Aplikasi fisika dalam teknologi pertanian

     

       Pengairan (Fisika berkenaan dengan fluida, mekanika fluida)

Pengairan wilayah pertanian menggunakan pompa untuk distribusi air. Pompa merupakan mekanisme yang menerapkan asas fisika berupa kelestarian momen momentum atau menerapkan persamaan hukum newton. Hal ini terlihat pada mekanisme kerja impeller pompa sentrifugal.

Pompa sentrifugal

 

Satu cara untuk menambah energi kepada fluida cair adalah dengan memutar fluida tersebut dalam arah melingkar. Gaya yang mengakibatkan sebuah objek terlempar keluar dalam gerak melingkar disebut gaya sentrifugal. Bagian pompa yang memutar flluida cair disebut impeller. Fluida cair mengalir melalui inlet pompa dan masuk kedalam titik pusat impeller. Selanjutnya impeller akan menggerakkan fluida tersebut dalam gerak melingkar, Fluida cair akan didorong dari titik pusat menuju bagian terluar dari bibir impeller seperti yang ditunjukkan gambar 1.2. Semakin cepat impeller berputar, akan semakin cepat fluida cair bergerak. Impeller disusun dari rangkaian vanes atau blade, yang berfungsi untuk mengarahkan aliran fluida).

Gaya centrifugal mendorong fluida cair menjauhi titik pusat impeller. Selanjutnya fluida cair memasuki rumah pompa ketika terlempar keluar dari bagian terluar impeller tersebut. Ketika fluida cair memasuki rumah pompa, kecepatannya akan berkurang. Berkurangnya kecepatan fluida cair akan menaikkan tekanan fluida cair.Pada saat gaya centrifugal menggerakkan fluida cair menjauhi pusat impeller, daerah bertekanan rendah akan terbentuk pada pusat impeller. Terbentuknya daerah bertekanan rendah pada pusat impeller selanjutnya akan mampu mengalirkan fluida cair dari system masuk kedalam impeller. Pada pompa centrifugal, fluida cair digerakkan oleh gaya centrifugal dari daerah bertekanan rendah di pusat impeller menuju daerah bertekanan tinggi di discharge pompa.

Read More

Fisika Dalam Bernyanyi

Dapatkah  prinsip-prinsip fisika  diterapkan dalam bernyanyi? Kedengarannya  mustahil. Bagaimana mungkin  hal ini bisa terjadi? Fisika adalah ilmu yang diidentikkan dengan rumus-rumus serta angka-angka yang sering membuat pusing kepala  “dikawinkan” dengan bernyanyi yang berurusan dengan perasaan.

Memang tampaknya kontras.Namun seorang penyanyi  yang  berhasil bernyanyi dengan baik  sebenarnya telah menerapkan prinsip-prinsip fisika dengan  baik.Mari kita telusuri hal tersebut.Unsur-unsur pembentukan suara terdiri dari pernafasan yang menggetarkan pita suara,sehingga timbul bunyi. Bunyi ini diperkuat oleh rongga-rongga resonansi/resonator di dalam tubuh,di daerah kepala,mulut dan dada. Bunyi-bunyian tadi  diperjelas oleh alat-alat artikulasi dalam mulut. 

a.      Teknik pernafasan:

Penguasaan tekhnik pernafasan yang baik dalam bernyanyi adalah masalah sangat mendasar  dalam menghasilkan ketepatan nada(pitch),volume control, produksi suara, frasering dan unsur-unsur bernyanyi lainnya.Dalam bernyanyi kita kenal pernafasan diafragma(selaput antara rongga dada dan rongga perut), yaitu tekhnik pernafasan dengan menggerakkan diafragma naik turun. Proses ini  dapat digambarkan  sebagai berikut:

                    

      

Gambar 1.a                                                                                    Gambar 1.b

Proses menarik nafas (inhale) terjadi bila diafragma bergerak turun sehingga volume rongga dada menjadi lebih besar (gb 1.a).Tekanan udara dalam paru-paru akan menjadi lebih kecil dari tekanan udara luar, berlaku Hukum  Boyle

PxV = C

Keterangan :

p :tekanan udara.

V :volume udara

C: konstan.

