Pembelahan Sel - Mitosis, Meiosis I, Meiosis II, Spermatogenesis, dan Oogenesis

Dalam artikel ini kita akan membahas salah satu cabang biologi yakni pembelahan sel. Sebelum kita membahas lebih dalam mengenai bagian-bagian dari pembelahan sel, terlebih dahulu kita harus tau apa yang dimaksud dari pembelahan sel itu sendiri. Pembelahan sel merupakan suatu proses yang menyebabkan satu sel induk menjadi dua atau lebih sel anakan. Adapun tujuan dari pembelahan sel itu sendiri adalah memperbanyak sel tubuh sehingga makhluk hidup yang mengalami pembelahan sel tersebut dapat tumbuh dan berkembang. Ada tiga cara pembelahan sel, yaitu amitosis/biner serta mitosis dan meiosis. Amitosis adalah pembelahan sel yang terjadi secara langsung tanpa tahap-tahap pembelahan, sedangkan mitosi dan meiosis adalah pembelahan sel yang terjadi melalui tahap-tahap pembelahan. Pada artikel kali saya akan bahas mengenai pembelahan mitosis dan meiosis.

 

Mitosis

Mitosis adalah pembelahan pada sel tubuh atau soma. Berfungsi untuk pertumbuhan dan regenerasi sel serta reproduksi aseksual. Pembelahan mitosis menghasilkan  dua sel anakan yang identik dengan induknya. Jika sel induk yang membelah mengandung  kromosom diploid (2n) maka sel anakan yang dihasilkan juga diploid (2n). Pada mitosis hanya  terjadi satu kali pembelahan, dimana pembelahannya diawali dengan interfase. Berikut ini fase-fase pada pembelahan mitosis:

1. Interfase dalam tahap ini terbagi atas tiga fase, yaitu fase G1, S, dan G2. Pada saat interfase terjadi pertumbuhan ukuran sel, pembelahan organel, dan sintesis protein pada fase S.

2. Profase dalam tahap ini nukleolus, membran inti, dan kromatin memendek dan menebal menjadi kromatid (empat lengan). Pada sel hewan, sentriol terbelah menjadi dua dan masing-masing bergerak menuju kutub yang berlawanan. Gelendong pembelahan (benang spindel) terbentuk mengikat kromosom pada sentromernya.

3. Metafase dalam tahap ini kromatid mengatur diri dan berjejer di bidang pembelahan (ekuator). Pada fase ini jumlah kromosom dapat dihitung.

4. Anafase dalam tahap ini sentromer membelah sehingga kromatid terbelah menjadi dua. Masing-masing kromatid bergerak ke arah kutub yang berlawanan.

5. Telofase dalam tahap ini kromatid sampai ke kutub dan berubah menjadi kromatin (benang-benang halus), membran inti terbentuk kembali, benang-benang spindel lenyap, nukleolus dan membran nukleus terbentuk kembali, dan terbentuk membran sel yang membelah sitoplasma menjadi dua

Tahap pembelahan mitosis

Meiosis

Meiosis merupakan pembelahan pada sel kelamin (gamet/gonad). Meiosis juga disebut pembelahan reduksi, yaitu pembelahan sel induk diploid (2n) menghasilkan 4 sel anakan haploid (n). Peran pembelahan meiosis yakni menghasilkan gamet yang secara genetik tidak identik (hanya setengah dari induknya), sehingga menyebabkan adanya variasi genetik. Terjadi dua kali pembelahan pada meiosis (meiosis I dan meiosis II) tanpa diselingi interfase. Berikut ini fase-fase pada pembelahan meiosis:

 

Meiosis I

1. Profase I – proses yang terjadi dapat dibedakan menjadi subtahap yakni: 1) leptoten (kromatin berubah menjadi kromosom), 2) zigoten (sentriol bergerak ke arah kutub yang berlawanan, kromosom homolog berpasangan), 3) pakiten (kromosom homolog masing-masing membelah sehingga mempunyai empat lengan), 4) diploten (kromosom homolog agak terpisah), dan 5) diakinesis (sentriol berada pada kutub yang berlawanan, terbentuk benang gelendong, membran inti dan nukleolus lenyap).

2. Metafase I – kromatid berjejer berpasangan (homolog) pada bidang ekuator.

3. Anafase I – masing-masing kromosom homolog bergerak ke kutub yang berlawanan

4. Telofase I – membran inti dan nukleolus terbentuk kembali, sedangkan benang spindel lenyap. Membran sel terbentuk sehingga sitoplasma terbelah menjadi dua (sitokinesis) membentuk dua sel anakan yang mempunyai setengah kromosom induk.

Tahap pembelahan meiosis I

Meiosis II

1. Profase II – membarn inti dan nukleolus lenyap. Sentriol bergerak ke kutub yang berlawanan. Sentromer terikat pada benang-benang gelendong.

