deyra.files. Web viewGambar 1. Kerangka tubuh manusia. ... Otot pada ubuh manusia ada tiga macam, yaitu otot jantung, otot polos dan otot rangka

A. TUJUAN

Mengukur parameter segmen tubuh manusia dan menentukan tekanan perut gaya otot

pada spinal erector dan gaya tekan ada segmen L5/S1 dengan menitikberatkan pada

kasus pengangkatan beban statis.

B. ALAT DAN BAHAN

1. Timbangan beban

2. Meteran dan busur

3. Beban

C. DASAR TEORI

Sistem gerak pada tubuh manusia dibagi menjadi dua, yaitu sistem gerak aktif dan

sistem gerak pasif. Sistem gerak aktif yang dimaksud adalah otot, sedangkan yang pasif

adalah tulang atau rangka. Selain tulang dan otot jug atredapat jaringan pembantu dalam

proses gerak yaitu jaringan penghubung (connective tissue).

Tulang adalah alat untuk meredam dan mendistribusikan gaya/tegangan yang ada

padanya. Tulang yang besar dan panjang berfungsi untuk memberikan perbandingan terhadap

beban yang terjadi pada tulang tersebut. Mungkin dalam aplikasinya, biomekanika selalu

berhubungan dengan kerangka manusia (Eko Nurmianto, 1996). Berikut ini adalah gambar

kerangka manusia:

Gambar 1. Kerangka tubuh manusia

Otot adalah organ tubuh yang mampu berkontraksi untuk melakukan sebuah gerakan

dengan bantuan tulang atau rangka. Otot pada ubuh manusia ada tiga macam, yaitu otot

jantung, otot polos dan otot rangka. Otot rangka inilah yang berperan dalam proses bergerak.

Otot rangka merupakan bagian penyusun terbesar tubuh kita.

Jaringan penghubung(connective tissue) adalah jaringan yang menghubungkan antara

otot dengan tulang dan tulang dengna tulang. Jaringan yang menghubungkan otot dengan

tulang adalah tendon. Tendon terdiri dari serabut-serabut kolagen yang letaknya paralel

dengan panjang tendon. Tendon bergerak dalam sekelompok jaringan serabut dalam satusatu

area dimana adanya gaya gesekan harus diminimalkan. Bagian dari jaringan ini memerlukan

cairan synovial sebagai pelumas. Sedangkan jarring yang menghubungkan antara tulang

dengan tulang adalah ligamen. Ligamen berfungsi untuk menyetabilkan sambungan (joint

stability) atau membentuk bagian sanbungan dan menempel pada tulang.ligamen tersusun

atas kolagen yang tidak paralel. Adanya tegangan konstan akan memperpanjang ligamen dan

menjadikannya kurang stabil dalam menjaga sambungan. Selain tendon dan ligamen, juga

terdapat sambungan cartilagenous yang memiliki fungsi sebagia pergerakan yang relatif

kecil, seperti sambungan tulang iga dan pangkal tulang iga. Adanya gerakan yang relatif kecil

pada setiap joint-nya maka dapat mengakibatkan terjadinya fleksibilitas badan manusia untuk

membungkuk, menengadah dan memutar.

Gabungan dari tulang, otot dan jaringan penghubung menghasilkan gaya dan momen

gaya yang dapat dihitung secara parsial untuk setiap segmen tubuh. Berikut ini adalah gambar

segmen tubuh beserta prosentase beratnya:

Gambar 2. Prosentase per segmen tubuh

Pada bagian-bagian tertentu seperti telapak tangan, lengan atas, lengan bawah, dan

punggung, memiliki peran yang berarti pada proses pengangkatan. Berikut ini adalah

perhitungan momen gaya yang bekerja pada daerah tersebut:

a. Telapak tangan

b. Lengan bawah

c. Lengan atas

Gaya pada lengan atas dikali dua, momen dikali dua agar benda utuh satu

d. Punggung

Gerakan seperti mengangkat beban tidak hanya dipengaruhi oleh lengan saja tetapi juga

oleh bagian tubuh lain seperti punggung, paha, betis dan lainnya. Perhatikan gambar di

bawah ini:

