Bioteknologi

 

A. Bioteknologi dan Perkembangannya

Bioteknologi berasal dari kata “bio” yang artinya makhluk hidup dan “teknologi” yang artinya suatu cara (alat) untuk memudahkan manusia dalam memecahkan masalah atau membuat produk yang berguna.

Bioteknologi dapat didefinisikan sebagai penggunaan organisme atau bagian dari organisme untuk membuat suatu produk atau jasa, sehingga dapat mensejahterakan manusia.

Bioteknologi mulai berkembang pesat sejak tahun 1857, setelah Louis Pasteur menemukan hasil fermentasi yang dilakukan oleh mikroorganisme. Pada tahun 1920, proses fermentasi yang melibatkan mikroorganisme sudah banyak digunakan untuk membuat larutan kimia, seperti pembuatan alkohol. 

Bioteknologi yang memanfaatkan secara langsung mikroorganisme seperti bakteri maupun jamur secara langsung, enzim yang dihasilkan mikroorganisme, dan melibatkan proses fermentasi untuk menghasilkan produk atau jasa disebut dengan bioteknologi konvensional. Contoh produk bioteknologi konvensional misalnya tempe, tapai, roti, keju, dan yoghurt.

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, bioteknologi juga terus berkembang menjadi bioteknologi modern. Dalam bioteknologi modern melibatkan prinsip biokimia, biologi molekuler, dan rekayasa genetika. Bioteknologi modern tidak terlepas dari penemuan enzim-enzim yang membantu dalam proses rekayasa genetika. Melalui teknik rekayasa genetika, para ahli bidang bioteknologi dapat menyusun pola gen sedemikian rupa sehingga menghasilkan organisme yang sifat-sifatnya sesuai dengan yang diharapkan. Misalnya, melalui rekayasa genetika dapat dihasilkannya ikan yang memiliki ukuran lebih besar dari ukuran ikan normal. 

Teknik rekayasa genetika dikenal juga dengan istilah teknik DNA rekombinan, yaitu proses mengkombinasikan DNA suatu organisme ke dalam DNA organisme lain. Organisme yang menggunakan bagian gen dari organisme lain di dalam tubuhnya dikenal dengan istilah organisme transgenik. Tumbuhan, hewan, dan bakteri transgenik tidak hanya digunakan untuk keperluan penelitian namun juga untuk memenuhi kebutuhan di bidang medis, pertanian, dan peternakan.

B. Penerapan Bioteknologi dalam Kehidupan

1. Bioteknologi Pangan

Bioteknologi pangan adalah bioteknologi yang digunakan untuk menghasilkan produk makanan dengan memanfaatkan mikroorganisme. Beberapa contoh produk bioteknologi di bidang pangan yaitu :

a. Tapai

Salah satu mikroorganisme yang berperan dalam pembuatan tapai adalah khamir Saccharomyces cerevisiae, jamur Aspergillus sp., dan bakteri Acetobacter aceti .

Selama pembuatan tapai terjadi pemecahan (hidrolisis) amilum atau pati menjadi glukosa. Proses ini dibantu oleh jamur Aspergillus sp. Proses inilah yang membuat tapai berasa manis. Glukosa yang dihasilkan dari proses tersebut difermentasi menjadi alkohol oleh khamir Saccharomyces cerevisiae. Proses ini menyebabkan tapai memiliki aroma yang khas. Proses fermentasi yang dilakukan mikroorganisme dalam pembuatan tapai merupakan respirasi anaerob. Artinya dalam prosesnya tidak dibutuhkan oksigen.

Rasa masam pada tapai disebabkan adanya kandungan asam cuka (asam asetat). Asam cuka dihasilkan dari proses fermentasi alkohol oleh bakteri Acetobater aceti secara aerob (dalam keadaan terdapat oksigen). Fermentasi ini terjadi ketika pembungkus tapai terbuka. Oleh karena itu, agar tapai yang dihasilkan tidak terlalu masam, dalam pembuatan tapai harus ditutup rapat.

b. Yoghurt

Yoghurt merupakan makanan yang dihasilkan dari proses fermentasi susu dengan bantuan bakteri. Proses fermentasi susu menjadi yoghurt melibatkan peranan bakteri asam laktat, misalnya Lactobacillus casei, Streptococcus thermophillus, Lactobacillus bulgaricus, dan Bifidobacteria.

c. Keju

Keju merupakan makanan yang dihasilkan dari proses koagulasi atau pengentalan protein kasein susu. Selama proses pembuatan, susu biasanya dibuat dalam kondisi asam dan ditambahkan rennet.

Pengasaman susu, dapat dilakukan menambahkan bakteri asam laktat seperti Lactococcus sp., Lactobacillus bulgaricus, dan Streptococcus thermophillus.

d. Tempe

Proses produksi tempe menggunakan teknik fermentasi. Fermentasi dilakukan dengan menumbuhkan jamur Rhizopus oryzae dan Rhizopus oligosporus pada biji kedelai. Pada proses pertumbuhannya, jamur akan menghasilkan benang-benang yang disebut dengan hifa. Benang-benang itu mengakibatkan biji-bijian kedelai saling terikat dan membentuk struktur yang kompak.