2. Metafase II – kromatid berjejer di bidang ekuator.

3. Anafase II – sentromer membelah, kromatid memisah dan masing-masing bergerak ke kutub yang berlawanan.

4. Telofase II – membran inti dan nukleus terbentuk kembali, kromatid berubah menjadi kromatin. Sitokinesis terjadi sehingga terbentuk empat sel anakan yang bersifat haploid.

Tahap pembelahan meiosis II

Meiosis pada Pembentukan Gamet

Meiosis pada pembentukan gamet (gametogenesis) dapat dibedakan menjadi spermatogenesis (pembentukan sperma) dan oogenesis (pembentukan ovum/sel telur).

 

Spermatogenesis pada hewan

Sel induk sperma (spermatogonium) membesar menjadi spermatosit priemer – meiosis I menjadi spermatosit sekunder – meiosis II menjadi empat spermatid – berkembang menjadi spermatozoa.

Spermatogenesis pada hewan

 

Oogenesis pada hewan

Sel induk telur (oogonium) membesar membentuk oosit primer. Oosit primer mengalami meiosis I membentuk oosit sekunder dan badan kutub I. Oosit sekunder kemudian mengalami meiosis II, membelah menjadi ovum dan badan kutub, badan kutub I membelah menjadi dua badan kutub. Hasilnya adalah satu sel ovum yang fungsional dan tiga bandan kutub.

Oogenesis pada hewan

Rujukan

Khristiyono. SPM (Seri Pendalaman Materi) Biologi SMA dan MA. Jakarta:Esis 

Pembelahan Sel - Mitosis, Meiosis I, Meiosis II, Spermatogenesis, dan Oogenesis

Continue Reading →

Macam-macam Sumber Energi - Sumber Energi Konvensional dan Sumber Energi Alternatif

Sumber energi adalah segala sesuatu yang dapat membangkitkan energi. Sumber energi dapat digolongkan atas dua jenis yakni sumber energi dapat diperbaharui dan sumber energi tak dapat diperbaharui. Sumber energi yang banyak kita gunakan dewasa ini berasal dari sumber energi konvensional seperti minyak bumi, gas, maupun batu bara. Jenis sumber energi ini dikelompokkan sebagai sumber energi tak dapat diperbaharui. Dikatakan tak dapat diperbaharui karena sumber energi ini memiliki persediaan terbatas di muka bumi ini, apabila digunakan secara terus-menerus maka sewaktu-waktu sumber energi ini akan habis dan tidak bisa diperbaharui maupun digantikan lagi. Oleh karena itu, kita harus menggunakan sumber energi ini secara bijaksana.

 

Berbeda dengan sumber energi seperti minyak, gas, dan batu bara. Sumber senergi seperti air, angin, surya, dan makluk hidup persediaannya sangat melimpah di muka bumi ini, sehingga kita dapat memanfaatkannya secara terus-menerus tanpa khawatir akan kehabisan. Jenis sumber energi ini dikelompokkan sebagai sumber energi dapat diperbaharui.

 

Sumber Energi Konvensional (Sumber Energi tidak dapat Diperbaharui)

Contoh dari energi konvensional yakni minyak, gas, dan batu bara disebut juga energi fosil. Karena ketiga energi ini berasal dari bangkai-bangkai organisme dan tumbuh-tumbuhan yang tertimbun selama ratusan juta tahun yang lalu, serta tidak dapat diperbaharui.

 

Bahan bakar minyak (BBM) merupakan sumber energi yang banyak dimanfaatkan oleh manusia. Pemanfaatan BBM ini paling banyak digunakan pada transportasi. Selain itu, BBM juga digunakan di rumah tangga dan sektor industri. BBM bukan hanya digunakan sebagai bahan bakar, tetapi juga digunakan bahan baku plastik dalam industri petrokimia.

 

BBM adalah sumber energi yang tidak dapat diperbaharui. Dengan anggapan bahwa laju konsumen energi adalah seperti saat ini dan tidak ditemukan ladang minyak yang baru, minyak akan habis 50-100 tahun lagi. Oleh karena itu, pemakain BBM harus hemat.

 

Penggantian BBM dengan batu bara menimbulkan masalah lingkungan. Pembakaran batu bara pun menghasilkan gas buang sulfur dioksida (SO₂) ke atmosfer. Di atmosfer, ketika sulfur dioksida bercampur dengan awan akan menghasilkan asam sulfat (H₂SO₄). Jika awan jenis ini berkumpul maka akan mengembun dan turun sebagai hujan yang mengandung asam. Fenomena inilah yang disebut hujan asam. Akibat hujan asam ini dapat membunuh tanaman dan ikan yang berada di danau dan sungai. Selain itu, batu bara merupakan sumber energi yang juga tidak dapat diperbaharui. Sehingga, pemakaian batu bara juga harus dibatasi.