Gambar 3. Pemodelan sederhana aktifitas mengangkat

Dengan menggunakan teknik perhitungan keseimbangan gaya pada tiap segmen tubuh

manusia, maka didapat moment resultan pada L5/S1. Kemudian untuk mencapai

keseimbangan tubuh pada aktivitas pengangkatan, moment pada L5/S1 tersebut diimbangi

gaya otot pada spinal erector (FM) yang cukup besar dan juga gaya perut (FA) sebagai

pengaruh tekanan perut (PA) atau Abdominal Pressure yang berfungsi untuk membantu

kestabilan badan karena pengaruh momen dan gaya yang ada. Gaya otot pada spinal erector

dirumuskan sebagia berikut:

FM E=M L5 /S 1−FA D

FM = gaya otot pada spinal erector(N)

E= panjang lengan momen otot spinal erector dari L5/S1(±0,05 m)

Dimana M(L5/S1)=MT=momen resultan pada L5/S1.

FA = gaya perut(N)

D = jarak dari gaya perut ke L5/S1.(±0,11 m)

Untuk mencari gaya perut FA, maka perlu mencari tekanan perut PA dengan

menggunakan rumus:

Keterangan:

PA = Tekanan Perut(N/cm2)

FA = gaya perut(N)

AA = Luas Diafragma (465 cm2)

Θv = Sudut inklinasi perut

ΘT = Sudut inklinasi kaki

W tot=W o+2W H+2W LA+2W UA+W t

Keterangan:

Wtot = total gaya yang terjadi(N)

Wo = berat badan(N)

WH = berat telapak tangan(N)

WLA = berat lengan bawah(N)

WUA = berat lengan atas(N)

Wt = berat punggung(N)

FC=W tot . cosθ4−FA+ Fm

Keterangan:

FC = gaya tekan pada segmen L5/S1(N)

Wtot = berat total(N)

Θ4 = sudut inklinasi perut

FA = gaya perut (N)

Fm = gaya otot pada spinal erector

D. DATA HASIL PENGAMATAN

No

.

Nama Praktikan Segmentasi Tubuh Panjang

(cm)

Sudut (θ)

Wb = 3kg Wb = 2kg

1. Ibnu Hajar

Wo = 67kg

Telapak Tangan 20 40 40

Lengan Atas 25 30 60

Lengan Bawah 24 40 50

Punggung 63 50 55

Inklinasi Perut - 50 55

Inklinasi Kaki - 40 55

2. Andika Ryan

Wo = 56kg

Telapak Tangan 23 50 50

Lengan Atas 35 70 60

Lengan Bawah 32 60 60

Punggung 75 80 70

Inklinasi Perut - 80 70

Inklinasi Kaki - 50 55

E. ANALISIS DATA

Praktikan 1 dengan Wb = 2kg

a. Momen gaya telapak tangan

W H=0,6 % .W bdn=0,006.67 .9,8=3,9396 N

F yw=W o

2+W H=2.9,8

2+3,9396=13,7396 N

M w=(W o

2+W H ) . SL1 .cosθ1=13,7396.20 .cos 40=210,5 N . cm=2,105 N .m

b. Momen gaya lengan bawah

W LA=1,7 % . W bdn=0,017.67 .9,8=11,1622 N

F ye=F yw+W LA=13,7396+11,1622=24,9018 N

M e=M w+(W LA . λ2 . SL2 .cosθ2 )+( F yw . SL2. cosθ2 )=210.5+(11,1622.0,43 .24 . cos50 )+(13,7396.24 .cos50 )=210,5+74,0452+211,9594=496,5047 N . cm

= 4,965 N.m

c. Momen gaya lengan atas

W UA=2,8% . W bdn=0,028.67 .9,8=18,3848 N

F ys=F ye+W UA=24,9018+18,3848=43,2866 N

M s=M e+(W UA . λ3 . SL3 .cos θ3 )+( F ye . SL3 .cosθ3 )=496,5047+(18,3848.0,436 .25.cos60 )+ (24,9018.25 . cos60 )=496,5047+100,197+311,2725=907,9742 N . cm

