IPA SMP · Sistem peredaran darah · Fisika tekanan

Gerakan salat, jantung, dan aliran darah

Jantung berdenyut sekitar seratus ribu kali sehari tanpa kita perintah. Saat tubuh berdiri, rukuk, sujud, dan duduk, letak kepala dan kaki terhadap jantung berubah. Fisika tekanan cairan bisa menghitung perubahan itu.

  • Menelusuri jalur darah lewat jantung empat ruang, paru, dan tubuh
  • Menghitung tekanan hidrostatik darah dengan P = ρgh
  • Menghitung curah jantung = denyut × volume sekuncup
  • Menjelaskan katup vena dan pompa otot betis
  • Mengaitkan sendi dan otot dengan gerakan salat
Batas materi

Semua simulasi adalah model sederhana, bukan alat diagnosis. Materi ini tidak menyatakan bahwa salat menyembuhkan penyakit tertentu.

Satu denyut-
Denyut per hari-
Darah dipompa per menit-

ModelModel sederhana, bukan alat diagnosis. Volume sekuncup dianggap tetap 70 mL.

Jantung empat ruang

Darah mengalir dalam dua lingkaran: ke paru untuk mengambil oksigen, lalu ke seluruh tubuh.

  • Sirkulasi paru: bilik kanan memompa darah miskin oksigen ke paru. Darah kembali ke serambi kiri sudah kaya oksigen.
  • Sirkulasi tubuh: bilik kiri memompa darah kaya oksigen lewat aorta ke seluruh tubuh. Darah kembali ke serambi kanan lewat vena.
  • Kedua sisi jantung memompa volume yang sama per menit. Bilik kiri berotot lebih tebal karena melawan hambatan tubuh yang jauh lebih besar.
  • Waktu rata-rata satu putaran penuh kira-kira volume darah dibagi curah jantung: 5 L ÷ 5 L/menit ≈ 1 menit.
Ayat

وَفِىٓ أَنفُسِكُمْ ۚ أَفَلَا تُبْصِرُونَ

QS. Adz-Dzariyat: 21. Dan pada dirimu sendiri, apakah kamu tidak memperhatikan?

Coba ini

Naikkan denyut ke 150. Berapa lama satu putaran sekarang? Pilih "Sirkulasi paru" lalu telusuri satu sel darah merah dari awal sampai akhir.

Curah jantung (SV 70 mL)-
Satu putaran penuh-
Putaran per jam-

ModelModel sederhana, bukan alat diagnosis. Volume darah 5 L. Animasi sel dipercepat 6 kali agar terlihat.

Tekanan hidrostatik darah

Makin rendah suatu titik dari jantung, makin besar tekanan darah di sana: P = ρgh.

ΔP = ρ · g · hρ darah ≈ 1060 kg/m³, g = 9,81 m/s², 1 mmHg = 133,3 Pa. Tiap 1 cm kolom darah ≈ 0,78 mmHg.
  • Titik di bawah jantung (h positif) tekanannya naik. Titik di atas jantung tekanannya turun sebesar ρgh.
  • Berdiri: kepala sekitar 30 cm di atas jantung, jadi tekanan di kepala turun sekitar 24 mmHg. Kaki sekitar 110 cm di bawahnya, jadi naik sekitar 86 mmHg.
  • Sujud: kepala sedikit di bawah jantung, jadi tekanan statis di kepala lebih tinggi dari saat berdiri. Selisih kepala-kaki hampir hilang.
  • Angka ini tekanan statis akibat gravitasi. Tubuh punya refleks yang menjaga aliran ke otak, jadi orang sehat tidak merasakannya.
Hati-hati menafsirkan

Ini hanya fisika kolom darah. Model tidak menyatakan bahwa sujud mengobati atau mencegah penyakit apa pun.

Kepala-
Jantung (acuan)93 mmHg
Kaki-
Selisih kepala-kaki-

ModelModel sederhana, bukan alat diagnosis. Tekanan di jantung dianggap 93 mmHg (rata-rata arteri, contoh 120/80). Posisi jantung 66% dari pinggul ke bahu.

Tinggi badan dan selisih tekanan

Orang yang lebih tinggi mengalami selisih tekanan antara kepala dan kaki yang lebih besar.

