1 biomekanik

7/23/2019 1 biomekanik

http://slidepdf.com/reader/full/1-biomekanik 1/102

BIOMEKANIKAANAN NUGROHO

ILMU DASAR KEPERAWATAN 1STIKES SURYA GLOBAL YOGYAKARTA



Outline

1. Definisi

2. Cakupan Keilmuan

3. Hukum Newton4. Mekanika Tubuh Manusia

5. Aplikasi & Contoh

6. Analisis Kasus



1.Definisi & TujuanMekanika : “studi tentang bagaimana sesuatu bergerak dan

apa yang menyebabkan bergerak”(Hickman, 1995)

Biomechanic :” Biomekanik adalah ilmu yang mempelajaristruktur dan fungsi sistem biologi dengan menggunakanpengetahuan dan metode mekanika”.(Hatze, 1974)

Sedangkan menurut Hay’s, Biomekanik adalah ilmu yang -

dan efek yang dihasilkan oleh gaya-gaya tertentu

Biomekanika “studi ttg gerakan yang dihasilkan oleh sistemmuskuloskeletal”

We might think of biomechanics as the “physics of humanmovement”



Sistem Kerangka Dan Otot Manusia (Musculoskeletal System)

1. Tulang

• Bagian ini tersusun dari jaringan yang sangat keras berfungsi sebagaipembentuk kerangka dan pelindung dari organ dalam. Tulang dalam sistemgerak berfungsi pembentuk gerakan pasif. Tulang juga berperan pentingproses pembentukkan sel-sel darah merah di bagian sumsum.

2. Sambungan Tulang Rawan (Cartilage)

• Jaringan ini berfungsi sebagai penghubung antar tulang seperti pada setiap

sambungan. Dengan adanya jaringan ini pergerakan tulang relatif kecil,sehingga melindungi dari pergeseran tulang.

3. Ligamen

• Berfungsi sebagai penghubung bagian sambungan dan menempel pada tulangpada ujungnya. Ligamen memiliki peranan penting dalam melindungipersendian. Ligamen tersebut untuk membatasi rentang gerak dari tulangyang dihubungkan

4. Otot

• Penggerak utama dalam tubuh manusia adalah otot atau sering disebutsabagai alat gerak aktif. Sel-sel otot menghasilkan panas tubuh untuk menjagakestabilan panas tubuh akibat pengaruh dari luar. Tendon merupakan ototpanjang dengan kekuatan elastis yang tinggi.



Tujuan mempelajari ilmu biomekanika antara lain:

• Untuk menjelaskan tiap komponen dari seluruhsistem tubuh dan interaksinya.

• Untuk mensimulasikan kondisi berbahaya, sulit

untuk diukur atau waktu dan biaya yang .

• Untuk memperkirakan resiko yang mungkinmuncul dari sebuah pekerjaan dan

memperkirakan beban maksimal yang amanuntuk diangkat.

• Meningkatkan performa gerakan.



Statics Dynamics FluidsDeformable

Solids

(Bio)mechanics

2. Cakupan Keilmuan

Kinematics Kinetics

Linear Angular

Stress Strain



Mechanics

Statics

constant state of

motion

Dynamics

acceleration

present

Kinematics KineticsKinetics of

motionless systems

Constant

velocity

systems

Kinematics Kinetics



Kinetics : study of the variables that describe or

quantify motion

• Displacement

• Velocity

• Acceleration

Kinematics – study of the variables that cause or

influence motion

• Forces

• Torques

• Mass



3. Hukum Newton



Gaya adalah suatu tarikan atau doronganyang dikerahkan sebuah benda terhadap bendalain. Satuan gaya dalam MKS adalah Newton (N ), dan dalam cgs adalah dyne.

PENGERTIAN GAYA

Gaya dapat diukur langsung denganmenggunakan neraca pegas.Besarnya gaya yang diukurditunjukkan oleh jarum penunjukyang ada pada neraca pegas.



Gaya dapat kita bedakan menjadi dua, yaitu:Gaya Sentuh adalah gaya yang bekerja padabenda akibat adanya sentuhan. Contoh gaya

sentuh antara lain gaya otot dan gaya gesek.

PENGERTIAN GAYA

Gaya Tak Sentuh gaya tak sentuh adalahgaya yang bekerja pada benda tanpa adanya

sentuhan dengan benda tersebut. Contohgaya tak sentuh antara lain gaya gravitasibumi dan gaya listrik.