= 9,0797 N.m

d. Momen gaya punggung

W T=50 % .W bdn=0,5.67 .9,8=328,3 N

F yt=2 F ys+W T=86,5732+328,3=414,8732 N

M t=2 M s+(W T . λ4 . SL4 .cosθ4 )+(2 F ys . SL4 .cosθ4 )=1815,9484+ (328,3.0,67.63 .cos55 )+(86,5732.63 . cos55 )=1815,9484+7948,36+3128,3498=12892,6583 N .cm

= 128,9265 N.m

e. Gaya perut

PA=

10−4 (43−0,36 (θH+θT )) (M L 5S1)

1,8

75

¿10−4 ( 43−0,36 (55+55 ) ) (124,3092 )1,8

75=

10−4 ( 43−0,36 (110 ) ) .5889,8775

=0,0267 Ncm2=267 N

m2

F A=PA . AA=0,0267.465=12,4155 N

f. Gaya otot spinal erector

FM=M T−F A . D

E=12892,6583.10−2−12,4155.0,11

0,05=2251,2176 N

g. Berat total

W tot=W bdn+2 W H+2W LA+2W UA+W T

¿656,6+7,8792+22,3244+36,7696+328,2=1051,8732 N

h. Gaya tekan pada L5/S1

FC=W tot . cosθ4−FA+ FM

¿1051,8732. cos55−12,4155+2251,2176=2842,1318 N

Praktikan 1 dengan Wb = 3kg

Momen gaya telapak tangan

W H=0,6 % .W bdn=0,006.67 .9,8=3,9396 N

F yw=W o

2+W H=2.9,8

2+3,9396=13,7396 N

M w=(W o

2+W H ) . SL1 .cosθ1=13,7396.20 . cos 40=210,5 N . cm =2,105 N.m

Momen gaya lengan bawah

W LA=1,7% . W bdn=0,017.67 .9,8=11,1622 N

F ye=F yw+W LA=13,7396+11,1622=24,9018 N

M e=M w+(W LA . λ2 . SL2 .cosθ2 )+( F yw . SL2 . cosθ2 )=210.5+ (11,1622.0,43 .24 . cos 40 )+ (13,7396.24 .cos 40 )=210,5+88,2436+252,6035=551,347 N . cm

= 5,51347 N.m

Momen gaya lengan atas

W UA=2,8 % . W bdn=0,028.67 .9,8=18,3848 N

F ys=F ye+W UA=24,9018+18,3848=43,2866 N

M s=M e+(W UA . λ3 . SL3 .cosθ3 )+( F ye . SL3 .cosθ3 )=551,347+ (18,3848.0,436 .25 . cos30 )+(24,9018.25 .cos30 )=551,347+173,5466+539,1398=1264,0334 N . cm

= 12,6403 N.m

Momen gaya punggung

W T=50 % .W bdn=0,5.67 .9,8=328,3 N

F yt=2 F ys+W T=86,5732+328,3=414,8732 N

M t=2 M s+(W T . λ4 . SL4 .cosθ4 )+(2 F ys . SL4 . cosθ4 )=1264,0334+ (328,3.0,67.63 .cos 50 )+(86,5732.63 . cos50 )=¿1264,0334+8907,4569++3505,8353=13677,3256 N . cm

= 136,7733 N.m

Gaya perut

PA=

10−4 (43−0,36 (θH+θT )) (M L 5S1)

