Widya Selam Hukum-Hukum Fisika Pada Penyelaman [PDF]

Citation preview

Tugas Individu



Dosen Pengampuh : Dr. Ir. Efriyeldi M.Si Mata Kuliah



: Widya Selam



Makalah “Hukum-hukum Fisika Dalam Penyelaman”



Oleh : Herliza Khairani Sahputri 1804111613



JURUSAN MANAJEMEN SUMBERDAYA PERAIRAN FAKULTAS PERIKANAN DAN KELAUTAN UNIVERSITAS RIAU PEKANBARU 2019



1



KATA PENGANTAR



Puji syukur kita panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan rahmatnya, sehingga saya dapat menyelesaikan Makalah yang berjudul “Hukumhukum Fisika Dalam Penyelaman ” dengan baik dan tepat pada waktunya. Makalah ini dibuat untuk memenuhi tugas mata kuliah Widya Selam.. isi makalah ini saya sederhanakan untuk merangkum mengenai materi mengenai adaptasi penerapan hukum-hukum fisika dalam penyelaman. Dalam penyusunan Makalah ini penulis menyadari bahwa penulisan Makalahini masih banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat mendukung dari semua pihak untuk kesempurnaan Makalah berikutnya. Semoga Makalah ini bisa bermanfaat bagi kita semua. Sekian dan terima kasih. Assalamualaikum.



Pekanbaru , 14 September 2019



Herliza Khairani S



ii



DAFTAR ISI



Isi



Halaman



KATA PENGANTAR ..........................................................................



II



DAFTAR ISI ..........................................................................................



III



DAFTAR GAMBAR .............................................................................



IV



I. PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang ............................................................................. 1.2. Tujuan dan Manfaat ....................................................................



5 5



II. ISI 2.1 Satuan tekanan ............................................................................. 2.2 Hukum-hukum Gas ...................................................................... 2.3 Daya Apung / Buoyancy ............................................................ 2.4 Suhu / Temperature ...................................................................... 2.5 Penglihatan dan Cahaya ............................................................... 2.6 Suara............................................................................................. III. PENUTUP



6 7 13 14 14 15



3.1 Kesimpulan ...................................................................................



16



DAFTAR PUSTAKA



iii



DAFTAR GAMBAR



Gambar



Halaman



1. Gambar Volume Paru-paru pada Tekanan yang berbeda ...................



11



2. Gambar Hukum Henry ........................................................................



12



iv



I.



PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Menyelam adalah kegiatan yang dilakukan dibawah permukaan air dengan atau tanpa menggunakan peralatan selam, dengan untuk mencapai suatu tujuan tertentu. Dalam kegiatan penyelaman terdapat dua jenis kegiatan selam menurut kebutuhan dan kelengkapannya, yaitu skin diving dan scuba diving. Skin diving merupakan penyelaman yang dilakukan dengan menggunakan peralatan selam dasar (masker, snorkel dan fins) dan biasanya hanya dilakukan untuk kegiatan snorkling (menikmati pemandangan bawah permukaan air) atau sport diving (penyelaman olahraga). Sedangkan scuba diving merupakan penyelaman yang menggunakan peralatan selam lengkap atau biasa disebut peralatan SCUBA (Self Breathing Underwater Breathing Apparatus) yang biasanya digunakan untuk kegiatan penyelaman ilmiah (Scientific Diving), penyelaman komersial (engginering dive, ship salvage, inspection & repair), ataupun penyelaman yang dilakukan oleh para marinir untuk kegiatan pertahan dan keamanan (Tactical / Combat Diving). Dalam penyelaman banyak hal-hal yang perlu diperhatikan seperti peralatan yang digunakan untuk menyelam, Penenyakit-penyakit yang dapat mengganggu penyelaman, biota-biota lau yang berbahaya, dan yang tak kalah penting adalah adaptasi peerapan hukum-hukum fisika dalam penyelaman itu sendiri. Dengan mengetahui hukum-hukum fisika yang terkait dengan penyelaman hal ini dapat membantu penyelam untuk melakukan menyelaman itu sendiri selain itu kita dapat mencegah hal-hal yang tidak diinginkan yang timbul akibat pengaruh yang dapat muncul dari hukum-hukum fisika tersebut. 1.2 Tujuan dan Manfaat Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui hukum-hukum fisika dalam penyelaman di dunia bawah air serta untuk mengetahui penerapan hukum-hukum fisika tersebut pada saat melakukan penyelaman. Adapun manfaat yang diperoleh dari penulisan makalah ini yaitu untuk mengembangkan pengetahuan mahasiswa mengenai widya selam dan aspek-aspek dalam penyelaman yang mana salah satunya yaitu penerapan hukum-hukum fisika dalam penyelaman tersebut.



