Gaya-Gaya dalam Fisika: Analisis Konsep dan Relevansinya dalam Bidang Biologi

Dosen : Dr. Ir. Vina Serevina, M.M.

Biologi A 2023 untuk Fisika Dasar 

1. Puput Rahma Fitriani (1308623028)

2. Faudzia Mutmainah (1308623033)

Gaya-gaya dalam fisika memainkan peran krusial dalam memahami berbagai fenomena alam. Konsep ini tidak hanya terbatas pada dunia fisika, tetapi juga memiliki relevansi yang signifikan dalam bidang biologi. Tujuan artikel ini adalah untuk melakukan analisis mendalam terhadap gaya-gaya tersebut dan bagaimana konsep-konsep tersebut dapat diaplikasikan dalam konteks biologi. Manfaat artikel ini adalah dapat memberikan pemahaman yang mendalam terkait konsep-konsep dasar dalam ilmu fisika, seperti hukum-hukum Newton. Integrasi pemahaman fisika ke dalam biologi dapat memberikan wawasan yang lebih komprehensif terhadap fenomena biologis.

Masalah yang akan dibahas pada artikel ini yaitu keterkaitan gaya gravitasi dalam bidang fisika dengan geotropisme dalam bidang biologi, aplikasi gaya nuklir dalam bidang biologi yaitu radioterapi, dan penggunaan elektroforesis pada pemisahan molekul DNA yang merupakan penerapan dari gaya elektromagnetik. Metode penyelesaian yang digunakan pada artikel ini adalah eksperimen dan tinjuan literatur.

Gaya-Gaya Utama dalam Fisika:

Gaya Gravitasi

Gaya gravitasi adalah daya tarik antara dua benda dengan massa. Dalam biologi, gaya gravitasi berpengaruh pada fenomena seperti pertumbuhan tanaman yang melibatkan respons terhadap gravitasi, seperti geotropisme.

Geotropisme adalah gerak tropisme yang disebabkan oleh rangsangan gaya gravitasi bumi. Geotropisme disebut juga gravitropisme.  Geotropisme positif jika gerak responnya menuju ke bumi atau menuju ke bawah, Misalnya: gerak pertumbuhan akar.  Geotropisme negatif jika gerak responnya menjauhi bumi atau menuju ke atas, Misalnya : gerak pertumbuhan batang (Wiraatmaja, 2017).

Contoh dari geotropisme adalah gerak tumbuh pada bunga kacang. Pada waktu bunga mekar geraknya menjauhi pusat bumi, maka termasuk geotropisme negatif. Tetapi setelah terjadi pembuahan, gerak bunga kemudian ke bawah menuju tanah ke pusat bumi dan berkembang terus menjadi buah kacang tanah.

Gaya Elektromagnetik 

Gaya ini berkaitan dengan interaksi antara muatan listrik. Dalam biologi, fenomena seperti penggunaan elektroforesis dalam pemisahan dan analisis molekul biologis adalah contoh konkret dari penerapan gaya elektromagnetik. Misalnya pada proses pemisahan molekul DNA.

Sumber: slidesharecdn.com

Penggunaan elektroforesis pada pemisahan molekul DNA ini merupakan pemisahan yang memisahkan DNA berdasarkan ukurannya. Salah satu standar bahan yang digunakan dalam elektroforesis DNA yaitu gel agarosa. Pada DNA hasil elektroforesis gel agarosa, molekul DNA dianalisis berdasarkan letaknya setelah mengalami migrasi pada proses elektroforesis tersebut. DNA yang akan dianalisa dibandingkan dengan DNA marker atau DNA yang telah diketahui.

Gaya Nuklir

Gaya ini bekerja di tingkat inti atom dan mempengaruhi stabilitas inti atom. Radioterapi, yang menggunakan radiasi untuk mengobati penyakit, adalah contoh aplikasi gaya nuklir dalam konteks biologi. 

Aplikasi gaya nuklir pada radioterapi ini pada dasarnya merupakan terapi radiasi untuk menangani penyakit kanker. Tujuan dari radioterapi ini adalah untuk membunuh sel-sel kanker, menghentikan pertumbuhan dan penyebaran sel kanker, serta mencegah kambuhnya penyakit kanker. Radioterapi diberikan melalui pemaparan sinar-X, penanaman implan di dalam tubuh, serta melalui obat minum dan suntik (Pittara, 2022).

