Rabu, 01 September 2010

PHYSICAL PRINCIPLES OF ULTRASOUND

ULTRASOUND AS A WAVE

Sound is propagated through a medium (e.g. air) as a mechanical vibration of the particles of that medium and in simple terms may be categorised by its loudness and pitch or frequency. “Ultra” means beyond, ultrasound is sound with a frequency beyond that of human perception (i.e. >20 kHz), and has the same physical properties as “audio” sound. Most clinical diagnostic applications of ultrasound employ frequencies in the range 2 - 10 MHz.

Ultrasonic energy travels through a medium in the form of a wave. Although a number of different wave modes are possible, in almost all diagnostic applications, ultrasound propagates in the form of a longitudinal wave, where the particles of the medium oscillate in the direction of propagation of the sound. Energy is transferred through the medium in a direction parallel to that of the oscillations of the particles. The particles themselves do not move through the medium. They simply vibrate to and fro about their mean position.

The vibrations of individual particles may be complex For simplicity consider the movement of a single particle excited by pure sinusoidal continuous wave.

The graph above shows the displacement of the particle about its mean position plotted against time. The time taken to execute one complete cycle, T, is called the period. The maximum displacement, a, is known as the amplitude. If the frequency of the wave is f (Hz) i.e. it executes f complete cycles per second. The time taken to execute one complete cycle, T, is given by

Period = 1/f seconds


It is often useful to think of the source of ultrasound, the transducer, as a vibrating piston. As it moves it displaces the adjacent particles of the adjoining medium. These in turn displace more particles throughout the medium. Since the particles are not rigidly fixed to each other, they do not all move together. There is a delay between the movement of adjacent particles (analogous to a series of balls connected by springs). At a particular time there will be some regions where the particles are closer together and the pressure and density of the medium is increased (regions of compression) and areas where the particles are further apart and the pressure and density of the medium is decreased (regions of ). These regions of compression or rarefaction move through the medium as a wave.



compression rarefraction

Consider again the case of excitation by a simple sinusoidal waveform. At a given time, the displacement of the particles (or the pressure or density of the particles) plotted against distance is shown below.


The wavelength, lambda, is defined as the distance in the medium between points of equal value (displacement, pressure or density). For a sound wave of wavelength  and frequency f, the distance travelled by the wave per second (i.e. its velocity, c) will be the number of cycles passing a given point in unit time multiplied by the length of each wave.

i.e. c = f.lambda

The velocity of a sound wave in a medium is determined by the delay which occurs between the movements of neighbouring particles. This depends on the elasticity and density of the medium. It is a property of the medium and is essentially independent of f, the frequency of the ultrasound. Rigid materials have higher wave velocities than compressible materials like gases.

MATERIAL Velocity c (m s-1)

Air 330
Lung 650
Water 1480
Aluminium 6400
Bone 3500
Brain 1540
Blood 1570
Fat 1460
Muscle 1580
Soft tissue (average) 1540

The Table above shows that the values for the speed of sound in different tissues are very similar. It is assumed that a value for wave velocity of 1540 m/s is a reasonable approximation in most clinical applications. This is of fundamental importance in diagnostic use of ultrasound.

INTENSITY


When an ultrasound wave is generated in tissue, energy, in the form of kinetic energy of motion of the particles, passes through the tissue. The intensity, I, of an ultrasound field is the quantity of energy flowing through unit area in unit time. i.e.
where E is the total energy in J, A is the area, t = time
Intensity is usually measured in units of Webers per square meter (W m-2) or mW cm-2

Intensity is not normally measured directly, calibrated transducers known as hydrophones are usually used to measure pressure amplitudes within ultrasound beams. It can be shown that

where P is the pressure amplitude and  is the density

Intensity is proportional to the square of the pressure.

For continuous wave fields, provided the measurement is carried out over many cycles, the intensity will always have the same value. However for pulsed fields, intensity figures are usually quoted in terms of temporal average, pulse average or temporal peak. The temporal average intensity ITA is the measurement obtained after averaging over many cycles. The pulse average intensity IPA is the value obtained by averaging only during the duration of a pulse and not during the 'off-time'. The temporal peak intensity lTP is the maximum instantaneous value measurable and corresponds to the peak value of the pulse.

Spacial variation must be considered. Within the beam there will be areas of high intensity and areas of low intensity. The regions of maximum intensity might for example be at the focus of a focused system. This maximum may extend for only a few mm in any direction. If the intensity is measured over that small region, the value will be high. On the other hand if it is averaged over the whole cross-section a much smaller value will result. It has become conventional to refer to spatial peak and spatial average intensities. The spatial peak intensity ISP value is the maximum intensity sampled over a very small distance found anywhere in the beam. The spatial average intensity ISA value is the average value across the beam at some distance from the transducer.

Combining the above concepts we get a whole range of intensity parameters. It is ISPTA (Spatial Peak Temporal Average) value which is most critical as it relates to the local heating effect in tissue.


DECIBEL NOTATION

An absolute measurement of intensity is difficult and often inappropriate. Usually, we are more interested in knowing the ratio of intensities. particularly if the level of one of these is taken as a reference for comparison (e.g. ratio of energy reflected at a different tissue boundaries). Expressing such ratios as logarithms provides a simple method of expressing numbers which extend over many orders of magnitude.
The relative intensity in decibels (dB) where I1 and I0 are the intensities
or
The relative amplitude in decibels (dB) where A1 and A0 are the wave amplitudes
Where I1 > I0, dB values are +ve, where I1 < I0, dB values are -ve.