1,8

75

¿10−4 ( 43−0,36 (50+40 ) ) (124,3092 )1,8

75=

10−4 (43−0,36 (100 ) ) .5889,8775

=0,05497 Ncm2=549,7

F A=PA . AA=0,05497.465=25,56 N

Gaya otot spinal erector

FM=M T−F A . D

E=136,7733−25,56.0,11

0,05=2679,234 N

Berat total

W tot=W bdn+2 W H+2W LA+2W UA+W T

¿656,6+7,8792+22,3244+36,7696+328,2=1051,8732 N

Gaya tekan pada L5/S1

FC=W tot . cosθ4−FA+ FM

¿1051,8732. cos55−25,56+2679,234=3257,0037 N

Praktikan 2 dengan Wb = 2kg

Momen gaya telapak tangan

W H=0,6 % .W bdn=0,006.56 .9,8=3,2928 N

F yw=W o

2+W H=2.9,8

2+3,2928=13,0928 N

M w=(W o

2+W H ) . SL1 .cosθ1=13,0928.23 . cos50=193,56 N .cm

¿1,9356 N .m

Momen gaya lengan bawah

W LA=1,7 % . W bdn=0,017.56 .9,8=9,3296 N

F ye=F yw+W LA=13,0928+9,3296=22,4224 N

M e=M w+(W LA . λ2 . SL2 .cosθ2 )+( F yw . SL2 . cosθ2 )=193,56+(9,3296.0,43 .32 .cos 60 )+ (13,0928.32. cos60 )=193,56+64,1876+209,4848=467,2324 N . cm

= 4,672324 N.m

Momen gaya lengan atas

W UA=2,8% . W bdn=0,028.56 .9,8=15,3664 N

F ys=F ye+W UA=22,4224+15,3664=37,7888 N

M s=M e+(W UA . λ3 . SL3 . cosθ3 )+( F ye . SL3 .cosθ3 )=467,2324+(15,3664.0,436 .35 .cos 60 )+(22,4224.35 .cos 60 )=467,2324+117,2456+234,892=819,37 N .cm

= 8,1937 N.m

Momen gaya punggung

W T=50 % . W bdn=0,5.56 .9,8=274,4 N

F yt=2F ys+W T=75,5776+274,4=349,9776 N

M t=2 M s+(W T . λ4 . SL4 .cosθ4 )+(2 F ys . SL4 .cosθ4 )=1638,7+ (274,4.0,67 .75 .cos70 )+(75,5776.75 . cos70 )=1638,7+4715,9789+1938,6796=8293,3585 N .cm

= 82,9336 N.m

Gaya perut

PA=

10−4 (43−0,36 (θH+θT )) (M L 5S1)

1,8

75

¿10−4 ( 43−0,36 (70+55 ) ) (124,3092 )1,8

75=

10−4 ( 43−0,36 (125 ) ).5889,8775

=−0,008218 Ncm2 =−82,18 N

m2

F A=PA . AA=−0,008218.465=−3,8216 N

Gaya otot spinal erector

FM=M T−F A . D

E=

8293,3585.10−2−(−3,8216.0,11)0,05

=1667,0791 N

Berat total

W tot=W bdn+2 W H+2W LA+2W UA+W T

¿548,8+6,5856+18,6592+30,7328+274,4=879,1176 N

Gaya tekan pada L5/S1

FC=W tot . cosθ4−FA+ FM

¿879,1176.cos70−(−3,8216)+1667,0791=1971,5767 N

Praktikan 2 dengan Wb = 3kg

Momen gaya telapak tangan

W H=0,6 % .W bdn=0,006.56 .9,8=3,2928 N

F yw=W o

2+W H=2.9,8

2+3,2928=13,0928 N

M w=(W o

2+W H ) . SL1 .cosθ1=13,0928.23 . cos50=193,56 N .cm

¿1,9356 N .m

Momen gaya lengan bawah

W LA=1,7 % . W bdn=0,017.56 .9,8=9,3296 N

F ye=F yw+W LA=13,0928+9,3296=22,4224 N

M e=M w+(W LA . λ2 . SL2 .cosθ2 )+( F yw . SL2 . cosθ2 )=193,56+(9,3296.0,43 .32 .cos 60 )+ (13,0928.32. cos60 )=193,56+64,1876+209,4848=467,2324 N . cm