Sumber: Pantai Hospitals

Relevansi dalam Bidang Biologi

1. Struktur dan Fungsi Biomolekuler

Gaya-gaya atom dan interaksi antara molekul dalam sel biologis dapat dijelaskan dengan konsep-konsep fisika seperti gaya Van der Waals. Ini mendukung pemahaman tentang struktur dan fungsi biomolekuler.

Gaya Van Der Waals merupakan salah satu jenis gaya tarik menarik diantara molekul. Gaya ini timbul dari gaya London dan gaya antardipol-dipol. Jadi, gaya Van Der Waals dapat terjadi pada molekul nonpolar maupun molekul polar. Gaya ini diusulkan pertama kalinya oleh fisikawan Belanda, Johannes Van der Waals (1837- 1923).

Dalam biomolekul, gaya van der Waals membantu menjaga kedekatan antaratom, seperti di antara rantai hidrokarbon atau atom nonpolar dalam molekul organik. Ini memainkan peran kunci dalam stabilisasi struktur biomolekuler.

Secara keseluruhan, konsep fisika seperti gaya van der Waals memainkan peran penting dalam pembentukan dan stabilitas struktur biomolekuler, memastikan keberlanjutan interaksi yang tepat antara atom-atom yang membentuk molekul-molekul biologis.

1. Gerak dalam Biologi

Dalam dunia biologi, gerak sel, organisme, dan bahkan cairan dalam tubuh manusia dapat dijelaskan dengan konsep fisika tentang gaya, momentum, dan hukum Newton. 

Gaya, yang diukur dalam satuan Newton, dapat memengaruhi pergerakan sel dan organisme. Misalnya, gaya yang dihasilkan oleh otot dapat mendorong gerakan organisme.

Momentum, yang merupakan hasil perkalian massa dan kecepatan, juga relevan dalam biologi. Pada tingkat sel, perubahan momentum dapat terjadi selama proses seperti pembelahan sel atau pergerakan organel. Pada tingkat organisme, momentum juga terlibat dalam pergerakan tubuh dan respons terhadap gaya eksternal.

Terdapat gaya yang bekerja pada tubuh dan gaya yang berada di dalam tubuh kita sendiri. Gaya yang bekerja pada tubuh  dapat diketahui  apabila kita menabrak suatu objek.  Sedangkan gaya yang berada dalam tubuh sering tidak kita ketahui bahwa gaya seperti itu ada misalnya gaya otot yang menyebabkan mengalirnya darah dan paru-paru yang memperoleh udara.

Konsep gaya senantiasa berkaitan dengan konsep gerak. Gaya dapat menyebabkan sesuatu bergerak. Sekali pun gaya tidak selalu menyebabkan gerak. Gerak adalah suatu tanggapan terhadap rangsangan baik dari dalam maupun dari luar. Gerak pada manusia disebabkan oleh kontraksi otot yang menggerakkan tulang. Jadi, gerak merupakan kerja sama antara tulang dan otot. Tulang disebut alat gerak pasif karena hanya mengikuti kendali otot. Sedangkan otot disebut alat gerak aktif karena mampu  berkontraksi dan  menggerakkan tulang. 

Pada pergerakan pemain bola mengakibatkan otot-otot pada tubuh berkontraksi dan menggerakkan tulang. Oleh karena itu, dalam pemain sepak bola  melatih otot-otot tubuhnya tidak sembarangan. Jika salah dalam menggerakkan tubuh justru dapat berakibat membuat otot cidera (Toto, 2017).

Hukum Newton

• Hukum Newton pertama berbunyi : "Setiap benda tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak dengan laju tetap sepanjang garis lurus, kecuali jika diberi gaya total yang tidak nol". Kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan keadaan diam atau  gerak tetapnya pada garis lurus disebut inersia, sehingga hukum Newton pertama ini sering disebut hukum inersia. 

• Hukum gerak Newton kedua  dinyatakan secara singkat dengan persamaan sebagai berikut :

a=Fm

dimana    a   =   percepatan (dalam m/s2).

