makalah fisika lingkungan
TRANSCRIPT
![Page 1: makalah fisika lingkungan](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082319/55cf9ad6550346d033a3a8a3/html5/thumbnails/1.jpg)
FISIKA LINGKUNGAN
1. Mengapa semakin besar tekanan uap air menyebabkan semakin besar kehilangan kalor laten pada
tubuh secara fisis ?
Jawab : Karena proses secara fisis yang berhubungan dalam pernyataan ini adalah hukum kekekalan
energi. Menurut Campbell (1977) konsep kekekalan energi ini, yang juga biasa ditulis dalam bentuk
persamaan kontinuitas, dalam aplikasi lanjut biofisika lingkungan akhirnya bermuara pada analisis
neraca energi.
Analisis Neraca energi dapat dilakukan dengan menggunakan pendakatan sistem. Dengan
memandang tubuh manusia sebagai suatu sistem, Havenith (1999, 2002), Blazejczyk (2000), Brake
dan bates (2002) dan Epstein and Moran (2006) menuliskan persamaan neraca panas untuk tubuh
manusia sebagaimana pada persamaan berikut,
Panas yang Tersimpan = Panas yang Diproduksi – Panas yang Hilang = (laju Metabolik –
Usaha Eksternal) – (Konduksi + Radiasi + Konveksi + Evaporasi + Respirasi)
Faktor-faktor yang menyatakan kehilangan panas tubuh sebagaimana yang telah dinyatakan
pada persamaan di atas untuk jalur konduksi, konveksi, dan radiasi, mengikuti persamaan umum
transfer atau perpindahan panas (Havenith, 2004; Campbell, 1977; Monteith and Unsworth, 1990)
yang bentuk umumnya dapat ditulis seperti persamaan,
Panas yang Hilang = (Gradien x Luas Permukaan)/Tahanan
Dari persamaan ini dapat dikemukakan bahwa untuk tiap jalur; konduksi, konveksi dan
radiasi, jumlah panas yang ditransfer bergantung pada daya penggerak (driving force), yaitu gradien
suhu dan tekanan uap, luas permukaan tubuh yang terlibat dan tahanan dimana panas mengalir,
yaitu dapat berupa insulasi pakaian. Menurut Havenith (1999, 2001, 2002, dan 2004) proses
pelepasan panas dan proses produksi panas dalam neraca energi terarah kepada mempertahankan
suhu tubuh normal sekitar 37 0C. Nilai ini dicapai dengan menyeimbangkan jumlah panas yang
dihasilkan dalam tubuh dengan jumlah panas yang hilang.
Jadi terbukti bahwa semakin besar tekanan uap air menyebabkan semakin besar kehilangan
kalor laten pada tubuh secara fisis.
![Page 2: makalah fisika lingkungan](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082319/55cf9ad6550346d033a3a8a3/html5/thumbnails/2.jpg)
2. Jelaskan apa hubungan antara temperatur, tekanan dengan kondisi manusia !
Jawab : Suhu menunjukkan derajat panas benda. Semakin tinggi suhu suatu benda, semakin panas
benda tersebut. Secara mikroskopis, suhu menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda.
Setiap atom dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan
maupun gerakan di tempat berupa getaran. Makin tingginya energi atom-atom penyusun benda,
makin tinggi suhu benda tersebut.
Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan ini terjadi karena
adanya berat air yang membuat cairan tersebut mengeluarkan tekanan. Tekanan sebuah cairan
bergantung pada kedalaman cairan di dalam sebuah ruang dan gravitasijuga menentukan tekanan air
tersebut. Hubungan ini dirumuskan sebagai berikut: “P = ρgh” dimana ρ adalah masa jenis cairan, g
(10 m/s2) adalah gravitasi, dan h adalah kedalaman cairan.
Suhu yang paling tinggi berada di permukaan. Semakin dalam suatu wilayah perairan maka
tekanan menuju dasar akan semakin besar. Hal ini mengakibatkan suhu semakin turun. Salah satu
faktorya tidak ada cahaya yang dapat menembus. Kecepatan suara akan meningkat sebanding
dengan peningkatan salinitas, suhu, dan kedalaman. Penurunan gradient suhu yang sangat menyolok
terjadi pada zona pycnocline, yakni kedalaman anatara 200 meter sampai dengan 1000 meter.
Semakin dalam akan terjadi perubahan suhu yang nyaris konstan. Zona dengan perubahan
suhu yang besar disebut thermocline. Jadi pada dasarnya thermocline berhimpit dengan pycnocline.
Pada lapisan yang paling berhimpit tersebut oleh para ahli disebut pula sebagai ‘deep scattering
layers’.
