Top Banner
Biomekanika By Jelita S. H. Hinonaung 050114012
104

Biomekanika fisika

Dec 13, 2015

Download

Documents

widiswara

fisika
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Biomekanika fisika

Biomekanika

By Jelita S. H. Hinonaung

050114012

Page 2: Biomekanika fisika

1. Pendahuluan

dua bidang yang termasuk dalam fisika kedokteran:

1. bidang kedokteran

2. bidang fisika

Page 3: Biomekanika fisika

Fisika kedokteran berperan dalam 2 hal

1. Menentukan FX tubuh meliputi kesehatan & penyakit

2. Dalam praktek kedokteran meliputi pengetahuan alat dlm bidang kedokteran yaitu ultrasonik, laser, radiasi, dsb.

Page 4: Biomekanika fisika

2. Pengukuran

Dasar utama fisika yaitu pengukuran kwantitatif

pengukuran kwantitatif ini adalah sistem satuan internasional atau di disingkat SI

Page 5: Biomekanika fisika

2.1 proses pengukuran

Pengukuran fisik di bagi 2 group :

a. Proses pengukuran pengulangan.

melibatkan pengulangan perdetik, permenit, dsb. Cnth: denyut nadi 70/menit

a. Proses pengukuran yang tidak berulang. Cnth : ukur substansi asing yg di keluarkan o/ ginjal

Page 6: Biomekanika fisika

2.2 false positif & f. negatif

False positif a/ penyimpangan yg terjdi dmana penderita dinyatakan menderita penyakit pdhal tidak

False negatif a/ penyimpangan yg terjdi dmana penderita dinyatakan tidak sakit padahal sakit

Page 7: Biomekanika fisika

Untuk menghindari/ mengurangi false positif atau f. negatif

Dlm pengambilan keputusan Pengulangan pengukuran Pengunaan alat2 yg dpt di percaya Kaliberasi sepatutnya terhadap alat2