Pada waktu pertumbuhannya, jamur juga akan menghasilkan suatu enzim protease yang dapat menguraikan kompleks protein yang ada pada kedelai menjadi asam amino yang lebih mudah dicerna oleh tubuh kita. Inilah alasan yang menjadikan tempe lebih mudah dicerna oleh tubuh kita daripada kedelai.

e. Oncom

Oncom dibuat dengan bungkil tahu yang difermentasikan dengan jamur Neurospora intermediavar. 

 

f. Kecap

Secara tradisional proses pembuatan kecap melibatkan proses hidrolisis dan fermentasi dengan menggunakan jamur Aspergillus oryzae, Aspergillus sojae, dan Aspergillus wentii. Di Jepang, proses fermentasi dalam pembuatan kecap juga melibatkan Saccharomyces cerevisiae dan spesies Lactobacillus untuk menghasilkan aroma khas.

Aspergillus wentii. juga digunakan untuk pembuatan taucho.

g. Nata de coco

Nata de coco merupakan hasil inovasi bioteknologi melalui proses fermentasi air kelapa dengan bantuan bakteri Acetobacter xylinum.

h. Roti

Pembuatan roti memanfaatkan peristiwa fermentasi yang dibantu oleh Saccharomyces cerevisiae. Fermentasi yang dilakukan oleh Saccharomyces cerevisiae menghasilkan banyak gas karbon dioksida dan sedikit alkohol.

i. Minuman Beralkohol

Pembuatan minuman beralkohol juga melibatkan proses fermentasi yang dilakukan oleh Saccharomyces. Jenis Saccharomyces dan jenis bahan baku yang berbeda mampu menghasilkan aroma dan rasa yang khas pada jenis-jenis minuman beralkohol. Lama proses fermentasi memengaruhi jumlah alkohol yang dihasilkan. Semakin lama proses fermentasi minuman, semakin tinggi kandungan alkoholnya.

2. Bioteknologi Pertanian

Bioteknologi modern dalam pertanian dilakukan dengan menerapkan teknik rekayasa genetika, yaitu dengan melakukan manipulasi susunan gen suatu organisme sehingga dapat dihasilkan organisme yang memiliki sifat baru. Manipulasi susunan gen dapat dilakukan dengan cara menambah gen suatu organisme yang diambil dari organisme lain atau dengan menghilangkan gen tertentu dalam organisme tersebut. Tanaman yang susunan gennya telah dimanipulasi disebut dengan tanaman transgenik. Saat ini, telah banyak tanaman

transgenik yang sudah dikembangkan, misalnya jagung, padi, kedelai, tomat, dan pepaya.

Melalui rekayasa genetika, suatu tanaman dapat direkayasa agar dapat tahan terhadap serangan hama atau bahkan membunuh hama yang menyerang tanaman tersebut, sehingga dapat meningkatkan hasil produksi. Tanaman juga dapat dirancang untuk tahan terhadap herbisida dan insektisida melalui rekayasa genetika.

Melalui rekayasa genetika, dapat dikembangkan pula kacang tanah dan kacang kedelai yang tidak menimbulkan reaksi alergi bagi yang mengonsumsi. Tanaman transgenik lain yang telah dikembangkan adalah beras yang mengandung zat besi dan vitamin A. Beras yang mengandung vitamin A dikenal dengan nama Golden rice

(a) Beras Normal Berwarna Putih, (b) Golden Rice Berwarna Kuning

3. Bioteknologi Peternakan

Selain di bidang pertanian, bioteknologi juga banyak diterapkan dalam bidang peternakan, yaitu dengan dikembangkannya hewan transgenik melalui teknik rekayasa genetika. Misalnya meningkatkan produksi susu. Peningkatan produksi susu dilakukan dengan cara memproduksi hormon bovine somatotropin (bST) yang kemudian disuntikkan pada sapi perah atau dengan cara membuat sapi perah transgenik yang mampu memproduksi hormon bST lebih banyak.

Pengembangan sapi transgenik yang tahan terhadap penyakit mastitis, sapi yang mampu menghasilkan daging yang berkualitas dan mampu tumbuh dengan cepat.

Salah satu teknik yang banyak digunakan pada bioteknologi dalam bidang peternakan yaitu teknik kloning. Kloning merupakan proses pembentukan suatu individu yang identik secara genetik, melalui proses pemisahan embrio atau penggantian inti sel. Kloning bertujuan untuk menghasilkan individu baru yang seragam. Kloning juga dimanfaatkan manusia untuk memperoleh jenis-jenis hewan unggul.

4. Bioteknologi Kesehatan

a. Antibiotik

Antibiotik merupakan senyawa yang dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain, khususnya bakteri. Antibiotik penisilin dihasilkan oleh jamur Penicillium notatum dan Penicillium chrysogenum.

Mikroorganisme yang Dipilih Sebagai Sumber Antibiotik

b. Insulin Sintetis (Humulin)

Melalui bioteknologi, ilmuwan telah dapat memproduksi hormon insulin sintetis seperti hormon insulin yang dihasilkan oleh pankreas manusia untuk mengatasi penyakit diabetes melitus.

c. Vaksin

Vaksinasi adalah suatu proses peningkatan sistem kekebalan tubuh dengan cara memasukkan vaksin ke dalam tubuh seseorang, sehingga memiliki kekebalan terhadap penyakit tertentu yang disebabkan oleh virus atau bakteri. Vaksin dapat berupa bakteri dan virus yang telah dilemahkan atau merupakan bagian kecil dari tubuh bakteri atau virus.

d. Antibodi Monoklonal

Antibodi monoklonal adalah antibodi yang spesifik untuk satu jenis antigen, yang dihasilkan dari satu jenis sel limfosit B yang merupakan hasil kloning dari sel induk. Antibodi monoklonal umumnya dihasilkan dari kultur sel yang melibatkan penggabungan (fusi) sel myeloma (sel tumor) dan sel limfosit B dari tikus atau dari kelinci.