Udara  luar(Oksigen) yang tekanannya lebih besar dari tekanan udara dalam paru-paru akan mengalir dengan mudahnya masuk ke dalam paru-paru. Proses menghembuskan nafas (exhale) (gb1.b) merupakan kebalikan dari proses mengambil nafas.  Bila diafragma bergerak naik maka volume rongga dada menjadi lebih kecil.Tekanan udara dalam paru-paru akan menjadi lebih besar dari tekanan udara luar sehingga terjadi pelepasan udara( Karbondioksida)  keluar dari paru-paru .

b.      Pita suara

Ketika udara dihembuskan keluar, dalam perjalanannya udara tersebut menggetarkan pita suara penyanyi. -Ukuran pita suara pria dewasa lebih panjang dan lebih tebal dari pada pita suara wanita dan anak-anak - Sebagai konsekuensinya, saat bergetar pita suara pria akan menghasilkan panjang ½ gelombang( ½λ) yang lebih panjang dan amplitudo (simpangan maksimum dari titik setimbang ) yang lebih besar dari penyanyi wanita. Amplitudo gelombang menentukan kuat bunyi (Gambar 2.a dan 2.b). Makin besar amplitudo gelombang, makin kuat pula bunyi yang dihasilkan. Dengan demikian maka  suara pria menjadi lebih kuat dari suara wanita dan anak-anak. Tenaga pria dewasa yang lebih kuat dari tenaga wanita juga ikut menentukan dorongan/support nafas sehingga amplitudo gelombang pita suara pria menjadi maksimal.

   

                                    

Gambar 2.a Setengah gelombang suara pria                 Gambar 2.b. Setengah gelombang suara wanita

Untuk cepat rambat bunyi yang sama memenuhi persamaan:

V=  λ x f 

atau

f  =v/λ

Dari persamaan cepat rambat gelombang  di atas tampak bahwa frekuensi berbanding terbalik terhadap panjang gelombang bunyi.Artinya, makin besar panjang gelombang  makin kecil frekuensi bunyi dan sebaliknya, makin kecil panjang gelombang bunyi makin besar frekuensinya. Karena panjang ½ gelombang pita suara pria dewasa lebih panjang dari panjang ½ gelombang pita suara wanita dewasa , maka frekuensi suara pria dewasa menjadi lebih kecil dibandingkan frekuensi suara wanita dewasa dan anak-anak. ( fp < fw ). Kondisi pita suara yang membentuk setengah panjang gelombang ini menghasilkan nada dasar.

Tinggi nada berbanding lurus terhadap frekuensi bunyi sehingga mengakibatkan tingginada(pitch)  suara pria lebih rendah dari suara wanita dan anak-anak. Sebagai pem-banding, frekuensi nada dasar pria = 128 Hz  sedangkan nada dasar suara wanita =256 Hz. Artinya dalam satu detik, nada dasar pria bergetar sebanyak  128 kali dan suara wanita bergetar sebanyak 256 kali. Perbandingan frekuensi 1: 2 adalah interval oktaf. Dengan demikian maka nada dasar  suara pria berada satu oktaf di bawah  nada dasar suara  wanita.

Pita suara wanita yang lebih tipis mempunyai keuntungan tersendiri, yakni  lebih lentur dan dapat menghasilkan frekuensi yang lebih tinggi.

Dalam penulisan partitur lagu menggunakan notasi balok,hal ini tampak sangat jelas dengan menggunakan dua kunci/clef yang berbeda.Suara wanita dan suara anak menggunakan kunci G sedangkan suara pria menggunakan kunci F.

c.       Memfokuskan Pita Suara.

Saat bernyanyi, seorang penyanyi memfokuskan pita suaranya untuk mendapatkan berbagai efek suara. Menurut Hukum Marsenne,tinggi nada senar bergantung pada tegangan senar.Apabila pita suara dianalogikan dengan senar  maka pada kondisi ini pita suara akan menghasilkan nada tinggi.Sang penyanyi  mengatur pita suara pada “ketegangan” tertentu  untuk memperoleh tingginada sesuai dengan yang diinginkan. Makin sering berlatih memfokuskan pita suaranya maka makin tinggi pula jangkauan nada yang dapat dicapainya.

d.      Produksi Suara

Pada saat penyanyi  membentuk vocal “ a “ rongga mulut dibentuk  seluas mungkin ( jarak antar gigi ± 3 jari) agar suara yang dihasilkan oleh pita suara diperkuat oleh dinding pantul dalam rongga mulut penyanyi.Suara tersebut diarahkan ke langit-langit keras (hard palate) bagian atas dengan sudut datang tertentu sehingga menghasilkan suara pantul yang mengalir keluar secara bebas tanpa mengalami hambatan.Suara yang dihasilkan cukup bersih. Apabila sudut datang dibuat lebih kecil, maka suara tadi akan membentur langit-langit lunak(soft palate) sehingga sebagian suara diredam. Terjadi vocal gelap.