Manusia di bumi ini telah sependapat bahwa di permukaan laut memiliki tekanan 1 atm
(atmosfer). Apabila kita berada di kedalaman 10 meter di bawah permukaan laut, maka kita akan
merasakan bahwa tekanan akan bertambah menjadi 2 atm. Demikian selanjutnya hingga kedalaman
50 meter di bawah permukaan laut akan memiliki tekanan sebesar 6 atmosfer. Tekanan yang begitu
besar tersebut sebenarnya berasal dari tambahan berat massa air laut setiap 10 meter. Bandingkan
dengan keadaan di daratan, setiap mendaki pada ketinggian 100 meter diatas permukaan laut, maka
tekanan akan berkurang hanya satu cmHg.
Hubungan suhu dan tekanan tampak pada peristiwa El Nino dan La Nina. El Nino
merupakan peristiwa naiknya suhu permukaan laut (warm phase) sedangkan La Nina mempunyai
kondisi yang sebaliknya yaitu turunnya suhu permukaan air laut (cold phase) pada area khatulistiwa
Samudra Pasifik. El-Nino akan terjadi apabila perairan yang lebih panas di Pasifik tengah dan timur
meningkatkan suhu dan kelembaban pada atmosfer yang berada di atasnya. Kejadian ini mendorong
terjadinya pembentukan awan yang akan meningkatkan curah hujan di sekitar kawasan tersebut.
![Page 3: makalah fisika lingkungan](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082319/55cf9ad6550346d033a3a8a3/html5/thumbnails/3.jpg)
Bagian barat Samudra Pasifik tekanan udara meningkat sehingga menyebabkan
terhambatnya pertumbuhan awan di atas lautan bagian timur Indonesia, sehingga di beberapa
wilayah Indonesia terjadi penurunan curah hujan yang jauh dari normal. Suhu permukaan laut di
Pasifik tengah dan timur menjadi lebih tinggi dari biasa pada waktu-waktu tertentu, walaupun tidak
selalu. Keadaan inilah yang menyebabkan terjadinya fenomena La-Nina . Tekanan udara di
kawasan equator Pasifik barat menurun, lebih ke barat dari keadaan normal, menyebabkan
pembentukkan awan yang lebih dan hujan lebat di daerah sekitarnya
3. Jelaskan interaksi hubungan manusia !
Jawab : Hubungan interaksi antara manusia dengan unsur-unsur lingkungan hidup serta hubungan
interaksi antar unsur lingkungan hidup itu sendiri.
Ø Manusia dengan unsur abiotik
· Manusia sangat membutuhkan tanah untuk wahana bermukim dengan segala aktivitas yang
dilakukan. Sedangkan manusia juga berusaha menjaga kesuburan tanah.
· Setiap makhuk hidup membutuhkan air bagi kehidupannya, tidak terkecuali untuk manusia. Jadi
manusia selalu berusaha agar air tidak tercemar, agar setiap air di dunia dapat dimanfaatkan sebagai
alat yang dapat membantu manusia dalam kehidupannya.
· Udara adalah gas yang sangat diperlukan untuk kelangsungan hidup manusia. Manusia bernafas
membutuhkan oksigen, sehingga tanpa oksigen manusia tidak akan bisa hidup. Sehingga manusia
selalu membuat perubahan agar selalu dapat bernafas dengan udara yang bersih.
Ø Manusia dengan unsur biotik
· Manusia memperoleh makanan salah satunya dari tumbuhan. Dengan adanya tumbuhan, manusia
dapat memenuhi kebutuhan makanannya.
· Hewan juga merupakan konsumen dari tumbuh-tumbuhan. Hewan-hewan juga dapat
dimanfaatkan manusia sebagai bahan makanan.
Ø Manusia dengan unsur budaya
· Budaya sangat berpengaruh dengan manusia. Seperti yang kita tahu, budaya dibuat oleh manusia
untuk membantu kemudahan aktifitas manusia. Misalnya saja ilmu pengetahuan. Di dunia ilmu
pengetahuan sangat berpengaruh, tanpa ilmu pengetahuan mungkin manusia tidak akan semodern
ini.
![Page 4: makalah fisika lingkungan](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082319/55cf9ad6550346d033a3a8a3/html5/thumbnails/4.jpg)
- Unsur biotik dengan unsur abiotik
· Hewan sangat membutuhkan tanah untuk tinggal, dan hewan juga dapat menyuburkan tanah
dengan kotorannya yang dapat menjadi kompos.
· Hewan juga membutuhkan air untuk minum. Jadi air dibutuhkan untuk kelangsungan hidup
hewan.