 

Gas alam merupakan bahan bakar yang lebih ramah lingkungan. Gas alam ini biasanya dimanfaatkan pada rumah tangga sebagai bahan bakar kompor. Akan tetapi, ketersediaan gas alam ini jauh lebih sedikit dibandingkan dengan ketersediaan minyak dan batu bara.

 

Energi Alternatif (Sumber Energi dapat Diperbaharui)

Energi Angin (Windmill)

Energi angin merupakan salah satu sumber energi yang terbarukan sehingga tidak dikhawatiran akan habis, apalagi jika didekatkan di dekat pantai atau di pegunungan yang kaya akan angin kencang. Dahulu kincir angin hanya dimanfaatkan untuk memompa air dan menggiling. Sekarang kincir angin dibuat besar dimanfaatkan untuk memutar generator listrik yang menghasilkan tenaga listrik. Kincir angin yang banyak dimanfaatkan menghasilkan keluaran sampai 100 kW. Pada saat ini kincir angin berkapasitas 1500 MW telah beroperasi di Amerika, Inggris, Denmark, dan Jerman. Pembangkit listrik yang menafaatkan tenaga angin disebut Pembangkit listrik tenaga bayu, disingkat PLTB

Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) Sidrap – Sulawesi Selatan

Energi Air (Water)

Air memiliki energi potensial tertentu pada saat dibendung pada suatu tempat. Air yang jatuh disalurkan melalui pepa pesat untuk diarahkan ke sudu-sudu turbin air, sehingga energi kinetik air dapat dimanfaatkan untuk menggerak turbin. Turbin dihubungkan dengan generator melalui satu poros, sehingga generator akan berputar dan menghasilkan listrik. Karena diperlukan kelajuan air tertentu pada aliran sungai, hanya sedikit tempat yang memenuhi syarat untuk dibangun PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air).

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Jatiluhur

Energi Surya

Energi surya atau energi matahari dapat diubah langsung menjadi energi kalor atau energi listrik. Konversi energi surya ke energi kalor ditampilkan pada cara kerja panel surya. Energi surya langsung diubah ke energi listrik pada sel fotovoltaik (photopoltaic cell) yang terdapat pada mobil listrik tenaga surya. Pembangkit listrik yang memanfaatkan energi surya disebut Pembangkit Listrik  Tenaga Surya (PLTS)

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) di Solor Barat - NTT

Energi Panas Bumi (Geothermal)

Menurut Internasional Renewable Energi Agency (2020), Indonesia merupaka salah satu negara yang menggunakan pembangkit litrik tenaga panas bumi (PLTP) yang besar didunia, hal ini disebabkan posisi Indonesia berada di daerah ring of fire (cincin api) daerah ini memiliki banyak gunung api.

 

Batuan panas yang terbentuk beberapa kilometer di bawah permukaan bumi memanaskan air di sekitarnya sehingga dihasilkan sumber uap panas atau geiser. Sumber uap panas ini dibor. Uap panas yang keluar dari pengeboran setelah disaring, digunakan untuk menggerakkan generator sehingga menghasilkan energi listrik. Pembangkit listrik yang menafaatkan tenaga panas bumi disebut Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi, disingkat PLTPB.

Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTPB)

Energi Biomassa

Energi biomassa merupakan jenis energi yang berasal dari hewan dan tumbuhan. Tumbuh-tumbuhan dapat tumbuh dengan mudah dan cepat, misalnya tebu, dapat diolah untuk membuat alkool. Sedangkan alkohol, memiliki kemiripan dengan bensin, dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar mesin. Tumbuhan lain seperti ubi kayu, gandum, dan bahkan rumput laut dapat diubah menjadi alkohol. Satu-satunya kendala pemanfaatan energi biomassa adalah diperlukannya tanah yang sangat luas untuk membudidayakan biomassa. Pembangkit listrik yang memanfaatkan tenaga biomassa disebut Pembangkat Listrik Tenaga Biomassa disimgkat PLTBm

Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa (PLTBm)

Energi Ombak Laut/Gelombang(Wave)

Batu karang yang kokoh dapat ambruk karena diterpa ombak (gelombang laut) secara terus-menerus. Fenomena ini membuktikan bahwa gelombang laut membawa energi yang lumayan besar. Para ahli berusaha melakukan berbagai cara untuk dapat menangkap dan memanfaatkan energi gelombang laut ini supaya dapat menghasilkan listrik.

Pembangkit Listrik Tenaga Ombak di Agucadoura - Portugal

Energi Pasang-surut Air Laut

Sebuah tanggul dapat dibangun di muara sungai. Begitu terjadi pasang, air akan masuk ke kolam teratas. Setelah periode pasang selesai, air dalam kolam tertatas dialirkan kembali ke kolam bawah melalui turbin dan dalam tanggul. Turbin ini akan memutar generator sehingga menghasilkan energi listrik.

Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut di Perancis

Continue Reading →

Penyebab Pemanasan Global

Pemanasan global (global warming) adalah kenaikan suhu rata-rata di bumi akibat peningkatan emisi gas rumah kaca yang menyelimuti bumi sehingga suhu permukaan bumi meningkat 2-5^oC. Kenaikan suhu bumi tersebut akibat ulah manusia yang menyebabkan meningkatnya gas rumah kaca. Gas rumah kaca tersebut menyelimuti bumi sehingga terjadilah efek rumah kaca (green house effect)

Efek Rumah Kaca

Tuhan Yang Maha Esa menciptakan bumi dengan sempurna. Tuhan menciptakan bumi beserta efek rumah kacanya. Efek rumah kaca yang diciptakan tuhan menguntungkan bagi manusia. Efek rumah kaca membuat suhu bumi terasa hangat. Jika Tuhan tidak menciptakan efek rumah kaca maka bumi akan terasa dingin dengan suhunya mencapai -18^oC. Adapun suhu bumi saat ini meningkat akibat ulah tangan manusia yang menyebabkan meningkatnya gas rumah kaca. Gas rumah kaca yang ditimbulkan manusia adalah gas yang timbul secara alamiah dari kegiatan industri. Contoh gas rumah kaca seperti CO2 (karbon dioksida), CH4 (metana), NO (Nitrogen oksida), dan CFC (kloro fluoro karbon). Apabila gas-gasa tersebut terlepas ke atmosfer hingga ketinggian troposfer akan membentuk lapisan yang mengungkung bumi. Akibatnya, sinar matahari yang masuk ke bumi banyak yang dipantulkan kembali ke bumi sehingga bumi menjadi semakin panas. Oleh karena itu, terjadilah efek rumah kaca yang merugikan bagi kehidupan manusia.

Penyebab Terjadinya Efek Rumah Kaca

Terjadinya efek gas rumah kaca disebabkan adanya campur tangan manusia baik sengaja maupun tidak sengaja telah merusak alam. Adanya gas rumah kaca tidak terlepas dari adanya pemanasan global. Contoh aktivitas secara alami yang menyebabkan terjadinya pemanasan global sehingga menimbulkan terjadinya gas rumah kaca adalah meletusnya gunung berapi. Selain menyebabkan terjadinya pemanasan global, letusan gunung api mempengaruhi iklim secara global. Perubahan iklim adalah perubahan yang terjadi pada variabel iklim terutama perubahan suhu udara dan curah hujan. Pasca proses meletusnya gunung api, biasanya hujan membersihkan debu vukanik dalam waktu satu atau dua minggu. Sementara itu jika material  yang diletuskan oleh gunung api mencapai ketinggian stratosfer, debu vulkanik akan sulit diprediksi waktu serta tempat debu vulkanik itu jatuh. Akibatnya, terjadi perubahan suhu global yang berlangsung dalam waktu cukup lama. Hal itulah yang menyebabkan perubahan iklim. Contoh letusan gunung api yang menyebabkan perubahan iklim adalah letusan Gunung Krakatau. Sementara itu, terdapat beberapa aktivitas manusia yang mempengaruhi terjadinya gas rumah kaca, antara lain

a. Transportasi

di kota-kota besar terdapat banyak sarana transportasi. Makin banyak sarana transportasi tersebut menyebabkan lalu lintas makin padat. Makin padatnya lalu lintas di suatu daerah akan menyebabkan adanya polusi udara daerah tersebut.  Polusi udara tersebut disebabkan adanya gas-gas seperti karbon monoksida (CO), nitrogen oksida (Nox), balerang oksida (Sox), hidrokarbon (HC), dan partikel lainnya. Gas-gas tersebut jika bereaksi dengan oksigen akan menghasilkan gas rumah kaca. Sebagai contoh gas CO yang dapat berubah menjadi CO2 jika bertemu dengan oksigen  ketika di atmosfer.

Sarana transportasi banyak yang menggunakan bahan bakar fosil semisal batu bara dan minyak bumi. Pemakaian bahan bakar fosil merupakan menyuplai terjadinya pencemaran udara. Selain itu, pemakaian bahan bakar fosil turut serta menyebabkan terjadinya gas rumah kaca

b. Industri

kebutuhan manusia setiap harinya makin meningkat sehingga diperlukan banyak biaya untuk mencukupinya. Sarana untuk mencukupi kebutuhan hidup manusia salah satunya dengan bekerja. Dengan bekerja, seseorang dapat menaikkan tingkat kesejahteraan hidupnya. Salah satu contoh pekerjaan manusia yaitu bidang industri. Tidak dipungkiri bahwa aktivitas industri dapat dapat menaikkan tingkat kesejahteraan masyarakat karena menyerap banyak tenaga kerja akan mengurangi angka pengangguran di suatu daerah. Selain itu, aktivitas industri berdampak luas terhadap kemajuan perekonomian suatu negara.

