Prinsip dasar Biomekanik

BIOMEKANIKA

Oleh : Tonny Noviandy Firmansyah Zidni Imanurrohmah Lubis

Inun MagfirahNungki Virawati

Della Purwaningtyas

Apa itu biomekanika????

• Biomekanika merupakan kombinasi antara disiplin ilmu mekanika terapan dan ilmu-ilmu biologi dan fisiologi

• Mekanika“studi tentangg bagaimana sesuatu bergerak dan apa yang menyebabkan bergerak” (Hickman, 1995)

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

Prinsip dan Konsep Dasar Biomekanika

• Dasar dari prinsip biomekanika adalah hukum newton. Hukum newton ini terdiri dari 3 :

- Hukum I Newton - Hukum II Newton - Hukum III Newton

Bunyi Hukum Newton

Hukum Newton I• “Setiap benda akan cenderung mempertahankan

keadaan awal benda. Bila awalnya bergerak maka akan cenderung bergerak dan bila awalnya diam maka akan cenderung diam sampai ada gaya yang mempengaruhinya.”

Hukum Newton II• “Setiap benda yang dikenai gaya maka akan

mengalami percepatanyang besarnya berbanding lurus dengan besarnya gaya dan berbanding tebalik dengan besarnya massa benda.”

Hukum Newton III• “Apabila kita memberikan gaya (gaya aksi)

kepada suatu benda maka benda itu akan memberikan gaya balik yang besarnya sama dan arahnya berlawanan (gaya reaksi)”

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 dan Satuan• Besaran adalah sesuatu yang bisa diukur dan

dapat dihitung, serta dinyatakan dengan angka dan satuanSumber

• satuan adalah ukuran dari suatu besaran.Besaran terdiri dari Macam :

-Besaran PokokBesaran pokok ada tujuh, yaitu panjang, waktu, massa, suhu, kuat arus listrik, intesitas cahaya dan banyak molekul zat.-Besaran TurunanBesaran turunan adalah besaran yang tersusun dari besaran pokok

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

BESARAN SKALAR• Besaran skalar adalah besaran yang hanya

memiliki besar saja dan tidak memiliki arah.• Contoh: Besaran Massa (m)

besaran waktu (t)BESARAN SKALAR• 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

massa merupakan ukuran inersia/kelembaman suatu benda (kemampuan mempertahankan keadaan suatu gerak).

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

VektorBesaran yang mempunyai nilai dan arah jadi besarnya Resultan

tergantung pada arah vektor.Untuk menentukan resultan,terlebih dahulu dibuat jajar genjang.

2FF1Resultan

F1

F2 R

Sama halnya dengan gerakan tubuh yang penting

hanya posisi badan awal dan posisi

akhir(perpindahan).

Yang terpenting dari hal ini adalah panjang dari titik acuan sampai posisi akhir.

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

Penerapan Vektor

• Pada permainan layang – layang• Pada saat seorang anak bermain jungkat-jungkit

13

Prinsip & konsep dasar

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

• Hukum NEWTON I (Inertia = kelembaman)- benda bersifat mempertahankan keadaan- jika suatu benda dikatakan seimbang maka seluruh gaya yang bekerja pada benda tersebut harus sama dengan 0 dengan kata lain tidak ada pergerakan ataupun percepatan yang membuat benda tersebut bergerak.

Akan tetapi jika benda yang mula-mula bergerak, akan terus bergerak dengan kecepatan tetap”.Penerapannya:

-Penumpang akan serasa terdorong kedepan saat mobil yang bergerak cepat direm mendadak.

-Koin yang berada di atas kertas di meja akan tetap disana ketika kertas ditarik secara cepat.

Hukum NEWTON IIF = m . a

Hukum Newton yang kedua menyatakan bahwa percepatan(a) dan massa(m) menyebabkan terjadinya jumlah gaya(F) yang terjadi dalam suatu system.

*Semakin besar massa dan percepatan yang ada pada benda yang ditinjau maka akan

semakin besar pula resultan gaya yang yang bekerja pada benda tersebut.