MACAM MACAM GAYA



Dalam fisika ada bermacam-macam gayadiantaranya adalah sebagai berikut:1.Gaya BeratGaya berat merupakan gaya gravitasi yang

bekerja pada suatu benda.

MACAM MACAM GAYA

. aya ormaGaya normal adalah gaya sentuh yang timbulakibat sentuhan dua benda.

3. Gaya Tegangan TaliGaya tegangan tali bekerja pada dua bendayang dihubungkan oleh tali.



4. Gaya GesekGaya gesek terjadi pada bidang sentuhantara permukaan dua benda. Arah gaya gesekberlawanan dengan arah gerak benda.

5. Gaya Tekan

MACAM MACAM GAYA

satuan luas permukaan.



Beberapa gaya yang bekerja pada suatau bendadalam satu garis kerja dapat diganti olehsebuah gaya yang dinamakam Resultan Gaya.

Dengan memperhatikan gaya sebagai besaran

RESULTAN GAYA

yang mem ara , esarnya resu an gaya(sama dengan jumlah aljabar gaya-gayatersebut dan secara matematis dirumuskan:

..321

F F F F R



RESULTAN GAYA

• Untuk gaya-gaya SEARAH, resultannyaditambahkan.

• Untuk gaya-gaya BERLAWANAN ARAH,

resultannya dikurangkan.

• -

LURUS,gunakan teorema Phytagoras resultannya

ditambahkan.



Hukumukum I Newtonwton

Bila jumlah gaya-gaya yang bekerja pada bendasama dengan nol, maka benda pasti dalam

keadaan diam atau bergerak lurus beraturan.”

Σ F = 0 Berakibat pada :

• Benda DIAM atau

• Benda bergerak lurus beraturan (GLB)



Hukumukum I Newtonwton

• Penjelasan hukum 1 Newton adalah : Sifat benda untukmempertahankan keadaannya yang diam tetap diam, yangbergerak lurus beraturan tetap bergerak lurus beraturan disebutinersia benda atau juga disebut kelembaman.

• Sifat lembam benda adalah sifat mempertahankan keadaannya,

yaitu keadaan tetap diam atau keaduan tetap bergerak

.

• Setiap benda akan memiliki kecepatan yang konstan kecuali adagaya yang resultannya tidak nol bekerja pada benda tersebut.

Berarti jika resultan gaya nol, maka pusat massa dari suatubenda tetap diam, atau bergerak dengan kecepatan konstan(tidak mengalami percepatan).



Hukum Iukum I Newtonwton



Contoh hukum Newton

• Penumpang akan serasa terdorong kedepan saat

mobil yang bergerak cepat direm mendadak.

• Koin yang berada di atas kertas di meja akan tetap

Hukum Iukum I Newtonwton

sana et a ertas tar secara cepat.

• Ayunan bandul sederhana.



• Hukum ini berbunyi: Percepatanrcepatan dariari suatuuatu bendaenda

akankan sebandingebanding denganengan jumlahumlah gayaaya resultanesultan

gayaaya) yang yang bekerjaekerja padaada bendaenda tersebutersebut danan

berbandingerbanding terbalikerbalik denganengan massanyaassanya.

• sebuah benda dengan massa M mengalami gaya

Hukum Iukum II Newtonwton

Percepatanrcepatan dariari suatuuatu bendaenda

akankan sebandingebanding denganengan jumlahumlah gayaaya resultanesultan

gayaaya) yang yang bekerjaekerja padaada bendaenda tersebutersebut danan

berbandingerbanding terbalikerbalik denganengan massanyaassanya.

resu tan se esar a an menga am percepatan a

yang arahnya sama dengan arah gaya, dan

besarnya berbanding lurus terhadap F dan

berbanding terbalik terhadap M. atau F=Ma. Bisa juga diartikan resultan gaya yang bekerja pada

suatu benda sama dengan turunan dari

momentumlinear benda tersebut terhadap waktu.



• Hukum ini berbunyi:Percepatanrcepatan dariari suatuuatu bendaenda akankan sebandingebanding

denganengan jumlahumlah gayaaya resultanesultan gayaaya) yang yang

bekerjaekerja padaada bendaenda tersebutersebut danan berbandingerbanding

terbalikerbalik denganengan massanyaassanya.