Page 8: Biomekanika fisika

3. Tabel Satuan internasional

Kuantitas Satuan singkatan

PanjangMassaWaktuArusTemperaturIntensitas luminasi

MeterKilogramDetikAmpereKelvincandela

M

Kg

Sec

A

K

cd

Page 9: Biomekanika fisika

Tabel turunan satuan internasional

kuantitas satuan Singkatan dimensi

GayaTekananEnergiTenagaTorque

Newton

Pascal

Youle

Watt

Meter-newton

N

Pa.N/m2

j.Nm

W.J/sec

r.mN

Kgm/sec2

Kg/m sec2

Kgm2/sec2

Kgm2/sec3

Kgm2/sec2

Page 10: Biomekanika fisika

Tabel turunan satuan internasional

Kuantitas Satuan Singkatan Dimensi

Elektrik charge Potensial listrikTahanan listrikKapasitasInduktan

Coulomb

Volt

Ohm

Farad

Henry

C

V.J/c

V/A

F, C/V, c2/J

H, J/A2,sec

A Sec

Kgm2/sec3 A

Kgm2/sec3 A2

Sec4A2/Kgm2

Kgm2/sec2 A2

Page 11: Biomekanika fisika

Tabel turunan satuan internasional

Kuantitas Satuan Singkatan Dimensi

Fluks magnetikIntensitas magnetisFrekwensiDisintegrasi rateDosis absorpsi

Weber

Testa

Hertz

Becquerel

Gray

Wb, J/A, Vsec

T,Wb/m2,Vsec/m2

Hz

Bq

Gy, J/ Kg

Kgm2/sec2 A

Kg/sec2 A

Sec -1

Sec -1

M2/sec2

Page 12: Biomekanika fisika

Tabel Non SIKuantitas Satuan Singkatan

Massa PanjangVolume WaktuGaya

Energi

Gram

Foot,centimeter

Liter

Menit

Dyne

pound force

Kalori

Kilokalori

g

ft, Cm

-

min

-

Lbf

Cal

Kcal

Page 13: Biomekanika fisika

Tabel Non SIKuantitas Satuan Singkatan Tenaga

Tekanan

Temperatur

Kilokalori/ menit

Pound/inch2

Milimeter merkuri

Sentimeter air

Atmosfir

Fahrenheit

Celsius

Kcal/min

Psi

mmHg

Cm H2O

atm

F

C

Page 14: Biomekanika fisika

Standar manusia menggunakan sistem SI, turunan SI, & non SI

Umur 30 tahun

Berat badanTinggi badan Massa Luas permukaanTemperatur tubuh

690 N (154 Lb)

172 cm

70 Kg

1, 85 m2

37,0 0C

Page 15: Biomekanika fisika

Standar manusia menggunakan sistem SI, turunan SI, & non SI

Umur 30 tahun

Temperatur PanasKapasitas panasBasal metbolismeKebutuhan O2

Produksi CO2

34, 0 0c

0, 86 Kcal/ Kg C

38 Kcal/ m2 hr

260 ml/min

208 ml/min

Page 16: Biomekanika fisika

Standar manusia menggunakan sistem SI, turunan SI, & non SI

Umur 30 tahun

Volume darahCardiac out putTekanan darahHeart rateTotal lung capasity

5,2 Liter

5 Liter/ menit

120/ 80 mm Hg

70 beat/min

6 liter

Page 17: Biomekanika fisika

Standar manusia menggunakan sistem SI, turunan SI, & non SI

Umur 30 tahun

Vital capasityTidal capasityDead spaceBreathing rateMuscle mass

Faat mass

4,8 Liter

0,5 Liter

0,15 Liter

15/min

30.000 g (43% dari massa badan)

10.000 g (14% dari massa badan)

Page 18: Biomekanika fisika

Hukum dasar dalam mekanika

Dalam biomekanika memakai hukum dasar yang dirumuskan oleh Isaac Newton (1964-1727) untuk mempelajari gerakan mekanika pada manusia & hewan.

Page 19: Biomekanika fisika

Hukum Newton Pertama

berbunyi: setiap objek berlangsung dlm keadaan istirahat atau gerakan yg sama pd suatu garis lurus. Kecuali benda itu di paksa untuk berubah oleh gaya yg bekerja pdanya.

Dipakai utk mengukur suatu pengamatan

Page 20: Biomekanika fisika

Hukum Newton Kedua

Apabila ada gaya yg bekerja pd suatu benda maka benda akan mengalami suatu percepatan yg arahnya sama dgn arah gaya. Percepatan (a) dan gaya (f) adlh sebanding dlm besaran.

Page 21: Biomekanika fisika

Rumus

Keterangan M= massa benda (kg) A= percepatan (mS-2) F= Kg mS-2

F = m. a

Page 22: Biomekanika fisika

Hukum newton ketiga

Berbunyi: untuk setiap aksi, selalu ada reaksi yang arahnya berlawanan.

R

B

F

A

Page 23: Biomekanika fisika

Gaya pada tubuh dan di didalam tubuh

Gaya merupakan suatu konsep umum yang dapat di rasakan secara intuisi bagi kawan atau seorang insinyur.

Page 24: Biomekanika fisika

Gaya yang bekerja pada tubuh manusia di bagi alam 2 tipe

1. Gaya pada tubuh dalam keadaan statis

2. Gaya pada tubuh dalam keadaan dinamis

Page 25: Biomekanika fisika

Gaya pada tubuh dalam keadaan statis

Sistem otot dan tulang dari tubuh manusia bekerja sebagai pengumpul

3 macam sistem pengumpul dlm tubuh manusia;

1 klas pertama sistem pengumpul

2 klas ke-2 sistem pengumpul

3 klas ke-3 sistem pengumpul

Page 26: Biomekanika fisika

Klas pertama sistem pengumpil

Titik tumpuan terletak di antara gaya berat dan gaya otot w

ket;0=titik

tumpuanW= gaya

beratM= gaya otot

M

Page 27: Biomekanika fisika

Klas kedua sistem pengumpil

Gaya berat di antara titik tumpuan dan gaya otot.

M W

Ket O= titik tumpuan W= gaya berat o M= gaya otot

Page 28: Biomekanika fisika

Klas ketiga sistem pengumpil

Gaya otot terletak di antara titik tumpuan dan gaya berat.

