prinsip dasar biomekanik

BIOMEKANIKAprinsip dasar

terapan pd tubuh

2

Prinsip & konsep dasar• Mekanika

“studi ttg bagaimana sesuatu bergerak dan apa yang menyebabkan bergerak” (Hickman, 1995)

• Biomekanika“studi ttg gerakan yang dihasilkan oleh sistem muskuloskeletal” Hukum Newton (oleh Isaac Newton, 1643-1727)

PEMBAHASAN• Besaran dan satuan

• Prinsip dan konsep dasar dalam mekanika

• Gaya tubuh dan dalam tubuh• Keseimbangan Tubuh• Pusat gravitasi tubuh• Aplikasi Biomekanika dalam

Fisioterapi

Besaran & Satuan•Pengertian Besaran dan SatuanBesaran adalah segala sesuatu yang mempunyai nilai, yang dapat dinyatakan dengan angka-angka.Satuan adalah sesuatu yang digunakan untuk membandingkan/ mengukur besaran.

• Di dalam fisika, besaran terdiri dari dua macam. Yaitu besaran pokok dan besaran turunan.

• Secara umum, besaran-besaran tersebut dibedakan menjadi dua bagian, yaitu Besaran Skalar dan Besaran Vektor.

Besaran Pokok & satuannya

• Besaran pokok adalah besaran yang dipandang berdiri sendiri, tanpa menurunkannya dari besaran-besaran lain. Pada masa ini ditetapkan adanya 7 besaran pokok.

Nama Besaran

Satuan Simbol

satuan

Panjang Meter m

Massa Kilogram Kg

Waktu Sekon s

Suhu Kelvin K

Intensitas cahaya

Candela Cd

Kuat arus Ampere A

Banyak zat mole mol

Besaran Turunan & Satuannya

• Besaran turunan adalah besaran yang dapat diturunkan atau diperoleh dari besaran-besaran pokok. Satuannya diperoleh dari satuan-satuan besaran pokok yang menurunkannya.

Nama Besaran

Rumus Satuan

Gaya Massa x Percepatan Kgm/s2 atau N

Volume Panjang x lebar x tinggi

M3

Kecepatan Perpindahan : waktu m/s

Momentum Massa x kecepatan Kgm/s

Besaran Skalar

• Besaran skalar adalah besaran yang hanya memiliki besar saja dan tidak memiliki arah.

• Contoh: Besaran Massa (m)besaran waktu (t)

Besaran Vektor• Besaran vektor adalah besaran yang selain

memiliki besar (modulus) juga memiliki arah.• Contoh : besaran kecepatan (v)

besaran gaya (F)

• Massa“jumlah unsur suatu obyek”satuan: kg besaran skalar

• Berat“jumlah unsur suatu obyek yang dipengaruhi gaya tarik bumi/gravitasi”satuan: kg m/s(Newton) besaran vektor

Vektor• Resultan

operasi penjumlahan atau pengurangan dapat dilakukan dengan cara analitis yaitu dengan cara membuat jajaran genjang.

2FF1Resultan

F1

F2 R cos2122212

:

FFFFR

vektorjumlah

cos2122212

v

FFFFR

ektorselisih

Vektor

• Jika dari operasi vektor diketahui sudut a dan b

)sin(sinsin

a

Rb

b

a R

Penguraian Vektor

• Sebuah vektor dapat diuraikan menjadi dua buah vektor yang tegak lurus dimana komponen-komponen vektor diuraikan ke dalam sumbu x dan y. untuk mengetahui besar masing-masing vektor dapat digunakan rumus berikut ini:

cos

(Vx)sumbu x searah vektor

VVx

V

Vx

Vy

X

y

cos

(Vy)y sumbu searah vektor

VVy

Perkalian Vektor

• A. Perkalian Skalar

perkalian skalar antara dua vektor a dan b yang membentuk sudut q akan menghasilkan skalar

• B. Perkalian vektor

perkalian vektor antara dua buah vektor a dan b yang membentuk sudut ө akan menghasilkan vektor.

a.b cos a.b

csin ab a.b

13

Prinsip & konsep dasar

• Ada 3 hukum dasar mekanika yang dicetuskan oleh isaac newton:

• Hukum NEWTON I (Inertia = kelembaman)- benda bersifat mempertahankan keadaan- semua benda/ obyek akan bergerak bila ada gaya (force) yang mengakibatkan pergerakan

Hukum NEWTON II

F = m . a“Apabila ada gaya yang bekerja pada suatu benda maka benda akan mengalami suatu percepatan yang arahnya sama dengan arah gaya”

15

Prinsip & konsep dasar

• Hukum NEWTON III

“Untuk setiap aksi, selalu ada reaksi yang arahnya berlawanan”

Gaya Menimbulkan Percepatan

• Pada Hukum Newton I, telah dibahas jika benda diam atau bergerak lurus beraturan, maka resultan gaya pada benda nol.

• Bagaimanakah jika gaya pada benda tidak nol? Untuk menjawabnya, coba Anda perhatikan uraian berikut.