F =   gaya total (dalam kg.m/s2 atau Newton)

m   =   massa (dalam kg)

Hukum Newton kedua menghubungkan antara deskripsi gerak dengan penyebabnya yaitu gaya. Berdasarkan hukum Newton kedua ini kita dapat mendefinisikan bahwa gaya sebagai aksi yang dapat mempercepat sebuah benda. Hukum Newton kedua di atas menjelaskan secara kuantitatif bagaimana gaya-gaya mempengaruhi gerak.

• Hukum gerak Newton ketiga yang berbunyi sebagai berikut : "Ketika suatu benda memberikan gaya pada benda kedua, benda kedua tersebut memberikan gaya yang sama besar tetapi berlawanan  arah terhadap benda yang pertama." Hukum ini dikenal sebagai aksi-reaksi. Ketika kita melangkahkan kaki, dan kaki kita mendorong lantai dengan suatu gaya yang arahnya ke belakang, maka lantai pun mendorong kaki kita dengan gaya yang sama besar, akan tetapi arahnya ke depan. Ini merupakan salah satu contoh penerapan hukum ketiga yang diungkapkan Newton sebagai  aksi dan reaksi ketika kita berjalan. Newton menggambarkan hubungan antara dua gaya yang berinteraksi. Gaya aksi menyebabkan gaya reaksi yang besarnya sama, tetapi arahnya berlawanan. 

Keterhubungan Antarbidang

1. Biofisika

Bidang biofisika menyelidiki interaksi antara konsep-konsep fisika dan sistem biologis. Studi ini membantu mengurai mekanisme di tingkat molekuler hingga tingkat organisme. Dalam biofisika terdapat materi-materi seperti biomaterial, biooptik, biolistrik, bioakustik, biosensor, biomolekular, biomekanika, dan biotermal (Malau, 2019).

1. Penerapan Teknologi Medis

Penerapan gaya fisika dalam teknologi medis, seperti pemindaian pencitraan dan terapi radiasi, menggabungkan pengetahuan fisika dengan kebutuhan di bidang biologi manusia. Dasar dalam penerapan gaya fisika dalam bidang medis, mirip dengan dasar pengaplikasian pada gaya nuklir yaitu didasarkan pada prinsip ion, gelombang ultrasonik, laser, dan sinar-X dalam mendiagnosis dan mengobati penyakit (Anam, dkk., 2021). 

Dari artikel ini didapatkan hasil relevansi dalam bidang biologi dari gaya-gaya fisika yaitu Geotropisme (gaya gravitasi), Penggunaan elektroforesis pada pemisahan molekul DNA (gaya elektromagnetik), Radioterapi (gaya nuklir), struktur dan fungsi biomolekuler (gaya Van der Waals), dll.

Dari penjelasan diatas dapat disimpulkan bahwa Gaya-gaya dalam fisika tidak hanya menyediakan dasar untuk memahami fenomena alam, tetapi juga memberikan fondasi yang kokoh untuk menerapkan prinsip-prinsip tersebut dalam konteks biologi. Keterhubungan antara dua bidang ini memberikan wawasan yang mendalam tentang keragaman kehidupan dan kompleksitas interaksi di alam semesta ini.

DAFTAR PUSTAKA

Anam, K., Cahyadi, W., Azmi, I.,    Senjarini, K., dan Oktarianti, R. (2021). Analisis Hasil 

Elektroforesis DNA dengan Image Processing Menggunakan Metode Gaussian Filter. Indonesian Journal of Electronics and Instrumentation Systems (IJEIS) Vol.11, No.1. 

Pittara. (2022). Radioterapi, Ini Yang Harus Anda Ketahui. Jakarta : Alodokter. 

https://www.alodokter.com/radioterapi-ini-yang-harus-anda-ketahui.

Redaksi Halodoc. (2019). 4 Penyakit Ini Memerlukan Terapi Radiasi. Jakarta : Halodoc. 

https://www.halodoc.com/artikel/4-penyakit-ini-memerlukan-terapi-radiasi

Wiraatmaja, I Wayan. (2017). Gerak Pada Tumbuhan. Progam Studi Agroteknologi Fakultas 

Pertanian Universitas Udayana.

Malau, Nya Daniaty. (2019). Modul Biofisika. Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas 

Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Kristen Indonesia.

Toto, T., & Yulisma, L. (2017). Analisis penerapan konsep gaya dalam fisika yang berkaitan 

dengan bidang biologi. Jurnal Penelitian & Pengembangan Pendidikan Fisika, 3 (1), 63-72.