Aktivitas industri banyak melibatkan penggunaan bahan bakar fosil sebagai bahan bakar dalam kegiatan industri. Padahal, bahan bakar fosil turut serta dalam menambah emisi gas rumah kaca. Aktivitas industri yang melibatkan pemakaian bahan bakar fosil akan menaikkan konsentrasi gas karbon dioksida di atmosfer.

 

Aktivitas industri juga melibatkan penggunaan senyawa CFC (chloro Fluoro Carbon) yang berpotensi menimbulkan efek rumah kaca. Aktivitas industri freezer, pendingin ruangan, cat semprot, dan hair spray banyak menggunakan senyawa CFC. Gas CFC tidak mudah terurai jika terlepas ke atmosfer. Gas CFC dapat merusak lapisan ozon sehingga timbullah lubang pada ozon. Lapisan ozon adalah lapisan yang melapisi bumi dan berfungsi untuk melindungi bumi dari radiasi ultraviolet yang dipancarkan oleh matahari. Jika lapisan ozon rusak, sinar ultraviolet akan menerobos atmosfer bumi kemudian mencapai bumi sehingga bumi terasa panas.

 

Mengingat akan bahaya dari CFC, salah satu badan PBB adalah United Nation Environment Program (UNEP) melalui kesepakatan yang diadakan di London, Inggris pada tahun 1991 dengan menyetujui  pengurangan produksi hingga 50% pada tahun 1995 dan pada tahun 1997 penggunaan CFC dikurangi penggunaannya hinga 85%. Dengan adanya kesepakatan  tersebut merupakan awal pengurangan produksi pemakaian CFC. Selain itu, dengan adanya kesepakatan tersebut diharapkan masa selanjutnya, CFC tidak digunakan kembali sehingga tidak memperbesar kerusakan ozon.

c. Pembuangan Sampah

Sampah dapat dikatakan sebagai masalah tersendiri dari urusan rumah tangga hingga urusan dunia. Berdasarkan asalnya, sampah dibedakan menjadi sampah organik dan sampah anorganik. Sampah organik (sampah basah) adalah sampah-sampah yang berasal dari sisa-sisa makhluk hidup yang dapat membusuk. Contoh sampah organik adalah sisa makanan, dedaunan kering, dan sisa buah atau sayur. Sementara itu, sampah anorganik (sampah kering) adalah sampah yang berasal dari bahan non biologis dan sulit terurai sehingga diperlukan penanganan lebih lanjut. Contoh sampah anorganik adalah plastik, kaleng, kertas, dan kaca. Selain sampah organik dan anorganik, ada pula sampah  B3 (Bahan Beracun dan Berbahaya). Sampah B3 adalah sampah yang berasal dari bahan yang beracun dan berbahaya seperti limbah rumah sakit, limbah pabrik, dan limbah pertambangan.

Dalam menangani sampah anorganik dapat dilakukan daur ulang sampah, sedangkan untuk menangan smpah B3 dapat dilakukan penanganan khusus dengan tujuan menghilangkan atau menguragi sifat berbahaya dan beracun.

d. Penebangan Hutan

 

Hutan banyak bermanfaat bagi manusia. Pemanfaatan hutan seperti industri kerajinan, industri farmasi, pariwisata, bahkan sebagai sarana penelitian. Selain itu hutan juga bermanfaat sebagai tempat hidup hewan, menyerap air hujan, dan menyerap karbon dioksida. Negara Indonesia pernah dijuluki “Zamrud Khatulistiwa” karena kekayaan alam yang melimpah, mulai dari minyak bumi, rempah-rempah, dan flora fauna yang beraneka ragam. Seharusnya kita wajib mensyukuri kekayaan alam yang kita punya dengan merawat dan menjaganya. Namun, julukan tersebut sekarang tinggallah cerita. Pada tahun 2007, Indonesia ditetapkan sebagai negara yang memiliki tingkat kehancuran hutan tercepat di dunia. Hal itu disebabkan keserakahan manusia. Forest Watch Indonesian mencatat kerusakan hutan di Indonesia sudah mencapai 2 juta hektare per tahun. Jika tidak segera dihentikan, hutan yang tersisa akan segera hilang.

Apabila penebangan hutan terus-menerus dilakukan maka Indonesia ikut serta menyuplai CO2. Hal ini disebabkan tidak adanya tanaman yang menyerap gas CO2 sehingga mengakibatkan adanya pemansan global. Adanya penebangan hutan sebaiknya disertai dengan adanya penanaman kembali sehingga hutan dapat menjalankan fungsinya secara tepat.

e. Pertanian dan Peternakan

Pertanian dan peternakan juga mempengaruhi adanya pemanasan global. Pada pertanian, ketika tanaman ditanam, terjadi pembusukan anaerob dalam tanah yang melepaskan gas metana. Adapun ketika panen akan terjadi pembusukan pada daun, batang, serta bagian lainnya yang akan menghasilkan gas metana yang lebih tinggi daripada sebelum ditanam. Selain itu pupuk dengan kandungan nitrogen yang sering digunakan dalam pertanian juga memiliki kandungan gas metana. Adapun pada sektor peternakan akan menghasilkan emisi karbon yang turut serta dalam pembentukan efek rumah kaca sehingga mempengaruhi pemanasan global.

