MAKALAH FISIKA KESEHATAN “KEKEKALAN ENERGI DI TUBUH
advertisement
MAKALAH FISIKA KESEHATAN “KEKEKALAN ENERGI DI TUBUH” Disusun Oleh Nama : SYLVI NANDA LAILI NIM : A1C309042 Dosen Pengampu: Dra. Astalini, M.Si PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS JAMBI 2011 KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum Wr. Wb. Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan berkat dan rahmat-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini yang berjudul ”KEKEKALAN ENERGI DI TUBUH“ sesuai waktu yang telah ditetapkan. Dalam penyusunan makalah ini, penulis mendapatkan banyak kendala dalam pengumpulan bahan dan informasi untuk menyusun makalah ini. Walaupun demikian penulis juga banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak dalam bentuk motivasi dan dorongan, untuk itu dalam kesempatan ini penulis akan menyampaikan terima kasih kepada : 1. Orang tua yang telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis selama penyusunan makalah ini. 2. Teman–teman yang telah banyak memberikan konstribusi dalam berbagai hal untuk penyelesaian makalah. 3. Ibu Dra. Astalini M,Si selaku dosen fisika kesehatan. Penulis menyadari masih banyak kekurangan kelemahan pada makalah ini untuk itu penulis menerima dengan lapang dada dan tangan terbuka terhadap kritik dan saran untuk menyempurnakan makalah ini, agar suatu saat nanti menjadi bahan referensi untuk ilmu pengetahuan. Semoga makalah ini dapat bermanfaat khususnya bagi penulis dan pembaca. Amin Jambi, Maret 2011 Penulis BAB I PENDAHULUAN Energi adalah suatu konsep dasar dalam fisika. Dalam fisika tubuh manusia , energi merupakan hal yang sangat penting. Seluruh aktivitas tubuh, termasuk berpikir, menggunakan energi. Perubahan energi menjadi kerja, seperti mengangkat suatu beban atau mengendarai sepeda, hanya mencerminkan sebagian kecil penggunaan energi total di tubuh. Pada keadaan istirahat (basal), konsumsi energi tubuh terutama digunakan oleh : otot rangka dan jantung (25%), otak (19%), ginjal (10%), serta hati dan limpa (27%). Sisanya 19% tersebar di banyak system, misalnya system pencernaan. Dari sudut pandang fisika, kita dapat memandang tubuh sebagai suatu pengubah (converter) energi yang tunduk pada hukum kekekalan energi. Tubuh menggunakan energi dari makanan untuk mengoperasikan berbagai organnya, menghasilkan panas agar suhu tubuh konstan, melakukan pekerjaan eksternal, dan menghasilkan pasokan energi simpanan (dalam bentuk lemak) untuk kebutuhan mendatang. Penjelasan tentang energi makanan, panas, kerja dan kekekalan energi akan dibahas dalam pembahasan makalah ini. PEMBAHASAN A. Energi Makanan Makanan adalah sumber utama energi (bahan bakar) bagi tubuh. Makanan yang kita konsumsi umumnya tidak terdapat dalam bentuk yang sesuai untuk konversi energi secara langsung. Makanan harus diubah secara kimiawi oleh tubuh untuk menghasilkan beragam molekul yang dapat berikatan dengan oksigen di sel tubuh. Energi makanan digunakan untuk aktivitas di dalam tubuh dan aktivitas luar. Aktivitas di dalam tubuh misalnya kerja jantung memompa darah ke seluruh tubuh, kerja paru-paru untuk bernafas, kerja ginjal, pencernaan makanan dan proses metabolism dalam sel. Yang dimaksud dengan aktivitas luar adalah berjalan, berlari, menulis, berolahraga dan lain-lain. Energi itu dihasilkan dari makanan sumber energi melalui proses metabolisme dalam sel. Besar kecilnya energi yang dihasilkan, disesuaikan dengan kebutuhan energi pada waktu itu. Apabila seseorang pada suatu waktu bekerja berat, misalnya berlari cepat, mencangkul, menebang pohon dengan kapak, maka proses metabolisme akan menghasilkan energi yang dibutuhkan. Paru-paru dan jantung akan bekerja lebih keras pula. Sebaliknya seseorang yang sedang dalam keadaan berbaring istirahat (Basal), tidak tidur, alam suasana atau lingkungan yang nyaman, pada