik banyak menggunakan konsep-konsep dan prinsip Fisika Klasik (seperti energi, entropi, suhu, tekanan, tegangan permukaan, viskositas, hukum



Coulomb, interaksi dipol), Fisika Kuantum (seperti foton, bilangan kuantum, spin,



kebolehjadian, prinsip ketakpastian), maupun Mekanika Statistik (seperti fungsi



partisi,



distribusi Boltzmann). Bagian penting dari ilmu ini termasuk termodinamika kimia, kinetika kimia,



kimia



kuantum,



elektrokimia,



kimia



permukaan



spektroskopi.Kimia fisik juga penting bagi ilmu material modern.



10



dan



kimia



padatan,



dan



Pada satu sisi ilmu fisika dan kimia sangat bersinggungan yaitu pada bidang konfigurasi elektron dalam atom. Ilmu fisika lebih mendalami mengapa elektron membentuk konfigurasi tersebut sedangkan ilmu kimia mempelajari dampak dari konfigurasi elektron pada reaksi kimia. Kalau membahas kimia maka akan terbatas pada reaksi senyawa dan unsur dimana atom-atom akan saling bertukar tempat dan menyusun senyawa baru dengan melepas atau menyerap energi. Sedangkan untuk reaksi nuklir dimana yang terjadi adalah pertukaran sub atomik seperti proton dan neutron maka bidang ini tidak masuk kimia lagi tetapi sudah masuk bidang fisika nuklir. 1) Penerapan Konsep Fisika Pada Bidang Kimia a. Konsep Materi dan Perubahanya Materi adalah segala sesuatu yang mempunyai massa dan menempati ruang (mempunyai volume). Segala benda di alam semesta, termasuk tubuh manusia merupakan materi. Materi terdapat 3 macam wujud: liquid (cair), solid (padat), dan gas. Perubahan materi adalah perubahan sifat suatu zat atau materi menjadi zat yang lain baik yang menjadi zat baru maupun tidak. Dalam membahas materi dan perubahannya ini tidak terlepas dari macam-macam zat yaitu terdiri atas zat padat, cair dan gas.Mengenai hal tersebut tidak terlupakan bahwa ilmu fisika merupakan ilmu yang mempelajari kejadian nyata yang berkaitan erat daalam kehidupan sehari-hari. Seperti hal berikut ini, tentu kita tidak asing lagi dengan detergen dan noda pada pakaian, mengapa detergen dapat menghilangkan noda yang menempel pada pakaian?. Hal tersebut tidak lepas dari konsep materi dan menyangkut wujud zat ini, dalam membahas wujud zat tentu ada gaya tarikmenarik molekul-molekul. Karena gaya tarik mini molekul ini maka detergen dapat mengangkat noda pada pakaian. Sabun dan detergen dapat memperkecil pengaruh tegangan permukaan di air.Tegangan permukaan di air murni sangat tinggi, sehingga kotoran baju masih melekat di baju. Jika pada saat proses pencucian baju, air murni diberi detergen, tegangan permukaan air di lubang-lubang kecil yang dibentuk oleh serat-serta baju menjadi berkurang oleh detergen, sehingga kotoran dapat lepas dari lubang-lubang serat di baju. Sehingga dengan detergen kotoran yang menempel pada baju dapat hilang. Adapun zat yang dapat mengurangi tegangan permukaan di dalam cairan disebut surfaktan. Jadi dapat disimpulkan bahwa materi adalah apapun yang memiliki massa dan menempati ruang. Suatu materi dapat mengalami perubahan yaitu perubahanfisika dan perubahan kimia.Perubahan fisika adalah perubahan yang tidak meng_hasilkan zat baru, sedangkan perubahan kimia adalah 11



perubahan yang menghasilkan zat baru.Perubahan materi melibatkan sifat materi misalnya perubahan fisika melibatkan sifat fisika suatu materi sedangkan perubahan kimia melibatkan sifat kimia suatu materi (Tippler, 1998).Untuk lebih memudahkan untuk memelajari suatu materi di alam ini maka perlu diklasifikasikan.Pengklasifikasian materi berdasarkan wujud dapat dibedakan mejadi zat padat, cair, dan gas.Sedangkan pengklasifikasian materi berdasarkan komponen_nya dapat dibedakan menjadi zat tunggal dan campuran. b. Termokimia Dalam Buli-Buli Prinsip kerja pada buli-buli (kantong air) ini sama halnya seperti prinsip kerja termokimia pada



termos



tempat



penyimpanan



air



panas.



Buli-buli



biasanya



digunakan



untuk



mengompres.Cairan yang dimasukan kedalam buli-buli ini biasanya H2O bersuhu tinggi (panas) atau H2O bersuhu rendah (dingin).Air yang dimasukan kedalam buli-buli biasanya bersuhu 36̊ C sampai 38̊ C jika panas.Buli-buli ini biasanya dipergunakan untuk meredakan sakit kepala, sakit perut, gigi, keram dan pegal dibagian otot kaki. Secara konduksi dimana terjadi pemindahan panas dari buli-buli kedalam tubuh sehingga akan menyebabkan pelebaran pembuluh darah, sehingga akan terjadi penurunan ketegangan otot. Kompres ini dilakukan dengan menggunakan buli-buli panas yang dibungkus dengan kain, dengan suhu berkisar antara 36̊ C sampai 38̊ C yang ditempelkan pada sisi kanan atau sisi kiri pada bagian tubuh yang dirasa sakit atau pegal akibat ketegangan otot. Air panas yang ada didalam buli-buli ini harus diganti secara berkala sekitar tiap 5 menit sekali.Supaya suhu buli-buli dapat bertahan (tetap).Hal seperti ini dapat kita sebut dengan reaksi eksoterm, karena suhu di luar buli-buli serta merta mempengaruhi keadaan suhu didalam buli-buli.Yang pada akhirnya mengakibatkan suhu buli-buli menurun, karena suhu diluar buli-buli lebih rendah daripada suhu yang ada didalam buli-buli. c. Penerapan Termokimia Dalam Kabin Mobil Jika anda seorang yang mengendarai mobil silakan buka jendela setelah anda masuk mobil dan jangan terburu-buru menyalakan AC. Hal ini dilakukan agar udara yang ada di dalam mobil bisa segera keluar dan tergantikan dengan udara yang lebih segar. Ternyata udara yang ada di dalam mobil (saat diparkir) mengandung Benzene/Bensol. Menurut penelitian yang dilakukan oleh UC; dashboard mobil, sofa, air freshener akan memancarkan Benzene, hal ini bisa disebabkan oleh suhu ruangan yang meninggi. Tingkat Benzene yang dapat diterima dalam ruangan adalah 50mg per sqft. Sebuah mobil yg parkir di ruangan dengan jendela tertutup akan 12



berisi 400-800mg dari Benzene. Jika parkir di luar rumah di bawah sinar matahari pada suhu di atas 60̊ F, tingkat Benzene berjalan sampai 2000-4000mg, 40kali dengan tingkat yang dapat diterima. Orang-orang di dalam mobil pasti akan menyedot kelebihan jumlah toksin (racun). Jika korban menghirup toksin ini pada high level benzene dapat mengakibatkan kematian, sedangkan menghirup low level benzene dapat menyebabkan kantuk, pusing, mempercepat denyut jantung, sakit kepala, tremors, kebingungan, dan ketidaksadaran. d. Contoh beberapa penerapan fisika, khusus dalam kimia diantaranya 1. Biokimia, mempelajari senyawa kimia, reaksi kimia, dan interaksi kimia yang terjadi dalam organisme hidup. Biokimia dan kimia organik berhubungan sangat erat, seperti dalam kimia medisinal atau neurokimia. Biokimia juga berhubungan dengan biologi molekular, fisiologi, dan genetika. 2. Kimia anorganik mengkaji sifat-sifat dan reaksi senyawa anorganik. Perbedaan antara bidang organik dan anorganik tidaklah mutlak dan banyak terdapat tumpang tindih, khususnya dalam bidang kimia organologam. 3. Kimia organik mengkaji struktur, sifat, komposisi, mekanisme, dan reaksi senyawa organik. Suatu senyawa organik didefinisikan sebagai segala senyawa yang berdasarkan rantai karbon. 4. Kimia fisik mengkaji dasar fisik sistem dan proses kimia, khususnya energitika dan dinamika sistem dan proses tersebut. Bidang-bidang penting dalam kajian ini di antaranya termodinamika kimia, kinetika kimia, elektrokimia, mekanika tatistika, dan spektroskopi. Kimia fisik memiliki banyak tumpang tindih dengan fisika molekular. Kimia fisik melibatkan penggunaan kalkulus untuk menurunkan persamaan, dan biasanya berhubungan dengan kimia kuantum serta kimia teori. 5. Kimia Material menyangkut bagaimana menyiapkan, mengkarakterisasi, dan memahami cara kerja suatu bahan dengan kegunaan praktis. 6. Kimia teori adalah studi kimia melalui penjabaran teori dasar (biasanya dalam matematika atau fisika). Secara spesifik, penerapan mekanika kuantum dalam kimia disebut kimia kuantum. Sejak akhir Perang Dunia II, perkembangan komputer telah memfasilitasi pengembangan sistematik kimia komputasi, yang merupakan seni pengembangan dan penerapan program komputer untuk menyelesaikan permasalahan