5



II. ISI



2.1 Satuan tekanan Tekanan udara di permukaan laut pada suhu OoC pada dasarnya adalah tekanan yang disebabkan oleh berat atmosfir di atasnya. Tekanan ini konstan yaitu sekitar 760 mm Hg (14.7 Psi) dan dijadikan dasar ukuran satu atmosfir. Persamaan tekanan 1 Atmosfir = 10.07 (10) *meter air laut = 33.05 (33) * kaki air Laut = 33.93 (34) * kaki air tawar = 1.033 kg/cm2 = 14.696 (14.7) * Lbs/ins2 = 1.013 bars = 101 kilopascals = 760 mm air raksa ( mm Hg) = 760 to Tekanan akan menurun pada ketinggian karena atmosfir diatasnya berkurang, sehingga berat udarapun berkurang. Demikian sebaliknya tekanan akan meningkat bila seorang menyelam dibawah permukaan air. Hal ini disebabkan karena berat dari atmosfir dan berat dari air diatas penyelam. Ukuran-ukuran tekanan dari berbagai kedalaman mengungkapkan bahwa tekanan 760 mm Hg (yaitu sama dengan standard atmosferik pressure) akan terasa pengaruhnya kira-kira pada kedalaman 10 m dari air laut (33 kaki). Berdasarkan Hukum Pascal yang menyatakan bahwa tekanan yang terdapat di permukaan cairan akan menyebar ke seluruh arah secara merata dan tidak



6



berkurang pada setiap tempat dibawah permukaan laut, tekanan akan meningkat sebesar 760 mm Hg (1 atmosfir) untuk setiap kedalaman 10 m. Tekanan yang terdapat pada suatu titik menunjukkan tekanan 1 atmosfir (tekanan di permukaan + tekanan yang disebabkan oleh kedalaman air laut). Satuan-satuan dari jumlah tekanan adalah Atmosfir Absolut (ATA) yaitu : Kedalaman (depth)



Tekanan Absolut



(Gauge Pressure)



Di permukaan



1 ATA



0 ATG



10 meter



2 ATA



1 ATG



20 meter



3 ATA



2 ATG



30 meter



4 ATA



3 ATG



Ukuran tekanan (Gauge Pressure) menunjukkan tekanan yang terlihat pada alat pengukur dimana terbaca 0 pada tingkat permukaan. Karenanya tekanan ini selalu 1 atmosfer lebih rendah dari pada tekanan absolut.



2.2.



Hukum-hukum Gas Udara yang kita hirup mengandung komponen-komponen sebagai



berikut : - 78 % Nitrogen (N2) - 21 % Oksigen (O2) - 0,93 % Argon (Ar) - 0,04 % Carbon Dioxide (CO2) - Gas-gas mulia (Ne, He, dsb.) Gas yang umumnya digunakan untuk tujuan penyelaman adalah : - Udara (bebas kotoran) - Campuran oksigen - Campuran O2 dan Helium (He), kadang-kadang + N2 Hukum-hukum gas yang berlaku terhadap gas-gas di dalam ronggarongga tubuh seperti paru-paru, saluran yang menghubungkan hidung dengan sinus dll., serta gas-gas di dalam larutan antara lain adalah :