e.       Resonansi

Resonansi  adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda akibat dari benda lain yang bergetar di dekatnya.Tujuan pembentukan resonansi adalah agar suara yang dihasilkan lebih terasa “penuh”. Ada tiga wilayah resonansi yakni,

·         Daerah kepala dengan rongga-ronga resonansi(resonator) :rongga tulang dahi,rongga tulang baji,rongga tulang tapis,rongga sinus. Daerah mulut dengan rongga resonansi : tulang rahang,tenggorokan  dan Rongga resonansi  dada. Seorang penyanyi  terbiasa  melatih  diri memperluas rongga resonansi, misalnya dengan cara menaikkan langit-langit lunak. Pada proses ini rongga mulut  diperluas dan rongga hidung menjadi luwes. Karena suara atau bunyi adalah  gelombang longitudinal,yaitu gelombang yang merambat dengan cara merapat dan merenggang, penyanyi yang terlatih  dapat mengatur rapatan “gelombang  stasioner “ (yaitu gelombang dengan  frekuensi dan amplitudonya sama  namun  fasenya berlawanan) tepat  jatuh di dinding pantul tersebut. Peristiwa ini berlangsung terus menerus selama penyanyi membawakan lagu. Dengan demikian  suara  yang dihasilkan akan terdengar nyaring. Rongga resonansi dalam tubuh dengan berbagai ukuran dan bentuk sangat  menentukan warna suara(timbre). Dengan demikian kita dapat membedakan warna suara pria dan wanita serta anak-anak.

Read More

Physic Imagination

 

Imajinasi lebih utama daripada pengetahuan. Pengetahuan bersifat terbatas. Imajinasi melingkupi dunia. –Albert Einstein-

Fisika adalah salah satu mata pelajaran di sekolah yang harus dibuat menyenangkan bagi siswa. Dari segi materi, mata pelajaran fisika mengacu pada hitungan sistematis terhadap semua hal yang berkaitan dengan fisika itu sendiri. Artinya fisika tidak akan pernah lepas dari logika dan angka. Banyak rumus, pemahaman, dan aplikasi fisika yang harus dikuasai oleh siswa. Hal tersebut tidak menjadi suatu masalah jika seorang guru mampu mengemasnya dengan baik yang dapat dilakukan melalui inovasi dalam pembelajaran sehingga mampu mengajak dan mengajarkan pemahaman kepada siswa.

Langkah pertama yang harus dilakukan seorang guru fisika adalah bagaimana membuat mindset siswa yang selama ini menakuti pelajaran fisika. Hal ini terjadi karena penyampaian fisika saat pembelajaran terkesan membosankan. Salah satu cara yang dapat dilakukan guru agar siswa senang terhadap pelajaran fisika adalah mengajak siswa berimajinasi tentang materi fisika yang sedang dipelajari. Albert Einstein mengemukakan bahwa “ Imajinasi melingkupi dunia”. Ini berarti bahwa imajinasi tidak ada batasan bagi kita untuk mengeksplorasi dunia dan kemampuan yang dimiliki. Dengan mengetahui hal tersebut, kita dapat menggunakan imajinasi dalam pembelajaran fisika sehingga lebih berkaitan pada masalah yang ada dalam kehidupan. Salah satu contoh , melalui persamaan Hukum II Newton dimana F=m ×a. Bagaimana seseorang mengangkat benda yang beratnya sekian dengan mengeluarkan energi yang besarnya sekian, kemudian kita ajak siswa untuk membandingkan apa yang terjadi jika benda diangkat dengan berat dan energi yang sama di bulan. Apakah hal yang sama akan terjadi? Apakah berat benda dan energi yang dikeluarkan harus sama besar dibandingkan dengan pada saat melakukannya di bumi? Apa yang mempengaruhi hal tersebut?

Teori-teori fisika saat ini tidak lepas dari imajinasi dan rasa keingintahuan para ilmuwan tentang fenomena alam. Diharapkan dengan imajinasi, siswa lebih menyukai pelajaran fisika. Dalam praktiknya akan timbul rasa keingintahuan siswa tentang penjelasan fenomena alam yang dilihat, kemudian timbul juga keinginan siswa untuk menggali ilmu fisika. Sehingga siswa dapat menghubungkannya dengan fenomena alam tersebut. Yang mana sangatlah dibutuhkan seorang guru yang kompeten untuk mengembangkan pemanfaatan imajinasi dalam pembelajaran fisika.

Read More