M

Ket o wO=titik tumpuanW=gaya beratM=gaya otot

Page 29: Biomekanika fisika

Keuntungan mekanik

Di definikan sebagai perbandingan antara gaya otot dan gaya berat.

Iw Im

0

Gaya berat gaya otot (w) (M)

Page 30: Biomekanika fisika

Rumus

Keuntungan mekanika

K.M = M = IwW Im

Page 31: Biomekanika fisika

Analisa gaya dan kegunaan klinik

Gaya vertikal

Apabila seseorang berdiri di atas suatu benda, maka orang tsb memberi gaya di atas benda tsb, sdngkan benda tsb akan memberi gaya reaksi yang besarnya = gaya yg diberikan orang itu

Page 32: Biomekanika fisika

Gbr. Gaya vertikal

Page 33: Biomekanika fisika

Gaya horisontal

Dua gaya yg bekerja pd sebuah benda dgn arah yg sma, maka total gaya yg diperoleh sebesar

F1 F2

S=F1 + F2

Page 34: Biomekanika fisika

Lanjutan…..

Bila dua gaya yg bekerja pd sebuah benda dgn arah yg berlawanan, maka total gaya sebesar selisih gaya I dan gaya II

F1 F2

S = F1 – F2

Page 35: Biomekanika fisika

Teknik menentukan pusat gravitasi

Menggantungkan sebuah objek pada dua titik yang berbeda

Berdiri di atas sebuah papan di mana kedua ujung papan terletak di atas timbangan

Metode grafik Metode analisa

Page 36: Biomekanika fisika

Mengantungkan objek pd titik yg berbeda

Sebuah objek yg akan di tentukan pusat gravitasi di gantungkan melalui sebuah titik (P). Pusat gravitasi akan berada di bawah titik gantung. (Lihat gambar).

Page 37: Biomekanika fisika

Gbr. 1

Page 38: Biomekanika fisika

Kemudian objek tsb di gantung melalui titik p1; pusat gravitasi akan berada di bawah titik p1 (lihat gambar)

Page 39: Biomekanika fisika

Gbr 2

Page 40: Biomekanika fisika

Dengan mengetahui garis vertikal malalui P dan P1 maka titik pusat gravitasi dapat di cari dgn mencari titik potong dari kedua garis tsb.

Page 41: Biomekanika fisika

Gbr 3

Page 42: Biomekanika fisika

Berdiri di atas papan yg kedua ujungnya terdapat timbangan

Page 43: Biomekanika fisika

Seseorang yg akan di tentukan pusat gravitasi berdiri di atas papan tsb, pd timbangan menunjukan skala W1 dan W2 (lihat gambar 4)

Page 44: Biomekanika fisika

Gambar 4

Page 45: Biomekanika fisika

Pada keadaan ini torsi = 0 pada titik P, maka :

X = W2

. L

W1 + W2

Page 46: Biomekanika fisika

Data pusat gravitasi tiap segmen tubuh sesuai dengan posisi tubuh (a dan b)

Page 47: Biomekanika fisika

Gambar mengenai massa & pusat

gravitasi bg tiap segmen tubuh

Page 48: Biomekanika fisika

Gambar total massa adalah m dan tinggi adalah h

Page 49: Biomekanika fisika

Tabel mengenai massa & pusat gravitasi bagi tiap segmen tubuh pd posisi a & posisi b. total massa adlh m dan tinggi h.

Page 50: Biomekanika fisika

Contoh

Massa tubuh 70 Kg, sedangkan massa kepala & punggung adalah 0,593 x 70 = 41,5 Kg

Page 51: Biomekanika fisika

Pusat gravitasi bagi

tiap segmen pd posisi

a b

Segmen

Punggung & kepala

Lengan atas

Massa (m)

0, 593

0,053

X (h)

0,10

0,14

Y (h)

0,70

0,75

X (h)

0,26

0,35

Y (h)

0,52

0,45

Page 52: Biomekanika fisika

Pusat gravitasi bagi

tiap segmen pd posisi

a bSegmen

Bagian depan & tangan

Tungkai bwh bagian atas

Massa (m)