13



kimia. Kimia teori memiliki banyak tumpang tindih (secara teori dan eksperimen) dengan fisika benda kondensi dan fisika molekular. 7. Kimia nuklir mengkaji bagaimana partikel subatom bergabung dan membentuk inti. Transmutasi modern adalah bagian terbesar dari kimia nuklir dan tabel nuklida merupakan hasil sekaligus perangkat untuk bidang ini. Bidang lain antara lain adalah astrokimia, biologi molekular, elektrokimia, farmakologi, fitokimia, fotokimia, genetika molekular, geokimia, ilmu bahan, kimia aliran, kimia atmosfer, kimia benda padat, kimia hijau, kimia inti, kimia medisinal, kimia komputasi, kimia lingkungan, kimia organologam, kimia permukaan, kimia polimer, kimia supramolekular, nanoteknologi, petrokimia, sejarah kimia, sonokimia, teknik kimia, serta termokimia.Pada kimia nuklir ada beberapa yang dipelajari dalam bidang ilmu fisikanya. Sebelum membahas lebih dalam tentang kimia nuklir perlu diketahui tentang atom terlebih dahulu.Atom adalah suatu kumpulan materi yang terdiri atas inti yang bermuatan positif, yang biasanya mengandung proton dan neutron, dan beberapa elektron di sekitarnya yang mengimbangi muatan positif inti.Atom juga merupakan satuan terkecil yang dapat diuraikan dari suatu unsur dan masih mempertahankan sifatnya, terbentuk dari inti yang rapat dan bermuatan positif dikelilingi oleh suatu sistem elektron. Unsur adalah sekelompok atom yang memiliki jumlah proton yang sama pada intinya. Jumlah ini disebut sebagai nomor atom unsur. Sebagai contoh, semua atom yang memiliki 6 proton pada intinya adalah atom dari unsur kimia karbon, dan semua atom yang memiliki 92 proton pada intinya adalah atom unsur uranium.Ion atau spesies bermuatan, atau suatu atom atau molekul yang kehilangan atau mendapatkan satu atau lebih elektron. Kation bermuatan positif (misalnya kation natrium Na+) dan anion bermuatan negatif (misalnya klorida Cl−) dapat membentuk garam netral (misalnya natrium klorida, NaCl).Contoh ion poliatom yang tidak terpecah sewaktu reaksi asam-basa adalah hidroksida (OH−) dan fosfat (PO43−).Senyawa merupakan suatu zat yang dibentuk oleh dua atau lebih unsur dengan perbandingan tetap yang menentukan susunannya.sebagai contoh, air merupakan senyawa yang mengandung hidrogen dan oksigen dengan perbandingan dua terhadap satu. Senyawa dibentuk dan diuraikan oleh reaksi kimia.Molekul adalah bagian terkecil dan tidak terpecah dari suatu senyawa kimia murni yang masih mempertahankan sifat kimia dan fisik yang unik. Suatu molekul terdiri dari dua atau lebih atom yang terikat satu sama lain.



14



Suatu ‘zat kimia’ dapat berupa suatu unsur, senyawa, atau campuran senyawa-senyawa, unsur-unsur, atau senyawa dan unsur.Sebagian besar materi yang kita temukan dalam kehidupan sehari-hari merupakan suatu bentuk campuran, misalnya air, aloy, biomassa, dll. Ikatan kimia merupakan gaya yang menahan berkumpulnya atom-atom dalam molekul atau kristal. Pada banyak senyawa sederhana, teori ikatan valensi dan konsep bilangan oksidasi dapat digunakan untuk menduga struktur molekular dan susunannya.Serupa dengan ini, teori-teori dari fisika klasik dapat digunakan untuk menduga banyak dari struktur ionik.Pada senyawa yang lebih kompleks/rumit, seperti kompleks logam, teori ikatan valensi tidak dapat digunakan karena membutuhken pemahaman yang lebih dalam dengan basis mekanika kuantum.Reaksi kimia adalah transformasi/perubahan dalam struktur molekul.Reaksi ini bisa menghasilkan penggabungan molekul membentuk molekul yang lebih besar, pembelahan molekul menjadi dua atau lebih molekul yang lebih kecil, atau penataulangan atom-atom dalam molekul.Reaksi kimia selalu melibatkan terbentuk atau terputusnya ikatan kimia. Kimia kuantum secara matematis menjelaskan kelakuan dasar materi pada tingkat molekul.Secara prinsip, dimungkinkan untuk menjelaskan semua sistem kimia dengan menggunakan teori ini.Dalam praktiknya, hanya sistem kimia paling sederhana yang dapat secara realistis diinvestigasi dengan mekanika kuantum murni dan harus dilakukan hampiran untuk sebagian besar tujuan praktis (misalnya, Hartree-Fock, pasca-Hartree-Fock, atau teori fungsi kerapatan, lihat kimia komputasi untuk detilnya).Karenanya, pemahaman mendalam mekanika kuantum tidak diperlukan bagi sebagian besar bidang kimia karena implikasi penting dari teori (terutama hampiran orbital) dapat dipahami dan diterapkan dengan lebih sederhana. Dalam mekanika kuantum (beberapa penerapan dalam kimia komputasi dan kimia kuantum), Hamiltonan, atau keadaan fisik, dari partikel dapat dinyatakan sebagai penjumlahan dua operator, satu berhubungan dengan energi kinetik dan satunya dengan energi potensial. Hamiltonan dalam persamaan gelombang Schrödinger yang digunakan dalam kimia kuantum tidak memiliki terminologi bagi putaran elektron. Penyelesaian persamaan Schrödinger untuk atom hidrogen memberikan bentuk persamaan gelombang untuk orbital atom, dan energi relatif dari orbital 1s, 2s, 2p, dan 3p. Hampiran orbital dapat digunakan untuk memahami atom lainnya seperti helium, litium, dan karbon. Hukum-hukum kimia sebenarnya merupakan hukum fisika yang diterapkan dalam sistem kimia. Konsep yang paling mendasar dalam kimia adalah Hukum 15



kekekalan massa yang menyatakan bahwa tidak ada perubahan jumlah zat yang terukur pada saat reaksi kimia biasa. Fisika modern menunjukkan bahwa sebenarnya energilah yang kekal, dan bahwa energi dan massa saling berkaitan. Kekekalan energi ini mengarahkan kepada pentingnya konsep kesetimbangan, termodinamika, dan kinetika. 2.2 Bab II Konsep Material Dalam Bidang Biologi Dan Kimia A. Hubungan Material Dalam Biologi Biomaterial adalah zat apa pun yang telah direkayasa untuk berinteraksi dengan sistem biologis untuk tujuan medis - baik untuk terapi (mengobati, menambah, memperbaiki, atau mengganti fungsi jaringan tubuh) atau diagnostik.Sebagai ilmu, biomaterial berusia sekitar lima puluh tahun.Ilmu yang mempelajari tentang biomaterial disebut dengan ilmubiomaterial atau rekayasa biomaterial .Ini telah mengalami pertumbuhan yang stabil dan kuat selama sejarahnya, dengan banyak perusahaan menginvestasikan sejumlah besar uang untuk pengembangan produk baru.Ilmu biomaterial meliputi ilmu kedokteran, biologi, kimia, teknik jaringan dan ilmu material.



Implan pinggul adalah salah satu contoh penerapan biomaterial. Perhatikan bahwa biomaterial berbeda dari material biologis, seperti tulang , yang dihasilkan oleh sistem biologis.Selain itu, kehati-hatian harus dilakukan dalam mendefinisikan biomaterial sebagai biokompatibel, karena spesifik aplikasi.Biokompatibel yang biokompatibel atau cocok untuk satu aplikasi mungkin tidak biokompatibel di aplikasi lain. Biomaterial dapat diturunkan baik dari alam atau disintesis di laboratorium dengan menggunakan berbagai pendekatan kimia yang memanfaatkan komponen logam, polimer, keramik atau material komposit.Mereka sering digunakan dan atau diadaptasi untuk aplikasi medis, dan dengan demikian terdiri dari seluruh atau sebagian dari struktur hidup atau perangkat 16



biomedis yang melakukan, menambah, atau menggantikan fungsi alami.Fungsi tersebut mungkin relatif pasif, seperti digunakan untuk katup jantung , atau mungkin bioaktif dengan fungsi yang lebih interaktif seperti implan pinggul berlapis hidroksi-apatit.Biomaterial juga digunakan setiap hari dalam aplikasi gigi, pembedahan, dan pemberian obat.Misalnya, konstruksi dengan produk farmasi yang diresapi dapat ditempatkan ke dalam tubuh, yang memungkinkan pelepasan obat dalam jangka waktu yang lama.Biomaterial juga dapat berupa autograft, allograft atau xenograft yang digunakan sebagai bahan transplantasi. a. Bioaktivitas Kemampuan biomaterial yang direkayasa untuk menginduksi respon fisiologis yang mendukung fungsi dan kinerja biomaterial dikenal sebagai bioaktivitas.Paling umum, dalam gelas bioaktif dan keramik bioaktif istilah ini mengacu pada kemampuan bahan yang ditanamkan untuk mengikat dengan baik dengan jaringan sekitarnya baik dalam peran osseokonduktif atau osseoproduktif.Bahan implan tulang sering kali dirancang untuk mendorong pertumbuhan tulang sambil larut ke dalam cairan tubuh di sekitarnya. [5] Jadi untuk banyak biomaterial, biokompatibilitas yang baik bersama dengan kekuatan dan laju disolusi yang baik diinginkan.Biasanya, bioaktivitas biomaterial diukur dengan biomineralisasi permukaan di mana lapisan asli hidroksiapatit terbentuk di permukaan. Perakitan sendiri adalah istilah paling umum yang digunakan dalam komunitas ilmiah modern untuk menggambarkan agregasi partikel secara spontan (atom, molekul, koloid, misel, dll.) Tanpa pengaruh gaya eksternal.Kelompok-kelompok besar dari partikel-partikel semacam itu diketahui berkumpul menjadi susunan yang stabil secara termodinamika , secara struktural terdefinisi dengan baik, cukup mengingatkan pada salah satu dari 7 sistem kristal yang ditemukan dalam metalurgi dan mineralogi (misalnya kubik berpusat muka, kubik berpusat tubuh, dll).Perbedaan mendasar dalam struktur kesetimbangan adalah dalam skala spasial sel satuan (atau parameter kisi) di setiap kasus tertentu. Swa-perakitan molekuler ditemukan secara luas dalam sistem biologis dan memberikan dasar bagi berbagai macam struktur biologis yang kompleks.Ini termasuk kelas yang muncul dari biomaterial yang secara mekanis lebih unggul berdasarkan fitur mikrostruktur dan desain yang ditemukan di alam.Dengan demikian, perakitan mandiri juga muncul sebagai strategi baru dalam sintesis kimia dan nanoteknologi .Kristal molekuler, kristal cair, koloid, misel, emulsi, polimer 17