· Hewan sama dengan manusia. Mereka bernafas membutuhkan oksigen. Jadi jika oksigen habis,
hewan akan mati.
· Tumbuhan tumbuh karena adanya tanah. Sehingga tanah sangat penting bagi kelangsungan hidup
tumbuhan. Sedangkan sampah dari tumbuhan juga dapat dijadikan kompos dan menyuburkan tanah.
· Air sangat dibutuhkan tumbuhan untuk melakukan fotosintesis, sehingga tampa air tubuhan juga
akan mati.
· Tumbuhan membutukkan karbon dioksida untuk melakukan fotosintesis. Sehingga tumbuhan
juga akan mati jika, tidak ada udara yang diperlukan.
- Unsur abiotik dengan unsur budaya
· Tanah, air, dan udara sangat bergantung kelestariannya kepada budaya manusia. Jika manusia
merusak kestabilan tanah, air, dan udara, ketiga unsur itu akan rusak. Dan kerusakan itu dapat
berakibat langsung dengan unsur biotic. Semua makhuk dapat mati dan punah. Jadi budaya manusia
yang baik dapat menjaga kelestarian unsur biotik dan akbiotik . Tapi manusia juga dapat merusak
alam dengan sekejap, jika melakukan kebudayaan yang merusak secara tidak terkontrol dan tidak
ada perbaikan.
4. Jelaskan apa yang dimaksud biofisika lingkungan !
Jawab :
Biofisika lingkungan adalah ilmu yang mempelajari mengenai bagaimana penerapan
konsep-konsep fisika pada interaksi antara mahluk hidup dengan lingkungan fisiknya, sehingga
dalam konteks ini dipelajari mengenai aplikasi konsep-konsep fisika pada interaksi antara pekerja
dan lingkungan fisiknya ketika melakukan aktivitas di alam terbuka.
![Page 5: makalah fisika lingkungan](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082319/55cf9ad6550346d033a3a8a3/html5/thumbnails/5.jpg)
5. Jelaskan perbedaan konduksi, radiatif dan konveksi !
Jawab : Perbedaan konduksi, konveksi, dan radiatif .
1. Konduksi
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat perantara dn selama terjadi perpindahan
kalor, tidak disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat perantaranya.
Perpindahan kalor di dalam zat padat dapat dijelaskan dengan teori atom. Atom atom dalam zat
padat yang dipanaskan akan bergetar dengan kuat. Atom atom yang bergetar akan memindahkan
sebagian energinya kepada atom atom tetangga terdekat yang ditumbuknya. Kemudian atom
tetangga yang ditumbuk dan mendapatkan kalor ini akan ikut bergetar dan menumbuk atom
tetangga lainnya, demikian seterusnya sehingga terjadi perpindahan kalor dalam zat padat.
Syarat terjadinya konduksi kalor suatu benda adalah adanya perbedaan suhu antar dua
tempat pada benda tersebut. Kalor akan berpindah dari tempat bersuhu tinggi ke tempat bersuhu
rendah. Jika suhu kedua tempat tersebut menjadi sama, maka rambatan kalor pun akan terhenti
Berdasarkan kemampuan suatu zat menghantarkan kalor secara konduksi, zat dapat
digolongkan menjadi dua golongan, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor adalah zat yang dapat
menghantarkan kalor dengan baik, sedangkan isolator adalah kebalikannya, yaitu zata yang sukar
menghantarkan kalor. Dari hasil percobaan diperoleh bahwa perpindahan kalor secara konduksi
bergantung pada jenis logam, luas penampang penghantar kalor, perbedaan suhu antar ujung-ujung
logam, serta panjang penghantar yang dilalui oleh kalor tersebut.
2. Konveksi
Pada saat kita memanaskan air di kompor menggunakan sebuah panci, akan terjadi
perambatan kalor dari air yang ada di dasar panci ke permukaan secara konveksi. Berdasarkan hasil
pengamatan, perpindahan kalor seperti ini terjadi pada zat yang mengalir, seperti pada zat cair dan
gas. Perpindahan kalor secara konveksi berbeda dengan perpindahan kalor secara konduksi, di mana
pada peristiwa konveksi terjadi gerakan massa atau gerakan partikel partikel zat perantara,
sedangkan pada peristiwa konduksi, hal ini tidak terjadi.