7



a. Hukum Boyle (Hukum Perubahan Tekanan dan Volume) Hukum ini menegaskan hubungan antara tekanan dan volume dari suatu kumpulan gas akan berbanding terbalik dengan tekanan absolut, yaitu : V = 1/P Jadi : PV = K atau P1V1 = P2V2 P = Tekanan V = Volume K = Konstan Ini berarti bahwa bilamana tekanan meningkat, volume dari suatu kumpulan gas akan berkurang atau sebaliknya. Selama tekanan sebanding dengan kedalaman, maka volume akan menjadi setengah volume dari semula. Hubungan ini berlaku terhadap semua gas-gas di dalam ruanganruangan tubuh sewaktu penyelam masuk ke dalam air maupun sewaktu naik ke permukaan.



Gambar 1. Volume Paru-paru pada Tekanan yang berbeda. Hukum Boyle pada penyelaman tahan napas



8



Seorang penyelam yang menghirup napas penuh di permukaan akan merasakan paru-parunya semakin lama semakin tertekan oleh air di sekelilingnya sewaktu ia turun. Contoh : Bila seorang penyelam Scuba menghirup napas penuh (6 liter) pada kedalaman 10 meter ( 2 ATA), menahan nafasnya dan naik ke permukaan (1 ATA), udara di dalam dadanya akan berlipat ganda volumenya menjadi 12 liter, maka ia harus menghembuskan 6 liter udara selagi naik untuk menghindari agar paru-parunya tidak meledak. P1V1



= P2V2



P1 = 2 ATA V1 = 6 liter



P1V1



2x6



V2 = ----------- = ---------P2



1



P2 = 1 ATA V2 = ?



V2 = 12 liter



Semua gas yang berada di dalam rongga tubuh akan terpengaruh oleh hubungan tekanan volume ini. Dalam hal mengenai telinga bagian tengah, tekanan air yang berperan di dalam tubuh akan dihantar oleh cairan-cairan tubuh ke rongga udara di dalam telinga bagian tengah. Selama tekanan meningkat volume akan berkurang, karena telinga bagian tengah ada di dalam rongga tulang yang kaku, rongga yang sebelumnya terisi oleh udara akan diisi jaringan yang membengkak dan menonjol ke dalam gendang telinga. Rangkaian kejadian yang menjurus ke perusakan jaringan dapat dicegah dengan menyeimbangkan tekanan (Equalizing). Udara ditiupkan ke dalam saluran Eustachius dari tenggorokan untuk menjaga agar volume gas yang ada di telinga bagian tengah tetap konstan, sehingga tekanannya menyamai tekanan air. Proses serupa dapat terjadi di dalam rongga-rongga sinus, akan tetapi disini dapat diseimbangkan sendiri (self equalizing) dalam keadaan normal, karena rongga sinus punya hubungan terbuka dengan rongga hidung. Perubahan terbesar volume gas yang mengikuti perubahan air terjadi dekat permukaan.



9



Sebagai contoh : 1 liter gas di permukaan akan menyusut sampai ½ liter pada kedalaman 10 meter ( 1 ATA sampai 2 ATA), sedang perubahan volume antara 30 meter dan 40 meter (4 ATA sampai 5 ATA) hanya akan kembali sebesar 5 % yaitu dari ¼ sampai 1/5 liter. Ini menjelaskan mengapa tidak mungkin menghindari resiko-resiko pada penyelaman dangkal.



b. Hukum Dalton (Tekanan Partial dari Campuran Gas). Hukum ini berhubungan udara (suatu campuran Nitrogen dan Oksigen) dan dengan pernafasan gas campuran. Dinyatakan bahwa jumlah tekanan dari suatu campuran gas-gas adalah jumlah dari tekanan secara tersendiri menempati seluruh ruang (volume), selama tekanan secara menyeluruh meningkat, tekanan partial dari tiap-tiap gas akan meningkat. Karena udara adalah suatu campuran yang terdiri dari kurang lebih 80% bagian N2 dan 20% bagian O2, maka udara di permukaan terdiri dari : N2 = 80% dari 1 ATA (760 mm Hg). = 0,8 ATA (608 mm Hg). O2 = 20 % dari 1 ATA (760 mm Hg) = 0,2 ATA (152 mm Hg) Tekanan partial dari suatu gas di dalam campuran diperoleh dengan mengkalikan



persentasi



gas



dengan



tekanan



total.



