Ciao bro Andri Abbas! pertanyaan yang sulit tapi menarik. Makasih loh pertanyaan nya tapi menantang.
Apresiasi atas pertanyaanya……
Konsep Fisika & Teknik
- Kesetimbangan tekanan
Pertama-tama kita bahas dulu hukum fisika yang paling dasar, yaitu Hukum 3 Newton, yang sudah kita pelajari di kelas 7 SMP, hukum ini menerangkan mengenai gaya aksi-reaksi. Pada hukum ini dijelaskan bahwa, untuk setiap aksi selalu ada reaksi yang sama besar dan berlawanan arah atau gaya dari dua benda pada satu sama lain selalu sama besar dan berlawanan arah.
Seperti di atas contohnya, jika kamu mendorong pintu ke dalam, tapi ternyata di balik pintu ada setan eh salah, maksudnya ada orang di balik pintu tersebut yang juga mendorong pintu tersebut dengan kekuatan sama, pintu tidak akan bergeser. Keadaan ini disebut dengan gaya yang setimbang (sigma F = 0).
Lalu apa hubungannya dengan kapal selam dan ikan? Hubungannya ada di kesetimbangan tekanan. Tekanan di dalam tubuh ikan maupun kapal selam (tekanan internal) harus sama dengan tekanan pada air laut (tekanan eksternal) untuk mencapai kesetimbangan ini. Jika terdapat selisih perbedaan tekanan yang signifikan, maka, benda (kapal selam) akan pecah.
Naik kapal selam, Ahoy!
Jadi, kapal selam harus terbuat dari bahan yang kuat agar dapat menahan perbedaan tekanan yang tinggi di dasar laut. Kok gitu? Karena, agar orang dapat live in a yellow submarine (maksudnya mengendarai dan naik kapal selam), tekanan di dalam kapal selam dibuat sama dengan tekanan normal di permukaan bumi yaitu 1 atm. Sementara itu, tekanan eksternal dari laut akan terus bertambah seiring dengan pertambahan ketinggiannya tekanan akan bertambah 1 atm setiap peningkatan kedalaman sebesar 10 m (hayo..ingat-ingat lagi rumus tekanan hidrostatis yang saya tulis di jawaban sebelumnya :p). Kapal selam yang ada saat ini dapat menyelam hingga kedalaman 350 m. Jika lebih dari itu, kapal selam bisa pecah akibat perbedaan tekanan yang signifikan.
Kenapa ikan, cumi-cumi, gurita, paus (lah semua bahan sushi aje gw sebut) bisa menyelam lebih dari itu? Alasannya karena hewan laut tidak memiliki "ruang bertekanan atmosferik" di dalam tubuhnya, sehingga tekanan antara tubuh hewan laut (internal) dan air laut (eksternal) setimbang, jadi hewan laut tidak pecah/mati meski menyelam di laut dalam.
- Sifat Udara di Kapal Selam vs Tubuh Ikan & Hewan Laut
Kapal selam di atas bagian dalamnya berisi udara bertekanan 1 atm dan bagian luarnya terbuat dari besi atau terkadang titanium.
Sementara hiu ini tersusun oleh tulang, kulit, dan daging yang tentunya mengandung lemak dan protein.
Udara merupakan bahan yang dapat ditekan dan dikurangi volumenya (compressible), jadi ketika tekanan eksternal dari laut dalam bertambah ketika mencapai titik dekat titik maksimum kapal selam, tekanan udara dalam kapal selam dapat bertambah, menyebabkan logam keras penyusun kapal selam akan menciut dan teremas (squeezed). Logam sendiri memiliki batasan ketahanan tertentu (rupture/sheer stress). Jika tekanan melebihi batas ketahanan logam, kapal selam akan pecah dan seluruh awaknya tewas seketika.