Perpindahan tersebut terjadi kerena adanya perbedaan massa jenis. Akibat panas, massa
jenis zat di bagian bawah (yang lebih dekat dengan sumber panas) akan berkurang, sehingga akan
lebih ringan daripada zat yang ada di atasnya. Hal ini yang menyebabkan zat ringan tersebut
bergerak ke atas, sedangkan zat yang lebih berat akan bergerak ke bawah. Demikian seterusnya,
sehingga air dalam panci akan berputar terus naik dan turun.
![Page 6: makalah fisika lingkungan](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082319/55cf9ad6550346d033a3a8a3/html5/thumbnails/6.jpg)
Dari permasalahan konveksi ini akan didapat bahwa rambatan kalor secara konveksi
bergantung pada koefisien konveksi termal zat yang memindahkan kalor, luas permukaan
perpindahan kalor, serta beda suhu antara tempat kalor dialirkan dengan tempat pembuangan kalor.
Secara matematis, dapat dinyatakan dengan persamaan berikut
3. Radiatif
Radiatif adalah perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Pada radiasi,
kalor atau energi merambat tanpa membutuhkan zat perantara, berbeda halnya dengan konduksi
atau konveksi yang selalu membutuhkan medium. Sebenarnya setiap benda memancarkan dan
menyerap energi radiasi. Benda panas ada yang berpijar dan ada juga yang tidak berpijar. Kedua
benda tersebut memencarkan/meradiasikan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik
dengan berbagai panjang gelombang.
Yosef Stefan menemukan bahwa laju rambat kalor secara radiasi tiap satu satuan luas
permukaan benda begantung pada sifat dan suhu permukaan benda. Benda yang mengkilap lebih
sukar memencarkan kalor daripada benda yang hitan dan kusam. Keadaan tersebut juga berlaku
untuk benda yang menyerap kalor. Benda yang permukaannnya mengkilap lebih sukar menyerap
kalor daripada benda yang permukaannnya hitam dan kusam. Jadi dapat dikatakan bahwa benda
hitam dan kusam merupakan pemancar dan penyerap kalor yang baik.
6. Jelaskan hubungan skema antara air, karbon, radiasi dan energi di dalam biosfer !
Jawab : Organisme - organisme dan kemampuannya tergantung pada aliran energi dan zat-zat yang
dapat dimanfaatkan sebagai alat bantu untuk memproduksi materi organik. Energi surya terutama
dibutuhkan untuk menjalankan peredaran materi tersebut karena elemen-elemen vital dan alat bantu
yang dapat digunakan oleh organisme-organisme pada ekosistem alam tidak tersebar merata. Aliran
ini disebut daur, siklus atau, peradaran (Frick dan Suskiyatno, 2007).
![Page 7: makalah fisika lingkungan](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082319/55cf9ad6550346d033a3a8a3/html5/thumbnails/7.jpg)
Karbon merupakan unsur penyusun semua senyawa organik, dan salah satu zat yang sangat
penting atau dipelukan makhluk hidup, selain oksigen, air dan nitrogen. Di alam karbon tersedia
dalam bentuk gas dan dapat dimamfaatkan oleh tumbuhan melaui proses fotosintesis. Bahkan
karbon banyak ditemui pada endapan dan di dalam air. dari atmosfer dan sedimen, karbon masuk ke
tubuh organisme secara kimia. Energi yang tersimpan pada tumbuhan terbentuk karena fiksasi
karbondioksida pada peristiwa fotosintesis
7. Buktikan secara fisik bahwa konduktivitas termal tergantung pada air dan kenapa pengaruh pada
ukuran dan jenis partikel dan densitas !
Jawab : Konduktivitas atau keterhantaran termal, k, adalah suatu besaran intensif bahan yang
menunjukkan kemampuannya untukmenghantarkan panas. Devries ( 1963) yang diusulkan bahwa
yang berkenaan dengan daya konduktivitas panas lahan adalah dihitung sebagai suatu penjumlahan
yang menyangkut daya konduksi dari unsur
lahan
di mana fraksi volume , adalah suatu faktor pemberat, adalah keterhantaran termal
dari unsur dan bagian m menandai adanya air, gas, dan fraksi mineral.
Kemiringan pada saturasi fungsi tekanan uap adalah bergantung pada tingkat kuatnya temperatur,
jadi konduktivitas termal nyata pada fase gas bertambah secara cepat dengan temperatur. Dalam
contoh digambarkan, konduktivitas fase gas hanya sedikit diatas 10 persen pada konduktivitas air,
tapi seiring dengan bertambahnya temperatur, hal itu menjadi semakin sama. Pada 60
konduktivitas fase gas dan air adalah sama, jadi untuk tanah basah ( ), kondutivitas menjadi
tidak bergantung pada kandungan air.
