Fisika Pencemaran Lingkungan — Fisika Kelas 10

Setelah ini kamu bisa mengukur pencemaran udara (PM2.5), air, dan bunyi sebagai besaran fisika serta membaca indeks kualitasnya.

Jakarta dan Bandung kerap masuk daftar kota berudara paling kotor di dunia. Asap knalpot, debu pembangunan, dan kebakaran lahan membuang partikel berukuran seperseratus milimeter yang kamu hirup setiap hari — partikel itu menembus paru-paru hingga aliran darah. Tapi polusi bukan cuma di udara; air sungai yang hitam dan bising lalu lintas juga tergolong pencemaran. Yang menyatukan ketiganya adalah fisika: semua bisa diukur sebagai besaran. Geser slider konsentrasi PM2.5 di bawah dan saksikan AQI merah menyala.

Geser slider konsentrasi PM2.5 di bawah, lalu perhatikan indeks AQI yang melompat dari hijau (aman) ke merah (berbahaya).

Pencemaran adalah besaran yang terukur

Mengukur polusi bukan soal perasaan “udara kelihatan tebal”. Pencemaran punya definisi fisika yang tegas: keberadaan zat atau energi dalam jumlah yang mengubah sifat medium dan membahayakan makhluk hidup. Yang penting, semua pencemaran dapat diukur dengan satuan SI: konsentrasi polutan udara dalam µg/m³, pencemaran air dalam mg/L, intensitas bunyi dalam watt per meter persegi (W/m²).

Pencemaran lingkungan adalah masuknya zat (kimia) atau energi (bunyi, panas, radiasi) ke dalam medium (udara, air, tanah) dalam jumlah yang mengubah kualitas medium dan membahayakan makhluk hidup. Pencemaran diukur sebagai besaran fisika dengan satuan SI.

Tiga jenis pencemaran yang paling sering diukur: pencemaran udara (partikel PM2.5/PM10, gas NO₂/SO₂/O₃), pencemaran air (BOD, logam berat, nutrien), dan pencemaran bunyi (intensitas desibel). Setiap jenis mempunyai besaran, satuan, dan ambang batasnya sendiri.

Pencemaran udara: PM2.5 dan AQI

Partikel PM2.5 adalah partikel halus berdiameter ≤ 2,5 mikrometer — sekitar 1/30 diameter rambut manusia. Karena sangat kecil, PM2.5 lolos dari filter alami hidung dan bronkus, masuk hingga alveoli paru-paru, bahkan menembus aliran darah. Karena itu WHO menetapkan ambang PM2.5 tahunan rata-rata hanya 5 µg/m³, jauh di bawah standar banyak negara.

Indeks Kualitas Udara (Air Quality Index, AQI) menggabungkan beberapa polutan menjadi satu angka dengan kategori warna yang mudah dibaca warga. AQI bukan satuan fisika murni — ia adalah pemetaan konsentrasi ke skala 0–500 agar publik cepat tahu apakah aman berolahraga di luar. Tiap negara mempunyai rumus AQI sedikit berbeda, tetapi konsepnya sama: pisahkan rentang konsentrasi ke kategori dampak kesehatan.

Bayangkan menyemprotkan parfum di satu titik. Wangi menyebar ke segala arah seperti bola mengembang. Konsentrasi wangimu (jumlah molekul per meter kubik) berbanding terbalik dengan luas permukaan bola itu — yang tumbuh kuadrat jari-jarinya. Itulah mengapa konsentrasi polutan turun kira-kurus $\sim 1/r^2$ saat kamu menjauhi sumber titik.

Pencemaran air: BOD dan oksigen terlarut

Air yang kelihatan jernih belum tentu bersih. Yang diukur bukan warna melainkan parameter fisika-kimia. BOD (Biochemical Oxygen Demand, kebutuhan oksigen biokimia) mengukur berapa banyak oksigen yang habis terurai oleh bakteri dalam beberapa hari — semakin kotor air oleh bahan organik (limbah pabrik, sampah), semakin tinggi BOD-nya. Tinggi BOD berarti oksigen terlarut (DO, Dissolved Oxygen) berkurang, sehingga ikan mati.