  • Jarak jantung ke kepala dan ke kaki sebanding dengan tinggi badan. Karena P = ρgh, selisih tekanan juga sebanding dengan tinggi badan.
  • Saat berdiri, orang 200 cm punya selisih kepala-kaki sekitar 1,67 kali orang 120 cm.
  • Saat sujud atau berbaring, h kecil, sehingga tinggi badan hampir tidak berpengaruh pada selisih itu.
  • Tekanan di jantung (rata-rata arteri) berbeda antarorang dan berubah tiap saat. Geser untuk melihat bahwa garis hanya bergeser naik atau turun, tidak berubah bentuk.
Coba ini

Pada tinggi 130 cm dan 190 cm, berapa selisih tekanan kepala saat berdiri dan saat sujud? Mana yang lebih besar dan mengapa?

Kepala, berdiri-
Kepala, sujud-
Beda kepala (sujud - berdiri)-
Selisih kepala-kaki, berdiri-

ModelModel sederhana, bukan alat diagnosis. Proporsi tubuh rata-rata; tubuh nyata bervariasi.

Kerja jantung

Curah jantung adalah denyut kali volume sekuncup: ini ukuran seberapa banyak darah dipompa tiap menit.

CO = HR × SVCO curah jantung (L/menit), HR denyut per menit, SV volume sekuncup (mL per denyut)
  • Bilik kiri terisi sampai volume akhir diastolik (EDV), lalu memeras keluar sebagian: itu volume sekuncup.
  • Fraksi ejeksi EF = SV ÷ EDV. Pada contoh ini 70 ÷ 120 ≈ 58%.
  • Daya kerja luar kasar bilik kiri kira-kira tekanan rata-rata × aliran. Pada istirahat hanya sekitar satu watt.
  • Gerak ringan menaikkan denyut sedikit. Seberapa besar bergantung pada orang, usia, dan kondisinya, jadi tidak ada angka umum untuk salat.
Coba ini

Tekan "Istirahat" lalu "Aktivitas berat". Curah jantung naik berapa kali lipat? Mana yang berubah lebih banyak, HR atau SV?

Curah jantung-
Fraksi ejeksi-
Daya bilik kiri-
Darah per hari-

ModelModel sederhana, bukan alat diagnosis. EDV 120 mL, tekanan rata-rata 93 mmHg. Contoh angka, bukan nilai standar.

Darah kembali ke jantung

Vena punya katup satu arah, dan otot betis memeras vena agar darah naik melawan gravitasi.

  • Saat berdiri diam, vena kaki menanggung kolom darah setinggi jantung ke pergelangan kaki. Tekanan statisnya sekitar 90 mmHg, dan vena yang lentur menampung sekitar setengah liter darah (menggenang).
  • Saat otot betis berkontraksi, ia memeras vena. Katup membuka ke arah jantung dan menutup agar darah tidak turun lagi.
  • Makin sering otot berkontraksi, makin banyak darah dipindahkan dan makin rendah tekanan vena di pergelangan kaki.
  • Jika katup bocor, sebagian darah turun lagi sehingga pompa kurang efektif. Ini gambaran fisika, bukan cara mengenali penyakit.
  • Selisih tekanan arteri dan vena (pendorong aliran) tidak berubah oleh gravitasi, karena keduanya bertambah sama besar.
Coba ini

Pilih Berdiri dengan 0 kontraksi, lalu naikkan ke 40 per menit. Bandingkan dengan Sujud: mengapa darah hampir tidak menggenang?

Tekanan vena di pergelangan kaki-
Batas statis (ρgh + 5)-
Darah menggenang-
Waktu model-

ModelModel sederhana, bukan alat diagnosis. Tiap kontraksi memindahkan 25 mL, kelenturan vena 6 mL/mmHg, waktu menggenang dipercepat (τ = 20 detik), katup bocor memindahkan 40% saja. Angka ilustrasi.

Sendi dan otot per gerakan

Tiap gerakan salat menekuk sendi dengan sudut berbeda, dan beban gravitasi di pinggul ikut berubah.