DECIBEL NOTATION FOR INTENSITIES
dB I1/I0 dB I1/I0
0 1 0 1
+3 1.995 -3 0.501
+10 10 (101) -10 0.1 (10-1)
+20 100 (102) -20 0.01 (10-2)
+30 103 -30 10-3
+40 104 -40 10-4


DECIBEL NOTATION FOR AMPLITUDES
dB A1/A0 dB A1/A0
0 1 0 1
+3 1.413 -3 0.708
+6 1.995 -6 0.501
+10 3.162 -10 0.320
+20 10 (101) -20 0.1 (10-1)
+40 102 -40 10-2
+60 103 -60 10-3

The existence of these two separate expressions can lead to confusion. The first term is used when comparing intensity or power, the second term is used when comparing pressure amplitude or voltage.

In ultrasound systems, the intensity or power of an ultrasound transducer is changed by varying the excitation voltage. Since power is proportional to the voltage squared, V2, 10 log10 V2 = 20 log10 V. Similarly, intensity is measured by hydrophones which measure pressure amplitude and intensity is proportional to the pressure squared. Provided the correct definition is used there is a complete equivalence between the decibel relative level for both terms. For example, if the voltage gain of an output amplifier driving an ultrasound transducer is increased by +3dB, the intensity or power of the ultrasound wave will also increase by +3dB.


INTERFERENCE


When two (or more) waves are transmitted into a medium the resultant particle motion is obtained by adding the motion due to one wave to the motion due to the other. This phenomenon is known as interference.

When two ultrasound pressure waves with the same frequency and in step (in phase) overlap (as in (a)), they reinforce each other and the resulting waveform has an increased amplitude. The interference has resulted in a wave with an increased intensity - this process is known as constructive interference.

Conversely, when two waves with the same frequency but out of step (1800 out of phase) combine (as in (b)), the resultant amplitude would be small since the summation of the wave motion would tend to cancel each other out. This is know as destructive interference.

For interference to occur the waves have to be coherent. The phase relationship must hold over many cycles and the frequencies must be equal, or very nearly so.


PROPAGATION OF ULTRASOUND THROUGH TISSUE

As an ultrasound wave propagates through tissue, its intensity is attenuated by a number of mechanisms. The ultrasound beam will diverge due to the difficulty of generating a parallel beam (see later) and the refraction, reflection and scattering of the ultrasound wave. Furthermore, the mechanical energy of the ultrasound beam will be converted to heat by absorption. As a rough rule of thumb, the total attenuation of soft tissue is approximately 1 dB cm-1 MHz-1.

Refraction

When a wave meets a boundary between two media at normal incidence (90º), it is propagated without deviation into the second medium. At oblique incidence the wave is bent by refraction. The amount determined by Snell's law:


where c1 = wave velocity in medium 1 and c2 = wave velocity in medium 2.

Ultrasound refraction is normally insignificant in most areas of medical ultrasound apart from the eye at the interface between aqueous and vitreous humour or if trying to scan through bone. It can b significant when using a test phantom.

Reflection

When an ultrasound wave meets a boundary between two different media, where the size of the boundary is large compared with the wavelength of ultrasound and the roughness of the boundary is small compared with the wavelength, a proportion of the ultrasound energy is reflected. This specular reflection is similar to optical reflection i.e. *i = *r. In normal incidence the reflected beam will return to the transducer along the same path. This returned “echo” forms the basis of pulse echo ultrasound imaging.


The proportion of the incident energy reflected by the boundary is also important and depends on the acoustic impedance (Z) of each medium.
Z * *c where * is the density of the material.

In normal incidence the fraction of the wave reflected is given by

where

Ir = intensity of reflected ultrasound
Ii = intensity of incident ultrasound
Z1¬ = acoustic impedance in medium 1
Z2 = acoustic impedance in medium 2


Hence, it is the difference between the acoustic impedance of the two structures that determines the proportion of the incident energy that is reflected. Examples of values of Z are given below together with examples of the proportion of energy reflected at typical boundaries


MATERIAL Z (106 kg m-2 s-1)

AIR 0.0004
LUNG 0.26 - 0.46
BONE 3.75 - 7.38
WATER 1.52
LIVER 1.65
KIDNEY 1.62
BLOOD 1.61
FAT 1.38
TISSUE 1.35 - 1.68



BOUNDARY % REFLECTED
at normal incidence

MUSCLE/BLOOD 0.07%
FAT/MUSCLE 1.08%
SOFT TISSUE/WATER 0.23%
SOFT TISSUE/AIR 99.9%
SOFT TISSUE/BONE 41.2%


When Z1 = Z2, all the energy is transmitted across the boundary and there is no reflected echo. However, when the difference in acoustic impedance between medium 1 and 2 is large, (e.g. between a tissue/air or tissue/bone interface) most of the ultrasound energy is reflected and very little is transmitted. Hence it is difficult to visualise through bone or through air in the lungs and bowel. In order to exclude air between the transducer and skin surface a coupling gel is used to ensure adequate penetration of ultrasound into the tissues.


Scattering

When an ultrasound wave strikes targets which are small or rough compared to the wavelength (e.g. within soft tissues, organs and blood), these targets re-radiate (scatter) the ultrasound energy in many directions. Where there are many scattering targets, multiple scattering occurs.



These scatterers act as secondary sources of ultrasound.
A proportion of this scattered ultrasound energy will return in the direction of the source (back-scattered). The contribution which scattering makes to the total attenuation is frequency dependent. When scatterer size << *, scattered intensity * f4. However the scattered intensity is small in comparison to the energy reflected from major tissue boundaries. For example, compared to the reflected intensity from a fat/muscle boundary, the approximate scattered intensities from a number of different structure are given below:


Placenta -20dB (10-2)
Liver -30dB (10-3)
Kidney -40dB (10-4)
Blood -60dB (10-6)

Between the strong directional echoes from specular reflection at boundaries and the weak multi-directional echoes from scattering targets, a range of intermediate echoes are received. Any ultrasound system thus has to be capable of processing a wide dynamic range of echoes.

Absorption

Absorption is the process by which some of the mechanical energy of the ultrasound is converted into heat in the tissues. In soft tissue, absorption account for over 90% of the total attenuation of the ultrasound beam. Absorption falls off exponentially with distance, the same fraction of the incoming energy is lost in each unit distance travelled.