Parameter	Singkat	Satuan	Ambang sehat
Partikel halus	PM2.5	µg/m³	< 5 (WHO tahunan)
BOD air	BOD	mg/L	< 4 (sungai bersih)
Oksigen terlarut	DO	mg/L	> 5 (untuk ikan)
Bising terdengar	$L_A$	dB(A)	< 55 (siang kawasan permukiman)

Pencemaran bunyi: intensitas dan desibel

Bising lalu lintas, pabrik, dan pesawat juga tergolong pencemaran — bukan zat, melainkan energi suara berlebih. Yang diukur adalah intensitas bunyi $I$ dalam watt per meter persegi. Karena rentang yang bisa didengar telinga sangat lebar (dari berbisik hingga roket), dipakai skala logaritmik taraf intensitas (desibel). Intensitas juga mengikuti hukum kuadrat terbalik terhadap jarak dari sumber titik.

$L = 10 \log_{10}\!\left(\frac{I}{I_0}\right), \qquad I(r) = \frac{P}{4\pi r^2}$

Arti tiap simbol: $L$ = taraf intensitas bunyi (dB), $I$ = intensitas (W/m²), $I_0 = 10^{-12}$ W/m² ambang dengar, $P$ = daya akustik sumber (W), $r$ = jarak dari sumber (m). Menggandakan jarak menurunkan taraf 6 dB.

Atom pencemaran lingkungan masuk elemen Pemahaman IPA-Fisika Fase E (Kep. BSKAP 046/H/KR/2025, lingkup pencemaran lingkungan) dan tidak termasuk kerangka resmi TKA Fisika 045/H/AN/2025. Namun perhitungan intensitas-bising (logaritma, hukum kuadrat terbalik), serta konsentrasi polutan, menjadi bekal soal-soal termodinamika, gelombang bunyi, dan literasi kuantitatif UTBK.

Coba dulu di kertas, baru buka.

Soal. Sebuah mesin pabrik memancarkan daya akustik $P = 0{,}01$ W. Berapa taraf intensitas bunyi (dB) yang diterima warga di jarak $r = 100$ m dari mesin itu?

Intensitif $I = \dfrac{P}{4\pi r^2} = \dfrac{0{,}01}{4 \cdot 3{,}14 \cdot 10.000} \approx 7{,}96 \times 10^{-8}$ W/m².

$L = 10 \log_{10}\!\left(\dfrac{I}{I_0}\right) = 10 \log_{10}\!\left(\dfrac{7{,}96 \times 10^{-8}}{10^{-12}}\right) = 10 \log_{10}(7{,}96 \times 10^4) \approx 10 \cdot 4{,}9 \approx 49$ dB.

49 dB setara bunyi percakapan tenang — di bawah ambang bising permukiman siang (55 dB). Bila ada 10 mesin identik di pabrik itu, total daya 10× → tambah 10 dB menjadi 59 dB, melampaui ambang. Inilah sebabnya jumlah sumber dan jarak permukiman sama pentingnya.

Jebakan: menyamakan AQI dengan konsentrasi polutan. Yang benar: AQI adalah pemetaan (tidak linier) beberapa polutan ke skala 0–500 dengan kategori warna. Dua kota ber-AQI 150 bisa berbeda polutan dominannya (satu PM2.5, satu ozon), jadi AQI tidak selalu menggambarkan jenis ancaman.

Jebakan: mengira air yang jernih pasti bersih. Yang benar: warna bukan indikator andal. Air keruh bisa sehat (lumpur alami sungai), air jernih bisa beracun (logam berat tak berwarna, BOD tinggi). Yang diandalkan adalah parameter fisika-kimia terukur: BOD, DO, pH, dan uji zat pencemar spesifik.

Jebakan: menyimpulkan 10 mesin berisik sama dengan 10× angka desibel. Yang benar: skala desibel logaritmik. Menggandakan jumlah sumber identik menambah 3 dB (10× intensitas), bukan menggandakan angka dB. Sepuluh mesin identik hanya menambah 10 dB — tetap signifikan, tetapi jauh dari “10× lebih keras” secara persepsi.

Pencemaran = zat/energi berlebih yang mengubah medium; diukur besaran fisika (SI).
Udara: PM2.5 (≤2,5 µm) menembus paru-paru; WHO ambang tahunan 5 µg/m³; AQI memetakan ke kategori.
Polutan sumber titik ~1/r² terhadap jarak (menggandakan jarak → seperempat konsentrasi).
Air: BOD tinggi → DO rendah → ikan mati (DO > 5 mg/L aman).
Bunyi: $L = 10\log(I/I_0)$ , menggandakan jarak turun 6 dB; 10 sumber identik +10 dB.