  • Rukuk: pinggul menekuk sekitar 90°, punggung datar. Bagian atas tubuh (±68% massa) menjadi tuas di depan pinggul, jadi otot punggung dan paha belakang bekerja menahan.
  • Sujud: lutut dan pinggul menekuk dalam (di atas 140°). Tangan dan dahi ikut menumpu, jadi angka beban di sini adalah batas atas kasar.
  • Duduk: lutut menekuk sangat dalam, pinggul sekitar 60°. Otot paha depan teregang pasif.
  • Otot bekerja paling banyak saat bergerak turun dan bangkit, bukan saat diam. Gerak ringan teratur secara umum baik untuk sendi dan otot, tetapi kenyamanan setiap orang berbeda.
OtotBerdiriRukukSujudDuduk

Warna: abu = pasif, kuning = ringan, jingga = sedang, merah = cukup besar. Gambaran kualitatif dari mekanika dasar, bukan hasil pengukuran otot.

Tekuk lutut-
Tekuk pinggul-
Condong badan-
Momen gravitasi di pinggul-

ModelModel sederhana, bukan alat diagnosis. Momen = massa bagian atas × g × jarak mendatar pusat massa dari pinggul, tanpa tumpuan tangan.

Salat dalam keterbatasan

Yang sakit atau tidak mampu berdiri tetap salat dengan posisi yang mampu: duduk, atau berbaring.

Hadis

صَلِّ قَائِمًا، فَإِنْ لَمْ تَسْتَطِعْ فَقَاعِدًا، فَإِنْ لَمْ تَسْتَطِعْ فَعَلَى جَنْبٍ

Salatlah sambil berdiri; jika tidak mampu, sambil duduk; jika tidak mampu, sambil berbaring miring. Riwayat Imran bin Husain, Shahih al-Bukhari. Terjemah bebas.

Ayat

لَا يُكَلِّفُ ٱللَّهُ نَفْسًا إِلَّا وُسْعَهَا

QS. Al-Baqarah: 286. Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai kemampuannya. Lihat juga QS. At-Taghabun: 16.

  • Dalam fikih, rukuk dan sujud dilakukan dengan isyarat bila tidak mampu: sujud dibuat lebih rendah dari rukuk. Rincian tiap mazhab dan kasus tertentu ditanyakan kepada ulama atau ustaz.
  • Pada model, duduk tegak tidak menghilangkan selisih tekanan kepala-kaki, sedangkan berbaring datar hampir menghilangkannya.
  • Mengangkat sandaran saat berbaring menaikkan kepala di atas jantung, sehingga tekanan statis di kepala turun sedikit.
Penting

Posisi salat bagi orang sakit ditentukan oleh kemampuan dan saran dokter. Model ini tidak boleh dipakai untuk menentukan posisi atau menilai penyakit.

Kepala-
Kaki-
Kepala dari jantung-
Selisih kepala-kaki-

ModelModel sederhana, bukan alat diagnosis. Tekanan di jantung 93 mmHg. Tidak menggambarkan berbaring miring.

Kuis

Tujuh soal. Tiap jawaban benar mengisi jantung dengan darah.

Jantung masih kosong. Setiap jawaban benar mengisinya sepertujuh lebih penuh.

Ringkasan

Gerakan mengubah posisi tubuh, dan fisika menghitung akibatnya pada darah.

  • Jantung empat ruang memompa darah ke paru dan ke tubuh; curah jantung = HR × SV.
  • Tekanan statis P = ρgh berubah mengikuti tinggi titik terhadap jantung: kepala turun saat berdiri, naik saat sujud.
  • Katup vena dan pompa otot betis membantu darah kembali ke jantung.
  • Gerak melibatkan sendi dan otot dengan sudut dan beban berbeda.
  • Salat sesuai kemampuan: berdiri, duduk, atau berbaring.
Catatan untuk guru

Jangan menyimpulkan bahwa sujud atau salat menyembuhkan penyakit tertentu. Yang dihitung di sini hanya fisika dasar. Klaim kesehatan butuh penelitian klinis. Ayat dan hadis ditulis dari ingatan: verifikasi teks, terjemah, dan nomor riwayat sebelum dipakai di kelas.

Tugas: ukur tinggi badanmu, lalu hitung selisih tekanan kepala-kaki saat berdiri dan sujud dengan ΔP = ρgh. Bandingkan dengan simulasi.

ModelModel sederhana, bukan alat diagnosis.