5. Bioteknologi Lingkungan

Upaya untuk menanggulangi pencemaran yang disebabkan tumpahnya minyak di laut yaitu dengan bakteri dari genus Pseudomonas. 

Pemanfaatan bakteri untuk mendegradasi atau menguraikan polutan yang mencemari lingkungan disebut bioremediasi.

Selain menggunakan bakteri, penanggulangan pencemaran lingkungan dapat menggunakan tanaman tertentu, misalnya eceng gondok dan bunga matahari. Teknik tersebut disebut fitoremediasi.

6. Bioteknologi Forensik

Forensik merupakan aplikasi teknik-teknik dan metode ilmiah yang digunakan untuk menginvestigasi suatu kejahatan atau tindak kriminal melalui teknik DNA fingerprinting atau sidik DNA.

Bioteknologi juga diaplikasikan dalam industri pertambangan. Misalnya untuk memisahkan biji besi dari campuran bahanbahan lain dapat digunakan bakteri jenis Thiobaccillus ferooxidan.

C. Dampak Penerapan dan Pengembangan Bioteknologi

1. Dampak terhadap Lingkungan

Tanaman atau hewan transgenik memiliki susunan gen yang telah dimodifikasi, baik ditambahkan suatu gen atau dilakukan pengurangan suatu gen organisme tersebut. Organisme transgenik ini jika tidak dikelola dengan baik, akan dapat mencemari keanekaragaman gen yang ada di lingkungan alami atau merusak plasma nutfah. Plasma nutfah merupakan materi yang membawa sifat suatu makhluk hidup. Proses pencemaran tersebut dikenal dengan polusi gen. 

Tanaman transgenik biasanya merupakan tanaman unggul. Sifat unggul ini membuat petani lebih cenderung menanam tanaman transgenik (monokultur) dan tidak lagi menanam tanaman lokal. Akibatnya, tanaman lokal (bukan tanaman transgenik) akan menjadi langka. Kondisi ini mengakibatkan terjadinya penurunan

jumlah plasma nutfah. Penggunaan tanaman transgenik juga dapat menimbulkan hama baru yang lebih kuat daripada hama sebelumnya dan mengganggu keseimbangan ekosistem.

2. Dampak terhadap Kesehatan

Beberapa produk bioteknologi seperti alkohol dapat disalahgunakan untuk dibuat menjadi minuman beralkohol yang apabila dikonsumsi terus-menerus dapat menimbulkan dampak buruk bagi kesehatan.

3. Dampak terhadap Sosial dan Ekonomi

Seseorang yang memiliki modal dapat mengembangkan pertanian transgenik yang dapat meningkatkan hasil panen menjadi sangat berlimpah dengan kualitas sangat baik. Tindakan ini tentunya dapat membuat petani tradisional kalah bersaing dalam pemasaran, sehingga dapat menimbulkan kerugian bagi petani

tradisional. Jika masalah ini terus berlanjut, maka akan menimbulkan kesenjangan perekonomian yang semakin besar.

Referensi : 

• Buku Guru Kelas 9 Ilmu Pengetahuan Alam Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan 2018
• Buku Guru Siswa 9 Ilmu Pengetahuan Alam Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan 2018

Tekanan Zat Cair

 Tekanan Hidrostatis 

Ketika kamu menyelam, bagaimanakah kondisi telinga yang kamu rasakan? Apakah telingamu terasa tertekanan? Semakin dalam kamu menyelam, kamu akan merasakan tekanan yang lebih besar

Tekanan hidrostatis adalah kedalaman zat cair dan massa jenis zat cair mempengaruhi tekanan yang dihasilkan oleh zat cair. Semakin dalam zat cair, semakin besar pula tekanan yang dihasilkan. Semakin besar massa jenis zat cair, semakin besar pula tekanan yang dihasilkan

Pada zat cair, gaya (F) disebabkan oleh berat zat cair (w) yang

berada di atas benda, sehingga:

karena berat (w) = m × g

                     m = ρ × V

                      V = h × A   maka

dapat ditulis bahwa 

dengan:

p = Tekanan (N/m²)

m = Massa benda (kg)

ρ = Massa jenis zat cair (kg/m³)

g = Percepatan gravitasi (m/s²)

h = Tinggi zat cair (m)

V = Volume (m³)

Tekanan hidrostatis ini penting untuk diperhatikan dalam merancang berbagai struktur bangunan dalam penampungan air, misalnya pembangunan bendungan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Selain PLTA, para arsitek kapal selam juga memperhitungkan tekanan hidrostatis air laut, sehingga kapal selam mampu menyelam ke dasar laut dengan kedalaman ratusan meter.

