1-KULIAH BIOMEKANIKA

biomekanika

Oleh :

Drs. M. Mansyur, MT

Bagian Fisika KedokteranFAKULTAS KEDOKTERAN

UNIVERSITAS WIJAYA KUSUMA SURABAYA

Sebenarnya saat kita dilahirkan di dunia ini telah dikaruniai dengan benih-benih kesuksesan. Tinggal digali dan

dikembangkan sampai ke puncak kesuksesan

Go to win

FISIKA KEDOKTERANFISIKA KEDOKTERANFisika kedokteran adalah aplikasi konsep-konsep fisika Fisika kedokteran adalah aplikasi konsep-konsep fisika dalam bidang kedokteran.dalam bidang kedokteran.

Ada 2 peran fisika kedokteran :Ada 2 peran fisika kedokteran :1. Penggunaan ilmu fisika untuk menentukan 1. Penggunaan ilmu fisika untuk menentukan

fungsi tubuh fungsi tubuh → → Faal fisikaFaal fisika,,2. Penggunaan ilmu fisika dalam peralatan 2. Penggunaan ilmu fisika dalam peralatan

bidang kedokteran, misalnya : sinar x, sinar bidang kedokteran, misalnya : sinar x, sinar radioaktif, gelombang ultrasonik dll. radioaktif, gelombang ultrasonik dll.

Pokok Bahasan Fisika Kedokteran diantaranya :Pokok Bahasan Fisika Kedokteran diantaranya :- Biomekanika - Biomekanika - Biohidrodinamika- Biohidrodinamika- Bioakustik- Bioakustik- Biooptika- Biooptika- Biolistrik- Biolistrik- Spektroskopi- Spektroskopi

- - TermodinamikaTermodinamika

I. BIOMEKANIKAI. BIOMEKANIKA

Hukum Dasar BiomekanikaHukum Dasar Biomekanika Hukum Newton Tentang Gerak :Hukum Newton Tentang Gerak :

1. Hukum Kelembaman1. Hukum Kelembaman“ “ Setiap benda selalu mempertahankan Setiap benda selalu mempertahankan

keadaan semula “keadaan semula “

Secara matematik ditulis dengan Secara matematik ditulis dengan ΣΣ F = 0 F = 0

2. Hubungan antara gaya dan percepatan2. Hubungan antara gaya dan percepatan

F = m.a dengan F = gaya ( N ) m = massa ( kg ) a = percepatan ( ms-2 )

untuk sistem gaya → Σ F = Σm.a

3. Hukum aksi – reaksi gaya berat (aksi) = Gaya Normal (reaksi).

Apakah gaya berat Selalu sama dg gaya normal ?

Penerapan Hukum NewtonPenerapan Hukum Newton

Gaya pada tubuh manusia ada 2 macam :Gaya pada tubuh manusia ada 2 macam :1. Tubuh dalam keadaan statis (statika)1. Tubuh dalam keadaan statis (statika)2. Tubuh dalam keadaan dinamis (dinamika)2. Tubuh dalam keadaan dinamis (dinamika)

1.1 Statika1.1 Statika Gaya pada tubuh manusia dapat berupa :Gaya pada tubuh manusia dapat berupa :

a. Gaya Vertikal a. Gaya Vertikal b. Gaya horisontalb. Gaya horisontal c. Gaya membentuk sudutc. Gaya membentuk sudut

a. Gaya Vertikal a. Gaya Vertikal

..

b. Gaya horisontalb. Gaya horisontal

..

c. c. Gaya membentuk sudutGaya membentuk sudut

Tubuh dalam keadaan setimbang Tubuh dalam keadaan setimbang statisstatis

Hal ini terjadi bila :Hal ini terjadi bila : ΣΣ F = 0 dan F = 0 dan ΣΣ ΓΓ = 0 = 0

* Momen gaya ( * Momen gaya ( ΓΓ ) ) Definisi :Definisi : ΓΓ = l x F …. Nm = l x F …. Nm ІІ ΓΓ ІІ = l . F sin = l . F sin αα

Resultan Momen GayaResultan Momen Gaya

ΣΣ ΓΓA A = AB.F= AB.F1 1 + AC.F+ AC.F2 2 sin sin αα - AD.F - AD.F33

Akan terjadi keseimbangan jika Akan terjadi keseimbangan jika ΣΣ ΓΓA A = 0= 0

Tuas / Pengungkit

Lw : lengan beban LM : lengan gaya otot

Setimbang bila Σ Γ = 0 → W. Lw - M. LM = 0 M / W = LW / LM Keuntungan mekanik (KM) didefinisikan dengan KM = gaya otot / gaya berat atau KM = M / W

Sistem Tuas Pada Tubuh Manusia

Contoh penggunaan

1.

Contoh penggunaan

2.