Dengan



kedalaman



tertentu, peningkatan tekanan partial yang terjadi adalah sebagai berikut : Permukaan = 1 ATA = 0,8 ATA N2 + 0,2 ATA 02 (PP O2 = 20% x 1 ATA) 10 meter



= 2 ATA = 1,6 ATA N2 + 0,4 ATA O2 (PP O2 = 20% x 2 ATA)



30 meter



= 4 ATA = 3,2 ATA N2 + 0,8 ATA O2 (PP O2 = 20% x 4 ATA)



40 meter



= 5 ATA = 4,0 ATA N2 + 1,0 ATA O2 (PP O2 = 20% x 5 ATA)



10



Dari tabel tersebut diatas dapat dilihat bahwa pada kedalaman 40 meter (tekanan 5 ATA), penyelam yang bernafas dengan udara biasa akan menghirup oksigen dengan tekanan partial yang sama (0,1 ATA) seperti saat ia sedang menghirup 100% O2 di permukaan air. Hukum ini penting untuk mengetahui efek Toksik Gas Pernafasan pada kedalaman, Penyakit Dekompresi dan Penggunaan Oksigen maupun Campuran Gas untuk tujuan pengobatan. Sebagai contoh : Seorang penyelam yang menghirup suatu campuran 60% / 40% Oksigen dan Nitrogen, resiko menderita keracunan Nitrogen terjadi pada kedalaman sekitar 30 meter (4 ATA).



c. Henry (Larutan Gas dan Cairan) Hal ini berhubungan dengan penyerapan gas di dalam cairan. Dinyatakan bahwa pada suhu tertentu jumlah gas yang terlarut di dalam suatu cairan berbanding lurus dengan tekanan partial dari gas tersebut di atas cairan.



Gambar 2. Hukum Henry



11



Di permukaan laut (1 ATA) dalam tubuh manusia terdapat kira-kira 1 liter larutan Nitrogen. Apabila seorang penyelam turun sampai kedalaman 10 meter (2 ATA) tekanan partial dari Nitrogen yang dihirupnya menjadi 2 kali lipat dan akhirnya yang telarut dalam jaringan juga menjadi 2 kali lipat (2 liter). Waktu sampai terjadinya keseimbangan tergantung pada daya larut gas di dalam jaringan dan pada kecepatan suplai gas ke jaringan oleh darah. Pengaruh fisiologis dari hukum ini terhadap seorang penyelam berlaku untuk Penyakit dekompresi, keracunan gas dan pembiusan gas Lembam (Inert Gas Narcosis). Bilamana tekanan yang terdapat dalam larutan terlarut cepat berkurang, gas akan keluar dari larutan dalam bentuk gelembung-gelembung gas. Pada penyelam, pelepasan gelembung-gelembung ini dapat menyumbat pembuluh darah atau merusakkan jaringan-jaringan, hal ini menyebabkan berbagai pengaruh dari penyakit dekompresi atau “Bends”. Kita dapat melihat pengaruh yang sama pada karbon dioxide di dalam larutan. Bila kita membuka botol bir dengan tiba-tiba, maka akan terlihat gelembung-gelembung gas yang naik ke permukaan botol. d. Hukum Charles (Perubahan Suhu dan Volume) Hukum ini menyangkut hubungan antara suhu, volume dan tekanan. Dinyatakan bahwa bila tekanan tetap konstan, volume dari sejumlah gas tertentu adalah berbanding lurus dengan suhu absolut. Hukum ini ada hubungannya dengan kompresi dan dekompresi dari gas-gas dan pengaruhnya terhadap silinder, regulator, chamber dan lain-lain, serta menerangkan bahwa perubahan tekanan dapat dilihat bilamana silinder yang berisi udara tekan terjemur di matahari. Bila volume tetap konstan dan suhu meningkat, tekanan akan meningkat. Hukum Charles dapat dilihat bila seorang yang secara tidak sengaja melubangi tabung semprot (Spray Can) dan melihat gas yang menguap di udara.