0, 043

0,193

X (h)

0,24

0,12

Y (h)

0,64

0,42

X (h)

0,34

0,11

Y (h)

0,29

0,40

Page 53: Biomekanika fisika

Pusat gravitasi bagi

tiap segmen pd posisi

a bSegmen

Tungkai bwh bagian bawah & kaki

Massa (m)

0, 118

X (h)

0,10

Y (h)

0,19

X (h)

0,17

Y (h)

0,18

Page 54: Biomekanika fisika

Hasil laporan penelitian Borelli, Braune, Fischer & Dempster mengenai berat relatif tiap segmen tubuh (lihat tabel) dpt dipakai utk menentukan pusat gravitasi dr tiap-tiap segmen tubuh melalui kalkulus

Page 55: Biomekanika fisika

Tabel: berat relatif dr segmen tubuh manusia

Bagian tubuh

Braune & Fischer %

Termasuk Borelli

Pria wanita

% %

Dempster %

Kira-kira dpt diterima %

Kepala

Punggung

pinggul

7,06

42,70

11,58

6,72 8,12

46,30 43,90

12,21 12,89

6,9

46,1

10,7

7

43

12

Page 56: Biomekanika fisika

Tabel: berat relatif dr segmen tubuh manusia

Bagian tubuh

Braune & Fischer %

Termasuk Borelli

Pria wanita

% %

Dempster %

Kira-kira dpt diterima %

betis

kaki

Lengan

5,27

1,27

3,36

2,28

4,65 4,34

1,56 1,29

2,65 2,60

1,82 1,82

4,7

1,7

3,3

2,1

5

2

3

2

Page 57: Biomekanika fisika

Tabel: berat relatif dr segmen tubuh manusia

Bagian tubuh

Braune & Fischer %

Termasuk borelli

Pria wanita % %

Dempster %

Kira-kira dpt di terima %

Tangan

Total body weight

0,84

100

0,70 0,55

100 100

0,8

100

1

100

Page 58: Biomekanika fisika

Metode grafik

Pusat gravitasi dpt di tentukan secara grafik melalui momen dr pusat gravitasi secara berantai. Sebagai contoh: menentukan pusat gravitasi pd lengan

Page 59: Biomekanika fisika

Mula-mula tentukan gaya pd lengan atas (G1) yaitu pertengahan antara titik A dan B; G1 ini adlh 3 % dr berat badan. Kemudian tentukan G2 yaitu pertengahan antara titik B & C; G2 adlh 2 % dr berat badan.

Page 60: Biomekanika fisika

Lanjutan…

Dgn cara yg sama dpt ditentukan G3 yg merupakan 1 % dr berat badan. Setelah memperoleh G1 & G2 dpt ditentukan G4, & G3 dpt menentukan G5 yg merupakan pusat gravitasi dr lengan.

Page 61: Biomekanika fisika

Gbr. Menghitung pusat gravitasi dr tiap segmen tubuh

Page 62: Biomekanika fisika

Metode analisa

Dasar metode analisa adalah teorema dari Varignon yaitu “jumlah dr momen suatu gaya dalam kaitan utk sebarang pole adlh sama dgn momen gaya dalam kaitan pole yg sama”

Page 63: Biomekanika fisika

Gbr. Menentukan pusat gravitasi dgn menggunakan metode analisa

Page 64: Biomekanika fisika

Kesalahan Menentukan pusat gravitasi tubuh manusia melalui kalkulus disebabkan oleh:

1. Pusat gravitasi tidak tepat pd aksis longitudinal

2. Setiap individu mempunyai pusat gravitasi yg berbeda-beda

3. Sistem biomekanika yg berubah bentuk

Page 65: Biomekanika fisika

Kegunaan pusat gravitasi :

Dengan mengetahui & dpt menentukan pusat gravitasi sangat membantu olah ragawan loncat tinggi, lompat jauh. (lihat gambar 1-2).