1.2 Dinamika

Vektor posisi : r1 = x1 i + y1 j r2 = x2 i + y2 j Perpindahan : Δr = Δx i + Δy j Jarak |Δr| = √ Δx2 + Δy2

Kecepatan rata-rata vr = Δr/Δt atau vr = vx i + vy j

kecepatan sesaat v = dr/dt

Percepatan rata-rata ar = Δr/Δt atau ar = ax i + ay jPercepatan sesaat a = dv/dt

Harga sesaat dari masing-masing besaran tentang gerak

r r ↓ v = dr/dt ↑ r = ∫ v dt = ro + vo.t + ½ a.t2 v v ↓ a = dv/dt ↑ v = ∫ a.dt = vo + a.t a a

Contoh soal :1. Pertumbuhan massa bayi yang baru dilahirkan

dinyatakan dengan persamaan m (t) = t2 + 5t + 3000

dengan m : massa (gram), t : waktu (bulan). Tentukan :a. massa bayi saat lahirb. massa bayi setelah 2 bulan

dilahirkan.c. kecepatan awal pertumbuhan massa

bayi.d. percepatan pertumbuhan massa bayi

Contoh soal • 2. Seekor kuman bergerak dengan percepatan a (t) = 2t, dengan t bersatuan s dan a bersatuan μm/s2.

jika posisi dan kecepatan awalnya berturut-turut 2 μm dan 5 μm/s. Tentukan persamaan gerak kuman tersebut.

Usaha dan MomentumUsaha dan Momentum

• Usaha Definisi W = ∫ F cos ө ds ……joule W = F s cos ө atau W = ΔEk atau W = ΔEp

• Momentum Dari hukum Newton II : F = m dv/dt ∫ F dt = ∫ m dv → F ( t2 – t1 ) = m ( v2 – v1 )

↓ ↓ Impuls Perubahan momentum

Hukum Kekekalan Momentum

m1.v1 + m2.v2 = m1.v1’ + m2 v2

’

↓ ↓ momentum awal momentum akhir

Pada setiap tumbukan berlaku hukum kekekalan momentum tetapi tidak selalu berlaku hukum kekekalan energi.

Ada 3 macam tumbukan : 1. tak elastis→ e = 0 2. elastis sebagian → 0 < e < 1 3. elastis sempurna → e = 1

Koefisien elastisitas e = - ( v2

’ - v1’ ) / ( v2 - v1 )

Balistokardiograf

Mula-mula darah tersembur bergerak menuju kepala dan badan tertolak ke kiri. Sewaktu darah mencapai puncak aorta naik (busur aortik) , kecepatannya berbalik, akibatnya badan terdorong berlawanan arah dengan semburan darah.

Gerakan ini dapat dideteksi dengan alat balistokardiograf

Piranti balistokardiograf dan hasil rekamannya

a. Piranti balistokariograf

b. Hasil rekaman

Titik Berat BendaTitik Berat Benda

Elemen massa dari benda mElemen massa dari benda m1 1 (x(x11, y, y11, z, z11), m), m2 2 (x(x22, y, y22, z, z22), …..dengan ), …..dengan berat wberat w11, w, w22, …… Resultan beratnya w dan titik tangkap gaya , …… Resultan beratnya w dan titik tangkap gaya beratnya C. w = wberatnya C. w = w11 + w + w2 2 dan C (xdan C (xcc, y, ycc, z, zcc))

dengan xdengan xc c = = ΣΣ x xn. n. wwnn/ w/ wn n , y, yc c = = ΣΣ y ynn.w.wn n / w/ wn n , z, zc c = = ΣΣ z znn.w.wn n / w/ wnn

Pemahaman tentang titik Pemahaman tentang titik berat berat 1.1. Bagaimana cara menentukan letak titik berat Bagaimana cara menentukan letak titik berat

benda yang tidak beraturan ?benda yang tidak beraturan ?

2.2. Dimana letak titik berat manusia normal ?Dimana letak titik berat manusia normal ?

3.3. Apakah titik berat suatu benda terletak pada Apakah titik berat suatu benda terletak pada bendanya ?bendanya ?

4.4. Apakah pusat massa selalu berhimpit dengan Apakah pusat massa selalu berhimpit dengan

pusat berat suatu benda ?pusat berat suatu benda ?

Contoh soal :Contoh soal :

3. Seorang pemain ski bermassa 50 kg meluncur tanpa 3. Seorang pemain ski bermassa 50 kg meluncur tanpa gesekan dari atas sebuah bukit yang mempunyai gesekan dari atas sebuah bukit yang mempunyai kemiringan 30kemiringan 30oo. Jika tinggi bukit 80 m dan g = 10 m/s. Jika tinggi bukit 80 m dan g = 10 m/s22. . Tentukan : Tentukan :

a. Percepatan pemain skia. Percepatan pemain skib. kecepatan pemain ski saat di dasar bukitb. kecepatan pemain ski saat di dasar bukitc. usaha yang dilakukan pemain ski saat di c. usaha yang dilakukan pemain ski saat di

mencapai dasar bukit.mencapai dasar bukit.4. Seorang mahasiswa bermassa 60 kg lari dengan 4. Seorang mahasiswa bermassa 60 kg lari dengan

kelajuan 10 m/s. tiba-tiba menabrak pohon dengan kelajuan 10 m/s. tiba-tiba menabrak pohon dengan waktu kontah 0,1 detik. Tentukan gaya rata-rata yang waktu kontah 0,1 detik. Tentukan gaya rata-rata yang mengenai mahasiswa tersebut.mengenai mahasiswa tersebut.