waktu dua belas jam sesudah makan, maka energi yang dihasilkan hanya digunakan untuk keperluan berlangsungnya aktivitas di dalam tubuh saja, misalnya untuk kerja jantung, paru-paru dan untuk menjaga keseimbangan fisiologis di dalam tubuh. Tabel Kebutuhan Energi tanpa Memperhitungkan Metabolisme basal dan Pengaruh Makanan Aktivitas Kalori per jam Naik sepeda cepat 7,6 Mencuci piring 1,0 Mengendarai mobil 0,9 Berlari 7,0 Menjahit dengan mesin kaki 0,6 Tiduran 0,1 Proses metabolisme yang terjadi dalam tubuh yang sedang berada dalam keadaan istirahat yang disebutkan tadi dinamakan metabolisme basal. Energi untuk metabolisme basal ini untuk orang yang sehat dianggap tetap, yaitu bagi orang dewasa pria dibutuhkan kira-kira satu kalori per kilogram berat badan per jam. Jadi apabila berat badan pria dewasa 60 kg, maka untuk metabolisme basal diperlukan 24x60 kal = 1.440 kal selama 24 jam. Energy untuk metabolisme basal bagi wanita kira-kira 5-10 % lebih rendah daripada pria. Tabel nilai energi dari zat-zat gizi dalam makanan Kilo kalori per gram Protein Lemak Karbohidrat Kalorimeter bom 5,56 9,45 4,10 Kehilangan energi dalam bentuk 1,30 0 0 Jumlah nilai energi 4,35 9,45 4,10 Nilai energi praktis 4,00 9,00 4,00 urea Untuk menentukan jumlah energy yang diperlukan dalam sehari bagi berbagai golongan umur, diperhitungkan hal-hal seperti : a) energy untuk metabolism basal, b) energy untuk mengolah makanan yanh disebut specific dynamic action, c) energy untuk pertumbuhan, d) energy untuk melaksanakan berbagai kerja. Meski seseorang tidak melaksanakan kerja fisik yang tampak, tetapi tetap memerlukan energy. Energy ini bergantung dari luas permukaan tubuh seseorang. Secara empiris luas permukaan tubuh seseorang dapat dihitung dengan mengukur berat badan dan tinggi badan dengan menggunakan rumus Du Bois sebagai berikut : L = π΅ 0,425 x π 0,725 x 71,84 L = luas permukaan tubuh (ππ2 ) B = berat badan (kg) T = tinggi badan (cm) Para ahli FAO mengemukakan rumus yang sederhana untuk menghitung jumlah kalori yang diperlukan seseorang pada keadaan basal, yaitu : E = a x π΅ 0,73 E = energy yang diperlukan, dalam kalori A = tetapan yang besarnya tergantung dari umur dan jenis kelamin. Untuk orang dewasa muda umur 25 tahun pria, harga a adalah 152, untuk wanita 123,4 B = berat badan dalam kg Jumlah energy yang diperlukan seseorang tiap π2 permukaan tubuh dalam keadaan basal disebut nilai metabolism basal atau Basal Metabolic Rate (BMR). B. Panas dan Kerja Tubuh Energi makanan hanya sebagian ditransformasi menjadi energi lagi, seperti energi kimia dan energi mekanik. Sebagian lagi diubah menjadi energi panas. Dengan demikian selama melakukan kerja otot suhu tubuh akan naik. Besarnya energi yang dihasilkan oleh sejumlah energi makanan tertentu dapat diukur dengan calorimeter bom (bomb calorimeter) yang dalam perhitungannya menggunakan satuan kalori ( 1 kalori adalah energi panas yang digunakan untuk menaikkan suhu 1 kilogram air sebasar 1 derajat celcius). Jumlah energi yang dihasilkan oleh sejumlah tertentu sampel makanan yang dibakar dalam suasan oksigen, dapat diukur. Pembakaran dapat dilakukan dengan bunga api listrik. Jumlah panas yang dihasilkan oleh 1 gram protein, lemak dan karbohidrat murni dalam calorimeter bom adalah 1 gram protein 5,65 kalori 1 gram lemak 9,45 kalori 1 gram karbihidrat 4,10 kalori C. Kekekalan energi di tubuh Kekekalan energi di tubuh dapat ditulis sebagai suatu persamaan sederhana: Perubahan simpanan energi di tubuh (yaitu) energy makanan, lemak tubuh, dan panas tubuh = pengeluaran panas tubuh + kerja Hukum Kekekalan Energi berbunyi: “Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain tapi tidak bisa diciptakan ataupun dimusnahkan (konversi energi)”. Karena energi bersifat kekal, maka energi yang ada di alam semesta ini jumlahnya tidak pernah berubah, tidak