Penerapannya :Mobil yang melaju dijalan raya akan mendapatkan

percepatan yang sebanding dengan gaya dan berbading terbalik dengan massa mobil tersebut

Hukum newton IIIHukum Newton ketiga menyatakan bahwa ketika suatu

benda diberi gaya maka benda juga akan memberi gaya yang arahnya berlawanan dengan besar yang sama.

Contoh : ketika kita mendorong dinding,.

• 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

KONSEP DASAR

• 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

• 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

• 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

• Gaya gravitasi “gaya tarik bumi terhadap suatu benda”

• Pengaruh gaya gravitasi thd tubuh manusia- berat badan,- varises,- edema tungkai, dll.

• Gaya yang mempengaruhi tubuh manusia- gaya pada tubuh manusia spt saat tubuh menabrak suatu benda- gaya di dalam tubuh manusia gaya otot mempengaruhi sirkulasi darah dan pernapasan

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

Sistem Katrol

• Terdiri dari katrol, tali dan beban• Memakai prinsip Hukum Newton II• Keterangan gambar :

– T : Tegangan tali– M1 : Beban 1– M2 : Beban 2– K : Katrol

Katrol Bidang licin• Gaya searah positif, berlainan

negatif

Pada benda 1 ∑ F = ma

∑ Fx = m1a T1 = m1a

Pada benda 2 ∑ Fy = m2a W2-T2 = m2a m2g-T2 = m2a m2g- m2a = T2

Bidang licin maka T1 = T2m1a = m2g –m2am1a+m2a = m2g

a = m2g / m1 + m2

Pergerakan di Tubuh

Gaya pada tubuh Gaya dalam tubuh

Bisa kita ketahuiContoh : Gaya berat tubuh

Tidak bisa kita ketahui, walau sebenarnya ada

Contoh : Gaya otot jantung

Gaya tubuh

keadaan Statis

Gaya tubuh

keadaan Dinamis

Gaya tubuh statis• Ketika tubuh dlm keadaan setimbang, jumlah

gaya dan momen gaya yang ada sama dengan nol.

• Sistem tulang dan otot berfungsi sebagai Sistem pengumpil (Lever) pada manusia

Kelas 1 Kelas 2 Kelas 3

Sistem Pengumpil Kelas 1

• Titik tumpuan terletak di antara gaya berat dan gaya otot.

Keterangan :O = titik tumpuanW = titik beratM = gaya otot

Sistem Pengumpil Kelas 2• Gaya berat diantara

titik tumpuan dan gaya otot.

Keterangan :O = titik tumpuanW = titik beratM = gaya otot

Sistem Pengumpil Kelas 3

• Gaya otot terletak di antara titik tumpuan dan gaya berat.

Keterangan :O = titik tumpuanW = titik beratM = gaya otot

Keuntungan Mekanik

• Perbandingan antara gaya otot dan gaya beratIMIW

Gaya berat (W) Gaya otot (M)

Keuntungan Mekanik = M

W

I

I

W

M

Keseimbangan di Tubuh Manusia

• Keseimbangan adalah kemampuan untuk mempertahankan kesetimbangan tubuh ketika di tempatkan di berbagai posisi.

• Melibatkan berbagai gerakan di setiap segmen tubuh dengan di dukung oleh sistem muskuloskleletal dan bidang tumpu.

• Membuat manusia mampu untuk beraktivitas secara efektif

dan efisien.

O’Sullivan keseimbangan adalah

kemampuan untuk mempertahankan pusat gravitasi

pada bidang tumpu terutama ketika saat posisi tega

Ann Thomson keseimbangan adalah

kemampuan untuk mempertahankan tubuh dalam posisi kesetimbangan maupun

dalam keadaan statik atau dinamik, serta menggunakanaktivitas otot yang minimal.

Jenis Keseimbangan• 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

• Pusat gravitasi (Center of Gravity-COG)• Garis gravitasi (Line of Gravity-LOG)• Bidang tumpu (Base of Support-BOS)

Pusat Gravitasi• Terdapat pada ditengah semua obyek• Pusat gravitasi adalah titik utama pada tubuh• 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 45

Aplikasi biomekanika dalam fisioterapi

• Mekanika tubuh (body mechanic)

• Pengaturan posisi

• Traksi

• Gaya Horizontal pada Traksia. 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