yang dipisahkan fasa, film tipis dan lapisan tunggal yang dirakit sendiri semuanya merupakan contoh jenis struktur yang sangat teratur yang diperoleh dengan menggunakan teknik ini.Ciri pembeda dari metode ini adalah pengorganisasian mandiri. b. Hierarki struktural Hampir semua material dapat dilihat sebagai struktur hierarkis, terutama karena perubahan skala spasial menyebabkan mekanisme deformasi dan kerusakan yang berbeda.Namun, dalam bahan biologis, organisasi hierarki ini melekat pada mikro.Salah satu contoh pertama dari hal ini, dalam sejarah biologi struktural, adalah pekerjaan hamburan sinar-X awal pada struktur hierarki rambut dan wol oleh Astbury dan Woods.Dalam tulang, misalnya, kolagen adalah bahan penyusun matriks organik - heliks rangkap tiga dengan diameter 1,5 nm.Molekul tropocollagen ini diinterkalasi dengan fase mineral ( hidroksiapatit, kalsium fosfat) membentuk fibril yang menggulung menjadi helikoid dengan arah yang bergantian."Osteon" ini adalah blok bangunan dasar tulang, dengan distribusi fraksi volume antara fase organik dan mineral sekitar 60/40.Pada tingkat kerumitan lain, kristal hidroksiapatit merupakan mineral trombosit yang berdiameter kurang lebih 70–100 nm dan tebal 1 nm.Mereka awalnya berinti pada celah antara fibril kolagen. Demikian pula, hierarki cangkang abalon dimulai pada tingkat nano, dengan lapisan organik yang memiliki ketebalan 20-30 nm.Lapisan ini dilanjutkan dengan kristal tunggal aragonit (polimorf CaCO3) yang terdiri dari "batu bata" dengan dimensi 0,5 dan finishing dengan lapisan sekitar 0,3 mm ( struktur meso ).Kepiting adalah artropoda yang karapasnya terbuat dari komponen keras termineralisasi (yang menunjukkan fraktur getas) dan komponen organik lunak yang terutama terdiri dari kitin. Komponen getas disusun dalam pola heliks.Masing-masing 'batang' mineral ini (diameter 1 μm) mengandung serat chitin-protein dengan diameter sekitar 60 nm.Fibril ini terbuat dari saluran berdiameter 3 nm yang menghubungkan interior dan eksterior cangkang. Biomaterial digunakan dalam:  Penggantian sendi  Piring tulangLensa intraokular (IOL) untuk operasi mata  Semen tulang  Ligamen dan tendon buatan 18



 Implan gigi untuk fiksasi gigi  Prostesis pembuluh darah  Katup jantung  Alat perbaikan kulit (jaringan buatan)  Penggantian koklea  Lensa kontak  Implan payudara  Mekanisme pemberian obat  Bahan yang berkelanjutan  Cangkok vaskular  Stent  Saluran saraf  Jahitan bedah , klip, dan stapel untuk penutupan luka  Pin dan sekrup untuk stabilisasi fraktur  Mesh bedah A. Hubungan Material Dalam Kimia a. Struktur Seperti disebutkan di atas, struktur adalah salah satu komponen terpenting dari bidang ilmu material.Ilmu material mengkaji struktur material dari skala atom, hingga skala makro. Karakterisasi adalah cara para ilmuwan meneliti struktur suatu material. Ini melibatkan metode seperti difraksi dengan sinar-X, elektron, atau neutron, dan berbagai bentuk spektroskopi dan analisis kimia seperti spektroskopi Raman, spektroskopi dispersi energi (EDS), kromatografi, analisis termal, analisis mikroskop elektron, dll. Struktur dipelajari pada berbagai tingkatan, sebagaimana dirinci di bawah ini. b. Struktur atom Ini berkaitan dengan atom-atom dari material, dan bagaimana mereka diatur untuk memberikan molekul, kristal, dll. Sebagian besar sifat listrik, magnetik, dan kimia bahan timbul dari tingkat struktur ini.Skala panjang yang terlibat adalah angstrom (Å). Ikatan kimia dan pengaturan atom (kristalografi) adalah dasar untuk mempelajari sifat dan perilaku bahan apa pun. 19



c. Ikatan Untuk mendapatkan pemahaman penuh tentang struktur material dan bagaimana hubungannya dengan sifat-sifatnya, ilmuwan material harus mempelajari bagaimana atom, ion, dan molekul yang berbeda diatur dan terikat satu sama lain. Ini melibatkan studi dan penggunaan kimia kuantum atau fisika kuantum.Fisika benda padat, kimia benda padat, dan kimia fisik juga terlibat dalam studi ikatan dan struktur. d. Kristalografi Kristalografi adalah ilmu yang meneliti susunan atom dalam padatan kristal. Kristalografi adalah alat yang berguna bagi para ilmuwan material. Dalam kristal tunggal, efek susunan kristal atom sering mudah dilihat secara makroskopis, karena bentuk alami kristal mencerminkan struktur atom. Lebih lanjut, sifat fisik sering dikendalikan oleh cacat kristal. Pemahaman tentang struktur kristal merupakan prasyarat penting untuk memahami cacat kristalografi. Sebagian besar bahan tidak terbuat sebagai kristal tunggal, tetapi dalam bentuk polikristalin yaitu sebagai agregat dari kristal kecil dengan orientasi yang berbeda. Karena itu, metode difraksi bubuk yang menggunakan pola difraksi sampel polikristalin dengan sejumlah besar kristal memainkan peran penting dalam penentuan struktural. Sebagian besar bahan memiliki struktur kristal, tetapi beberapa bahan penting tidak menunjukkan struktur kristal yang biasa. Polimer menampilkan berbagai tingkat kristalinitas, dan banyak yang sepenuhnya nonkristalin.Kaca, beberapa keramik, dan banyak bahan-bahan alami yang amorf, tidak memiliki urutan jarak jauh pada pengaturan atom mereka.Studi tentang polimer menggabungkan unsur-unsur termodinamika kimia dan statistik untuk memberikan deskripsi sifat fisik termodinamika dan mekanis. e. Struktur nano Struktur nano berurusan dengan objek dan struktur yang ada dalam kisaran panjang 1-100 nm.Dalam banyak bahan, atom atau molekul menggumpal bersama untuk membentuk objek di skala nano.Ini menyebabkan banyak sifat listrik, magnetik, optik, dan mekanik yang menarik. Dalam menggambarkan struktur nano perlu untuk membedakan antara jumlah dimensi pada skala nano. Permukaan nanotekstur memiliki satu dimensi pada skala nano, yaitu ketebalan permukaan suatu benda pada kisaran antara 0,1 dan 100 nm. Tabung nano memiliki dua dimensi 20



pada skala nano, yaitu diameter tabung pada kisaran antara 0,1 dan 100 nm, tetapi panjangnya bisa jauh lebih besar. Dan partikel nano bola memiliki tiga dimensi pada skala nano, yaitu partikelnya berkisar antara 0,1 dan 100 nm di setiap dimensi spasial. Istilah nanopartikel dan partikel ultrahalus (UFP) sering digunakan secara sinonim meskipun UFP dapat mencapai rentang mikrometer.Istilah 'struktur nano' sering digunakan ketika mengacu pada teknologi magnetik.Struktur nano dalam biologi sering disebut ultrastruktur. Bahan yang atom dan molekulnya membentuk konstituen dalam skala nano (yaitu bahan yang membentuk struktur nano) disebut bahan nano atau nanomaterial.Nanomaterial adalah subjek penelitian intens di komunitas ilmu material karena sifat unik yang mereka miliki. Kimia material digunakan dalam :  Logam dan alloy  Polimer dan komposit



 Keramik ( material semen dan kaca)  Material alamiah ( kayu dan karet)  Material elektronik dan semikonduktor



2.3 Bab III Konsep Gelombang Dalam Biologi Dan Kimia A. Pengertian Gelombang Gelombang adalah getaran yang merambat gerak gelombang dapat dipandang sebagai perpindahan momentum dari suatu titik di dalam ruang ke titik lain tanpa perpindahan materi Rumus dasar gelombang adalah :



Dengan : v = kecepatan rambat λ= Panjang gelombang Sinar matahari ini termasuk salah satu dari gelombang elektromagnetik. Gelombang ini bisa merambat dari sumber gelombang ke tempat lain tanpa bantuan medium. Jadi tidak perlu 21



adanya udara atau air buat merambat, berbeda dengan beberapa gelombang yang butuh medium buat ngerambat. Rambatan gelombang ini dari luar angkasa ke bumi membawa beberapa karakter gelombang yang bisa diukur seperti kecepatan gelombang, amplitudo, frekuensi, dan panjang gelombang.Cepat rambat energi elektromagnetik dalam bentuk gelombang ini tergolong konstan sehingga panjang dan frekuensinya berbanding terbalik. Jadi semakin tinggi level energi pada sumber energi atau sumber gelombang, bakalan bikin panjang gelombangnya pendek dan frekuensinya makin tinggi. Karena ada banyak level gelombang maka panjang gelombangnya juga bermacem-macem sehingga ada beberapa jenis gelombang dalam spektrum elektromagnetik. 