Contoh soal :

Seorang penyelam menyelam dengan kedalaman 3 m, massa jenis air 1.000 kg/m³, konstanta gravitasi pada tempat tersebut adalah 10 N/kg. Besar tekanan hidrostatisnya adalah … N/m².

Diketahui  : h = 3 m

                  

                  ρ = 1.000 kg/m³

                  g = 10 N/kg

Jawab       : p = ρ . g . h

                     = 1000 . 10 . 3

                     = 30.000 N/kg

Baca juga : Tekanan Zat Padat

Tekanan Zat Padat

Tekanan Zat dan Penerapannya dalam Kehidupan Sehari-hari

Tekanan Zat Padat

Pada saat musim hujan kamu sering menjumpai jalanan yang berlumpur akibat terguyur hujan sehingga kita lebih sulit untuk melintasi jalanan tersebut. Jika kamu hendak melewati jalanan yang berlumpur, sepatu manakah yang akan kamu gunakan, sepatu boot atau sepatu hak tinggi?

Tentunya kamu akan menggunakan sepatu boot karena sepatu boot memiliki permukaan pijakan lebih luas dibandingkan dengan sepatu hak tinggi. Sepatu yang memiliki permukaan pijakan lebih luas tidak mudah terjebak masuk ke dalam lumpur.

Ketika kamu mendorong uang logam di atas plastisin, berarti kamu telah memberikan gaya pada uang logam. Besarnya tekanan yang dihasilkan uang logam pada plastisin tergantung pada besarnya dorongan (gaya) yang kamu berikan dan luas permukaan pijakan atau luas bidang tekannya. Konsep tekanan sama dengan penyebaran gaya pada luas permukaan. Sehingga, apabila gaya  yang diberikan pada benda ( F ) semakin besar, maka tekanan yang dihasilkan akan semakin besar. Sebaliknya, semakin luas permukaan benda ( A ), tekanan yang dihasilkan semakin kecil. 

dengan :

P = tekanan (N/m² disebut juga pascal (Pa))
F = gaya (Newton) 
A = luas bidang (m²)

Contoh soal :

1. Benda yang beratnya 600 Newton terletak di lantai dengan luas bidang tekan tekan 50 dm^{2   .} Berapa tekanan pada lantai?

Diketahui  : w = F = 600 N

                  A = 50 dm²  = 0,5 m²

 

^{Ditanya     : P = ....?}

^{Jawab        :}

             

                             

                                = 1.200 N/m² 

 2. Sebuah kubus besi yang memiliki panjang sisi 10 cm diletakkan di atas meja yang luas permukaanya 4 m² . Jika berat kubus itu adalah 60 N, tentukan tekanan yang dihasilkan kubus besi!

Dikatahui    : s  = 10 cm

                    w = F = 60 N

^{Ditanya       : P = ....}

^{Jawab         :}

^{Yang dimaksud bidang tekan pada soal ini adalah bidang alas kubus yang bersentuhan dengan permukaan meja bukan bidang permukaan meja.}

Luas bidang tekan  : A = 10 x 10 cm = 100 cm²      = 0,01 m² 

            

                                

                                         

                                               =  6000 N/m² 

Baca juga   : Tekanan Zat Cair

Induksi Elektromagnetik

Induksi Elektromagnetik merupakan peristiwa timbulnya arus listrik akibat perubahan fluks magnetik.

Fluks magnetik adalah banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu bidang.

Menurut Faraday, listrik dapat dihasilkan dengan cara menggerakkan magnet batang keluar masuk kumparan. Temuan ini diterapkan pada generator listrik yang mengubah energi gerak

 menjadi energi listrik.

Di dalam percobaannya, Faraday menggunakan galvanometer, yaitu alat yang digunakan untuk mendeteksi adanya arus listrik kecil.

Gaya gerak listrik yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis gaya magnet dinamakan GGL Induksi, sedangkan arus yang mengalir disebut arus induksi dan peristiwanya disebut Induksi Elektromagnetik.

Faktor-faktor yang mempengaruhi besar gaya gerak listrik (GGL) induksi:

1. Kecepatan putaran kumparan

Semakin cepat putaran kumparan, GGL induksi yang timbul semakin besar.

2. Jumlah lilitan

Semakin banyak jumlah lilitannya, GGL induksi yang timbul semakin besar.

3. Kekuatan magnet

Semakin kuat kemagnetannya, GGL induksi yang timbul semakin besar.

Alat-alat yang menggunakan prinsip kerja induksi elektromagnetik 

a. Generator

Generator adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi gerak (kinetik) menjadi energi listrik. Energi gerak yang dimiliki generator dapat diperoleh dari berbagai sumber energi alternatif, misalnya dari energi angin, energi air, dan sebagainya. Generator dibedakan menjadi generator AC (Alternating Current) dan generator DC (Direct Current). Generator AC atau alternator dapat menghasilkan arus listrik bolak-balik dengan cara menggunakan cincin ganda, sedangkan generator DC dapat menghasilkan arus listrik searah dengan cara menggunakan komutator (cincin belah).