• Contoh Soal:Balok B massanya 2 kg ditarik dengan gaya F yang besarnya 6

Newton. Berapa percepatan yang dialami beban?

• Berdasarkan Hukum Newton IIF = m.a (dengan F = 6 N dan m = 2 kg)

• Balok B mengalami dua gaya masing-masing F1 = 25 N dan F2 = 20 N seperti ditunjukkan pada gambar. Berapa percepatan balok B?

JAWABAN:

Dari Hukum II Newton

Gaya Berat• Gaya Berat

Berat suatu benda adalah massa suatu benda yang dipengaruhi oleh percepatan gravitasi bumi, di tempat yang gravitasinya berbeda berat benda akan berubah.

• Berdasarkan Hukum II Newton, berat benda dirumuskan:

gmW .w = gaya gravitasi bumi pada benda atau berat benda dalamNewton

m = massa benda, dalam kg

g = percepatan gravitasi bumi yang besarnya 9,8 ms-2 kadang-kadang untuk memudahkan dibulatkan menjadi 10 ms-2

Makin jauh dari bumi percepatan gravitasi bumi makin kecil, sehingga berat roket pada saat di A lebih besar dibandingkan roket di B.

Semua benda yang berada di atas permukaan bumi pada jarak tertentu dari pusat bumi akan mengalami gaya gravitasi yang dinamakan gaya berat w. Gaya berat w kedudukannya pada pusat massa benda itu dan arahnya menuju pusat bumi. Beberapa gambar

gaya berat benda diperlihatkan oleh gambar berikut.

nampak bahwa gaya berat (w) dapat digambarkan mengambil kedudukan tegak lurus terhadap permukaan tanah.

Aplikasi Hukum II Newton pada beberapa Sistem Benda

• Benda pada bidang miring yang licin apabila sebuah benda diletakkan di puncak bidang miring yang licin, maka benda tersebut akan meluncur turun pada bidang miring tersebut. Saat bergerak turun benda mengalami percepatan gravitasi sehingga kecepatannya makin lama makin besar.

Diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda

Gambar 2.7.(a) beban m di atas bidang miring licin

(b) diagram gaya pada beban m

Contoh 5

Beban m yang massanya 5 kg dan percepatan gravitasi 10 ms-2 terletak di atas bidang miring licin dengan sudut kemiringan 30°. Tetukan berapa percepatan beban m!

JawabanPada beban hanya bekerja gaya berat, maka percepatan beban bisa dihitung:

a= g Sin q= 10 Sin 30= 5 ms-2

• Contoh 6

Beban m yang mengalami 5 kg dan percepatan gravitasi 10 ms-2terletak di atas bidang miring dengan sudut kemiringan 37° (Sin 37 = 0,6).Beban mengakhiri gaya F mendatar sebesar 20 N (gambar 2.8.)Tentukan berapa percepatan m!

Gambar 2.8. a) beban m mengalami gaya Fb) uraian gaya F dan m g.

Jawaban Uraikan dahulu gaya pada beban m (gambar 2.8.) sehingga tampak gaya-gaya mana saja yang mempengaruhi gerakan m turun. Berdasarkan gambar 2.8. tersebut tampak gaya-gaya yang mempengaruhi gerakan m adalah gaya mg Sin 37° dan F Cos 37°

Sesuai dengan Hukum II Newton

Sistem Katrol

Sistem Katrol terdiri atas katrol, tali dan benda. Pada bagian ini Anda akan mempelajari sistem katrol tanpa gesekan. Pemakaian prinsip Hukum II Newton pada suatu sistem katrol diperlihatkan oleh gambar berikut

nampak bahwa T: gaya tegangan tali Beban m1 dan m2 dihubungkan dengan tali ringan melalui katrol: K tanpa gesekan.

• Karena bidang licin, m1 bergerak ke kanan, m2 bergerak turun, gaya-gaya yang searah dengan gesekan positif yang berlawanan dengan arah gesekan negatif.

Sesuai dengan Hukum II Newton pada m1 berlaku F = m.aT= m1.a

Pada m2, berlakum2g – T = m2 a

Jika keduanya digabungT + m2.g – T = m1.a + m2.a

Gaya pada tubuh dan di dalam tubuh

• Gaya pada tubuh dapat kita ketahui apabila menabrak suatu objek. Ex: menabrak meja.

• Gaya dalam tubuh biasanya tdk diketahui/disadari. Padahal gaya itu sebenarnya ada. Ex: Gaya otot.

Apabila ditinjau dari segi statis dan dinamisnya tubuh manusia, maka Gaya pada tubuh ada 2 tipe :

1. Gaya pada tubuh dlm keadaan statis.

2. Gaya pada tubuh dalam keadaan dinamis.

• Gaya pada tubuh dapat kita ketahui apabila menabrak suatu objek. Ex: menabrak meja.

• Gaya dalam tubuh biasanya tdk diketahui/disadari. Padahal gaya itu sebenarnya ada. Ex: Gaya otot.