Page 66: Biomekanika fisika

Gbr 1 olahragawan loncat tinggi, lompat jauh

Page 67: Biomekanika fisika

Gb 2. perubahan pusat gravitasi akibat adanya perubahan teknik loncatan

Page 68: Biomekanika fisika

Keseimbangan

Ada 2 macam :

1. Keseimbangan labil

2. Keseimbangan stabil

Page 69: Biomekanika fisika

Keseimbangan labil

Terjadinya keseimbangan labil disebabkan garis pusat gravitasi jatuh di luar dasar penyokong dan luas dasar penyokong terlalu kecil. (lihat gambar)

Page 70: Biomekanika fisika

Gambar keseimbangan labil

Page 71: Biomekanika fisika

Gbr. Dasar penyokong kecil

Page 72: Biomekanika fisika

Keseimbangan stabil

Keseimbangan stabil dapat tercapai apabila benda dlm kedudukan :

1. Kontak dgn dasar/ permukaan pijakan luas

2. Pusat gravitasi terletak rendah & garis pusat gravitasi terletak di dlm benda.

Page 73: Biomekanika fisika

Gbr. Efek permukaan pijakan terhadap kesetimbangan

Page 74: Biomekanika fisika

Gbr. Pusat gravitasi dekat dgn permukaan pijakan

Page 75: Biomekanika fisika

Gbr. Efek pusat gravitasi terhadap kesetimbangan

Page 76: Biomekanika fisika

Keseimbangan tubuh:

Di tinjau dr segi pusat gravitasi & luas kontak, keseimbangan tubuh bisa tercapai & ditingkatkan apabila:

a. Letak pusat gravitasi di rendahkan misalnya pd posisi duduk atau tidur

Page 77: Biomekanika fisika

Lanjutan…

b. Peningkatan luas permukaan penyangga misalnya dlm posisi tidur, posisi duduk, waktu berjalan, bertinju kedua kaki di lebarkan

Page 78: Biomekanika fisika

Keseimbangan tubuh dpt dikurangi dgn cara:

Meningkatkan pusat gravitasi, dengan cara angkat tangan ke atas, menjunjung barang di atas kepala

Mengurangi dasar permukaan penyangga dgn cara menjinjit atau berdiri satu kaki

Page 79: Biomekanika fisika

Momentum

Momentum dari sebuah objek adalah hasil kali massa & kecepatannya

Page 80: Biomekanika fisika

Untuk mendapatkan gambaran yg jelas akan momentum akan di sajikan peristiwa tabrakan antara dua objek.

Page 81: Biomekanika fisika

Gbr sebelum tabrakan

Page 82: Biomekanika fisika

Gbr selama tumbukan

Page 83: Biomekanika fisika

Gbr setelah tabrakan

Page 84: Biomekanika fisika

Setelah terjadi tabrakan maka m1 mempunyai kecepatan V1, dgn arah berlawanan dgn V1. Demikian pula m2 mempunyai kecepatan V2, yg berlawanan dgn V2.

Page 85: Biomekanika fisika

Momentum initial objek A adalah P1 = m1 V1, dan objek B mempunyai momentum initial P2 = m2 v2.

Page 86: Biomekanika fisika

Lanjutan…..

selama tabrakan kedua objek dlm keadaan seimbang dan ada gaya berlawanan untuk tiap-tiap objek adalah

P1=m1 v1 dan p2= m2 V2

Page 87: Biomekanika fisika

Rumus momentum

Dimana F= gaya

t= waktu

Satuan momentum adalah Kg m S-1

Momentum = F . t

Page 88: Biomekanika fisika

Kegunaan momentum dlm bidang olah raga

Momentum memainkan peranan penting dlm olahraga. Tabel di bawah ini memberi gambaran berbagai olahraga dlm mengunakan bola, mengenai kecepatan, tumbukan dlm kaitan impuls & momentum.