bertambah dan berkurang. Yang ada hanyalah perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Persamaan ini, yang merupakan pernyataan dari hukum pertama termodinamika, menganggap bahwa tidak ada makanan atau minuman yang masuk dan tidak ada feses atau urin yang dikeluarkan selama interval waktu bersangkutan. Meskipun energi kalor telah berubah menjadi energi mekanik (usaha luar dan energi dalam, jumlah seluruh energi itu selalu tetap. Saat tubuh melakukan kerja atau tidak melakukan kerja, terjadi perubahan energi yang terus-menerus. Kita dapat menuliskan hukum pertama termodinamika sebagai : ΔU = ΔQ – ΔW Dengan ΔU adalah perubahan energi, ΔQ adalah panas yang hilang atau diperoleh, dan ΔW adalah kerja yang dilakukan tubuh. (berdasarkan perjanjian, ΔQ adalah positif jika tubuh mendapat panas, dan ΔW adalah positif jika tubuh melakukan kerja). Tubuh yang tidak melakukan kerja (ΔW=0) dan pada suhu konstan secara umum akan kehilangan panas ke lingkungannya apabila suhu lingkungan lebih rendah sehingga ΔQ negative. Oleh karena itu ΔU juga negatif yang menunjukkan penurunan simpanan energi. Untuk memahami lebih jelas hukum pertama termodinamika, dimisalkan sebuah system berubah dari suatu keadaan kesetimbangan mula-mula i ke suatu keadaan kesetimbangan f dengan cara tertentu, dengan kalor yang diserap system adalah Q dan kerja yang dilakukan oleh system adalah W. maka kuantitas Q-W hanya bergantung pada koordinat mula-mula dan akhir dan tidak bergantung pada jalan yang diambil pada titik-titik ujung ini. Dapat disimpulkan bahwa ada sebuah fungsi dari koordinat-koordinat termodinamika yang nilai akhirnya dikurangi nilai permulaannya menyamai perubahan Q-W di dalam proses tersebut. Fungsi ini dinamakan sebagai fungsi tenaga dakhil (energi dalam). Sekarang Q ditambahkan kepada system melaui perpindahan kalor dan W adalah tenaga yang diserahkan oleh system di dalam melakukan kerja sehingga menurut defenisi Q-W menyatakan perubahan tenaga dakhil dari system tersebut. Fungsi tenaga dakhil dinyatakan dengan U. maka tenaga dakhil dari system f , yakni Uf dikurangi tenaga dakhil dari system dalam keadaan i, yakni Ui adalah perubahan tenaga dakhil dari system, dan kuantitas ini mempunyai suatu nilai tertentu yang tidak bergantung dari bagaimana system tersebut pergi dari keadaan I ke keadaan f. diperoleh Uf – Ui =ΔU ΔU = Q – W Ada manfaatnya bila kita menghitung kecepatan perubahan ΔU, ΔQ, dan ΔW(perubahan ketiga kuantitas ini dalam interval waktu singkat Δt). Persamaan tersebut kemudian menjadi: π₯π π₯π‘ = π₯π π₯π‘ - π₯π π₯π‘ Dengan ΔU/Δt adalah kecepatan perubahan simpanan energi, ΔQ/Δt adalah kecepatan kehilangan atau penambahan panas, dan ΔW/Δt adalah kecepatan melakukan pekerjaan, yaitu daya mekanis. Ketiga besaran harus memiliki satuan energi/ waktu atau daya. Persamaan ini menyatakan bahwa kecepatan perubahan energi adalah tetap di semua proses, tetapi tidak menyatakan apakah suatu proses dapat terjadi atau tidak. Sebagai contoh, hukum pertama menyatakan bahwa apabila kita memberikan panas pada tubuh dengan kecepatan tertentu, ΔQ/Δt, kita dapat mengharapkan tubuh menghasilkan atau menyimpan energi kimia dengan kecepatan tersebut, atau menghasilkan kerja dengan kecepatan tertentu. Hal ini tidak terjadi, hukum fisika menjelaskan arah proses perubahan/konversi energi dikenal sebagai hukum kedua termodinamika. Hukum kedua juga membatasi fraksi energi simpanan, ΔU, yang dapat diubah menjadi kerja bermanfaat. DAFTAR PUSTAKA Anonim,2008.Kekekalan energi dalam tubuh http://www.infofisioterapi.com/wp.content.uploads/2010/11/ . Diakses pada tanggal 27 Februari 2011. Cameron, John. 1999. Fisika Tubuh Manusia. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran. Djadi, Anna Poe. 2007. Dasar-dasar Biokimia. Jakarta: UI Press. Halliday, David.1985. Fisika jilid 1. Jakarta: Erlangga.