The intensity, I, at a distance is given by:

where is the initial intensity at x = 0,
and is the intensity absorption coefficient.
The absorption coefficient depends on the characteristics of the medium and is also approximately proportional to ultrasound frequency. Hence in order to achieve greater penetration (less attenuation) lower frequencies are used.

Instead of giving values of , it more convenient to define the half-value thickness as the thickness of material required to reduce the intensity of an ultrasound beam by half, or -3dB.

HALF VALUE THICKNESS (cm)

MATERIAL 2MHz 5MHz

Air 0.06 0.01
Bone 0.1 0.04
Water 340 54
Soft Tissue 2.1 0.86
Blood 8.5 3.0
Liver 1.5 0.5

Air and bone have high values of . As well as strongly reflecting ultrasound at any interface with tissue as mentioned earlier, they attenuate the small proportion transmitted. Problems of scanning through the head or imaging through the lungs or bowel are compounded. Water and other body fluids have low attenuation, having a full bladder is a standard technique to get good views of the uterus.


GENERATION AND DETECTION OF ULTRASOUND


Ultrasound is generated and detected by a transducer, which converts electrical energy into mechanical vibrations and vice versa. Materials which generate a potential difference across their surface when their shape is changed by an applied pressure wave by the piezoelectric effect, are used as transducers. These materials also change their shape when a voltage is applied (the inverse piezoelectric effect) and are therefore used as both transmitters and receivers of ultrasound. There are many naturally occurring piezoelectric materials such as quartz, but it is normal to use synthetic materials such as a ceramic - lead zirconate/titanate (PZT) or a plastic - polyvinyldifluoride (PVDF) transducer.

If a piezoelectric transducer is excited with a continuous sinusoidal electrical signal, it will oscillate and generate an ultrasonic wave at the same frequency as the excitation frequency. Transducers display a natural frequncy where resonance occurs and generation of ultrasound waves is particularly efficient.



When a sinusoidal electrical signal is applied to a piezoelectric material the walls will vibrate. Some of the enegry will travels into any adjoining medium. A wave is also reflected inside the transducer and be reflected to and fro. If the time taken for this internal wave to travel from one side to the other and then back again is the same as the period of the applied signal, the internally reflected waves interfere constructively, and the resultant ultrasound wave is enhanced. This first resonance occurs where the thickness of the material, t = /2,

therefore the resonant frequency


Often only this lowest resonant frequencies carries significant energy. If a transducer is designed so that its thickness is equal to half the wavelength corresponding to the required frequency of operation the transducer is operating at its fundamental resonant frequency giving maximum efficiency in transmission and reception.


If the applied frequency is varied, the displacement of the transducer, and hence the energy of the resulting ultrasound wave will decrease as shown. The width of the peak, delta f, where the amplitude has fallen by -3dB (A1/A0 delta 0.7) is known as the transducer bandwidth. The bandwidth of commercial transducers may extend over several MHz. The Q-factor, Q, of a transducer is defined as

Q = fr /delta f .


Transducer design depends on the mode of operation. In a simple transducer each face of the piezoelectric element is coated with a thin metallic layer to act as an electrode, and the complete assembly is housed in a metal cylinder. In continuous wave applications and in order to obtain high efficiency, the rear face of the piezoelectric material is backed by air. This helps to reflect energy from the rear face back into the material to reinforce the wave from the front face as described above. However most applications use pulsed excitation in order to obtain a short burst or pulse of ultrasound. In early instruments a voltage pulse was applied to the transducer forcing it to oscillate at its natural resonant frequency. Modern pulsed systems apply a few cycles of a sinusoidal waveform. In both cases it is required to produce a short pulse of ultrasound. Highly efficient air backed transducers are unsuitable since the internally reflected signal would continue to produce ultrasound after the applied electrical signal had stopped. This ringing can be reduced by a backing material which reduces reflections at the back face. Short pulse outputs of ultrasound can be achieved at the expense of a less efficient, higher bandwidth (lower Q) transducer.


ULTRASONIC FIELD

The ultrasonic field of a transducer describes the spatial distribution of its radiated energy. The field during transmission is identical to the sensitivity distribution of the transducer when used as a receiver.

The ultrasound beam shape produced by transducer is complex. In an idealised situation of a circular transducer generating a continuous wave of ultrasound, the beam shape can be considered to have two distinct regions.


In the near field (or Fresnel region) the ultrasound beam is approximately cylindrical with a diameter roughly equal to the transducer diameter. The near field extends for a distance of D2/4* from the transducer face, where D is the transducer diameter and * is the wavelength of the ultrasound. In the far field (or Fraunhofer region) the beam diverges with an angle given by sin* = 1.22*/D.

However, within these two regions the beam intensity is not uniform and becomes even more complex when rectangular, focused and pulsed transducers are used.


A more accurate estimation of the field of a transducer can be obtained by considering the surface of the transducer to be an array of separate elements each radiating spherical waves. By ascertaining the points where the waves maxima and minima meet, points of constructive and destructive interference can be established, and the ultrasonic field estimated. This 2-dimensional example gives some idea of the complexity of an ultrasonic field compared with the simple “text book” shape.


The theoretical field for a circular transducer is shown above. Moving along the central axis of the beam away from the transducer in the near zone, the intensity shows successive axial maxima and minima which become further apart away from the transducer. There are also several maxima across the beam diameter. The last axial maximum occurs at the end of the near zone (at a distance of D2/4 lambda). Beyond this in the far zone the central axis intensity decreases and the beam diverges. Rectangular transducers and pulsed ultrasound complicate these fields.

It is normal to operate ultrasound systems in the near field in order to have a narrow beamwidth (good lateral resolution) with little divergence. Since ultrasound can only penetrate a limited depth, transducers are usually designed so that the end of the near field corresponds to the limit of penetration.