Gambar  (a) Generator AC, (b) Generator DC

b. Dinamo AC-DC

Gambar  Dinamo AC/DC

Dinamo adalah generator yang relatif kecil seperti yang digunakan pada sepeda. Mengapa lampu sepeda kayuh dapat menyala meskipun tidak diberi baterai? Mengapa nyala lampu akan semakin terang apabila kita mengayuh pedal sepeda dengan lebih cepat? Ternyata pada sepeda terdapat dinamo yang berfungsi sebagai sumber energi listrik untuk menyalakan lampu. Dinamo adalah alat yang berfungsi untuk mengubah energi gerak menjadi listrik.

Gambar Dinamo Sepeda

Cara kerja dinamo dan generator hampir sama, termasuk penggunaan satu cincin yang dibelah menjadi dua (komutator) pada dinamo DC dan cincin ganda pada dinamo AC. Perbedaan dinamo dengan generator terletak ada dua komponen utama dinamo, yaitu rotor (bagian yang bergerak) dan stator (bagian yang diam). Saat sepeda dikayuh dengan cepat, kumparan pada dinamo akan bergerak cepat sehingga gaya gerak listrik (GGL) induksi yang dihasilkan menjadi lebih kuat dan energi listrik yang dihasilkan menjadi lebih banyak.

c. Transformator

Berdasarkan penggunaannya, transformator dibagi menjadi dua jenis, yaitu transformator step-down dan transformator step-up. Transformator step-down berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik, sedangkan transformator step-up berfungsi untuk menaikkan tegangan listrik.

Gambar (a) Transformator Step-Down, (b) Transformator Step-Up

Transformator pada dasarnya terdiri atas lilitan primer dan lilitan sekunder yang dihubungkan dengan menggunakan inti besi. Lilitan primer yang mendapat tegangan AC akan menginduksi lilitan sekunder. Perubahan arah arus AC membuat medan magnet yang terbentuk berubah-ubah, sehingga menghasilkan tegangan AC pada ujung-ujung kumparan sekunder. Inti besi digunakan dengan tujuan untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.

Besar kecilnya tegangan keluaran yang dihasilkan transformator sangat dipengaruhi oleh jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder. Jika

jumlah lilitan primernya lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder, maka tegangan pada kumparan sekunder juga akan lebih kecil daripada tegangan pada kumparan primer, dan transformator tersebut disebut transformator stepdown.

Namun, jika jumlah lilitan primernya lebih sedikit daripada jumlah lilitan sekunder, maka tegangan pada kumparan sekunder akan lebih besar daripada tegangan pada kumparan primer, dan transformator tersebut disebut transformator step-up. Pada transformator ideal, energi listrik yang masuk ke dalam kumparan primer akan dipindahkan seluruhnya ke dalam kumparan sekunder. Hal ini mengakibatkan besar efisiensi transformator menjadi 100% atau secara matematis dituliskan sebagai berikut.

dengan:

Pout = daya listrik pada kumparan sekunder (W)

Pin = daya listrik pada kumparan primer (W)

Contoh Soal Transformator

Sebuah transformator memiliki 300 lilitan primer dan 30 lilitan

sekunder. Diketahui tegangan pada lilitan primer adalah 220 volt.

a. Tentukan besar tegangan pada lilitan sekunder.

b. Jika arus listrik yang mengalir pada lilitan primer sebesar 0,5 mA, berapakah arus listrik yang mengalir pada lilitan sekunder?

c. Tentukan efisiensi transformator.

d. Tentukan jenis transformator.

Diketahui:

Np = 300 lilitan

Ns = 30 lilitan

Vp = 220 volt

Ip = 0,5 mA

Ditanya:

a. Tegangan sekunder (Vs)

b. Arus sekunder (Is)

c. Efisiensi transformator (η)

d. Jenis transformator

Jawab :

Latihan Soal :

1. Sebutkan Faktor-faktor yang mempengaruhi besar gaya gerak listrik (GGL) induksi !
2. Sebutkan alat-alat yang menggunakan prinsip kerja induksi elektromagnetik!

3. Apa yang kalian ketahui tentang :

    a. Transformator Step-Down

    b. Transformator Step-Up

4. Sebuah transformator memiliki 1.500 lilitan primer dan 300 lilitan sekunder. Bila tegangan sekunder transformator tersebu 3 volt dan arus primernya 4 mA, berapakah tegangan primer dan arus sekundernya?

5. Sebutkan kemagnetan dalam produk teknologi!

Baca Juga : 

Kemagnetan dalam Produk Teknologi

Referensi : 

• Buku Guru Kelas 9 Ilmu Pengetahuan Alam Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan 2018
• Buku Guru Siswa 9 Ilmu Pengetahuan Alam Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan 2018

Kemagnetan dalam Produk Teknologi

Kemagnetan dalam Produk Teknologi

1. MRI (Magnetic Resonance Imaging)

Tahukah kamu bagaimana mekanisme MRI mendeteksi penyakit? Orang yang akan diperiksa kesehatannya menggunakan MRI dimasukkan ke dalam medan

magnet yang memiliki kekuatan 5.000 kali lipat lebih kuat dari medan magnet bumi. Medan magnet sebesar ini mengakibatkan nukleon tubuh berputar dan berbaris sejajar menjadi jarum kompas  Nukleon tersebut kemudian ditembak dengan gelombang radio untuk menginduksi arahnya. 