8. Buktikan tanaman dapat bergerak ! Apa hubungan secara fisis gerak tanaman dengan kecepatan
air !
Jawab : Tumbuhan bergerak karena adanya rangsangan atau iritabilitas.. Gerak tumbuhan begitu
perlahan sehingga tidak terlihat oleh mata biasa atau sulit untuk diamati secara sepintas. Tumbuhan
berbeda dengan hewan karena tidak mempunyai sistem saraf. Karena itu, respons setempat yang
cepat dalam dunia tumbuhan praktis tidak ada. Mekanisme gerak tumbuhan ada 2 macam yaitu
gerak alasotonis dan auksotonis. Macam gerak tumbuhan berdasarkan asal penyebab rangsangan
ada 2 yaitu gerak endonom (gerak dari dalam tumbuhan) dan gerak etionom (gerak dari luar tubuh
tumbuhan).
ω , g , dan
κξφ
f w≈1
0C
![Page 8: makalah fisika lingkungan](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082319/55cf9ad6550346d033a3a8a3/html5/thumbnails/8.jpg)
Hubungan fisis gerak tanaman dengan kecepatan air Tekstur tanah dapat berpengaruh pada
tanaman yang hidup di atas tanah tersebut.
1. Resistensi, terhadap menembusnya akar-akar kedalam tanah.
Tanah dengan kandungan silt dan clay yang tinggi sangat sukar ditembus oleh akar-akar
tanaman sehingga percabangan dan perkembangan akar terhambat. Hal ini akan berpengaruh pada
daerah yang mempunyai iklim kering panjang. Terutama pada tanaman-tanaman yang masih
berumur muda sangat peka terhadap tekstur tanah sehingga dapat menghasilkan tanaman dewasa
yang berbeda.
2. Peresapan air
Pada tanah-tanah yang kasar, air hujan yang jatuh akan segera masuk kedalam tanah. Kalau
kita mendapatkan tanah yang miring pada tanah yang kadar akan terjadi air aliran sedikit dan
sebaliknya pada tanah bertekstur halus. Sehingga pada umumnya pada tanah-tanah yang lebih berat
(tekstur halus) akan mudah terjadi erosi sehingga banyaknya air yang mengalir akan mempengaruhi
erosifitas tanah terutama oleh air hujan.
3. Kecepatan gerakan air dalam tanah
Pada umumnya hal di atas sangat ditentukan oleh tekstur tanah, yaitu makin halus tekstur
makin lambat gerakan air. Umumnya pada tanaman muda (annual crop) tidak menghendaki tanah
yang bertekstur halus dan sebaliknya termasuk tanaman keras lebih resisten terhadap tanah
bertekstur halus. Sehingga dengan demikian kebanyakan tanaman-tanaman muda mempunyai areal
tanah pada daerah-daerah bertekstur kasar. Dengan sendirinya pada tanaman padi justru
menghendaki sistem lempung ini karena tanaman padi termasuk tanaman yang memerlukan air
berlebihan. Kedua macam tekstur ini mempunyai kebaikan dan kelemahan pada masing-masing
tanaman. Kalau kita tinjau masalah ini pada tanah pasir maka air akan bergerak lebih cepat
dibanding pada tanah-tanah bertekstur halus. Kecepatan gerakan air pada tanah pasir ini begitu
cepat sehingga sampai keluar dari daerah perakaran, dan tidak berguna. Ini ada hubungannya
dengan mengapa tanaman muda menghendaki tanah pasir karena sistem perakarannya lebih dangkal
daripada sistem perakaran tanaman keras sehingga dengan demikian walaupun air bergerak cepat
tetapi kedalaman tertentu masih mempunyai kelembaban tertentu sehingga daerah ini masih
mengandung air yang cukup untuk mensuplai air. Bila musim kemarau datang dan tanaman sangat
tergantung pada air kapiler dari bagian tanah kecepatan naiknya kembali air tanah akan lebih cepat
pada tanah-tanah bertekstur kasar.
![Page 9: makalah fisika lingkungan](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022082319/55cf9ad6550346d033a3a8a3/html5/thumbnails/9.jpg)
9. Jelaskan apa yang dimaksud dengan difusivitas tanah dan apa hubungannya dengan kelembaman
tanah !
Jawab : Difusivitas tanah adalah difusi pada tanah organik dimana hampir konstan dengan
kandungan airnya, ketika mineral tanah memiliki transisi relatif cepat dari diffusivitas kering ke
basah . Jadi semakin kering difusitasnya semakin basah kelembaman tanah. Berikut grafik
difusivitas termal vs. volume fraksi air
Gambar. Diffusivitas termal pada tanah