FISIKA PENYELAMAN

 

  FISIKA PENYELAMAN

Pengetahuan terapan hukum-hukum fisika yang berhubungan dengan penyelaman adalah persyaratan terpenting bagi teknik penyelaman yang aman. Banyak masalah kesehatan penyelaman yang secara langsung diakibatkan pengaruh-pengaruh fisiologis dari hukum-hukum tersebut  terhadap manusia.

1.   Hukum Pascal (Tekanan)

Tekanan udara di permukaan laut pada suhu 0˚C pada dasarnya adalah tekanan yang disebabkan oleh berat atmosfir di atasnya. Tekanan ini konstan yaitu sekitar 760 mm Hg (14.7 Psi)  dan dijadikan dasar ukuran satu atmosfir.

Persamaan tekanan

1 Atmosfir = 10.07 (10) *meter air laut

= 33.05 (33) * kaki air Laut

= 33.93 (34) * kaki air tawar

= 1.033 kg/cm2

= 14.696 (14.7) * Lbs/ins2

= 1.013 bars

= 101 kilopascals

= 760 mm air raksa ( mm Hg)

= 760 torr

Tekanan akan menurun pada ketinggian karena atmosfir diatasnya berkurang, sehingga berat udarapun berkurang. Demikian sebaliknya tekanan akan meningkat bila seorang menyelam dibawah permukaan air. Hal ini disebabkan karena berat dari atmosfir dan berat dari air diatas penyelam. Ukuran-ukuran tekanan dari berbagai kedalaman mengungkapkan bahwa tekanan 760 mm Hg yaitu sama dengan standard atmosferik pressure, akan terasa pengaruhnya kira-kira pada kedalaman 10 m dari air laut (33 kaki). Berdasarkan Hukum Pascal yang menyatakan bahwa tekanan yang terdapat di permukaan cairan akan menyebar ke seluruh arah secara merata dan tidak berkurang pada setiap tempat dibawah permukaan laut, tekanan akan meningkat sebesar 760 mm Hg (1 atmosfir) untuk setiap kedalaman 10 m. Tekanan yang terdapat pada suatu titik menunjukkan tekanan 1 atmosfir (tekanan di permukaan + tekanan yang disebabkan oleh kedalaman air laut). Satuan-satuan dari jumlah tekanan adalah Atmosfir Absolut (ATA) yaitu :

Kedalaman (depth)	Tekanan Absolut	Gauge Pressure
Permukaan	1 ATA	0 ATG
10 meter	2 ATA	1 ATG
20 meter	3 ATA	2 ATG
30 meter	4 ATA	3 ATG

    Ukuran tekanan (Gauge Pressure) menunjukkan tekanan yang terlihat pada alat pengukur dimana terbaca 0 pada tingkat permukaan. Karenanya tekanan ini selalu 1 atmosfer lebih rendah dari pada tekanan   absolut.

2. Hukum Boyle (Hukum Perubahan Tekanan dan Volume)

    Hukum ini menegaskan hubungan antara tekanan dan volume dari suatu kumpulan gas  akan berbanding terbalik dengan tekanan absolut, yaitu : V = 1/P

Jadi : PV = K atau P1V1 = P2V2

P = Tekanan

V = Volume 

K = Konstan

Ini berarti bahwa bilamana tekanan meningkat, volume dari suatu kumpulan gas akan berkurang atau sebaliknya. Selama tekanan sebanding dengan kedalaman, maka volume akan menjadi setengah volume dari semula. Hubungan ini berlaku terhadap semua gas-gas di dalam ruangan-ruangan tubuh sewaktu penyelam masuk ke dalam air maupun sewaktu naik ke permukaan.

Hukum Boyle pada penyelaman tahan napas seorang Penyelam yang menghirup napas penuh di permukaan akan merasakan paru-parunya semakin lama semakin tertekan oleh air di sekelilingnya sewaktu ia turun. Contoh : Bila seorang penyelam Scuba menghirup napas penuh (6 liter) pada kedalaman 10 meter ( 2 ATA), menahan nafasnya dan naik ke permukaan (1 ATA), udara di dalam dadanya akan berlipat ganda  volumenya menjadi 12 liter, maka ia harus menghembuskan 6 liter udara selagi naik untuk menghindari agar paru-parunya tidak meledak.

P1V1     =  P2V2             P1V1      2 x 6            

           

P1	= 2 ATA	V2 = ----------- = --
V1	= 6 liter
P2	= 1 ATA
V2	= ?	V2 = 12 liter

    Semua gas yang berada di dalam rongga tubuh akan terpengaruh oleh hubungan tekanan volume ini. Dalam hal mengenai telinga bagian tengah, tekanan air yang berperan di dalam tubuh akan dihantar oleh cairan-cairan tubuh ke rongga udara di dalam telinga bagian tengah. Selama tekanan meningkat volume akan berkurang, karena telinga bagian tengah ada di dalam rongga tulang yang kaku, rongga yang sebelumnya terisi oleh udara akan diisi jaringan yang membengkak dan menonjol ke dalam gendang telinga.