Sumber: National geographic channel

Gambar : MRI (Magnetic Resonance Imaging)

Saat arahnya sejajar , nukleon-nukleon tersebut akan memancarkan gelombang

radio yang akhirnya diterima komputer sebagai pencitraan kondisi dalam tubuh. Teknik ini jauh lebih aman dibanding dengan Rontgen (sinar X). Lebih dari sekadar mendeteksi ada tidaknya penyakit seperti tumor, MRI dapat

digunakan untuk merekam pikiran manusia. Misalnya untuk merekam bagian otak yang menanggapi rangsang panas atau dingin. Selain itu, MRI juga dapat digunakan untuk melakukan deteksi dini terhadap gejala epilepsi.

2. Kereta Maglev

Maglev merupakan kependekan dari magnetically levitated atau kereta terbang. Kereta maglev diterbangkan kurang lebih 10 mm di atas relnya. Meskipun rel dan kereta tidak menempel, kereta maglev yang super cepat mampu melaju hingga 650 km/jam, tidak akan terjatuh dan tergelincir. Hal ini disebabkan kereta maglev menerapkan prinsip gaya tolak menolak magnet serta didorong dengan menggunakan motor induksi.

Gambar : (a) Kereta Shinkansen Jepang, (b) Interior dalam Kereta

Shinkansen Saat Uji Coba

3. Pemanfaatan Magnet dalam PLTN

Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) merupakan pembangkit listrik yang menggunakan energi nuklir untuk menghasilkan listrik. Prinsip kerja PLTN mirip dengan pembangkit listrik tenaga uap (PLTU). Pada PLTU, batu bara dibakar untuk memanaskan air sehingga dihasilkan uap air. Uap air kemudian digunakan untuk menggerakkan turbin sehingga generator dapat berputar dan menghasilkan listrik. Pembakaran batu bara secara terus menerus, selain dapat mengurangi jumlah sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui juga dapat mencemari lingkungan akibat pembakaran yang menghasilkan asap karbon, sulfur, dan nitrogen.

Pada PLTN, energi yang digunakan untuk menghasilkan uap air yang selanjutnya digunakan untuk menggerakkan turbin diperoleh dari reaksi pemecahan inti atom (fisi) uranium-235 atau melalui penggabungan inti atom (fusi) dalam suatu reaktor nuklir. Uranium-235 diproses sehingga menjadi bentukan kecil seukuran penghapus pensil, namun memiliki energi yang sebanding dengan satu ton batu bara. Panas yang dihasilkan dari pemecahan inti atom mampu mencapai 4.0000C. Reaksi nuklir tersebut menghasilkan berbagai partikel bermuatan yang berbahaya bagi kesehatan jika menyebar ke lingkungan. Agar partikel tersebut tidak menyebar ke lingkungan, digunakan botol magnet dengan medan magnet yang sangat besar. Botol magnet akan menarik partikel-partikel bermuatan sehingga tetap berada dalam reaktor.

Referensi : 

• Buku Guru Kelas 9 Ilmu Pengetahuan Alam Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan 2018
• Buku Guru Siswa 9 Ilmu Pengetahuan Alam Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan 2018

Si Harimau, Burung Merak, dan Tarsius

 Teman

Guru Belajar Seri Pendidikan Keterampilan Hidup memberikan pembelajaran yang sangat berharga.

Ini adalah cerita tentang tiga teman yang unik: si harimau, burung merak, dan tarsius.

            Si harimau adalah binatang yang paling ditakuti di hutan. Si harimau dikenal sebagai sosok yang selalu mendapatkan apa yang ia mau dengan menakut-nakuti dan mem-bully binatang-binatang yang lain. Hal yang paling disukai oleh si harimau adalah mengendapendap di belakang binatang-binatang saat mereka sedang tertidur, dan MENGAUM dengan kencang! Si harimau memiliki banyak teman, tetapi teman-temannya tidak pernah melawan otoritas atau kepemimpinan si harimau, karena mereka dapat kehilangan semua teman mereka seketika. Ketika si harimau kehilangan kesabarannya, dimana hal ini sering terjadi, teman-teman binatangnya akan lari menuju semak-semak dan bersembunyi. Percayalah, kamu tidak mau berada di dekat harimau yang sedang mengamuk!

        Si tarsius sudah berteman dengan si harimau sejak kecil. Alasan utama mengapa mereka bisa berteman begitu lama adalah karena si tarsius tidak pernah melawan pendapat-pendapat atau gagasan-gagasan milik si harimau. Bahkan, si tarsius tidak terlalu banyak berkata-kata, hanya memilih untuk mengikuti apa yang dilakukan oleh binatang-binatang yang lain. Si tarsius sering melihat si harimau mem-bully binatang-binatang yang lain, tetapi berpikir bahwa lebih baik untuk diam saja, jangan sampai si harimau kehilangan kesabarannya lagi. Terkadang si tarsius sangat diam, sampai-sampai kamu tidak tahu sebenarnya ia sedang berada di sana! 