Smaller diameter crystals produce a narrower beam but at the expense of a shorter near field and greater divergence in the far field. Higher operating frequencies give a longer near field, but unfortunately higher frequencies have a higher attenuation so the penetration is less. Transducer design is therefore a compromise.

Tidak ada komentar:

Go to Scribd

Go to Facebook

Belajar Fisika

Materi fisika SMA/MA/SMK sebenarnya merupakan pendalaman dan perluasan materi fisika SMP dengan analisa yang lebih mendalam. Belajar fisika tetap memerlukan matematika. Matematika hanyalah sebagai alat bantu. Ibarat fisika adalah seorang penari balet yang menari di alam semesta sepanjang jagad makro sampai jagad mikro, maka matematika adalah pakaian yag dikenakan penari itu. Oleh karena itu langkah awal adalah menguasai konsep dasar fisika. Konsep-konsep fisika tersusun sederhana yang mana satu sama lain konsep membentuk jalinan yang utuh sehingga mampu menjelaskan setiap fenomena alam. Dengan konsep dasar yang baik, persoalan matematika tidak menjadi halangan bagi siswa untuk mengetahui dan memahami materi fisika.

Di tingkat SMA/MA/SMK dimana tingkat perkembangan mental siswa masih berada pada fase transisi dari konkrit ke formal, pembelajaran sains akan memudahkan siswa bila dikemas dalam berbagai metode pembelajaran seperti demonstrasi, percobaan, problem solving, proyek dan berbagai pengalaman ‘berbuat langsung’ siswa dalam belajar sehingga mampu merumuskan konsep secara induksi berdasar fakta-fakta empiris di lapangan. Para guru dan pembimbing diharapkan pandai-pandai mengemas proses transfering konsep-konsep fisika ke dalam tujuan itu.

Para guru diharapkan dapat memastikan percobaan-percobaan dan latihan-latihan dapat dilaksanakan atau dikerjakan oleh siswa. Blok ini semoga membawa manfaat yang sebesar-besarnya bagi para siswa dan guru-guru sains pada umumnya dan guru Fisika pada khususnya.

aku belajar dari matahari bagaimana untuk menyentuhmu dengan cahaya itu
aku belajar dari bintang-bintang bagaimana membahagiakanmu dalam gelap itu
aku belajar dari hujan bagaimana menyejukkan jiwamu dengan suara dan rintih itu
aku belajar dari awan bagaimana meneduhkan dengan redup dan senyap itu
aku belajar dari angin bagaimana mendatangimu dengan nyaman dan sunyi itu
aku belajar dari cinta bagaimana menyayangimu dengan jiwa dan ragaku

Pristiadi Utomo

Penulis buku Fisika Interaktif ini lahir di Rembang kota pesisir utara bagian paling timur di Propinsi Jawa Tengah. Pada tahun 1979 dia menyelesaikan sekolah dasar di SD Negeri Kutoharjo III Rembang. Pada saat itu dia terpilih sebagai pelajar teladan tingkat kabupaten, dan mewakili Kabupaten Rembang mengikuti seleksi pelajar teladan SD se-propinsi Jawa Tengah tahun 1978 di Semarang. Kemudian dia melanjutkan pendidikan di SMP Negeri II Rembang lulus pada tahun 1982. Juara III diperoleh pada saat pengumuman kelulusan SMP. Tingkat SMA ditempuh di SMA Negeri II Rembang masuk jurusan IPA dan lulus tahun 1985. Sejak kelas I sampai kelas III SMA dia menjadi tim inti cerdas cermat sekolah materi P4 dan langganan juara I, hingga selalu mewakili Kabupaten Rembang sampai tingkat karesidenan Pati. Di SMA aktif dalam OSIS di seksi ilmiah, mengampu majalah dinding sekolah. Dia diterima di PMDK IPB jurusan Teknologi Alat Pertanian dan lolos Sipenmaru di IKIP Negeri Semarang jurusan Fisika. Akhirnya dia memilih menekuni Pendidikan Fisika hingga lulus tahun 1990. Semenjak mahasiswa tingkat II dia sudah aktif mengajar Fisika di SMA dan SMP swasta di Kota Semarang, serta aktif menjadi tentor Fisika di Bimbingan Belajar Primagama. Begitu lulus dia diterima menjadi guru tetap Fisika di SMA Karangturi Semarang sampai tahun 1995. Kemudian meniti karir sebagai PNS di SMA Negeri 1 Kabupaten Purbalingga hingga tahun 2005. Pada tahun 2002 mengadakan penelitian kependidikan tingkat Kabupaten Purbalingga. Pada tahun 2004 meraih juara I pengelola Perpustakaan tingkat nasional di Jakarta. Awal tahun 2006 dia berpindah tugas di Kota Semarang sebagai guru FIsika di SMK Negeri 11 Semarang, serta menjadi pengasuh tetap Majalah Sekolah Gradasi pada rubrik Fast Solution. Dia menyelesaikan pasca sarjana (S2) di jurusan Fisika UNNES Semarang pada tahun 2007. Pada tahun itu pula buku Fisika Interaktif yang ditulisnya lolos seleksi Pusat Perbukuan dan diterbitkan oleh Penerbit Ganeca Exact – Azka Press, Jakarta.

Materi Fisika

Materi Fisika
Dapat download materi pelajaran fisika untuk SMP - SMK - SMA / MA karya Pristiadi Utomo. Klik aja foto berjenggot ini...

Aturan Angka Penting

a. Semua angka bukan nol adalah angka penting

Contoh: 141,5 m memiliki 4 angka penting

27,3 gr memiliki 3 angka penting

b. Semua angka nol yang terletak di antara angka-angka bukan nol termasuk angka penting.