Gelombang Radio







Gelombang Mikro







Gelombang Infrared







Gelombang Tampak







Sinar Ultraviolet







Sinar X







Sinar Gamma



B. Contoh Penerapan Konsep Gelombang Dalam Bidang Biologi a. Gelombang Inframerah Gelombang inframerah merupakan gelombang dengan rentang frekuensi 1011 Hz-1014 Hz. Panjang gelombangnya sekitar 10-4 cm -10-1 cm. Berikut merupakan aplikasi gelombang inframerah dalam bidang kesehatan : 1. Gelombang inframerah dapat mengaktifkan molekul air dalam tubuh. Hal ini disebabkan karena inframerah mempunyai getaran yang sama dengan molekul air. Sehingga, ketika molekul tersebut pecah maka akan terbentuk molekul tunggal yang dapat meningkatkan cairan tubuh. 2. Meningkatkan sirkulasi mikro. Bergetarnya molekul air dan pengaruh inframerah akan menghasilkan panas yang menyebabkan pembuluh kapiler membesar, dan 22



meningkatkan temperaturkulit, memperbaiki sirkulasi darah dan mengurani tekanan jantung. 3. Meningkatkan metabolisme tubuh. Jika sirkulasi mikro dalam tubuh meningkat, racun dapat dibuang dari tubuh kita melalui metabolisme. Hal ini dapat mengurangi beban liver dan ginjal. 4. Mengembangkan Ph dalam tubuh. Sinar inframerah dapat membersihkan darah, memperbaiki tekstur kulit dan mencegah rematik karena asam urat yang tinggi. 5. Inframerah jarak jauh banyak digunakan pada alat-alat kesehatan. Pancaran panas yang berupa pancaran sinar inframerah dari organ-organ tubuh dapat dijadikan sebagai informasi kondisi kesehatan organ tersebut. Hal ini sangat bermanfaat bagi dokter dalam diagnosis kondisi pasien sehingga ia dapat membuat keputusan tindakan yang sesuai dengan kondisi pasien tersebut. Selain itu, pancaran panas dalam intensitas tertentu dipercaya dapat digunakan untuk proses penyembuhan penyakit seperti cacar. Contoh penggunaan inframerah yang menjadi trend saat ini adalah adanya gelang kesehatan Bio Fir. Dengan memanfaatkan inframerah jarak jauh, gelang tersebut dapat berperang dalam pembersihan dalam tubuh dan pembasmian kuman ataubakteri. b. Sinar Ultraviolet Sinar ultraviolet memiliki beberapa manfaat untuk kelangsungan kehidupan makhluk di bumi, diantaranya : 1. Sumber alami vitamin D 2. Membantu pengobatan penyakit Penyakit yang proses penyembuhannya dapat dibantu dengan sinar ultraviolet antara lain: 



Psoriasis, yaitu gangguan kronis pada kulit yang menyebabkan kulit bersisik,gatal, kering, muncul bercak merah yang menyakitkan. Peranan dari sinar UV adalah dengan memperlambat pertumbuhan sel-sel kulit serta mengurangi gejalanya.







Lupus vulgaris ( TBC kulit ), yaitu penyakit yang menghasilkan borok besar pada wajah dan leher. Penyakit ini sulit disembuhkan dan sering meninggalkan bekas luka yang sangat menggannggu penampilan. Seorang dokter asal Denmark bernama Neils Finzen mengembangkan sebuah penemuan berupa lampu UVB yang dapat menyembuhkan penyakit ini. 23







Vitiligo, yaitu hilangnya pigmentasi kulit yang disebabkan oleh kerusakan sel-sel penghasil pigmen / melanosit. Dalam pengobatannya, pasien diberikan obat yang disebut psoralen untuk membuat kulit lebih sensitif terhadap sinar UV dan selanjutnya terkena radiasi UV – A.



3. Meningkatkan Mood Penelitian menunjukkan bahwa manfaat matahari antara lain dapat merangsang kelenjar pineal dalam otak untuk memproduksi bahan kimia tryptamines. Sinar matahari berguna untuk meningkatkan suasana hati (mood). 4. Membantu Proses Deteksi Makanan Bagi hewan seperti burung, reptil, dan berbagai jenis serangga, sinar UV dapat membantu untuk menemukan sumber makanan, seperti buah-buahan yang matang, bunga, serta bijibijian. 5. Membantu Proses Navigasi Serangga Beberapa jenis serangga menggunakan pancaran sinar UV dari benda-benda langit untuk membantu proses navigasi dalam penerbangan. Karena itulah terkadang pancaran cahaya dapat menarik serangga terbang. 6. Membantu Proses Desinfeksi dan Sterilisasi Kuman dan Bakteri Sinar UV sangat efektif membunuh mikroorganisme seperti virus dan juga bakteri dengan cara menembus membran sel dan menghancurkan DNA, sehingga kemampuan virus dan bakteri untuk bereproduksi dan berkembang biak bisa dihentikan. Seperti pada dunia medis, sinar UV digunakan untuk mensterilkan alat-alat kesehatan, serta ruang operasi. 7. Membantu Mencegah Berbagai Jenis Kanker Sebuah penelitian menyatakan bahwa paparan sinar matahari dalam tingkat tertentu, dapat membantu mencegah terjangkitnya berbagai jenis kanker,



seperti kanker



payudara, kanker prostat, dan kanker usus. 8. Melindungi Kulit Saat Tersengat Sinar Matahari Sinar UV dapat merangsang melanosit (sel yang terletak di lapisan paling bawah stratum basal pada epidermis kulit, lapisan tengah mata, telinga dalam, meninges, tulang dan jantung) untuk menghasilkan lebih banyak pigmen melanin. Hal ini nantinya akan melindungi kulit dari bahaya sinar matahari, seperti terjangkitnya kanker kulit. Selain itu, 24



sinar matahari juga dapat merangsang ketebalan lapisan bagian atas kulit.Hal inilah yang menjadikan kulit lebih kuat menghadapi beberapa masalah, seperti luka dan paparan sinar matahari itu sendiri. 9. Membantu Proses Fotosintesis pada Tumbuhan Sinar ultraviolet dapat membantu proses fotosintesis yang menghasilkan zat makanan seperti karbohidrat. Proses memasak makanan ini, dilakukan oleh tumbuh–tumbuhan yang mengandung zat hijau daun (klorofil), alga dan beberapa jenis bakteri. 10. Membunuh Bakteri dalam Minuman Pada depo-depo air, proses penyaringan air membutuhkan proses yang steril dan higienis untuk menghasilkan air yang murni serta bebas dari kuman penyakit. Dalam proses penyaringan ini, sinar ultraviolet digunakan untuk membunuh bakteri pada air yang sedang di saring. c. Sinar X Sinar X merupakan suatu bentuk radiasi elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang berkisar antara 0,01 hingga 10 nanometer dan memiliki frekuensi antara 1016 hingga 1021 Hz. Panjang gelombang sinar ini lebih pendek daripada sinar UV dan lebih lama daripada sinar gamma. Sinar X ditemukan oleh seorang ilmuwan yang berasal dari jerman yang bernama Wilhelm Conrad Rontgent pada tahun 1895 Bidang Kesehatan Seperti semua jenis tes kesehatan, X-ray sebaiknya hanya dilakukan untuk membantu dalam diagnosis medis seseorang, agar tidak menimbulkan resiko yang justru membahayakan bagi kesehatan. Beberapa manfaat lain dari Sinar X dalam dunia kesehatan, antara lain : 



Sinar-X digunakan sebagai alat untuk menyelidiki penyebab dan gejala pada penyakit pasien / mendiagnosa suatu penyakit.







Dapat membantu mengkonfirmasi ada atau tidaknya suatu penyakit atau cedera pada seorang pasien.







Sebagai radioterapi untuk membunuh sel-sel tumor dan kanker.







Mensterilkan peralatan medis.



d. Sinar Gamma 25



Sinar gamma berasal dari bahan radioaktif.Bahan radioaktif adalah bahan yang secara alami memancarkan energi.Pancaran energi radioaktif bermacam-macam.Ada yang berbentuk sinar X, sinar beta, dan sinar gamma.Pancaran bahan radioaktif dapat merusak sel tubuh makhluk hidup.Artinya, jika makhluk hidup kena pancaran sinar radioaktif terlalu lama, maka makhluk hidup bisa mati.Sedikit saja pancaran sinar radioaktif dapat mematikan bakteri dan serangga. Sekali sorot, bakteri dan serangga akan langsung mati. Kekuatan sinar gamma sangat dahsyat. Efek serta akibat yang ditimbulkan oleh radiasi zat radioaktif pada manusia antara lain: pusing-pusing, nafsu makan berkurang atau hilang, terjadi diare, badan panas atau demam, berat badan turun, kanker darah atau leukimia, meningkatnya denyut jantung atau nadi, serta daya tahan tubuh berkurang sehingga mudah terserang penyakit akibat sel darah putih yang jumlahnya berkurang. Fungsi dari sinar gamma ini antara lain adalah: 



Membunuh bakteri jahat dan serangga yang merusak makanan



Ilmuwan menggunakan sinar gamma untuk membunuh bakteri jahat dan serangga yang



merusak



makanan.



Makanan



yang



disinari



sinar



gamma



disebut



makanan



iradiasi.Bagaimana makanan iradiasi dibuat?Makanan iradiasi dibuat dengan super hatihati.Karena sinar gamma hanya dapat diperoleh dari bahan radioaktif yang sangat berbahaya.Bahan radioaktif ditaruh dalam kotak berlapis timah super tebal.Kotak berdinding tebal ini disebut mesin penghasil sinar gamma.Ilmuwan harus memakai baju anti radiasi saat mengutak-atik mesin sinar gamma.Makanan lalu dimasukkan dalam ruangan berlapis timah.Makanan dihadapkan pada mesin penghasil sinar gamma.Lalu, sinar gamma disorotkan ke makanan selama sedetik.Hasilnya 99% bakteri dan serangga langsung mati. Uniknya, makanan iradiasi tidak beracun.Karena makanan iradiasi tidak bersentuhan langsung dengan zat radioaktif.Dosis sinar gamma yang dipakai juga tidak merusak sel makanan.Sel makanan tetap utuh sehingga gizi makanan tidak berkurang.Makanan jadi tahan lama karena tidak ada bakteri dan serangga yang merusak makanan.Badan pangan dan kesehatan dunia (FAO dan WHO) menyatakan makanan iradiasi tidak berbahaya bagi manusia. C. Contoh Penerapan Konsep Gelombang Dalam Bidang Kimia a. Spektrum Emusi



26



Cahaya terdiri dari radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang yang berbeda. Oleh karena itu, ketika unsur-unsur atau senyawanya dipanaskan di atas api atau busur listrik mereka memancarkan



energi



dalam



bentuk



cahaya.