Sementara itu, tubuh hiu tersusun dari daging dan lemak memiliki sifat tidak mudah ditekan dan dikurangi volumenya. Iya, daging ikan bisa ditekan (coba aja kamu cemek-cemek ikan mas/bawal/lele sebelum dimasak, bisa kan ditekan?), tapi volumenya tidak akan berkurang sebagaimana gas. Oleh karena itu, tubuh ikan tidak akan teremas (squeezed) oleh tekanan sehingga ikan tidak mati saat menyelam di laut dalam.
Konsep Biologi
- Berenang Tanpa Gelembung Renang
Kapal selam adalah benda mati yang tidak akan jalan tanpa dikendalika Homo sapiens. Sementara itu, ikan sebagai makhluk hidup dapat berenang sendiri dan bernafas. Untuk membantu ikan berenang dan bernafas, dalam tubuh ikan terdapat gelembung renang. Gelembung renang berisi oksigen dan memiliki fungsi mirip pengatur kedalaman di kapal selam. Gelembung renang berfungsi untuk mengatur tubuh ikan saat mengapung di dalam air. Gelembung renang dapat menyesuaikan volume tubuh dan berat jenisnya dengan kedalaman air sehingga ikan dapat tetap mempertahankan posisinya.
Akan tetapi, gelembung renang hanya terdapat pada ikan-ikan perairan dangkal. Ikan pada perairan dalam tidak memiliki gelembung renang untuk mengurangi udara yang terdapat pada tubuh ikan sehingga kesetimbangan tekanan antara tubuh ikan dan laut terjaga.
- Adaptasi Sel Tubuh
Semua hewan termasuk ikan di laut dalam pasti memiliki membran sel. Agar membran sel tidak pecah dan membeku di perairan dalam, perlu adaptasi. Ikan-ikan yang katanya lunak bin lembek ini beradaptasi sehingga tubuhnya banyak memiliki lemak tidak jenuh yang tidak membeku dan tetap berwujud cair sehingga memungkinkan sel tubuh ikan untuk meregang sehingga tidak pecah pada tekanan tinggi.
Protein pada tubuh ikan laut dalam juga lebih fleksibel, sehingga memungkinkan tubuh ikan untuk merenggang dan tidak terkompresi akibat tekanan.
- Piezolytes
Mariana Snailfish, Ikan yang hidup di laut terdalam. Bentuknya memang sejelek monster di The X Files
Ikan-ikan laut dalam memiliki zat kimia bernama piezolytes. Zat kimia ini menyebabkan ikan laut dalam berlendir dan berbau sangat amis. Piezolytes ini berfungsi untuk menahan protein dan lemak pada tubuh ikan agar tidak pecah akibat tekanan.
- Paus di Laut Dalam
Ini memang bukan ikan. Tapi paus (bukan Laura Pausini) adalah mamalia air yang istimewa karena dapat berenang hingga kedalaman lebih dari 300 m. Sama seperti ikan, tubuh paus tersusun dari daging dan lemak yang tidak mudah terkompresi.
Akibat evolusi yang panjang, paus memiliki paru-paru besar yang mampu menampung oksigen dalam jumlah banyak. Tidak hanya itu, paus juga memiliki paru-paru yang dapat mengembang dan menciut, mengikuti volume udara, sehingga kesetimbangan tekanan antara tubuh paus dan air terjaga, jadi paus tidak pecah di perairan dalam.
Terakhir, paus juga memiliki sel darah yang unik. Sel darah paus memiliki banyak molekul haemoglobin dan myoglobin molecules yang sangat berguna untuk menyimpan oksigen dalam jumlah besar di waktu yang lama.
Paus juga dapat menurunkan pacu jantungnya (heart rate) dan menghentikan sementara aliran darah ke organ tubuh tertentu, sehingga oksigen dapat tersimpan dalam waktu lama.
Referensi:
Understanding Structure Design of a Submarine
Submarines: The Ocean’s Steel Whales
Curious Kids: how do creatures living in the deep sea stay alive given the pressure?.
What does it take to live at the bottom of the ocean?
Ej Et Ellievrus 🌹
Posting Komentar