Penyebab Pemanasan Global

Sumber: Tim Presiden Eduka. 2015. Top Sukses Fisika. Surabaya: Genta Group Production

Continue Reading →

Pengertian Momentum dan Impuls dalam Fisika

Momentum memiliki arti yang berbeda dengan arti keseharian. Anda mungkin pernah mendengar orang mengatakan:

“Saat ini adalah momentum yang tepat untuk meluncurkan produk baru”.

“Gunakan selalu sabuk pengaman”. Peringatan ini biasanya Anda jumpai di tepi jalan raya. Sabuk pengaman (seat belt) berguna mencegah seorang pengemudi berbenturan langsung dengan setir dan dinding depan mobil saat mobil mengalami kecelakaan. Pada saat sabuk pengaman bekerja melindungi pengemudi, di situ terlibat prinsip-prinsip momentum dan impuls.

Ilustrasi Tabrakan Dua Kendaraan

Pada peristiwa tabrakan, dua kendaraan dengan kecepatan tinggi akan mengalami kerusakan lebih parah daripada dua kendaraan dengan kecepatan rendah. Bagaimana keadaan kedua mobil setelah tabrakan? Yang mungkin terjadi adalah salah satu mobil akan berubah arah, kedua mobil akan berubah arah, atau mungkin mobil akan bergerak bersama. Kapan ketiga kemungkinan itu bisa terjadi? Mengapa demikian?

Peta Konsep Momentum dan Impuls

Apa sebenarnya momentum dan impuls itu?

1.        Pengertian Momentum

Momentum dimiliki oleh benda yang bergerak. Momentum dalam fisika merupakan ukuran kesukaran dalam memberhentikan suatu benda yang bergerak. Oleh karena itu, momentum erat hubungannya dengan massa dan kecepatan. Konsep ini juga mempelajari kejadian tumbukan dua benda atau lebih dan menganalisis gerak. Mempelajari hukum kekekalan momentum merupakan salah satu konsep penting dalam fisika. Ilmuwan yang berjasa pada penemuan hukum kekekalan momentum, antara lain, John Willis, Cristopher Wren, dan Christiam Huygens.

Momentum adalah kecenderungan benda yang bergerak untuk melanjutkan gerakannya pada kelajuan yang konstan. Momentum merupakan besaran vektor yang searah dengan kecepatan benda. Semakin besar massa suatu benda, maka semakin besar momentumnya, dan semakin cepat gerak suatu benda, maka semakin besar pula momentumnya. Semakin besar momentum sebuah benda yang sedang melaju, semakin sulit untuk menghentikannya dan semakin besar tumbukannya jika mengenai benda lain.

Setiap benda yang bergerak pasti memiliki momentum. Momentum merupakan hasil kali antara massa dengan kecepatan benda. Karena kecepatan merupakan besaran vektor, maka momentum juga termasuk besaran vektor yang arahnya sama dengan arah kecepatan benda. Secara matematis, persamaan momentum dapat ditulis sebagai berikut.

Keterangan:

p : momentum benda (kg m/s)

m : massa benda (kg)

v : kecepatan benda (m/s)

 

2.        Pengertian Impuls

Untuk membuat suatu benda yang diam menjadi bergerak diperlukan sebuah gaya yang bekerja pada benda tersebut selama interval waktu tertentu. Gaya yang diperlukan untuk membuat sebuah benda tersebut bergerak dalam interval waktu tertentu disebut impuls. Impuls digunakan untuk menambah, mengurangi, dan mengubah arah momentum dalam satuan waktu.

Impuls benda didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dengan selang waktu gaya itu bekerja pada benda. Impuls temasuk besaran vektor yang arahnya sama dengan arah gaya. Impuls dapat dirumuskan sebagai hasil perkalian gaya dengan interval waktu. Secara matematis dituliskan:

Keterangan:

I : besar impuls (Ns)

F : gaya yang bekerja pada benda (N)

Δt : selang waktu (s)

 

3.        Hubungan Momentum dan Impuls

Sebuah benda yang massanya m mula-mula bergerak dengan kecepatan vₒ. Kemudian dalam selang waktu Δt kecepatan benda tersebut berubah menjadi v. Menurut hukum II Newton, jika benda menerima gaya yangn searah dengan gerak benda, maka benda akan dipercepat. Percepatan rata-rata yang disebabkan oleh gaya F sebagai berikut.

Menurut definisi, percepatan rata-rata adalah perubahan kecepatan persatuan waktu. Jadi, persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut.