            Seperti si harimau, si burung merak juga terkenal di antara binatang-binatang yang lainnya. Si burung merak bangga dengan dirinya dan pencapaiannya. Bulu-bulu indahnya dikagumi oleh seluruh binatang di hutan, terutama si harimau, yang sering merasa iri dengan popularitasnya. Daripada bersikap sombong, si burung merak selalu berusaha untuk mencari keindahan dari binatang-binatang yang lain, termasuk si tarsius (yang, harus diakui, bukan termasuk binatang yang terlihat menarik). Si burung merak selalu bersikap baik terhadap binatang-binatang yang ia temui, tetapi tahu kapan waktu yang tepat untuk membela dirinya sendiri. Suatu hari, si burung merak tidak sengaja mendengar rencana yang dibicarakan oleh si harimau dan teman-temannya untuk menyerang sebuah desa di dekat sana dan memakan semua hasil panennya. Sebenarnya, di hutan terdapat banyak makanan, tetapi si harimau merasa lucu jika para warga desanya diteror olehnya. Si tarsius tidak merasa bahwa itu adalah gagasan yang baik, tetapi ia tentunya tidak akan menyampaikannya kepada si harimau, sehingga, seperti biasa, ia sibuk mengurus dirinya sendiri saja. Si burung merak memutuskan, ‘cukup sudah’! Ia memberitahu si harimau bahwa rencananya bodoh dan tentunya dapat memancing balas dendam dari para warga desa terhadap seluruh binatang di hutan. ‘Beraninya kamu melawan aku!,’ aum si harimau, sambil menerkam si burung merak, merusak bulu-bulu indahnya. Tidak merasa malu terhadap bulu-bulunya yang hilang, si burung merak justru merasa bangga, karena jauh di lubuk hatinya, ia tahu bahwa hal yang ia lakukan benar. Keberanian si burung merak membantu binatang-binatang yang lain berani berbicara tentang perilaku agresif si harimau, termasuk juga si tarsius! Pada akhirnya, si harimau meminta maaf kepada si burung merak dan tidak pernah kehilangan kesabarannya lagi hingga hari ini

Sistem Pernapasan Manusia

 A. Struktur dan Fungsi Pernapasan Manusia

            Pernahkah kalian mendengar istilah respirasi? Respirasi adalah proses pertukaran gas yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup.

Ada 3 proses dalam respirasi manusia :

1. Bernapas atau ventilasi paru-paru, merupakan proses menghirup udara (inhalasi) dan menghembuskan udara (ekhalasi).
2. Respirasi eksternal, merupakan pertukaran gas-gas antara alveolus paru-paru dengan darah di dalam pembuluh kapiler darah.

Respirasi imternal, merupakan pertukaran gas-gas  antara darah di dalam pembuluh kapiler jaringan tubuh dengan sel-sel  atau jaringan tubuh.

1. Organ Pernapasan Manusia 

Gambar. Sistem Pernapasan pada Manusia

Organ pernapasan pada manusia membentuk saluran pernapasan yang secara berurutan terdiri atas: hidung → faring → laring → trakea → bronkus → bronkiolus → paru-paru → alveolus.

a. Hidung

Hidung dilengkapi dengan rambut-rambut hidung, selaput lendir, dan konka. Udara yang masuk ke dalam hidung akan disaring terlebih dahulu oleh rambut-rambut hidung. Kemudian benda asing yang terhidup saat bernapas, misalnya debu, bakteri, dan virus akan ditangkap oleh selaput lendir kemudian udara dilembabkan. Setelah itu, udara dihangatkan oleh konka yang mempunyai banyak kapiler darah yang berfungsi menyamakan suhu udara yang terhirup di luar dengan suhu tubuh atau menghangatkan udara yang masuk ke paru-paru

b. Faring

Faring adalah tempat persimpangan antara saluran pernapasan pada bagian depan dan saluran pencernaan pada bagian belakang. Faring berfungsi sebagai jalur masuk udara dan makanan, ruang resonansi suara, serta tempat tonsil yang berpartisipasi pada reaksi kekebalan tubuh dalam melawan benda asing.

Gambar Struktur Organ Pernapasan : rongga hidung, Faring, dan Laring

c. Laring

Laring atau ruang suara merupakan organ pernapasan yang menghubungkan faring dengan trakea. Pada laring terdapat pita suara dan epiglotis atau katup pangkal tenggorokan. Pada waktu menelan makanan epiglotis menutupi laring dan makanan tidak masuk ke dalam tenggorokan. Sebaliknya pada waktu bernapas epiglotis akan membuka sehingga udara masuk ke dalam larung kemudian menuju tenggorokan.

d. Trakea (Tenggorokan)

Trakea (Tenggorokan) adalah saluran yang menghubungkan laring dengan bronkus. Trakea tersusun atas cicin-cincin tulang rawan dan selaput lendir yang terdiri atas jaringan epitelium bersilia yang berperan menangkap debu maupun mikroorganisme yang masuk saat menghirup udara yang kemudian didorong menuju belakang mulut dan dikeluarkan dengan cara batuk.

e. Bronkus 

Bronkus merupakan cabang dari pangkal batang tenggorokan yang berjumlah dua, masing-masing bronkus memasuki paru-paru kanan dan paru-paru kiri.

f. Bronkiolus

Bronkiolus merupakan cabang-cabang kecil dari bronkus. Bronkus kanan bercabang menjadi tiga bronkiolus dan bronkus kiri bercabang menjadi dua bronkiolus.

g. Paru-paru 

Paru-paru merupakan alat pernapasan utama yang terbagi menjadi dua bagian yaitu paru-paru kanan (pulmo dekster) yang terdiri atas tiga lobus dan paru-paru kiti (pulmo sinister) yang terdiri atas dua lobus. Paru-paru tersusun atas gelembung-gelembung alveolus yang dilindungi oleh lapisan yang disebut selaput pleura. Pleura berupa kantung tertutup yang berisi cairan limfa.

h. Alveolus

Alveolus adalah gelembung-gelembung yang sangat kecil dan berdinding tipis terletak pada ujung-ujung bronkiolus yang berperan dalam pertukaran gas oksigen dan gas karbon dioksisa. Dinding alveolus berbatasan dengan pembuluh kapiler darah, sehingga gas-gas dalam alveolus dapat dengan mudah mengalami pertukaran dengan gas-gas yang ada di dalam darah.

