BIOMEKANIKA

BIOMEKANIKA

Biomekanika merupakan ilmu yang membahas aspek-aspek mekanika dari gerakan-gerakan tubuh manusia. Biomekanika adalah kombinasi antara keilmuwan mekanika, antropometri dan dasar ilmu kedokteran.

Biomekanika adalah suatu ilmu yang menggunakan hukum-hukum fisika dan konsep keteknikan untuk mempelajari gerakan yang dialami oleh beberapa segmen tubuh dan gaya-gaya yang terjadi pada bagian tubuh tersebut selama aktivitas normal.

Biomekanika dapat diterapkan pada:

1. Merancang kembali pekerjaan yang sudah ada.
2. Mengevaluasi pekerjaan.
3. Penyaringan pegawai.
4. Tugas-tugas penanganan manual.

Tujuan mempelajari ilmu biomekanika antara lain:

1. Untuk menjelaskan tiap komponen dari seluruh sistem tubuh dan interaksinya.
2. Untuk mensimulasikan kondisi berbahaya, sulit untuk diukur atau waktu dan biaya yang dikeluarkan untuk melakukan sebuah pekerjaan.
3. Untuk memperkirakan resiko yang mungkin muncul dari sebuah pekerjaan dan memperkirakan beban maksimal yang aman untuk diangkat.

Hukum dasar Dalam Biomekanika

Dalam biomekanika memakai hokum dasar yang dirumuskan oleh Isaac Newton (1643-1727) untuk mempelajari gerakan mekanik pada manusia dan hewan. Newton mula-mula mengembangkan hokum gerakan dan menjelaskan gaya tarik gravitasi antara dua benda.

Hukum Newton sangat memadai dan banyak penggunaannya di dalam bidang astronomi, geologi, biomekanik dan teknik. Ada 3 hukum dasar mekanika yang dicetuskan oleh Newton, yaitu :

1. Hukum Newton pertama
2. Hukum Newton kedua
3. Hukum Newton ketiga

Hukum Newton Pertama

Hukum Newton ini dsebut pula hokum inersia ( kelembaman). Ini berarti setiap benda akan tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, kecuali jika dipaksa untuk mengubah keadan itu oleh gaya-gaya yang berpengaruh padany a. Kelembaman melawan perubahan gerak, dan benda yang pejal sangat lembam, sehingga diperlukan gaya yang besar untuk mengubah geraknya

Hukum Newton pertama dipakai untuk mengukur suatu pengamatan

Hukun Newton Kedua

Apabila ada gaya yang bekerja pada suatu benda maka benda akan mengalami suatu percepatan yang arahnya sama dengan arah gaya. Percepatan (a) dan gaya (F) adalah sebanding dan searah. Apabila kedua besaran ini sebanding maka salah satu adalah sama dengan perkalian bilangan konstan. Maka hubungan gaya (F) adalah sebanding dalam besaran. Apabila kedua besaran ini sebanding maka salah satu adalah sama dengan hasil perkalian bilangan konstan. Maka hubungan gaya (F) dan percepatan (a) oleh Newton dirumuskan :

F=ma   , dimana F = gaya yang bekerja (N)

m = massa benda ( Kg )

a = percepatan ( m/dt²)

Jika yang bekerja pada benda lebih dari satu gaya, maka :

ΣF = m a ; Σ F = jumlah vektor gaya yang  bekerja ( N )

Dalam komponen vektor :

ΣF_x = ma_x

ΣF_y = ma _y

ΣF_z = ma_z

Massa benda berlainan dengan berat benda, massa benda adalah kuantitas sklar sedangkan berat benda adalah gaya gravitasi yang bekerja pada benda tersebut dan merupakan kuantitas vector

Hukum Newton ketiga

Bilamana suatu benda A member gaya F pada suatu benda B, pada waktu bersamaan benda B memberi  gaya R pada benda A. Gaya R sama dengan gaya F tetapi mempunyai arah yang berlawanan

Hukum Newton ketiga sering dikatakan F_aksi = – F _reaksi ( arah berlawanan)

Gaya yang bekerja pada tubuh bisa dibagi menjadi gaya internal dan eksternal> gaya internal seperti gaya gesek, gaya normal dan gaya berat. Sedangkan gaya eksternal adalah gaya luar yang bekerja pada tubuh, seperti gaya tarik atau gaya dorong

Gaya Pada Tubuh dan Di Dalam Tubuh

Gaya merupakan suatu konsep umum yang dapat dirasakan secara intuisi bagi fisikawan atau seorang insinyur ataupun ahli kesehatan.