Apabila ditinjau dari segi statis dan dinamisnya tubuh manusia, maka Gaya pada tubuh ada 2 tipe :

1. Gaya pada tubuh dlm keadaan statis.

2. Gaya pada tubuh dalam keadaan dinamis.

Gaya pd tubuh dalam keadaan statis

Statis : Tubuh dlm keadaan setimbang, jumlah gaya dan momen gaya yang ada sama dengan nol.

Sistem tulang dan otot berfungsi sebagai pengumpil/ pengungkit.

Ada 3 kelas sistem pengumpil :

a. Klas pertama

Titik tumpuan terletak diantara gaya berat dan otot

W

M

M

W

W = gaya beratM = gaya otot

Ex: pada posisi diam/tegak

b. Klas keduaGaya berat diantara titik tumpu dan gaya otot.

WM

WM

c. Klas ketigaGaya otot terletak diantara titik tumpuan dan gaya berat

W

M

W

M

Keuntungan mekanik

Perbandingan antara gaya otot dan gaya berat.

Gaya berat (W) Gaya otot (M)

Iw IM

Keuntungan Mekanik =

M

W

I

I

W

M

Keseimbangan

(Balance) • Keseimbangan Pada Tubuh Manusia         Keseimbangan adalah kemampuan untuk mempertahankan kesetimbangan tubuh ketika di tempatkan di berbagai posisi.

Definisi menurut O’Sullivan, keseimbangan adalah kemampuan untuk mempertahankan pusat gravitasi pada bidang tumpu terutama ketika saat posisi tegak. Selain itu menurut Ann Thomson, keseimbangan adalah kemampuan untuk mempertahankan tubuh dalam posisi kesetimbangan maupun dalam keadaan statik atau dinamik, serta menggunakan aktivitas otot yang minimal. 

• Keseimbangan terbagi atas dua kelompok, yaitu– keseimbangan statis : kemampuan tubuh untuk menjaga

kesetimbangan pada posisi tetap (sewaktu berdiri dengan satu kaki, berdiri diatas papan keseimbangan);

– keseimbangan dinamis adalah kemampuan untuk mempertahankan kesetimbangan ketika bergerak.

Faktor-faktor yang mempengaruhi keseimbangan • 1)       Pusat gravitasi (Center of Gravity-COG)

Pusat gravitasi terdapat pada semua obyek, pada benda, pusat gravitasi terletak tepat di tengah benda tersebut. Pusat gravitasi adalah titik utama pada tubuh yang akan mendistribusikan massa tubuh secara merata. Bila tubuh selalu ditopang oleh titik ini, maka tubuh dalam keadaan seimbang. Pada manusia, pusat gravitasi berpindah sesuai dengan arah atau perubahan berat. Pusat gravitasi manusia ketika berdiri tegak adalah tepat di atas pinggang diantara depan dan belakang vertebra sakrum ke dua.

Derajat stabilitas tubuh dipengaruhi oleh empat faktor, yaitu : - ketinggian dari titik pusat gravitasi dengan bidang tumpu,- ukuran bidang tumpu- lokasi garis gravitasi dengan bidang tumpu- serta berat badan.

2)       Garis gravitasi (Line of Gravity-LOG)

Garis gravitasi merupakan garis imajiner yang berada vertikal melalui pusat gravitasi dengan pusat bumi. Hubungan antara garis gravitasi, pusat gravitasi dengan bidang tumpu adalah menentukan derajat stabilitas tubuh

• 3)       Bidang tumpu (Base of Support-BOS)Bidang tumpu merupakan bagian dari tubuh yang

berhubungan dengan permukaan tumpuan. Ketika garis gravitasi tepat berada di bidang tumpu, tubuh dalam keadaan seimbang. Stabilitas yang baik terbentuk dari luasnya area bidang tumpu. Semakin besar bidang tumpu, semakin tinggi stabilitas. Misalnya berdiri dengan kedua kaki akan lebih stabil dibanding berdiri dengan satu kaki. Semakin dekat bidang tumpu dengan pusat gravitasi, maka stabilitas tubuh makin tinggi

Pusat Gravitasi Tubuh• Penentuan pusat gravitasi suatu benda1. Menggantungkan obyek pd titik berbeda.

2. Berdiri diatas papan yg kedua ujungnya terdapat timbangan.

W1 W2

x

LWW

WX

21

2

L

Biomekanika/ikun/2003 36

Aplikasi biomekanika dalam fisioterapi

• Mekanika tubuh (body mechanic)

• Pengaturan posisi

• Traksi

• Gaya Horizontal pada Traksi

a. jika ada dua gaya yang bekerja pada sebuah benda dengan arah yang sama, maka total yang gaya yang diperoleh sebesar:

S=F1+F2

w

Arah tarikKatrol (F1)

Arah tarikOtot (F2)

b. Apabila dua gaya yang bekerja pada sebuah benda dengan arah yang berlawanan, maka total gaya sebesar selisih gaya I dan gaya II :

S= F1-F2

Aplikasi biomekanika dalam fisioterapi

Traksi tulang

w

Berat pemberat 1/7 kali BB

w

Berat pemberat 1/10 kali BB hanya untuk anak-anak dibawah 12 tahun

Traksi kulit