Contoh: 340,41 kg memiliki 5 angka penting

5,007 m memiliki 4 angka penting

c. Semua angka nol di sebelah kanan angka bukan nol tanpa desimal tidak termasuk angka penting, kecuali diberi tanda khusus garis mendatar atas atau bawah termasuk angka penting

Contoh: 53000 kg memiliki 2 angka penting

530000 kg memiliki 5 angka penting

d. Semua angka nol di sebelah kiri angka bukan nol tidak termasuk angka penting.

Contoh: 0,00053 kg memiliki 2 angka penting

0,000703 kg memiliki 3 angka penting

e. Semua angka nol di belakang angka bukan nol yang terakhir tetapi dibelakang tanda desimal adalah angka penting.

Contoh: 7,0500 m memiliki 5 angka penting

70,500 m memiliki 5 angka penting

f. Untuk penulisan notasi ilmiah. Misalnya 2,5 x 103 , dimana 103 disebut orde. Sedangkan 2,5 merupakan mantis. Jumlah angka penting dilihat dari mantisnya dalam hal ini memiliki 2 angka penting.

Contoh lain 2,34 x 102 memiliki3 angka penting

Pembulatan Bilangan Penting.

Bilangan dibulatkan sampai mengandung sejumlah angka penting yang diinginkan dengan menghilangkan satu atau lebih angka di sebelah kanan tanda koma desimal.

a Bila angka itu lebih besar daripada 5, maka angka terakhir yang dipertahankan harus dinaikkan 1.

Contoh: 34,46 dibulatkan menjadi 34,5

b. Bila angka itu lebih kecil daripada 5, maka angka terakhir yang dipertahankan tidak berubah.

Contoh: 34,64 dibulatkan menjadi 34,6

c. Bila angka itu tepat 5, maka angka terakhir yang dipertahankan harus dinaikkan 1 jika angka itu tadinya angka ganjil, dan tidak berubah jika angka terakhir yang dipertahankan itu tadinya angka genap.

Contoh: 34,75 dibulatkan menjadi 34,8

34,65 dibulatkan menjadi 34,6

Sekilas Tabiat Mulia Rasulullah

1. Beliau biasanya memaafkan musuh dan para sahabat-sahabatnya yang menyakitinya. Di perang Uhud beliau berdoa untuk kaum kafir yang menyebabkan mulutnya berdarah
“Ya Allah maafkan mereka yang tidak tahu”

2. Beliau sangat penyantun. Beliau biasa memberi minum hewan piaraanya dengan ember dan menunggunya hingga selesai. Beliau membersihkan wajah dan mata kuda tungganganya.

3. Ketika dipanggil, beliau menjawab dengan berkata “labaik” (ya!)
Beliau tidak pernah melangkahi orang lain. Beliau biasa duduk di kedua kakinya. Ketika menunggang hewan dan melihat ada orang yang berjalan, beliau mengajak orang itu menumpang di hewan tunggangannya.

4. Beliau tidak memandang dirinya memiliki kelebihan dibanding lainnya. Ketika sedang berada dalam sebuah perjalanan bersama sahabat-sahabatnya mereka bermaksud memasak seekor kambing. Salah seorang di antara mereka memberikan kambingnya. Ada yang menawarkan diri mengulitinya. Ada yang menawarkan sebagai juru masak. Rasulullah SAW kemudian menawarkan dirinya mencari kayu bakar. Para sahabat
berkata “Ya Rasulullah Anda duduk sajalah. Kami yang akan mencari kayunya.”
Beliau menjawab “ya! saya tahu Anda semua siap melakukannya. Tetapi saya tidak ingin duduk-duduk saja sementara yang lain bekerja. Allah tidak suka kalau ada yang duduk-duduk saja sedang yang lain bekerja. ” Beliau lalu berdiri dan pergi mencari kayu bakar.

5. Ketika beliau mengunjungi sahabat-sahabatnya beliau tidak selalu duduk di bagian depan. Beliau mencari tempat yang kosong. Ketika beliau datang, sahabat-sahabatnya cepat-cepat berdiri. Beliau berujar “janganlah kalian berdiri untuk menghormatiku bersikaplah biasa seperti ketika kalian kedatangan orang lain. Saya seperti orang lain. Saya makan seperti yang lainnya. Sayapun duduk kalau lelah.”

6. Seringkali nabi duduk di kedua lututnya. Beliau juga pernah berdiri menggunakan lututnya ketika memeluk menyambut sahabat-sahabatnya. Beliau tidak pernah membedakan makanan untuknya dan para pembantunya, demikian juga dalam hal berpakaian. Beliau sering membantu pelayannya menyelesaikan pekerjaan. Beliau tidak pernah menyumpahi atau menyakiti orang lain. Anas bin Malik, yang setia melayaninya berkata, “aku menjadi pelayan Rasulullah selama 10 tahun. Beliau membantuku lebih sering dibanding aku membantunya. Beliau tidak pernah memarahiku. Beliau tidak pernah berkata kasar kepadaku.”

7. Beliau suka menambal sendiri pakaiannya yang sobek, memerah susu kambingnya, dan memberi minum hewan piaraannya. Beliau sering membawa barang-barang belanjaan sendiri ke rumahnya. Dalam perjalanan, beliau sering memberi makan hewan tunggangannya. Kadang-kadang beliau melakukannya sendiri dan kadang-kadang dilakukan oleh pelayannya.

8. Ketika beliau dipanggil dengan sebutan pelayan oleh seorang pelayan, sebuah kebiasaan di Madinah, beliau lalu berjalan dengan pelayan itu beriringan.

9. Beliau sering mengunjungi orang yang sakit dan menghadiri pemakamannya. Untuk menggembirakan hati si sakit, beliau mengunjunginya meskipun si sakit kafir atau munafik.