12



2.3. Daya Apung / Buoyancy Hukum Archimedes menyatakan bahwa setiap benda yang dibenamkan seluruhnya atau sebagian ke dalam cairan mendapat tenaga dorong sebesar bobot cairan yang digantikan. Semakin padat cairan itu semakin besar daya apungnya. Dengan demikian penyelam dan kapal-kapal mengapung lebih tinggi di air laut daripada di air tawar. Dengan paru-paru mengembang sepenuhnya, orang biasanya akan mengapung di atas permukaan air laut, hal ini karena orang mempunyai daya apung positif. Apakah positif



atau



negatif



penyelam



dapat



mengapung secara



merupakan ciri dari setiap penyelam. Manfaat



mengetahui apakah anda termasuk memiliki daya apung positif atau negatif adalah untuk : - Upaya yang diperlukan untuk penyelaman, daya apung positif memberikan kesulitan pada saat turun, tetapi membantu saat naik; - Kemungkinan hilangnya orientasi di bawah air. Bilamana perasaan posisi penyelam sudah terganggu, seperti halnya pada daya apung netral (Netral Buoyancy) yaitu tidak tenggelam atau mengambang, pengurangan lebih lanjut pada setiap rangsangan pancaindra (Sensory Stimulation) seperti berkurangnya penglihatan di dalam air yang suram, yang parah



dengan



Tingkat



dapat



mengakibatkan



disorientasi



kemungkinan akibat-akibat yang berbahaya.



daya apung setiap penyelam dipengaruhi oleh beberapa faktor,



berat alat-alat yang dipakai dapat menyebabkan penyelam tenggelam. Silinder berisi udara tekan akan menjadi lebih terapung bila udara dipakai hingga menjadikannya ringan. Pakaian selam (wet suit) yang terdiri dari sel-sel karet busa berisi udara, bila kedalamannya bertambah, volume udara di dalam sel-sel tersebut berkurang dengan demikian mengurangi daya yang dapat



apung.



Rompi-rompi



mengembang (Buoyancy Compensator’s) dapat diisi udara untuk



mendapat daya apung positif. Bila penyelam menghirup nafas volume di dada akan meningkat, yang cenderung membuatnya mengapung, sedang bila ia 13



menghembuskan akan penyelam



cenderung



tenggelam.



Maka



sering



seorang



menghembuskan nafasnya pada saat meninggalkan permukaan untuk



memanfaatkan pengaruh tersebut dan hal itu membantunya untuk turun. 2.4. Suhu / Temperatur Suhu air di sekeliling menentukan kenyamanan penyelam secara maksimal. Hampir semua suhu perairan lebih dingin dari suhu badan yang normal (37o C atau 98o F) dan karena itu seorang penyelam akan kehilangan panas terhadap air karena konduksi. Lapisan-lapisan dari lemak atau baju selam akan mengurangi pengaruh itu. Pada penyelaman, pemeliharaan suhu badan penyelam menjadi suatu kebutuhan utama. Suhu bersamaan



dengan



air



makin



berkurang secara nyata



bertambahnya kedalaman dan perubahan suhu terbesar



terjadi setelah kira-kira 10 meter pertama. Hal itu disebabkan karena hilangnya sebagian besar panas matahari pada kedalaman yang lebih dalam. Air dingin dapat menyebabkan



gangguan-gangguan



fisiologis



yang gawat



seperti



pusing/vertigo dan sakit kepala.