Jika t adalah waktu untuk mengubah kecepatan dari vₒ menjadi v atau sama dengan lamanya gaya bekerja, maka dari kedua persamaan di atas Anda dapatkan persamaan sebagai berikut.

Keterangan:

I : besar impuls (Ns)

m : massa benda (kg)

v : besar kecepatan (kelajuan) akhir benda (m/s)

vₒ : kecepatan (kelajuan) mula-mula benda (m/s)

Δp : besar perubahan momentum (kg m/s)

F : besar gaya yang bekerja pada benda (N)

Δt : selang waktu (s)

 

Persamaan di atas menyatakan bahwa impuls yang dikerjakan pada suatu benda sama dengan perubahan momentum yang dialami benda tersebut, yaitu beda antara momentum akhir dengan momentum awalnya.

Berbagai contoh aplikasi impuls dan momentum dalam kehidupan sehari-hari, antara lain, sebagai berikut.

a.       Ketika sebuah truk dan sebuah sepeda menabrak pohon dengan kecepatan sama, truk akan memberikan efek yang lebih serius. Hal ini disebabkan perubahan momentum truk lebih besar dibandingkan dengan perubahan momentum sepeda (massa truk lebih besar).

b.      Ketika peluru ditembakkan dan batu dilemparkan ke sebuah papan, peluru akan merusak papan lebih serius karena perubahan momentum peluru lebih besar (kecepatannya lebih besar).

c.   Josan yang hendak memecahkan tumpukan kayu harus memberikan kecepatan yang tinggi pada tangannya agar impuls yang ditimbulkan besar. Kemudian ia harus menghantam kayu dengan waktu kontak yang sangat singkat agar gaya yang dirasakan kayu lebih besar.

d.      Seorang petinju yang tidak dapat menghindari pukulan lawannya berusaha mengurangi efek pukulan ini dengan memundurkan kepalanya mengikuti gerakan tangan lawan. Dengan demikian ia memperpanjang waktu kontak antara tangan lawan dengan kepalanya sehingga gaya yang ia rasakan lebih kecil.

e.   Orang yang jatuh di atas batu akan merasakan efek yang lebih besar dibandingkan jatuh di atas spon. Hal ini karena spon memberikan waktu tumbukan yang lebih lama dibandingkan dengan batu.

f.    Menendang batu terasa lebih sakit daripada menendang bola, walaupun massa batu dan bola sama. Ini terjadi karena selang waktu kontak antara kaki dengan bola lebih lama.

g.      Pejudo yang dibanting pada matras dapat menahan rasa sakit karena selang waktu kontak antara punggung pejudo dengan matras lebih lama sehingga pejudo menderita gaya impuls yang lebih kecil.

h.  Tabrakan antara dua mobil yang mengakibatkan kedua mobil saling menempel sesaat setelah tabrakan (waktu kontak lebih lama) kurang membahayakan dibandingkan dengan tabrakan sentral yang mengakibatkan kedua mobil saling terpental sesaat setelah tabrakan (waktu kontak lebih singkat).

Sumber: Nurachmandani, S. 2009. Fisika 2 untuk SMA/MA. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. 

Continue Reading →

Energi dan Daya Listrik serta Contoh Soal

1. Energi Listrik

Anda telah mengetahui bahwa arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial yang lebih rendah. Selain itu, elektron sebagai pembawa muatan listrik memerlukan energi untuk berpindah, yakni energi potensial yang besarnya muatan dikali potensial listriknya.

Lampu yang Menyala karena Energi Listrik

Tinjau sebuah konduktor yang diberi beda potensial Vab = V, seperti diperlihatkan pada Gambar 1. Elektron-elektron pada konduktor itu akan bergerak dari titik b menuju ke titik a. Mengapa demikian?

Gambar 1 Elektron dapat mengalir dalam konduktor yang diberi beda potensial karena adanya energi listrik.

Ketika beda potensial V diberikan, elektron-elektron tersebut akan mendapatkan tambahan energi masing-masing sebesar eV, dengan e adalah muatan satu elektron. Energi inilah yang kemudian mengalirkan elektron dalam konduktor. Jika dalam konduktor tersebut mengalir n buah elektron, total muatan yang mengalir adalah Q = ne. Dengan demikian, energi yang diperlukan untuk mengalirkan elektron memenuhi W = QV. Energi ini disebut energi listrik. Oleh karena itu, energi listrik adalah usaha untuk memindahkan muatan listrik tersebut.

Dalam kaitannya dengan arus listrik, Q = It maka energi listrik memenuhi persamaan sebagai berikut.

dengan:

W = energi listrik (joule; J),

V = beda potensial atau tegangan listrik (volt; V),

I = kuat arus yang mengalir (ampere; A), dan

t = lamanya arus mengalir (sekon; s).

