Mengairi Sawah dengan Konsep Fisika? Apakah Bisa?

Oleh: Dr. Ir. Vina Serevina, M.M | Meidhiyana Ulhaq | Pendidikan Fisika UNJ Angkatan 2019

Salah satu materi yang dipelajari di sekolah yaitu fluida dinamis, yang dipelajari di kelas XI SMA. Akan tetapi, materi ini ternyata masih banyak mengalami miskonsepsi, yaitu kesalahan dalam pemahaman konsep. Miskonsepsi ini terjadi karena peristiwa yang terdapat pada konsep fluida dinamis ini jarang ditemui secara langsung di kelas, seperti contohnya aliran air sungai. Artikel ini dibuat untuk mengurangi terjadinya miskonsepsi siswa pada materi fluida dinamis menggunakan contoh konsep aliran irigasi dengan air sungai. 

Salah satu penerapan fluida dinamis adalah sungai. Sungai merupakan aliran air yang terbentuk oleh alam yang alirannya merupakan suatu proses yang cukup rumit di mana air bergerak turun melalui kanal sungai akibat adanya gaya gravitasi. Kelajuan aliran sungai akan meningkat menyesuaikan kemiringan sungai.

Pengairan sawah adalah salah satu pemanfaatan aliran air sungai. Pengairan sawah atau irigasi adalah pemasokan air ke lahan pertanian untuk memberikan kelembaban pada zona akar tanaman untuk memenuhi kebutuhan air bagi tanaman untuk tumbuh.

Gambar 3. Irigasi Sawah (Sumber: dpu.kulonprogo.go.id)

Tujuan irigasi secara umum dibagi menjadi dua, yaitu tujuan langsung dan tujuan tidak langsung. Tujuan langsung dari irigasi adalah untuk membasahi tanah berkaitan dengan kapasitas kandungan air dan udara dalam tanah sehingga mencapai kondisi sesuai dengan kebutuhan pertumbuhan tanaman. Sementara, untuk tujuan tidak langsung dari irigasi adalah untuk mengatur suhu dari tanah, membersihkan tanah yang mengandung racun, mengangkut bahan pupuk melalui aliran air, menaikkan permukaan air tanah, menaikkan elevasi suatu daerah yang menyalurkan air dan mengendapkan lumpur yang terbawa air, dan lain sebagainya (Ardi, 2013).

Sementara untuk manfaat dari irigasi sawah adalah:

1.  Untuk membasahi tanah, yaitu pembasahan tanah pada daerah yang curah hujannya kurang atau tidak menentu.

2. Untuk mengatur pembasahan tanah, agar daerah pertanian dapat diairi sepanjang waktu pada saat dibutuhkan, baik pada musim kemarau maupun musim penghujan.

3. Untuk menyuburkan tanah, dengan mengalirkan air yang mengandung lumpur & zat -- zat hara penyubur tanaman pada daerah pertanian tersebut, sehingga tanah menjadi subur.

4. Untuk kolmatase, yaitu meninggikan tanah yang rendah / rawa dengan pengendapan lumpur yang dikandung oleh air irigasi (Rachmad, 2009).

Berdasarkan tingkat teknisnya, irigasi dibedakan menjadi tiga, yaitu irigasi teknis, setengah teknis, dan sederhana. Pada irigasi teknis, airnya diatur karena terdapat pintu masuk dan keluar air, serta dapat diukur dengan bangunan ukur yang dapat berupa papan skala, bangunan ukur khusus (contoh: Cipoteli, Venturi). Lalu pada irigasi setengah teknis, airnya dapat diatur tetapi tidak dapat diukur. Dan pada irigasi sederhana, tidak dilengkapi bangunan ukur maupun pintu. Meskipun terdapat pintu, itu hanya bersifat sementara dan sangat sederhana sehingga cepat rusak.

Gambar 3. Irigasi Teknis (Sumber: debbyeka.blogspot.com)

Pada wawancara kepada SariAgri.id (16/5/2020), Prof. Edi Santosa menyampaikan bahwa sawah yang menggunakan irigasi teknis, yaitu terdapat jalur irigasi dari bendungan, saluran induk, saluran sekunder, tersier, hingga saluran cacing yang masuk ke tanah, dalam satu tahun dapat melakukan dua hingga tiga kali tanam. Sedangkan pada sawah yang menggunakan irigasi setengah teknis, hanya satu sampai dua kali tanam dalam setahun. Oleh karena itu, secara umum para petani menggunakan irigasi teknis ini pada lahan pertaniannya.

Pada irigasi teknis yang memiliki pintu tersebut, dapat menjelaskan konsep kontinuitas fluida dan prinsip Bernoulli. Konsep kontinuitas ini menyatakan bahwa untuk fluida tak termampatkan yang mengalir pada kondisi tunak, laju aliran pada setiap titik dalam fluida adalah sama. Apabila dirumuskan adalah seperti gambar berikut ini:

Gambar 4. Konsep Kontinuitas Fluida Dinamis (Sumber: anggitprakasa.blogspot.com)

Gambar 5. Kontinuitas pada Pintu Air (Sumber: Muslim, 2019)

Pada pintu air yang menggunakan sistem irigasi teknis tersebut memiliki beberapa pintu air yang memiliki laju aliran dan luas penampang di sekitar pintu berbeda-beda tergantung pada posisi pintu air. Pada gambar 5 dapat dilihat bahwa luas penampang yang dekat dengan pintu air memiliki ukuran lebih kecil dibandingkan dengan luas penampang yang jauh dari pintu air. Berdasarkan konsep kontinuitas fluida dinamis, maka laju aliran yang di dekat di pintu air tersebut lebih besar karena luas penampangnya lebih kecil. Begitupun sebaliknya, pada air yang luas penampangnya lebih besar, laju alirannya lebih kecil.

Gambar 6. Azas Bernoulli pada Pintu Air(Sumber: Muslim, 2019)

Pada pintu air saluran irigasi teknis tersebut juga terdapat penerapan hukum Bernoulli. Hukum Bernoulli ini berdasarkan kekekalan energi per unit volume pada alira fluida. Hukum ini menyatakan bahwa pada keadaan tunak, ideal, dan inkompresibel, jumlah tekanan, energi kinetik, dan energi potensialnya memiliki nilai yang sama di sepanjang aliran. Pada pintu air, penerapannya adalah saat aliran mengalir memasuki pintu air sehingga mengalami perpindahan posisi yang dapat dilihat pada gambar 6. Hal ini disebabkan oleh karena pintu air dekat sumber air dibuat dengan posisi sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan aliran irigasi.

Setelah mengetahui penerapan konsep fluida dinamis pada saluran irigasi sawah, diharapkan tidak ada lagi miskonsepsi mengenai konsep tersebut. Miskonsepsi dapat terjadi karena kurangnya pengetahuan secara langsung untuk memahami konsep sehingga dibutuhkan contoh secara nyata agar lebih mudah diterima dalam pikiran kita. Untuk menghindari terjadinya miskonsepsi-miskonsepsi di kemudian hari, diharapkan banyak dilakukan pelurusan dan penjelasan mengenai miskonsepsi tersebut.