2.5. Penglihatan dan Cahaya Penglihatan tanpa bantuan (cahaya) di bawah air akan buruk, yang diakibatkan oleh perbedaan-perbedaan dalam pembiasan sinar di bawah air. Masalah ini sebagian dapat diatasi dengan memakai suatu masker dimana terdapat suatu lapisan udara antara mata kita dengan air. Pemakaian suatu mask meskipun memperbaiki penglihatan di bawah air dapat menyebabkan suatu kesan palsu akan jarak, menjadikan benda-benda terlihat kurang lebih ¼ lebih besar dan lebih dekat dari jarak sebenarnya. mengapa penyelam



Ini



menerangkan



yang daya penglihatannya kurang baik akan meningkat



sedikit di bawah air. Lensa yang dapat memperbaiki penglihatan (corrective lens) dapat dipasang pada mask untuk mereka yang memakai kacamata. Pemakaian lensa kontak (contact lens) di bawah air telah berhasil baik untuk digunakan pada face mask maupun pemakaian langsung. Ketajaman penglihatan



14



di bawah air sangat rendah, ini dikarenakan oleh penyebaran cahaya yang membentuk bayang-bayang dari benda halus yang mengambang di dalam air apabila kontras



berkurang,



penglihatan



akan



terganggu.



dan



Kejernihan air,



cuaca yang terang dan cahaya buatan akan membantu menanggulangi masalah ini. Di bawah air warna-warna tidak akan tampak seperti pada permukaan, hal ini disebabkan penyerapan terhadap panjang gelombang tiap warna yang tidak sama besarnya. Merah



-----------------



Paling banyak diserap



Orange Kuning



----------------



Sedikit kurang diserap



Hijau



----------------



Kurang banyak diserap



Biru Indigo Ungu



---------------



Paling sedikit diserap



Di kedalaman sinar matahari yang merupakan kombinasi warna-warna merah, orange, biru, indigo dan ungu akan lebih terlihat sebagai warna biru tua. 2.6. Suara Suara di bawah air sangat dipengaruhi oleh penghantarnya yaitu melalui media cairan. Kecepatan suara di bawah permukaan air kira-kira 4 kali lipat lebih cepat daripada di udara. Suara di udara akan cepat kehilangan energinya bila dipancarkan ke dalam air, dengan demikian di dalam air akan sukar mendengarkan suara yang dibuat di udara dekat permukaan air. Pendengaran seseorang di bawah air akan berkurang akibat pengaruh air terhadap gendang telinga dan beberapa frekwensi suara lebih terpengaruh dari yang lain. Memakai penutup kepala akan lebih mengurangi ambang pendengaran, akanlah sukar bagi penyelam melokalisir arah suara di dalam air. Telinga manusia telah diciptakan untuk melokalisir arah suara di udara. Mekanisme ini akan terganggu karena suara berjalan 4 kali lebih cepat di dalam air. Lokalisasi suara lebih dipersulit lagi oleh karena di bawah air suara akan dihantar ke organ pendengaran lebih baik melalui tulang kepala daripada melalui gendang telinga. 15



III. PENUTUP



3.1 Kesimpulan Dengan mempelajari fisika yang berhubungan dengan penyelaman diharapkan penyelam dapat mengetahui cara mengatasi bahaya-bahaya yang mungkin timbul karena penyelaman terhadap fisiologi manusia. Diantaranya seorang penyelam akan melakukan ekualisasi saat masuk di kedalaman air, tidak menahan napas selama naik ke permukaan dan selalu melaksanakan peyelaman tanpa dekompresi (bila diperlukan pelajari tabel selam), serta dapat melaksanakan penyelaman dengan aman dan nyaman.



16



DAFTAR PUSTAKA



Jacques-Yves Cousteau, The Ocean World of Jacques Cousteau,Vol. 20, Revised Edition, The Danbury Press, Santa Anna, 1975. Jeppesen, Sport Diver Manual, Vol. II, Jeppeson-Sanderson, Inc., Denver, Colorado, 1980. P.B. Persatuan Olahraga Selam Seluruh Indonesia, Persyaratan & Persatuan Dasar Selam Olahraga Indonesia, Jakarta, 1980. -----------, Standart Instruksi Selam Olahraga Indonesia, Jakarta, 1979 Robert W. Smith, New Science of Skin and Scuba Diving, Sixth Edition, New Century Publishers, Inc., 1980. Santosa, Kesehatan Kelautan, Jakarta, 1983



17



18