 

Persamaan (1) di atas berlaku untuk semua komponen atau beban listrik yang diberi beda potensial V dan dialiri arus I dalam selang waktu t. Khusus untuk beban listrik berupa hambatan listrik, mengingat V = IR atau I = V/R, Persamaan (1) dapat ditulis menjadi:

Dalam SI, satuan dari energi listrik adalah joule (disingkat J). Satuan lain yang juga sering digunakan adalah kilowattjam, disingkat kWh (kilowatthour), dengan 1 kWh = 3,6 × 106 J.

Contoh Soal

Sebuah alat pemanas bekerja pada tegangan 220 V dan arus 2 A. Tentukan energi listrik yang diserap pemanas tersebut selama (a) 5 sekon dan (b) 1 jam.

Jawab

Diketahui: V = 220 V dan I = 2 A.

Energi listrik yang diserap pemanas

a. selama t = 5 s adalah

    W = VIt = (220 V)(2 A)(5 s) = 2200 J

b. Selama t = 1 jam adalah

    W = VIt = (220 V)(2 A)(1 s) = 440 watt-jam = 0,44 kWh

2. Daya Listrik

Daya atau laju energi listrik adalah energi listrik yang dihasilkan/diserap tiap satuan waktu. Secara matematis, daya listrik (diberi simbol P) ditulis

dengan:

P = daya listrik (watt; W), dan

t = waktu (sekon; s).

 

Satuan daya listrik, dalam SI, adalah joule/sekon (disingkat J/s). Satuan ini diberi nama watt, disingkat W, dengan 1 W = 1 J/s. Selanjutnya, jika Persamaan (1) dimasukkan ke Persamaan (3), maka diperoleh

yang berlaku untuk setiap komponen atau beban listrik. Sementara itu, jika Persamaan (2) dimasukkan ke Persamaan (3), maka diperoleh persamaan daya listrik pada hambatan listrik, yaitu

Contoh Soal

Sebuah lampu dihubungkan dengan tegangan 220 V sehingga mengalir arus 0,5 A pada lampu tersebut. Tentukanlah energi listrik yang diserap oleh lampu tiap sekon.

Jawab

Diketahui: V = 220 V dan I = 0,5 A.

Energi listrik yang diserap lampu tiap sekon atau daya yang diserap lampu adalah

P = VI = (220 V)(0,5 A) W.

3. Spesifikasi Tegangan dan Daya Kerja pada Beban Listrik

Hampir semua beban listrik (lampu, radio, TV, komputer, dll.) menuliskan spesifikasi tegangan dan daya kerjanya. Spesifikasi beban listrik ini berkaitan dengan seberapa besar tegangan yang boleh diberikan pada beban listrik dan berapa daya yang akan diserap atau dihasilkannya. Sebagai contoh, sebuah lampu bertuliskan 220 V, 60 W. Hal ini berarti lampu tersebut bekerja normal, yakni menyerap daya 60 W ketika diberi tegangan 220 V. Nilai 220 V juga merupakan nilai tegangan maksimum yang boleh diberikan pada lampu tersebut. Jika tegangan yang diberikan lebih besar daripada 220 V, lampu akan rusak. Sebaliknya, jika tegangan yang diberikan lampu kurang dari 220 V, lampu akan menyala redup (daya yang diserapnya kurang dari 60 W). Daya yang diserap beban listrik ketika dihubungkan dengan tegangan sumber tertentu memenuhi persamaan

dengan:

Ps = daya yang diserap lampu (W),

Vs = tegangan yang diberikan pada lampu (V),

Pt = daya yang tertulis pada lampu (W), dan

Vt = tegangan yang tertulis pada lampu (V).

 

Spesifikasi beban listrik berkaitan pula dengan hambatan beban tersebut. Hambatan beban listrik dengan spesikasi Vt volt, Pt watt adalah

Selain dua hal tersebut, spesifikasi tegangan dan daya listrik pada beban listrik juga menunjukkan bahwa arus maksimum yang boleh melewatinya adalah

Contoh Soal

Sebuah lampu bertuliskan 220 V, 50 W dihubungkan dengan sumber tegangan 110 V. Tentukan:

(a) hambatan dalam lampu,

(b) arus yang mengalir pada lampu, dan

(c) daya yang diserap lampu.

Jawab

Diketahui: Vt = 220 V, Pt = 50 W, dan tegangan sumber yang diberikan Vs = 110 V.

(a)   Hambatan dalam lampu,

(b)   Arus yang melalui lampu

Hati-hati, jangan gunakan Persamaan (8) karena persamaan tersebut berlaku untuk arus maksimum yang boleh melewati lampu.

(c)   Daya yang diserap lampu

Sumber:

Saripudin, A., Dede R.K., & Adit S. 2009. Praktis Belajar Fisika 1. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.

Energi dan Daya Listrik serta Contoh Soal

 

  

Continue Reading →