Analisis



dari



cahaya



ini,



dengan



bantuan spektroskop, memberi kita spektrum diskontinu.Spektroskop atau spektrometer adalah alat yang digunakan untuk memisahkan komponen cahaya yang memiliki panjang gelombang yang berbeda.Spektrum muncul dalam serangkaian garis yang disebut garis spektrum. Garis spektrum ini disebut spektrum atom ketika ia berasal dari sebuah atom dalam bentuk unsur. Setiap unsur memiliki spektrum atom yang berbeda.Pembentukan garis spektrum oleh atomatom suatu unsur menunjukkan bahwa atom dapat memancarkan energi hanya dalam jumlah tertentu.Ini mengarah pada kesimpulan bahwa elektron terikat bukan tidak memiliki sejumlah energi tetapi hanya sejumlah energi tertentu. Spektrum emisi dapat digunakan untuk menentukan komposisi material, karena ia berbeda untuk masing-masing unsur dalam tabel periodik. Salah satu contohnya adalah spektroskopi astronomi:



mengidentifikasi



komposisi bintang melalui



analisis



sinar



yang



diterima.



Karakteristik spektrum emisi beberapa unsur terlihat jelas dengan mata telanjang ketika unsurunsur



ini



dipanaskan.



Misalnya,



ketika



kawat



platina



dicelupkan



ke



dalam



larutan stronsium nitrat dan dikenakan nyala api, atom stronsium akan memancarkan warna merah. Serupa dengan stronsium, ketika tembaga dikenakan nyala api, nyala api akan berwarna hijau. Karakteristik khas ini memungkinkan unsur-unsur diidentifikasi melalui spektrum emisi atomnya.Tidak semua sinar yang diemisikan dapat diterima mata telanjang, karena spektrum juga mencakup sinar ultraviolet dan inframerah.Suatu emisi terbentuk ketika gas yang tereksitasi dilihat langsung melalui spektroskop. b. X-ray kristalografi  X-ray kristalografi adalah alat yang digunakan untuk mengidentifikasi struktur atom dan molekul kristal, di mana atom kristal menyebabkan seberkas sinar-X untuk menuju ke banyak arah tertentu. Dengan mengukur sudut dan intensitas ini sampel akan terdifraksi. Salah satu contoh alatnya adalah X-Ray Diffractrometer (XRD).Pengguna X-ray kristalografi dapat menghasilkan gambar tiga dimensi dari kepadatan elektron dalam kristal. Dari kerapatan elektron ini, posisi rata-rata dari atom dalam kristal dapat ditentukan, serta ikatan kimia mereka dan berbagai informasi lainnya.



27



c. kolorimeter(menentukan konsentrasi larutan) adalah alat yang digunakan dalam kolorimetri. Di bidang sains, kata ini umumnya mengacu pada perangkat yang mengukur absorbansi pada panjang gelombang cahaya tertentu oleh larutan yang spesifik.Perangkat ini biasa digunakan untuk menentukan konsentrasi larutan terlarut yang diketahui dalam larutan yang diberikan dengan penerapan Hukum Beer-Lambert, yang menyatakan bahwa konsentrasi zat terlarut adalah sebanding dengan absorbansi. d. Spektrofotometer Spektrofotometer adalah sebuah instrument laboratorium yang menggunakan teknik spektroskopi untuk mempelajari(menganalisa) tentang absorpsi dan emisi radiasi dari suatu senyawa. Prinsip kerja dari spektrofotometer menganut hukum Lambert Beer. Dalam hukum ini jika cahaya monokromatik yang melewati satu media, maka sebagian cahaya lainnya akan diserap dan sebaian dipantulkan. Sementara sebagian lagi akan dipancarkan. Hukum Lambert Beer ini akan berjalan jika: 



Sinar yang masuk atau yang mengenai sel sampel berupa sinar dengan panjang gelombang monokromatis.







Penyerapan sinar dalam larutan tidak dipengaruhi adanya larutan lain dalam satu larutan.







Penyerapan dapat terjadi di dalam volume larutan yang memiliki luas penampang (cuvet) yang sama.







Larutan yang diukur haruslah benar-benar jernih supaya tidak terjadi hamburan cahaya partikel koloid.







Memiliki konsentrasi analit yang rendah, sebab jika konsentrasi analitnya tinggi maka akan mengganggu kelinearan grafik absorbansi.



2.4 Bab IV Penerapan Konsep Listrik Dan Magnet Pada Bidang Biologi Dan Kimia A. Listrik dan Magnet Medan magnet merupakan sebuah gambaran yang biasa kita gunakan untuk merepresentasikan bagaimana gaya magnet terdistribusi diantara suatu benda bermagnet atau disekitar benda bermagnet tersebut. Seperti yang sudah kita ketahui bahwa magnet memiliki dua 28



kutub dimana jika kita dekatkan dua buah magnet maka dapat terjadi gaya tarik-menarik ataupun gaya tolak-menolak tergantung kutub-kutub yang didekatkan. Selain itu, kita juga tahu bahwa gaya tarik-menarik atau tolak-menolak tersebut memiliki batas jangkauan disekitar magnet tersebut yang tidak bisa kita lihat. Medan magnet dapat mendeskripsikan bagaimana gaya yang tidak terlihat tersebut disekitar magnet. Magnet digunakan dalam kehidupan sehari-hari.Pada beberapa alat elektronik yang digunakan ternyata menggunakan magnet.Magnet dapat memberikan manfaat untuk menunjang kegiatan yang dilakukan manusia.Contoh penggunaan magnet dalam kehidupan sehari hari antara lain pada pengeras suara (speaker), mikropon, pintu kulkas, kompas, dinamo sepeda, alat pengangkat besi, bel listrik, dan masih banyak yang lainnya.Kegunaan alat-alat tersebut adalah untuk mempermudah pekerjaan manusia.Berikut ini beberapa contoh pemanfaatan magnet dalam kehidupan sehari-hari. 1. Pengeras Suara 2. Mikropon 3. Pintu Kulkas 4. Kompas B.Penerapan Listrik Magnet Dalam Biologi a. Kelistrikan Dan Kemagnetan Dalam Tubuh Kelistrikan memilki peranan penting dalam bidang kedokteran.Ada dua aspek kelistrikan dan magnetis dalam bidang kedokteran yaitu listrik dan magnet yang timbul dalam tubuh manusia, serta penggunaan listrik dan magnet pada permukaan tubuh manusia. b. Kelistrikan saraf Kalau ditinjau besar kecilnya serat saraf maka serat saraf dapat di bagi dalam 3 bagian yaitu serat saraf tipe A, B, dan C. dengan mempergunakan mikroskop electron, serat saraf dibagi dalam 2 tipe: yakni serat saraf bermielin dan serat saraf tanpa myelin. Saraf bermielin banyak terdapat pada manusia.Myelin merupakan suatu insulator (isolasi) makin menurun apabila melewati serat saraf yang bermielin. Kecepatan aliran listrik pada serat saraf yang berdiameter yang sama dan panjang yang sama sangat tergantung kepada lapisan mielin ini. Akson tanpa 29



mielin (diameter 1 mm) mempunyai kecepatan 20-50 m/detik.Serat saraf bermielin pada diameter 10 um mempunyai 100 m/detik. Pada serat saraf bermielin aliran sinyal dapat meloncat dari suatu simpul ke simpul yang lain. Suatu saraf atau neuron membrane otot-otot pada keadaan istirahat (tidak adanya proses konduksi implus listrik), konsentrasi ion Na+ lebih banyak diluar sel dari pda di dalam sel, di dalam sel akan lebih negative dibandingkan dengan di luar sel. Apabila potensial diukur dengan galvanometer akan mencapai -90 m Volt, membrane sel ini disebut dalam keadaan polarisasi, dengan potensial membrane istirahat -90 m Volt. c. Perambatan Potensial Aksi Potensial aksi terjadi apabila suatu daerah membrane saraf atau otot mendapat rangsangan mencapai nilai ambang.Potensial aksi itu sendiri mempunyai kemampuan untuk merangsang daerah sekitar sel membrane untuk mencapai aksi kesegala jurusan sel membrane, keadaan ini disebut perambatan potensial aksi atau gelombang depolarisasi. Setelah timbul potensial aksi, sel membrane akan mengalami repolarisasi sel membrane disebut suatu tingkat refrakter. Tingkat refrakter dibagi dalam 2 fase: 



Periode Refrakter Absolut, Selama periode ini tidak ada rangsangan, tidak ada unsure kekuatan untuk menghasilkan aksi yang lain.







Periode Refrakter Relatif, Setelah sel membran mendekati repolarisasi seluruhnya maka dari periode refrakter absolute akan menjadi periode refrakter relatif, dan apabila ada stimulus/rangsangan yang kuat secara normal akan menghasilkan potensial aksi yang baru.



Sel membrane setelah mencapai potensial membrane istirahat, sel membran tersebut telah siap untuk menghantarkan implus yang lain. Gelombang depolarisasi setelah mencapai ujung dari saraf atau setelah terjadi depolarisasi seluruhnya, gelombang tersebut akan berhenti dan tidak pernah aliran balik kearah mulainya datang rangsangan. d. Kelistrikan pada sinapsis dan neuron Hubungan antara dua buah saraf disebut sinapsi, berakhirnya saraf pada sel otot/hubungan saraf otot disebut Neuromyal junction. Baik sinapsis maupun neuromyal junction 30



mempunyai kemampuan meneruskan gelombang depolarisasi dengan cara lompat dari satu sel ke sel yang berikutnya. Gelombang depolarisasi ini penting pada sel membrane otot, oleh karena pada



waktu



terjadi



depolarisasi.