10. Setelah beliau melaksanakan sholat subuh di Masjid, beliau menghampiri para sahabatnya sambil berkata: “Adakah yang sakit? Bila ada mari kita mengunjunginya.” Kemudian beliau juga berkata:”adakah yang meninggal? Bila ada mari kita membantunya.”Kemudian beliau sering juga berkata:”adakah di antara kalian yang bermimpi sesuatu? Bila ada mari kita tafsirkan mimpinya.” Bila ada yang meninggal beliau membantu menyiapkan pemakamnnya dan menyolatkannya serta menghadiri pemakamannya.

11. Ketika beliau tidak melihat sahabat-sahabatnya selama tiga hari beliau akan menanyakannya. Bila sahabatnya itu sedang bepergian beliau mendoakannya, atau bila sahabatnya ada dikotanya beliau akan mengunjunginya.

12. Beliau selalu mendahului menyambut orang lain yang dijumpainya.

13. Beliau suka mengendarai unta, keledai, dan kadang-kadang mengajak orang lain menunggang bersamanya.

14. Beliau suka melayani tamunya dan para sahabatnya dan beliau menyatakan:
“orang yang paling dekat dengan masyaraktnya adalah orang yang selalu melayani orang lain.”

15. Tidak seorang pun pernah menyaksikan beliau tertawa terbahak-bahak. Beliau suka tersenyum kecil. Kadang-kadang gigi depannya tampak ketika beliau tertawa.

16. Beliau selalu tampak hati-hati dan cermat. Beliau suka berbicara pelan-pelan. Beliau biasa memulai pembicaraan dengan senyum.

17. Beliau tidak pernah berbicara yang mubazir atau tanpa keperluan. Bila beliau memerlukan sesuatu beliau akan berbicara dengan singkat dan jelas. Terkadang beliau mengulangi pembicaraan sampai tiga kali agar bisa dipahami.


Kasih Sayang

Suatu ketika, ada seorang wanita karir yang kembali pulang ke rumah, dan ia melihat ada 3 orang pria berjanggut yang duduk di halaman depan. Wanita itu tidak mengenal mereka semua. Wanita itu berkata: "Aku tidak mengenal Anda, tapi aku yakin Anda semua pasti sedang lapar. Mari masuk ke dalam, aku pasti punya sesuatu untuk mengganjal perut". Pria berjanggut itu lalu balik bertanya, "Apakah suamimu sudah pulang?"

Wanita itu menjawab, "Belum, dia sedang keluar". "Oh kalau begitu, kami tak ingin masuk. Kami akan menunggu sampai suami mu kembali", kata pria itu.

Di waktu senja, saat keluarga itu berkumpul, sang isteri menceritakan semua kejadian tadi. Sang suami, awalnya bingung dengan kejadian ini, lalu ia berkata pada istrinya, "Sampaikan pada mereka, aku telah kembali, dan mereka semua boleh masuk untuk menikmati makan malam ini".

Wanita itu kemudian keluar dan mengundang mereka untuk masuk ke dalam. "Maaf, kami semua tak bisa masuk bersama-sama", kata pria itu hampir bersamaan. "Lho, kenapa? tanya wanita itu karena merasa heran. Salah seseorang pria itu berkata, "Nama dia Kekayaan," katanya sambil menunjuk seorang pria berjanggut di sebelahnya, "sedangkan yang ini bernama Kesuksesan, sambil memegang bahu pria berjanggut lainnya. Sedangkan aku sendiri bernama Kasih-sayang. Sekarang, coba tanya kepada suamimu, siapa diantara kami yang boleh masuk ke rumahmu."

Wanita itu kembali masuk ke dalam, dan memberitahu pesan pria di luar. Suaminya pun merasa heran. "Ohho...menyenangkan sekali. Baiklah, kalau begitu, coba kamu ajak si Kekayaan masuk ke dalam. Aku ingin rumah ini penuh dengan Kekayaan." Istrinya tak setuju dengan pilihan itu. Ia bertanya, "sayangku, kenapa kita tak mengundang si Kesuksesan saja? Sebab sepertinya kita perlu dia untuk membantu keberhasilan panen ladang pertanian kita."

Ternyata, anak mereka mendengarkan percakapan itu. Ia pun ikut mengusulkan siapa yang akan masuk ke dalam rumah. "Bukankah lebih baik jika kita mengajak si Kasih-sayang yang masuk ke dalam? Rumah kita ini akan nyaman dan penuh dengan kehangatan Kasih-sayang." Suami-istri itu setuju dengan pilihan buah hati mereka. "Baiklah, ajak masuk si Kasih-sayang ini ke dalam. Dan malam ini, Si Kasih-sayang menjadi teman santap malam kita."

Wanita itu kembali ke luar, dan bertanya kepada 3 pria itu. "Siapa diantara Anda yang bernama Kasih-sayang? Ayo, silahkan masuk, Anda menjadi tamu kita malam ini."

Si Kasih-sayang bangkit, dan berjalan menuju beranda rumah. Ohho..ternyata, kedua pria berjanggut lainnya pun ikut serta. Karena merasa ganjil, wanita itu bertanya kepada si Kekayaan dan si Kesuksesan. "Aku hanya mengundang si Kasih-sayang yang masuk ke dalam, tapi kenapa kamu ikut juga?

Kedua pria yang ditanya itu menjawab bersamaan. "Kalau Anda mengundang si Kekayaan, atau si Kesuksesan, maka yang lainnya akan tinggal di luar. Namun, karena Anda mengundang si Kasih-sayang, maka, kemana pun Kasih-sayang pergi, kami akan ikut selalu bersamanya. Dimana ada Kasih-sayang, maka kekayaan dan Kesuksesan juga akan ikut serta. Sebab, ketahuilah, sebenarnya kami berdua ini buta. Dan hanya si Kasih-sayang yang bisa melihat. Hanya dia yang bisa menunjukkan kita pada jalan kebaikan, kepada jalan yang lurus. Maka, kami butuh bimbingannya saat berjalan. Saat kami menjalani hidup ini."