= 4,672324 N.m

Momen gaya lengan atas

W UA=2,8% . W bdn=0,028.56 .9,8=15,3664 N

F ys=F ye+W UA=22,4224+15,3664=37,7888 N

M s=M e+(W UA . λ3 . SL3 . cosθ3 )+( F ye . SL3 .cosθ3 )=467,2324+(15,3664.0,436 .35 .cos 70 )+(22,4224.35 .cos 70 )=467,2324+80,2007+268,4119=815,8450 N .cm

= 8,15845 N.m

Momen gaya punggung

W T=50 % . W bdn=0,5.56 .9,8=274,4 N

F yt=2F ys+W T=75,5776+274,4=349,9776 N

M t=2 M s+(W T . λ4 . SL4 .cosθ4 )+(2 F ys . SL4 . cosθ4 )=1631,69+(274,4.0,67 .75 .cos80 )+(75,5776.75 . cos80 )=1631,69+2394,3653+984,2934=5010,3487 N . cm

= 50,1035 N.m

Gaya perut

PA=

10−4 (43−0,36 (θH+θT )) (M L 5S1)

1,8

75

¿10−4 ( 43−0,36 (80+50 ) ) (124,3092 )1,8

75=

10−4 ( 43−0,36 (130 ) ).5889,8775

=−0,02984 Ncm2=298,4 N

m2

F A=PA . AA=−0,02984.465=−13,8765 N

Gaya otot spinal erector

FM=M T−F A . D

E=5010,3487.10−2−(−13,8765.0,11)

0,05=1032,5981 N

Berat total

W tot=W bdn+2 W H+2W LA+2W UA+W T

¿548,8+6,5856+18,6592+30,7328+274,4=879,1176 N

Gaya tekan pada L5/S1

FC=W tot . cosθ4−FA+ FM

¿879,1176.cos80−(−13,8765)+1032,5981=1199,1317 N

F. PEMBAHASAN

Pada praktikum kali ini, akan dibahas tentang gaya tekan pada segmen L5/S1(Lumbal

5/Saccrum 1). Hal ini perlu dibahas karena sebagian besar gaya tekan yang dialami oleh

tubuh ketik a menerima beban atau mengangkat beban adalah segmen lumbal 5/sacrum 1.

Sehingga dengan membahas ini diharapkan kita dapat mengetahui seberapa besar gaya tekan

yang terjadi pada bagian tersebut jika kita mengangkat beban dengan berat tertentu.

Pengujian dilakukan pada dua praktikan, yaitu Ibnu Hajar dan Andika Ryan Wiratama.

Beban yang digunakan sama yaitu 2kg dan 3kg. Sebenarnya dibutuhkan praktikan yang berat

tubuhnya mendekati sama lain, sehingga akan lebih mudah untuk membandingkan. Tetapi

yang ada, kedua praktikan ini memiliki berat tubuh yang terpaut perbedaan cukup jauh yakni

11kg. Hal ini masih dapat dikategorikan sesuai jika parameter lain dibuat seragam untuk

mempersempit faktor yang mempengaruhi gaya tekan tersebut.

Langkah pertama yang dilakukan adalah penimbangan berat badan masing-masing

praktikan, kemudian mengukur panjang telapak tangan, lengan atas, lengan bawah, dan

punggung. Setelah itu, mengukur sudut-sudut yang telah ditentukan dengan posisi seperti

gambar 3. Semua pengukuran dilakukan dengan cepat untuk mendapatkan data yang akurat.

Karena ketika tidak dilakukan dengan cepat, maka sudut-sudut yang dihasilkan akan berubah

karena praktikan sudah mulai lelah dengan posisi tersebut.

Setelah data-data yang dibutuhkan terkumpul, dapat dilakukan analisis data dengan

menggunakan rumus-rumus untuk menentukan gaya tekan tersebut. Ada beberapa langkah

rumus yang harus dikerjakan untuk menentukan gaya tekan L5/S1, seperti mmen gaya

telapak tangan, lengan atas, lengan bawah, dan punggung, gaya perut, gaya otot spinal

erector, berat total, dan gaya tekan L5/S1.