Ada gaya yang bekerja pada tubuh dan ada gaya yang yang berada dalam tubuh kita sendiri. Gaya yang bekerja pada tubuh ini dapat diketahui apabila kita menabrak suatu objek. Sedangkan gaya yang berada dalam tubuh, sering-sering tidak kita ketahui, padahal gaya itu ada, misalnya gaya otot yang menyebabkan mengalirnya darah dan paru-paru yang memperoleh udara darai tarikan nafas.

Newton telah membuat hokum gravitasi secara universal yang merupakan dasar asal mula gaya yang dikenal dengan gaya gravitasi. Hukum ini merupakan gaya tarik antara 2 benda, misalnya berat badan, ini merupakan gaya tarik bumi terhadap badan kita, terjadinya varises pada vena merupakan gaya tarik bumi terhadap aliran darah yang mengalir secara berlawanan.

Selain gaya gravitasi ada pula gaya listrik yaitu antara electron dan proton pada atom hydrogen. Ada pula 2 gaya lain yang fundamental/mendasar yaitu gaya inti kuat yang dihasilkan oleh proton dan gaya inti lemah yang dihasilkan electron (beta) dari inti atom.

Apabila ditinjau dari segi statis dan dinamisnya tubuh manusia maka gaya yang bekerja dalam tubuh manusia ini dibagi dalam dua tipe yaitu :

1. Gaya pada tubuh dalam keadaan statis
2. Gaya pada tubuh dalam keadaan dinamis

Gaya Pada Tubuh Dalam Keadaan Statis

Tubuh dalam keadaan statis/stasioner berarti tubuh dalam keadaan setimbang berarti pula jumlah gaya dalam segala arah sama dengan nol, dan jumlah momentum terhadap sumbu juga sama dengan nol. Sistem otot dan tulang dari tubuh manusia bekerja sebagai pengumpil.

Ada 3 macam system pengumpil yang bekerja dalam tubuh manusia, yaitu

a. Klas pertama system pengumpil, titik tumpuan terletak antar gaya berat dan gaya otot.. Contohnya pada kepala manusia, dimana pengumpil berada diantara gaya otot leher dan gaya berat kepala

b. Klas kedua system pengumpil, dimana gaya berat diantara titik tumpuan dan gaya otot. Contohnya saat kaki menjinjit, maka ujug kaki sebagai pengumpil, gaya berat tubuh di tengah telapak berada diantara pengumpil dan gaya tarik otot kaki ke atas

c. Klas ketiga system pengumpil, dimana gaya otot terletak diantara titik tumpuan dan gaya berat. Contoh pada lengan yang menggenggam bola dengan siku tegak lurus, maka  ujung siku sebagai pengumpil, dan gaya otot lengan keatas berada diantara pengumpil dan gaya berat bola yang digenggam

Dari ketiga klas ini, maka klas ketiga system pengumpil ini yang terumuj, kemudian klas kedua dan klas pertama

Analisa Gaya dan Kegunaan Klinik

Gaya yang bekerja pada suatu benda/tubuh manusia bisa merupakan gaya vertical, gaya horizontal, dan gaya bentuk sudut dengan bidang horizontal atau vertikal

Contoh soal :

saat seorang atlit tolak peluru akan melempar bola dalam keadaan se -timbang, maka tarikan otot deltoidus ( T) yang membentuk sudut 10⁰  dan berjarak 20 cm dari ujung pusat rotasi, harus melawan gaya berat lengan W1  yang berjarak 2x dari T dan gaya berat bola W2  yang berjarak 4x dari T. Jika W1 20 N dan berat bola  5 kg, berapa T .       ( g = 10 m/dt2 )

Jawab :

Dengan menggunakan hokum kedua Newton dan keseimbangan benda tegar maka didapat persamaan :

T sin 10⁰  x 0,2 – Wlengan x 0,4 – W bola x 0,8 = 0

Maka

2 Wlengan + 4 Wbola

T = ——————————

Sin 10⁰