Zat



kimia



yang



terdapat



pada



otot



akan



tringger/bergetar/berdenyut menyebabkan kontraksi otot dan setelah itu akan terjadi repolarisasi sel otot hal mana otot akan mengalami reaksi. e. Isyarat Magnet Jantung dan Otak Mengalirnya aliran listrik akan menimbulkan medan magnet. Medan magnet sekitar jantung disebabkan adanya aliran listrik jantung yang mengalami depolarisasi dan repolarisasi. Pencatatan medan magnet disebut magnetoksdiogram.Untuk mengukur medan magnet dari suatu besaran benda diperlukan suatu ruang yang terlindung dan sangat peka terhadap detector medan magnet (magnetometer). Detector yang dipergunakan yaitu SQUID ( Superconding Quantum Interference Device) yang bekerja pada suhu 5 derajat K, dan dapat mendeteksi medan magnet yang disebabkan arus searah atau arus bolak-balik. Ada 2 alat untuk mencatat medan magnet ini antara lain: f. Magnetokardiografi (MKG) MKG



memberi



didekatkan/ditempelkan



informasi pada



jantung



tanpa



mempergunakan



tidak



seperti



halnya



badan,



pada



elektroda waktu



yang



melakukan



EKG.Pencatatan dilakukan di daerah badan dengan jarak 5 cm. lokasi rekaman diberi kode B, D, F, H, I, J, L (vertical).Horizontal dilakukan perekaman 5-6 kali dibubuhi huruf I dan ditandai dengan angka (1, 3, 5, 9).Informasi yang diperlukan pada MKG tidak dapat dipakai sebagai EKG oleh karena dalam pengukuran medan magnet mempergunakan arus searah yang mengenai otot dan saraf. Perekaman MCG akan memberi informasi yang berguna dalam diagnosis apabila dikerjakan pada waktu jantung mengalami serangan oleh karena pada saat ini dipergunakan arus listrik. g. Magnetoensefalogram (MEG) MEG yaitu pencatatan medan magnet sekeliling otak dengan mempergunakan arus searah. Alat yang adalah SQUID magnetometer. Pada rithme alpha, medan magnet berkisar 1 x 10 pangkat -13 T. Seseorang akan menderita syok lebih serius pada tegangan 220 Volt dari pada



31



tegangan 80 Volt. Oleh karena, kuat arus pada tegangan 220 Volt lebih besar dari pada tegangan 80 Volt (R) sama. 



Basah atau tidaknya kulit penderita







Basah tidaknya lantai



Dari sudut parameter-paraameter lainya : 



Jenis kelamin







Frekuensi AC







Duration







Berat Badan







Jalan yang ditempuh arus



Kelistrikan



pada



tubuh



berkaitan



dengan



komposisi



ion



yang



terdapat



dalam



tubuh.Kelistrikan dan kemagnetan didalam tubuh sangat berpengaruh pada sistem saraf.Sistem saraf di dalam tubuh mempuanyai listrik.Pada sistem saraf pusat dan sistem saraf ootonom. C.Penerapan Konsep Listrik Magnet Dalam Kimia a. Menentukan stuktur molekul Intensitas medan magnet yang dapat memutarkan bidang cahaya terpolarisasi yang sekarang dikenal dengan efek Faraday, dapat dimanfaatkan dalam bidang kimia yaitu untuk menentukan struktur molekul. Efek faraday merupakan peristiwa yang terjadi apabila suatu bahan optic aktif ditempatkan pada arah medan tersebut sehingga arah polarisasinya diputar dengan sudut β sudut rotasi sebanding dengan medan magnet B dan panjang d yang yang dilalui medium dimana cahaya ditransmisikan. b. Elektrolisis kimia Selelektrolisis adalah selelektro kimia di mana energy listrik digunakan untuk menjalankan reaksi redokstidak spontan.Reaksi elektrolisis dapat didefinisikan sebagai reaksi peruraian zat dengan menggunakan arus listrik. Faraday meneliti hubungan antara besarnya kuat arus yang mengalir di dalam sel dan hasil kimia yang berubah di elektroda saat berlangsung proses elektrolisis. Penelitian tersebut membuktikan bahwa electron merupakan pereaksi pembatas dalam elektrolisis. Hukum Faraday yaitu jumlah elektron yang terlibat dalam reaksi 32



memengaruhi hasil elektrolisis di bagian katoda.Keterkaitan antara muatan listrik dan molelek tronini merupakan pondasi dasar untuk menyelesaikan permasalahan terkait elektrolisis. Hal itu karena jumlah reaktan yang bereaksi maupun produk yang dihasilkan dipengaruhi oleh jumlah molelektron yang mengalir dalam rangkaian selelektrolisis.Prinsip kerja selelektrolisis adalah menghubungkan kutub negative dari sumber arus searah kekatode dan kutub positif ke anode sehingga terjadi over potensial yang menyebabkan reaksi reduksi dan oksidasi tidak spontan dapat berlangsung.Elektronakan mengalir dari katodeke anode. Ion-ion positif akan cenderung tertarik kekatode dan tereduksi, sedangkan ion-ion negative akan cenderung tertarik ke anode dan teroksidasi. 2.5 Bab V Konsep Fiskum Dalam Bidang Biologi Dan Kimia A. Penerapan Konsep Fisika Kuantum Dalam Bidang Biologi Biologi kuantum adalah studi tentang penerapan mekanika kuantum dan kimia teori pada objek dan masalah biologis.Banyak proses biologis melibatkan konversi energi menjadi bentuk yang dapat digunakan untuk transformasi kimia, dan bersifat mekanika kuantum.Proses tersebut melibatkan reaksi kimia, penyerapan cahaya, pembentukan keadaan elektronik tereksitasi, transfer energi eksitasi, dan transfer elektron dan proton (ion hidrogen) dalam proses kimia, seperti fotosintesis, penciuman, dan respirasi seluler. Biologi kuantum dapat menggunakan komputasi untuk memodelkan interaksi biologis dalam kaitannya dengan efek mekanis kuantum.Biologi kuantum berkaitan dengan pengaruh fenomena kuantum non-trivial, yang dapat dijelaskan dengan mereduksi proses biologis menjadi fisika fundamental, meskipun efek ini sulit dipelajari dan dapat bersifat spekulatif. Biologi kuantum adalah bidang yang sedang berkembang, sebagian besar penelitian saat ini bersifat teoritis dan tunduk pada pertanyaan yang memerlukan eksperimen lebih lanjut.Meskipun bidang ini baru saja menerima banyak perhatian, bidang ini telah dikonseptualisasikan oleh fisikawan sepanjang abad ke-20.Pelopor awal fisika kuantum melihat penerapan mekanika kuantum dalam masalah biologis.Buku Erwin Schrödinger tahun 1944, What



is



Life?membahas



aplikasi



mekanika



kuantum



dalam



biologi.Schrödinger



memperkenalkan gagasan "kristal aperiodik" yang berisi informasi genetik dalam konfigurasi 33



ikatan kimia kovalennya .Dia lebih lanjut menyarankan bahwa mutasi diperkenalkan oleh "lompatan kuantum". Perintis lain Niels Bohr, Pascual Jordan, dan Max Delbruck berpendapat bahwa ide komplementaritas kuantum adalah fundamental bagi ilmu kehidupan.Pada tahun 1963, Per-Olov Löwdin menerbitkan terowongan proton sebagai mekanisme lain untuk mutasi DNA. Dalam makalahnya, ia menyatakan bahwa ada bidang studi baru yang disebut "biologi kuantum". Aplikasi Fisika Kuantum dalam Bidang Biologi : a. Fotosintesis Organisme yang menjalani fotosintesis menyerap energi cahaya melalui proses eksitasi elektron pada antena.Antena ini bervariasi di antara organisme.Misalnya bakteri menggunakan antena berbentuk cincin, sedangkan tumbuhan menggunakan pigmenklorofil dan menyerap foton.Fotosintesis menciptakan eksitasi Frenkel , yang memberikan pemisahan muatan yang diubah sel menjadi energi kimia yang dapat digunakan.Energi yang terkumpul di lokasi reaksi harus ditransfer dengan cepat sebelum hilang akibat fluoresensi atau gerakan getaran termal.Berbagai struktur, seperti kompleks FMO pada bakteri sulfur hijau, bertanggung jawab untuk mentransfer energi dari antena ke lokasi reaksi.Studi spektroskopi elektron FT dari penyerapan dan transfer elektron menunjukkan efisiensi di atas 99%, yang tidak dapat dijelaskan oleh model mekanik klasik seperti model difusi.Sebaliknya, pada awal 1938, para ilmuwan berteori bahwa koherensi kuantum adalah mekanisme transfer energi eksitasi.



Para ilmuwan baru-baru ini mencari bukti eksperimental dari mekanisme transfer energi yang diusulkan ini.Sebuah studi yang diterbitkan pada tahun 2007 mengklaim identifikasi 34



koherensi kuantum elektronik



[9]



pada −196 ° C (77 K).Studi teoritis lain dari tahun 2010



memberikan bukti bahwa koherensi kuantum hidup selama 300 femtosekon pada suhu yang relevan secara biologis (4 ° C atau 277 K).Pada tahun yang sama, percobaan yang dilakukan pada ganggang kriptofit fotosintetik menggunakan spektroskopi gema foton dua dimensi menghasilkan konfirmasi lebih lanjut untuk koherensi kuantum jangka panjang.[10] Studi ini menunjukkan bahwa, melalui evolusi, alam telah mengembangkan cara untuk melindungi koherensi kuantum untuk meningkatkan efisiensi fotosintesis.Namun, studi tindak lanjut kritis mempertanyakan interpretasi hasil ini.Spektroskopi molekul tunggal sekarang menunjukkan karakteristik kuantum fotosintesis tanpa gangguan gangguan statis, dan beberapa penelitian menggunakan metode ini untuk menetapkan tanda tangan koherensi kuantum elektronik yang dilaporkan ke dinamika nuklir yang terjadi di kromofor. Sejumlah proposal muncul mencoba menjelaskan koherensi panjang yang tak terduga.Menurut satu proposal, jika setiap situs di dalam kompleks merasakan kebisingan lingkungannya sendiri, elektron tidak akan tetap berada di minimum lokal karena koherensi kuantum dan lingkungan termal , tetapi melanjutkan ke lokasi reaksi melalui perjalanan kuantum. Proposal lainnya adalah bahwa laju koherensi kuantum dan penerowongan elektron menciptakan penyerap energi yang memindahkan elektron ke lokasi reaksi dengan cepat.Karya lain menyarankan bahwa kesimetrian geometris dalam kompleks dapat mendukung transfer energi yang efisien ke pusat reaksi, mencerminkan transfer keadaan sempurna dalam jaringan kuantum.Selanjutnya, percobaan dengan molekul pewarna buatan menimbulkan keraguan pada interpretasi bahwa efek kuantum bertahan lebih dari seratus femtoseconds. Pada tahun 2017, eksperimen kontrol pertama dengan protein FMO asli dalam kondisi ambien menegaskan bahwa efek kuantum elektronik hilang dalam 60 femtosekon, sementara transfer eksiton keseluruhan membutuhkan waktu dalam urutan beberapa pikodetik.Pada tahun 2020, sebuah tinjauan berdasarkan koleksi luas eksperimen dan teori kontrol menyimpulkan bahwa efek kuantum yang diusulkan selama koherensi elektronik berumur panjang dalam sistem FMO tidak berlaku.Sebaliknya, penelitian yang menyelidiki dinamika transportasi menunjukkan bahwa interaksi antara mode eksitasi elektronik dan getaran dalam kompleks FMO memerlukan penjelasan semi-klasik, semi-kuantum untuk transfer energi eksiton.Dengan kata lain, sementara