Page 89: Biomekanika fisika

Bola Massa bola

Kecepatan bola

Sblm ssdh

Kecepatan tumbukan

Sblm ssdh

Waktu tumbukan

s=dtk

Base ball

Foot ball

Bola golf

0,15

0,42

0,047

0 39

0 28

0 69

31 27

18 12

51 35

1,35x 10-3

8x10-3

1,25x10-3

Page 90: Biomekanika fisika

Bola Massa bola

Kecepatan bola

Sblm ssdh

Kecepatan tumbukan

Sblm ssdh

Waktu tumbukan

s=dtk

hand ball

spak bola

Squash

ball

0,061

0,43

0,032

0 23

0 26

0 49

19 14

18 13

44 34

1,35x 10-2

8x10-3

3 x 10-3

Page 91: Biomekanika fisika

Bola Massa bola

Kecepatan bola

Sblm ssdh

Kecepatan tumbukan

Sblm ssdh

Waktu tumbukan

s=dtk

soft ball

tenis ball

0,17

0,058

0 35

0 51

32 22

38 33

3 x 10-

3

4x10-3

Page 92: Biomekanika fisika

Contoh olahraga tenis

Misalnya massa bola m, kecepatan inisial adalah nol. Kecepatan akhir adalah v’; massa efektif tumbukan M, mempunyai initial kecepatan V dan kecepatan akhir V’. Jika gerakan dlm satu garis lurus maka besar momentum adlh :

MV= MV’ + mv

Page 93: Biomekanika fisika

Maka besarnya massa efektif tumbukan :

M = m V’ V - V’

Page 94: Biomekanika fisika

Contoh soal :

Hitunglah massa efektif tumbukan pd waktu melakukan serve tenis. Apabila dik. Massa bola (m) 0,058 Kg, kecepatan bola (v’) 51 mS-1, kecepatan tumbukan sebelum (v) 38 mS-1 & kecepatan sesudah tumbukan (v’) 35 mS-1 & berapa gaya pd bola selama tumbukan berlangsung (t= 4x10-3)

Page 95: Biomekanika fisika

Jawab

Massa efektif tumbukan :

M = m v’

V – V’

= 0,058 Kg x 51 mS-1

(38 – 33) mS-1

= 0,59 Kg

Page 96: Biomekanika fisika

Lanjutan…

Gaya pd bola selama tumbukan berlangsung:

F.t = m(V’ – v) F = m(V’ - v)

t

= 0,058Kg x 51 mS-1

4x 10-3 S

= 740 N

Page 97: Biomekanika fisika

Momentum dlm karate

Dlm karate momentum tinggi dr suatu tumbukan di capai melalui gerakan cepat dr lengan. Pd pukulan ke dpn, gerakan mula-mula di perkirakan lurus & terjadi tumbukan ketika gerakan dgn kecepatan maksimum serta panjang jangkauan tangan 70 %. (lihat gbr & grafik)

Page 98: Biomekanika fisika

Gbr arah pukulan dlm karate

Page 99: Biomekanika fisika

Hubungan antara kecepatan dgn panjang lengan pd pristiwa tumbukan

Page 100: Biomekanika fisika

Soal Seseorang karateka melakukan gerakan

pukulan kedepan jangkauan tangan 70 % dgn kecepatan bergerak bersama-sama setelah tumbukan terjadi. Berapakah gaya rata-rata pukulan & berapa besar energi kinetik yg hilang apabila di ket. Masa lengan (ma) 7 Kg, massa kepala (m head) 6 Kg, waktu tumbukan 10-3 S & kecepatan V= 5,5 mS-1

Page 101: Biomekanika fisika

Jawab:

Rumus momentum:

Ma V = (ma + mn) v’

V’= ma V

ma + mn

= 7 Kg x 5,5 mS-1

7 Kg + 6 Kg

= 2,96 mS-1

Page 102: Biomekanika fisika

Lanjutan…

Gaya rata-rata pukulan:

F = ma V’ – ma V

t= (7Kg x 2,96mS-1)-(7Kg x 5,5 mS-1)

10-3 S

= -17.800 N

Page 103: Biomekanika fisika

Lanjutan…

Lawan menerima gaya sebesar 17.800 N.

Energi kinetik inisial yg di hasilkan lengan :

Ko = ½ (ma + mn) V2 = ½ (7 Kg + 6 Kg) (2,96 mS-1)2 = 57 J

K - ko = 49 J. merupakan energi yg merusak lawan

Page 104: Biomekanika fisika

terima kasih