Hasil yang didapatkan dari perhitungan analisis tersebut adalah ketika massa benda 2kg

gaya tekan yang diperoleh bernilai 2842,1318 N untuk Ibnu Hajar dan 1971,5767 N untuk

Andika Ryan W, sedangkan ketika massa yang digunakan bernilai 3kg, nilai yang diperoleh

adalah 3257,0037 N untuk Ibnu Hajar dan 1199,1317 N . Dari hasil tersebut terlihat perbedaan

yang cukup jauh. Hal ini juga dapat menunjukkan bahwa gaya tekan L5/S1 dipengaruhi oleh

berat badan, gender, umur, kebisaaan, beban yang diangkat, dan masih banyak lagi. Praktikan

Andika memiliki gaya tekan yang lebih kecil karena berat bedan yang dimiliki juga lebih

kecil dibandingkan Ibnu Hajar, sehingga besar gaya tekannya juiga lebih kecil jika

dibandingkan dengan Ibnu Hajar. Mungkin juga dikarenakan posisi pengambilan data yang

berubah sehingga data yang didapatkan kurang begitu valid.

Berdasarkan literatur, nilai gaya tekan pada segmen L5/S1 yang distandartkan olejh

NIOSH(National Institute of Occupational Safety and Health) pada tahun 1981 adalah 3500-

6500 N. Sedangkan nilai yang didapatkan tidak masuk dalam rentang tersebut, tetapi

mendekati 3500 N. hal ini bisa dikarenakan beberapa hal, antara lain:

a. Beban yang digunakan digunakan terlalu ringan sehingga kurang memberikan

tekanan pada segmen L5/S1.

b. Posisi pengambilan data tidak sesuai dengan gambar yang ada di literatur.

G. SIMPULAN DAN SARAN

a. SIMPULAN

1. Berikut ini adalah tabel yang menunjukkan data analisi pengukuran gaya tekan

pada segmen L5/S1

Bagian yang dianalisa Ibnu Hajar 2kg Ibnu Hajar 3kg Andika 2kg Andika 3kg

Berat total 1051,8732 N 1051,8732 N 879,1176 N 879,1176 N

Gaya perut 12,4155 N 25,56 N −3,8216 N −13,8765 N

Gaya spinal erector 1051,8732 N 2679,234 N 1667,0791 N 1032,5981 N

Gaya tekan L5/S1 2842,1318 N 3257,0037 N 1971,5767 N 1199,1317 N

Momen lengan atas 9,0797 N.m 12,6403 N.m 8,1937 N.m 8,15845 N.m

Momen lengan bawah 4,965 N.m 5,51347 N.m 4,672324 N.m 4,672324 N.m

Momen punggung 128,9265 N.m 136,7733 N.m 128,9265 N.m 50,1035 N.m

Momen telapak tangan 2,105 N .m 2,105 N.m 1,9356 N .m 1,9356 N .m

b. SARAN

1. Lebih teliti dalam mengukur panjang telapak tangan, lengan bawah, lengan atas

dan punggung.

2. Harus teliti dan sabar dalam penghitungan momen gaya dan gaya-gaya yang

bekerja, terutama dengan satuan yang digunakan. Karena jika tidak teliti maka

akan jelas terlihat kesalahannya pada hasil akhir yang sangant jauh dari nilai

yang seharusnya.

H. DAFTAR PUSTAKA

Ama, Fadli dkk. 2012. Pedoman Praktikum Biomekanika & Biotransport. Surabaya :

FSAINTEK, UNAIR.

Muslimah, Etika dkk. 2009. Analisis Aktivitas Angkat Beban Ditinjau dari Aspek

Biomekanika dan fisiologi. Surakarta:Simposium Nasional RAPI VIII 2009.

http://publikasiilmiah.ums.ac.id/bitstream/handle/123456789/1893/12.%20Paper_I-

017.pdf diakses pada tanggal 5 Desember 2012 pukul 09.47.

_____.2010. Modul Biomekanika Praktikum Genap 2010/2011 Universitas Islam Indonesia.

http://apk.lab.uii.ac.id/download/modul/regular/Biomekanika.pdf diakses pada

tanggal 5 Desember 2012 pukul 08.49