35



koherensi kuantum mendominasi dalam jangka pendek, deskripsi klasik paling akurat untuk menggambarkan perilaku jangka panjang eksiton. Proses lain dalam fotosintesis yang memiliki efisiensi hampir 100% adalah transfer muatan , sekali lagi menunjukkan bahwa fenomena mekanika kuantum sedang berperan.Pada tahun 1966, sebuah studi tentang bakteri fotosintetik Chromatium menemukan bahwa pada suhu di bawah 100 K, oksidasi sitokrom tidak bergantung pada suhu, lambat (dalam urutan milidetik), dan energi aktivasi sangat rendah.Penulis, Don DeVault dan Britton Chase, mendalilkan bahwa karakteristik transfer elektron ini menunjukkan penerowongan kuantum , di mana elektron menembus penghalang potensial meskipun memiliki lebih sedikit energi daripada yang diperlukan secara klasik. b. Mutasi DNA Asam deoksiribonukleat, DNA , bertindak sebagai petunjuk untuk membuat protein di seluruh tubuh.Terdiri dari 4 nukleotida guanin, timin, sitosin, dan adenin.Urutan nukleotida ini memberikan "resep" untuk protein yang berbeda.Setiap kali sel mereproduksi, ia harus menyalin untaian DNA ini.Namun, terkadang selama proses penyalinan untai DNA, mutasi, atau kesalahan dalam kode DNA, dapat terjadi.Sebuah teori tentang alasan di balik mutasi DNA dijelaskan dalam model mutasi DNA Lowdin.Dalam model ini, nukleotida dapat berubah bentuk melalui proses penerowongan kuantum .Karena itu, nukleotida yang berubah akan kehilangan kemampuannya untuk berpasangan dengan pasangan basa aslinya dan akibatnya mengubah struktur dan urutan untai DNA.Paparan sinar ultraviolet dan jenis radiasi lainnya dapat menyebabkan mutasi dan kerusakan DNA.Radiasi juga dapat mengubah ikatan di sepanjang untai DNA di pirimidin dan menyebabkan ikatan dengan diri mereka sendiri menciptakan dimer. Dalam banyak prokariota dan tumbuhan, ikatan ini diperbaiki ke bentuk aslinya dengan fotolyase enzim perbaikan DNA.Seperti yang tersirat dari awalannya, photolyase bergantung pada cahaya untuk memperbaiki untaian.Photolyase bekerja dengan kofaktornya FADH , flavin adenine dinucleotide, sambil memperbaiki DNA.Photolyase dieksitasi oleh cahaya tampak dan mentransfer elektron ke kofaktor FADH-.FADH- sekarang memiliki sebuah elektron ekstra memberikan elektron ke dimer untuk memutuskan ikatan dan memperbaiki DNA.Transfer elektron ini dilakukan melalui penerowongan elektron dari FADH ke dimer .Meskipun kisaran 36



tunneling jauh lebih besar daripada kemungkinan dalam ruang hampa, tunneling dalam skenario ini dikatakan sebagai "tunneling yang dimediasi superexchange", dan dimungkinkan karena kemampuan protein untuk meningkatkan kecepatan tunneling elektron. c. Teori Getaran Penciuman Penciuman, indra penciuman, dapat dipecah menjadi dua bagian;penerimaan dan deteksi bahan kimia, dan bagaimana deteksi itu dikirim ke dan diproses oleh otak.Proses pendeteksian bau ini masih dipertanyakan.Satu teori bernama " teori bentuk penciuman " menunjukkan bahwa reseptor penciuman tertentu dipicu oleh bentuk bahan kimia tertentu dan reseptor tersebut mengirimkan pesan tertentu ke otak.Teori lain (berdasarkan fenomena kuantum) menyatakan bahwa reseptor penciuman mendeteksi getaran molekul yang mencapainya dan "bau" disebabkan oleh frekuensi getaran yang berbeda, teori ini dengan tepat disebut "teori getaran penciuman." Teori getaran penciuman, yang dibuat pada tahun 1938 oleh Malcolm Dyson tetapi dihidupkan kembali oleh Luca Turin pada tahun 1996, menyatakan bahwa mekanisme indera penciuman disebabkan oleh reseptor G-protein yang mendeteksi getaran molekuler akibat elektron inelastis. tunneling, tunneling dimana elektron kehilangan energi, melintasi molekul.Dalam proses ini sebuah molekul akan mengisi situs pengikatan dengan reseptor Gprotein .Setelah pengikatan bahan kimia ke reseptor, bahan kimia tersebut kemudian akan bertindak sebagai jembatan yang memungkinkan elektron ditransfer melalui protein.Saat elektron berpindah melalui dan itu biasanya akan menjadi penghalang bagi elektron dan akan kehilangan energinya karena getaran molekul yang baru-baru ini terikat ke reseptor, menghasilkan kemampuan untuk mencium molekul. Sementara teori getaran memiliki beberapa bukti konsep eksperimental, ada beberapa hasil kontroversial dalam eksperimen.Dalam beberapa percobaan, hewan mampu membedakan bau antara molekul dengan frekuensi berbeda dan struktur yang sama percobaan lain menunjukkan bahwa orang tidak menyadari membedakan bau karena frekuensi molekul yang berbeda.Namun, hal ini belum terbukti, dan bahkan telah terbukti berpengaruh pada penciuman hewan selain manusia seperti lalat, lebah, dan ikan. d. Visi



37



Penglihatan bergantung pada energi terkuantisasi untuk mengubah sinyal cahaya menjadi potensial aksi dalam proses yang disebut fototransduksi .Dalam fototransduksi, foton berinteraksi dengan kromofor dalam reseptor cahaya.Kromofor menyerap foton dan mengalami fotoisomerisasi .Perubahan struktur ini menyebabkan perubahan dalam struktur reseptor foto dan jalur transduksi sinyal yang dihasilkan mengarah ke sinyal visual.Namun, reaksi fotoisomerisasi terjadi dengan kecepatan tinggi, di bawah 200 femtoseconds, dengan hasil yang tinggi.Model menyarankan penggunaan efek kuantum dalam membentuk keadaan dasar dan potensi keadaan tereksitasi untuk mencapai efisiensi ini. e. Implikasi visi kuantum Eksperimen telah menunjukkan bahwa sensor di retina mata manusia cukup sensitif untuk mendeteksi satu foton.Deteksi foton tunggal dapat menghasilkan berbagai teknologi yang berbeda.Salah satu bidang perkembangannya adalah dalam komunikasi kuantum dan kriptografi.Idenya adalah menggunakan sistem biometrik untuk mengukur mata hanya dengan menggunakan sejumlah kecil titik di retina dengan kilatan foton acak yang “membaca” retina dan mengidentifikasi individu.Sistem biometrik ini hanya memungkinkan individu tertentu dengan peta retina tertentu untuk memecahkan kode pesan.Pesan ini tidak dapat didekodekan oleh orang lain kecuali si penguping menebak peta yang tepat atau dapat membaca retina penerima pesan yang dituju. f. Aktivitas Enzimatik (Biokimia kuantum) Enzim dapat menggunakan penerowongan kuantum untuk mentransfer elektron jarak jauh.Ada kemungkinan bahwa arsitektur kuantum protein mungkin telah berevolusi untuk memungkinkan keterikatan dan koherensi kuantum yang berkelanjutan.Lebih khusus lagi, mereka



dapat



meningkatkan



persentase



reaksi



yang



terjadi



melalui



penerowongan



hidrogen.Penerobosan mengacu pada kemampuan partikel bermassa kecil untuk melakukan perjalanan melalui penghalang energi.Kemampuan ini disebabkan oleh prinsip saling melengkapi, yang menyatakan bahwa benda tertentu memiliki pasangan sifat yang tidak dapat diukur secara terpisah tanpa mengubah hasil pengukuran.Elektron memiliki sifat gelombang dan partikel, sehingga mereka dapat melewati penghalang fisik sebagai gelombang tanpa melanggar hukum fisika.Studi menunjukkan bahwa transfer elektron jarak jauh antara pusat redoks melalui