Rangkaian kejadian yang menjurus ke perusakan jaringan dapat dicegah dengan menyeimbangkan tekanan (Equalizing). Udara ditiupkan ke dalam saluran Eustachius dari tenggorokan untuk menjaga agar volume gas yang ada di telinga bagian tengah tetap konstan, sehingga tekanannya menyamai tekanan air. Proses serupa dapat terjadi di dalam rongga-rongga sinus, akan tetapi disini dapat diseimbangkan sendiri (self equalizing) dalam keadaan normal, karena rongga sinus punya hubungan terbuka dengan rongga hidung. Perubahan terbesar volume gas yang mengikuti perubahan air terjadi dekat permukaan.

3. Hukum Dalton (Tekanan Parsial dari Campuran Gas).

Hukum ini berhubungan udara (suatu campuran Nitrogen dan Oksigen) dan dengan pernafasan gas campuran. Dinyatakan bahwa jumlah tekanan dari suatu campuran gas-gas adalah jumlah dari tekanan secara tersendiri menempati seluruh ruang (volume), selama tekanan secara menyeluruh meningkat, tekanan partial dari tiap-tiap gas akan meningkat.

Karena udara adalah suatu campuran yang terdiri dari kurang lebih 80% bagian N2 dan 20% bagian O2, maka udara di permukaan terdiri dari 

N2 = 80% dari 1 ATA (760 mm Hg).

      = 0,8 ATA (608 mm Hg).

O2 = 20 % dari 1 ATA (760 mm Hg)

      = 0,2 ATA (152 mm Hg)

Tekanan partial dari suatu gas di dalam campuran diperoleh dengan mengkalikan persentasi gas dengan tekanan total.

4. Hukum Henry (Larutan Gas dan Cairan)

Pada suhu tertentu jumlah gas yang terlarut dalam suatu cairan berbanding lurus dengan tekanan  parsial gas tersebut diatas cairan. Di permukaan laut (1 ATA) dalam tubuh manusia terdapat kira-kira 1 liter larutan Nitrogen. Apabila seorang penyelam turun sampai kedalaman 10 meter (2 ATA) tekanan partial dari Nitrogen yang dihirupnya menjadi 2 kali lipat dan akhirnya yang telarut dalam jaringan juga menjadi 2 kali lipat (2 liter). Waktu sampai terjadinya keseimbangan tergantung pada daya larut gas di dalam jaringan dan pada kecepatan suplai gas ke jaringan oleh darah. Pengaruh fisiologis dari hukum ini terhadap seorang penyelam berlaku untuk Penyakit dekompresi, keracunan gas dan pembiusan gas Lembam (Inert Gas Narcosis). Bilamana tekanan yang terdapat dalam larutan terlarut cepat berkurang, gas akan keluar dari larutan dalam bentuk gelembung-gelembung gas. Pada penyelam, pelepasan gelembung-gelembung ini dapat menyumbat pembuluh darah atau merusakkan jaringan-jaringan, hal ini menyebabkan berbagai pengaruh dari penyakit  dekompresi atau “Bends".

5. Hukum Charles

Hukum ini menyangkut hubungan antara suhu, volume dan tekanan. Dinyatakan bahwa bila tekanan tetap konstan, volume dari sejumlah gas tertentu adalah berbanding lurus dengan suhu absolut. Hukum ini ada hubungannya dengan kompresi dan dekompresi dari gas-gas dan pengaruhnya terhadap silinder, regulator, chamber dan lain-lain, serta menerangkan bahwa perubahan tekanan dapat dilihat bilamana silinder yang berisi udara tekan terjemur di matahari. Bila volume tetap konstan dan suhu meningkat, tekanan akan meningkat. Hukum Charles dapat dilihat bila seorang yang secara tidak sengaja melubangi tabung semprot (Spray Can) dan melihat gas yang menguap di udara.

Bila tekanan (P) tetap konstan, maka volume, (V) dari sejumlah gas berbanding lurus dengan suhu absolut (T) (H. Charles). Salah satu contohnya seperti membiarkan tabung selam terpapar dengan sinar matahari/sumber panas itu dapat menyebabkan tabung meledak.

6. Hukum Gay-Lusac

    Hukum Perbandingan Volume atau (Gay-Lussac) yaitu volume gas-gas yang bereaksi dan volume  gas-gas hasil reaksi yang diukur pada suhu dan tekanan yang sama berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana. Tekanan (P) dari sejumlah tetap gas pada volume (V) yang tetap berbanding lurus dengan temperaturnya (T).

P/T=k P1/T1=P2/T2

Contohnya: Pada saat mengisi tabung, sebaiknya tabung tersebut diisi sambil direndam di dalam ember  yang berisi air dingin, agar temperaturnya tetap rendah.