Mengenai Saya

Foto saya

Lahir di Rembang kota pesisir utara bagian paling timur di Propinsi Jawa Tengah. Pada tahun 1979 menyelesaikan sekolah dasar di SD Negeri Kutoharjo III Rembang. Pada saat itu terpilih sebagai pelajar teladan tingkat kabupaten, dan mewakili Kabupaten Rembang mengikuti seleksi pelajar teladan SD se-propinsi Jawa Tengah tahun 1978 di Semarang. Kemudian melanjutkan pendidikan di SMP Negeri II Rembang lulus pada tahun 1982. Juara III pada saat pengumuman kelulusan SMP. Tingkat SMA ditempuh di SMA Negeri II Rembang masuk jurusan IPA dan lulus tahun 1985. Sejak kelas I sampai kelas III SMA menjadi tim inti cerdas cermat sekolah materi P4 dan langganan juara I, hingga selalu mewakili Kabupaten Rembang sampai tingkat karesidenan Pati. Di SMA aktif dalam OSIS di seksi ilmiah, mengampu majalah dinding sekolah. Diterima di PMDK IPB jurusan Teknologi Alat Pertanian dan lolos Sipenmaru di IKIP Negeri Semarang jurusan Fisika. Akhirnya memilih menekuni Pendidikan Fisika hingga lulus tahun 1990. Semenjak mahasiswa tingkat II  sudah aktif mengajar Fisika di SMA dan SMP swasta di Kota Semarang, serta aktif menjadi tentor Fisika di Bimbingan Belajar Primagama. Begitu lulus diterima menjadi guru tetap Fisika di SMA Karangturi Semarang sampai tahun 1995. Kemudian meniti karir sebagai PNS di SMA Negeri 1 Kabupaten Purbalingga hingga tahun 2005. Pada tahun 2002 mengadakan penelitian kependidikan tingkat Kabupaten Purbalingga. Pada tahun 2004 meraih juara I pengelola Perpustakaan tingkat nasional di Jakarta. Awal tahun 2006 dia berpindah tugas di Kota Semarang sebagai guru Fisika di SMK Negeri 11 Semarang, serta menjadi pengasuh tetap Fast Solution majalah sekolah Gradasi. Dia menyelesaikan pasca sarjana (S2) di jurusan Fisika UNNES Semarang pada tahun 2007. Pada tahun itu pula buku Fisika Interaktif yang ditulisnya lolos seleksi Pusat Perbukuan dan diterbitkan oleh Penerbit Ganeca Exact – Azka Press, Jakarta. Kemudian menjadi penulis buku teks Fisika pada Penerbit Erlangga. Sementara masih menyelesaikan S3 di UNDIP Semarang.

Ketika aku masih muda dan bebas berkhayal,

aku bermimpi ingin mengubah dunia.

Seiring dengan bertambahnya usia dan kearifanku,

kudapati bahwa dunia tidak kunjung berubah.

Maka cita-cita itu pun agak kupersempit,

lalu kuputuskan untuk hanya mengubah negeriku.

Namun tampaknya, hasrat itupun tiada hasilnya.

Ketika usiaku semakin senja dengan semangatku yang masih tersisa,

kuputuskan untuk mengubah keluarga,

orang-orang yang paling dekat denganku.
Tetapi celakanya,

merekapun tidak mau diubah!

Dan kini,

sementara aku berbaring saat ajal

menjelang,

tiba-tiba aku sadari :

“andaikan yang pertama-tama kuubah adalah diriku,

Maka dengan menjadikan diriku sebagai panutan,

mungkin aku bisa mengubah keluargaku.

Lalu berkat inspirasi dan dorongan

mereka,

bisa jadi aku pun mampu memperbaiki

negeriku,

Kemudian siapa tahu aku bahkan bisa mengubah dunia !”

Terukir di sebuah makam di Westminter Abbey, Inggris, 1100 M

Anak

Dan seorang wanita yang mendekap anaknya berkata

Bicaralah pada kami perihal anak-anak

Maka orang bijak itu pun bicara

Putramu bukanlah putramu

Mereka adalah putra-putri kehidupan

Yang mendambakan kehidupan mereka sendiri

Mereka datang melalui kamu tapi tidak dari kamu

Dan sungguhpun bersamamu mereka bukanlah milikmu

Engkau dapat memberikan kasih sayangmu

Tapi tidak pendirianmu

Sebab mereka memiliki pendirian sendiri

Engkau dapat memberikan tempat berpijak bagi raganya

Tapi tidak bagi jiwanya

Lantaran jiwa mereka ada di masa datang

Yang tidak bisa engkau capai sekalipun dalam mimpi

Engkau boleh berusaha mengikuti alam mereka

Tapi jangan mengharap mereka dapat mengikuti alammu

Sebab hidup tidaklah surut ke belakang

Tidak pula tertambat di masa lalu

Engkau adalah busur

Bagi anak panah putra-putrimu melesat ke masa depan

(Gibran)

Dari Lingkungan Hidupnya … Anak-Anak Belajar

Jika anak biasa hidup dicacat dan dicela, kelak ia akan terbiasa menyalahkan orang lain.

Jika anak terbiasa hidup dalam permusuhan, kelak ia akan terbiasa menentang dan melawan.

Jika anak biasa hidup dicekam ketakutan, kelak ia akan terbiasa merasa resah dan cemas.

Jika anak biasa hidup dikasihani, kelak ia akan terbiasa meratapi nasibnya sendiri.

Jika anak biasa hidup diolok-olok, kelak ia akan terbiasa menjadi pemalu.

Jika anak biasa hidup dikelilingi perasaan iri, kelak ia akan terbiasa merasa bersalah.

Jika anak biasa hidup serba dimengerti dan dipahami, kelak ia akan terbiasa menjadi penyabar.

Jika anak biasa hidup diberi semangat dan dorongan, kelak ia akan terbiasa percaya diri.