38



terowongan kuantum memainkan peran penting dalam aktivitas enzimatikfotosintesis dan respirasi sel. Sebagai contoh, penelitian menunjukkan bahwa penerowongan elektron jarak jauh pada urutan 15-30 Å berperan dalam reaksi redoks pada enzim respirasi sel.Tanpa penerowongan kuantum, organisme tidak akan dapat mengubah energi cukup cepat untuk mempertahankan pertumbuhan.Meskipun ada pemisahan yang begitu besar antara situs redoks dalam enzim, elektron berhasil ditransfer dalam suhu yang umumnya tidak bergantung (selain dari kondisi ekstrem) dan bergantung pada jarak.Ini menunjukkan kemampuan elektron untuk terowongan dalam kondisi fisiologis.Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menentukan apakah tunneling spesifik ini juga koheren . g. Magnetoreception Magnetoreception mengacu pada kemampuan hewan untuk menavigasi menggunakan kemiringan medan magnet bumi.Penjelasan yang mungkin untuk magnetoresepsi adalah mekanisme pasangan radikalterjerat.Mekanisme pasangan radikal mapan dalam kimia spin, dan dispekulasikan untuk diterapkan pada magnetoresepsi pada tahun 1978 oleh Schulten dkk. Rasio antara pasangan singlet dan triplet diubah oleh interaksi pasangan elektron yang terjerat dengan medan magnet bumi.Pada tahun 2000, cryptochrome diusulkan sebagai "molekul magnet" yang dapat menampung pasangan radikal yang sensitif secara magnetis.Cryptochrome, flavoprotein yang ditemukan di mata burung robin Eropa dan spesies hewan lainnya, adalah satu-satunya protein yang diketahui membentuk pasangan radikal yang diinduksi foto pada hewan.Ketika berinteraksi dengan partikel cahaya, cryptochrome mengalami reaksi redoks , yang menghasilkan pasangan radikal baik selama foto-reduksi dan oksidasi.Fungsi cryptochrome beragam antar spesies, namun, fotoinduksi pasangan radikal terjadi melalui paparan cahaya biru, yang merangsang elektron dalam kromofor. Magnetoresepsi juga dimungkinkan dalam gelap, jadi mekanismenya harus lebih mengandalkan pasangan radikal yang dihasilkan selama oksidasi tidak tergantung cahaya. Eksperimen di lab mendukung teori dasar bahwa elektron pasangan radikal dapat dipengaruhi secara signifikan oleh medan magnet yang sangat lemah, yaitu hanya arah medan magnet lemah yang dapat mempengaruhi reaktivitas pasangan radikal dan oleh karena itu dapat "mengkatalisasi"



pembentukan



produk



kimia.Apakah 39



mekanisme



ini



berlaku



untuk



magnetoresepsi dan/ biologi kuantum, yaitu, apakah medan magnet bumi "mengkatalisasi" pembentukan produk biokimia dengan bantuan pasangan radikal, tidak dapat ditentukan karena dua alasan.Yang pertama adalah bahwa pasangan radikal mungkin tidak perlu dijerat, fitur kuantum kunci dari mekanisme pasangan radikal, untuk berperan dalam proses ini.Ada pasangan radikal terjerat dan tidak terjerat. Namun,



para



peneliti



menemukan



bukti



untuk



mekanisme



pasangan



radikal



magnetoreception ketika robin Eropa, kecoak, dan burung pengicau taman, tidak bisa lagi menavigasi saat terkena frekuensi radio yang menghalangi medan magnet dan kimia pasangan radikal.Untuk secara empiris menyarankan keterlibatan keterjeratan, sebuah eksperimen perlu dirancang yang dapat mengganggu pasangan radikal yang terjerat tanpa mengganggu pasangan radikal lainnya, atau sebaliknya, yang pertama-tama perlu didemonstrasikan di lingkungan laboratorium sebelum diterapkan ke in vivo. pasangan radikal. B. Penerapan Konsep Fisika Kuantum Dalam Bidang Kimia a. Reaksi Diels-Alder yang berlangsung dengan radiasi cahaya Adisi sebuah senyawa yang memiliki sebuah ikatan CC tidak jenuh seperti pada etilen dan akrolen pada sebuah diena seperti pada butadiena akan menghasilkan sebuah kerangka siklik yang terdiri dari enam atom karbon. Reaksi tipe ini disebut sebagai reaksi Diels-Alder. Contoh tipikal adalah reaksi antara butadien dan etilen yang menghasilkan sikloheksen ini di mana reaksi tersebut mudah terjadi. b. sistem atom hidrogen Persamaan Schrodinger untuk mendiskripsikan gerak elektron relatif terhadap proton sehingga energi potensial sistem adalah energi potensial elektron yang terikat pada inti. Karena elektron mengorbit inti pada kulit yang berbentuk bola maka fungsi gelombang dan tingkattingkat energi elektron ditentukan berdasarkan penyelesaian persamaan Schrodinger dengan koordinat bola. Hasil dari penyelesaian persamaan Schrodinger untuk atom Hidrogen dapat digunakan untuk menjelaskan teori atom menurut Bohr dan sebagai dasar teori atom secara umum. 40



Di dalam merumuskan persamaan Schrodinger untuk atom hidrogen, diperlukan berbagai tahapan yang perlu diperhatikan agar dapat dipahami dengan jelas.Tahap yang pertama adalah merumuskan model dasar atom hidrogen, tahap berikutnya yaitu mentransfer persamaan Schrodinger dari koordinat Cartesien ke dalam koordinat bola (polar).Tahap ini diperlukan karena energi potensial V merupakan fungsi dari jari-jari.Untuk menyelesaikan persamaan Schrodinger dari atom hidrogen diperlukan suatu metode pemisahan variabel, yaitu memisahmisahkan variabel yang sejenis untuk dikelompokkan menjadi persamaan yang bebas. c. Energi Disosiasi Molekul Diatomik Pada jarak yang tidak ada gaya tarik maupun gaya tolak Kedalaman energi potensial minimum berkenaan dengan energi pada jarak pemisahan tertentu, yang dinyatakan sebagai energi disosiasi kesetimbangan De atau kedalaman terbaik. Ini merupakan energi disosiasi yang diperoleh langsung dari penyelesaian persamaan Schrӧdinger untuk molekul diatomik, tetapi harus hati-hati dalam membedakannya dari energi disosiasi spektroskopi, Do. Energi disosiasi spektroskopi, Do merupakan energi yang diperlukan untuk disosiasi molekul ke tingkat vibrasi dasar menjadi dua atom d. Pendekatan Born-Oppenheimer untuk perhitungan molekul Born dan Oppenheimer menunjukkan suatu pendekatan yang dengan cara yang sama untuk penyelesaian persamaan Schrӧdinger. Mereka menunjukkan bahwa walaupun elektron bergerak jauh lebih cepat dari inti yang fungsi dari gelombang elektroniknya ψelek dapat dihitung dengan inti pada posisi tertentu. Sebagai contoh, untuk ion molekul hidrogen, inti A dan B terletak pada jarak antar inti R dan fungsi gelombang elektroniknya ψelek dan energi nilai eigennya E(R) dihitung untuk jarak antar inti. Perhitungan ini dapat diulang untuk suatu seri jarak antar inti untuk memperoleh energi potensial E(R) sebagai fungsi R. e. Model Atom Mekanika Kuantum Merupakan penyempurnaan dari model atom Bohr. Mekanika kuantum (mekanika gelombang) merupakan bentuk teori kuantum yang didasarkan pada konsep dualitas gelombangpartikel, prinsip ketidakpastian dan pandangan elektron sebagai gelombang materi. Model atom 41



mekanika kuantum merupakan gambaran matematik mengenai hukum-hukum gerakan yang diaplikasikan pada partikel yang sangat kecil (elektron) yang dapat bersifat pasti, sebagai partikel atau gelombang. Dengan teori ini energi masing-masing elektron dapat dihitung secara matematik. Model atom Mekanika kuantum menyatakan bahwa : Posisi elektron di dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti. Hanya dapat diperkirakan kemungkinan ditemukannya elektron pada suatu tempat tertentu, yang disebut orbital. Menurut teori ini elektron-elektron dalam suatu atom menempati beberapa tingkat energi (sering disebut sebagai kulit) disekeliling inti dan setiap tingkat energi terdiri dari beberapa subtingkat energi (atau subkulit) serta setiap subtingkat energi terdiri atas satu atau lebih orbital. Orbital adalah suatu daerah dalam ruang berbentuk spesifik dan dalam daerah ini besar kemungkinan ditemukannya elektron. Dengan mekanika kuantum dapat dibuktikan bahwa elektron yang dapat menempati kulit tertentu, jumlahnya terbatas. Model atom mekanika kuantum merupakan model yang paling baik dan dipakai hingga saat ini.



42



BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Dengan adanya modul ini dapat membantu siswa dalam mencari penerapan dan pengaplikasian konsep-konsep fisika didalam bidang biologi dan kimia. Seperti beberapa konsep fisika mekanika, fisika material, materi gelombang, listrik magnet dan fisika kuantum untuk bidang biologi dan kimia. Sehingga dengan adanya modul ini juga dapat membuat siswa lebih mudah memahami dan menambah pengetahuan siswa tentang beberapa penerapan konsep fisika yang ada didalam bidang biologi dan kimia. 3.2 Saran Penulis menyampaikan permohonan maaf yang sebesar-besarnya pada pembaca apabila terdapat kesalahan dalam penulisan ataupun kekeliruan dalam penyusunan tugas ini. Untuk itu, saran dan kritikan dari pembaca sangat diharapkan demi kesempurnaan Project ini. Akhir kata, semoga Project ini bisa menambah wawasan dan pengetahuan kita terutama mengenai “Modul Penerapan Konsep Fisika Untuk Bidang Biologi Dan Kimia”.



43



DAFTAR PUSTAKA Toto, Yulisma L., (2017) Analisis Aplikasi Konsep Gaya dalam Fisika yang Berkaitan dengan Bidang Biologi. Jurnal Penelitian & Pengembangan Pendidikan Fisika. Vol 3 No 1 Hal 63 http://journal.unj.ac.id/index.php/prosidingsnf/article/download/5490/4083/ https://ichsan09.blog.uns.ac.id/2010/11/20/141/ https://blog.edukasystem.com/gelombang-elektromagnetik/ http://artikel-opiniku.blogspot.com/2016/10/aplikasi-gelombang-elektromagnetik.html?m=1 https://id.m.wikipedia.org/wiki/Teknik_material https://id.wikipedia.org/wiki/Kimia_material https://translate.google.com/translate? u=https://en.wikipedia.org/wiki/Materials_science&hl=id&sl=en&tl=id&client=srp&prev=searc h https://id.wikipedia.org/wiki/Medan_magnet https://www.studiobelajar.com/medan-magnet/ https://www.mikirbae.com/2014/12/pemanfaatan-magnet.html https://translate.google.com/translate? u=https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_biology&hl=id&sl=en&tl=id&client=srp&prev=searc h



44



45