 

Gambar  Struktur Paru-paru, Bronkus, Bronkiolus dan Alveolus

2. Mekanisme Pernapasan Manusia

Dalam mekanisme pernapasan terdapat dua tahap yaitu inspirasi ( menghirup udara) dan ekspirasi ( menghembuskan udara). Kita dapat melakukan dua pernapasan yaitu :

1. Pernapasan Dada

Otot antartulang rusuk berkontaksi, tulang rusuk akan terangkat sehingga rongga dada membesar (volume bertambah). Hal ini mengakibatkan tekanan udara di dalam rongga dada lebih kecil daripada tekanan udara luar. Akhirnya terjadi aliran udara luar ke rongga paru-paru (inspirasi).

Sebaliknya jika otot antar tulang rusuk berelaksasi, tulang rusuk akan turun sehingga rongga dada menyempit, tekanan udara dalam rongga dada lebih besar daripada tekanan udara luar yang mengakibatkan udara keluar dari paru-paru (ekspirasi).

2. Pernapasan Perut

Otot diafragma kontraksi sehingga diafragma mendatar mengakibatkan rongga dada dan paru-paru mengembang sehingga tekanan udara rendah, udara dari luar masuk ke paru-paru (inspirasi).

Otot diafragma relaksasi sehingga diafragma melengkung ke atas, rongga dada dan paru-paru mengempis sehingga tekanan udara dalam paru-paru naik, udara keluar paru-paru (ekspirasi).

3. Frekuensi Pernapasan

Faktor yang mempengaruhi frekuensi pernapasan :

• Umur, semakin bertambah umur seseorang maka semakin rendah frekuensi pernapasannya
• Jenis kelamin, laki-laki lebih banyak bergerak sehingga lebih banyak memerlukan energi. Kebutuhan oksigen dan produksi CO₂  pada laki-laki juga lebih tinggi.
• Suhu tubuh, semakin tinggi suhu tubuh semakin cepat frekuensi pernapasannya.
• Posisi tubuh, pada saat posisi tubuh berdiri otot-otot kaki akan berkontraksi dan menghasilkan tenaga yang dibutuhkan tubuh untuk tetap tegak berdiri, sedangkan pada saat posisi tubuh duduk atau berbaring tidak membutuhkan banyak energi sehingga frekuensi pernapasannya rendah.
• Kegiatan atau aktivitas tubuh, orang yang melakukan aktivitas memerlukan banyak energi sehingga frekuensi pernapasan meningkat.

4. Volume Pernapasan

• Volume tidal, volume udara yang keluar masuk  paru-paru saat tubuh melakukan inspirasi dan ekspirasi biasa (normal) volumenya sekitar500 mL.
• Volume cadangan ekspirasi, merupakan volume udara yang masih dapat dikeluarkan secara maksimal dari paru-paru setelah melakukan ekspirasi biasa. Volumenya sekitar 1.500 mL.
• Volume cadangan inspirasi, volume udara yang masih dimasukkan ke dalam paru-paru setelah melakukan inspirasi biasa, volumenya sekitar 1.500 mL
• Volume residu, volume yang masih tersisa di dalam paru-paru meskipun telah melakukan ekspirasi secara maksimal volumenya sekitar 1.000 mL.
• Kapasitas vital paru-paru, yaitu total dari volume tidal + volume cadangan ekspirasi,  volume cadangan inspirasi. Volumenya sekitar 3.500 mL.
• Kapasitar total paru-paru, volume udara yang dapat ditampung secara maksimal dalam paru-paru. Volume kapasitas paru-paru yaitu volume kapasitas vital paru-paru + volume residu, volumenya sekitar 4.500 mL.

5. Gangguan pada Sistem Pernapasan Manusia

• Influenza disebabkan oleh gejala : batuk, pilek, demam.
• Tonsilitis :peradangan pada tonsil (amandel)
• Faringitis :infeksi pada faring oleh kuman penyakit
• TBC (Tuberculosis) : disebabkan bakteri Mycobacteria tuberculosis.
• Pneumonia : disebabkan infeksi bakteri Diplococcus
• Asma : penyumbatan saluran
• Sinusitis : radang pada sebelah atas rongga
• Pleuritis : radang pada selaput pembungkus paru- paru.
• Bronkitis : radang bronkus
• Kanker paru-paru :terjadi karena pertumbuhan sel-sel yang tidak terkendali pada jaringan dalam paru-paru.

 

Referensi : 

1. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. 2017. Buku Guru Ilmu Pengetahuan Alam SMP/ MTs Kelas VIII. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.
2. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. 2017. Buku Siswa Ilmu Pengetahuan Alam SMP/ MTs Kelas VIII. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.