Jika anak biasa hidup banyak dipuji, kelak ia akan terbiasa menghargai.

Jika anak biasa hidup tanpa banyak dipersalahkan, kelak ia akan terbiasa senang menjadi dirinya sendiri.

Jika anak biasa hidup mendapatkan pengakuan dari kiri kanan, kelak ia akan terbiasa menetapkan sasaran langkahnya.

Jika anak biasa hidup jujur, kelak ia akan terbiasa memilih kebenaran.

Jika anak biasa hidup diperlakukan adil, kelak ia akan terbiasa dengan keadilan.

Jika anak biasa hidup mengenyam rasa aman, kelak ia akan terbiasa percaya diri dan mempercayai orang-orang di sekitarnya.

Jika anak biasa hidup di tengah keramahtamahan, kelak ia akan terbiasa berpendirian : “Sungguh indah dunia ini !”

Jika anak dibesarkan dengan celaan, ia belajar memaki.

Jika anak dibesarkan dengan permusuhan, ia belajar berkelahi.

Jika anak dibesarkan dengan cemoohan, ia belajar rendah diri.

Jika anak dibesarkan dengan penghinaan, ia belajar menyesali diri.

Jika anak dibesarkan dengan toleransi, ia belajar menahan diri.

Jika anak dibesarkan dengan dorongan, ia belajar percaya diri.

Jika anak dibesarkan dengan sebaik-baiknya perlakuan, ia belajar keadilan.

Jika anak dibesarkan dengan kasih sayang dan persahabatan, ia belajar menemukan cinta dalam kehidupan.

(Dorothy Law Nolte)

Pengetahuan

Di masa Al Kindi sampai Ar Razi, dari Al Biruni sampai Ibnu Sina, dan Al Khawarizmi peradaban Islam menjadi raksasa sains sampai abad pertengahan. Sementara orang-orang Eropa banyak yang masih buta huruf. Tatkala merebut Ankara, Khalifah Harun Al Rasyid (786-809) dan ketika Khalifah Al Ma’mun (814-833) meraih kemenangan atas Kaisar Romawi Timur, Michel II, kedua pemimpin Islam itu tidak menuntut ganti rugi peperangan kecuali penyerahan manuskrip-manuskrip kuno. Di mesir pada abad ke 10, Khalifah Al Aziz memiliki perpustakaan dengan 1.600.000 buku dan 16.000 diantaranya tentang matematika. Sejak Alexander Agung membangun kota Iskandariah, perpustakaan Athena (Yunani) diboyong ke Iskandariah dan diterjemahkan ke bahasa Arab. Peradaban berkembang ke Spanyol (Cordoba), kontak dagang dengan perancis mulailah buku-buku sains Islam banyak diterjemahkan dari bahasa Arab ke Eropa dan diduplikasi hal itu mencerdaskan masyarakat Eropa. Jadi ilmu sains masuk deras ke Eropa di abad pertengahan (Renaisance). Adanya perang salib membawa alkulturasi/pertukaran budaya Islam-Eropa terutama dari Turki. Sejak itu sains eropa berkembang, termasuk pelayaran/ penjelajahan dunia akhirnya kolonialisasi marak. Di Cordoba sejak dioposisi kaum konservatif, krisis ekonomi-politik dan keterasingan. Sains dan saintis pada masa itu sering ditentang dan disudutkan, misalnya dalam kasus pembakaran buku-buku sains dan filsafat di Cordoba. Munculnya macam-macam aliran sufisme, krisis ekonomi, kekacauan politik dan keterasingan umat Islam memiliki sumbangan signifikan pada kejatuhan sains ini. Kehilangan dukungan pilar-pilar ini membuat perjalanan sains Islam menjadi mandeg, bahkan berhenti. Alhamdulillah belakangan mulai dikejar lagi.

Ya Allah

Bismillahir rahmaanir rahiimi.

Segala puji bagi Allah yang telah memerintah kami untuk bersyukur dan berbuat baik kepada ibu dan bapak, dan berwasiat agar kami menyayangi mereka berdua sebagaimana mereka telah mendidik kami sewaktu kecil.

Ya Allah, sayangilah kedua orang tua kami. Ampuni, rahmati dan ridhoilah mereka.

Ya Allah, ampuni mereka dengan ampunan menyeluruh yang dapat menghapus dosa-dosa mereka yang lampau dan perbuatan buruk yang terus-menerus mereka lakukan.

Ya Allah, berbuat baiklah kepada mereka sebanyak kebaikan mereka kepada kami setelah dilipatgandakan, dan pandanglah mereka dengan pandangan kasih sayang sebagaimana mereka dahulu memandang kami.

Ya Allah, berilah mereka hak rububiyah-Mu yang telah mereka sia-siakan karena sibuk mendidik kami.

Maafkan segala kekurangan mereka dalam mengabdi kepada-Mu karena mengutamakan kami.

Maafkan mereka atas segala shubhat yang mereka jalani dalam usaha untuk menghidupi kami.

Ya Allah, berilah mereka bagian ganjaran dari ketaatan yang Engkau hidayahkan kepada kami, kebaikan yang Engkau mudahkan bagi kami, dan taufik yang telah mendekatkan kami kepada-Mu. Dan jangan bebankan kepada mereka segala dosa dan kesalahan yang kami lakukan dan tanggung jawab yang kami emban. Dan janganlah tambahkan dosa kami ke atas dosa mereka.


Walhamdu lillahi Robbil’Aalamin. Amien.

Blog Saya

Tautan Blog

Listrik Dinamik Kelas 12 PS 5

Video Listrik Statik Karya Siswa

Video Listrik Statik Siswa 12 PS 1 Kelompok 3

Video Listrik Dinamik Kelas 12 PS 3

Generator Van de Graff Mr Bean

Karya Siswa Kelas 12 PS 1 Kelompok 1