Hukum Iukum II Newtonwton

Percepatanrcepatan dariari suatuuatu bendaenda akankan sebandingebanding

denganengan jumlahumlah gayaaya resultanesultan gayaaya) yang yang

bekerjaekerja padaada bendaenda tersebutersebut danan berbandingerbanding

terbalikerbalik denganengan massanyaassanya.

Secara matematis dirumuskan:

maF ataum

F a



Contohontoh hukumukum III Neewtonton

• Pada gerakan di dalam lift. Ketika kita berada di

dalam lift yang sedang bergerak, gaya berat

kita akan berubah sesuai pergerakan lift. Saat

lift bergerak ke atas, kita akan merasakan gaya

berat yang lebih besar dibandingkan saat lift a am ea aan am. a yang se a nya

terjadi ketika lift yang kita tumpangi bergerak

ke bawah. Saat lift bergerak ke bawah, kita

akan merasakan gaya berat yang lebih kecildaripada saat lift dalam keadaan diam.



Hukum Iukum III Newtonwton



• Hukum ini berbunyi :

“Jika suatu benda mengerjakan gaya pada

benda lain maka benda yang di kenai gaya

akan mengerjakan gaya yang besarnya

sama dengan gaya yang di terima dari

Hukum Iukum III Newtonwton

benda pertama tetapi arahnya

berlawanan”.

• Hukum ini disebut aksi dan reaksi

F F 21



Penerapan Hukum III Newton

Peristiwa-peristiwa yang berhubungan dengan HukumIII Newton, yaitu :

• Ketika peluru ditembakkan kedepan, maka senapan

akan terdorong ke belakang.

• Mesin et mendoron as ke belakan sedan kan

pesawat jet meluncur ke depan.

• Memperbesar gaya gesek pada sepatu, roda mobil,

tangga rumah sakit, pegangan raket.

• Peredaman benturan pada Helm, sarung tinju, sistem

safety riding kendaraan.



Berat Benda & Berat Jenis BendaBerat Benda & Berat Jenis Benda



Berat benda adalah besarnya gaya gravitasi yang bekerja

pada benda tersebut.

• Simbol : W

• Satuan : Newton (N)

• Persamaan :

W = m.g g = 9,8 m/s2 g ≈ 10 m/s2

Keterangan :

• m = massa benda (kg)

• W = berat benda (N)

• g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)



Faktor-faktor yang menentukan berat

benda (gaya berat) :• Percepatan gravitasi, tempat benda

berada

• Jarak benda ke ermukaan bumi

• Tempat benda di permukaan bumi



Massa benda (m) Berat Benda (W)

1. Berasal dari zatpenyusunnya

1. Berasal dari gaya tarikbumi

2. Selalu tetap, tidak

tergantung tempat

2. Selalu berubah,

tergantung tempat 3. Besaran skalar 3. Besaran vektor

4. Besaran pokok 4. Besaran turunan

5. Satuannya : kg 5. Satuannya : Newton(N)



LATIHAN SOAL

1. Sebuah benda yang massanya 2 kg didorong

dengan gaya tetap sebesar 5 Newton, sehingga

bergerak. Tentukan besar percepatan gerak

benda tersebut!

2. Berapa besar gaya yang harus diberikan pada

benda yang massanya 1,5 kg agar bergerak

dengan percepatan 4 m/s2

?



LATIHAN SOAL

3. Dua buah meja yang massanya masing-masing 2 kg

didorong oleh seorang anak dengan gaya sebesar 50

Newton. Berapa besar percepatan gerak kedua meja

tersebut?

-

.

bermassa 2,5 kg dan 15 kg diberi gaya dorong yang

sama, ternyata benda yang massanya lebih besar

bergerak dengan percepatan 4 m/s2. Berapa besar

percepatan gerak benda yang massanya lebih kecil?



LATIHAN SOAL

5. Dua buah mobil yang massanya 1500 kg dan 2000 kg

mendapat gaya mesin yang sama. Bila percepatan

gerak mobil yang lebih ringan adalah 4 m/s2,

berapakah percepatan gerak mobil yang massanya

lebih besar?

6. Dua orang anak melakukan tarik tambang dengan gaya

masing-masing 200 Newton. Berapa besar percepatan

yang dialami oleh kedua anak tersebut?



LATIHAN SOAL

7. Tentukan besar resultan gaya, dari gambar-gambar dibawah ini :



LATIHAN SOAL



LATIHAN SOAL

8. Sebuah meja didorong oleh dua oarang anak. Anak

pertama mendorong kearah selatan dengan gaya 50 N,sedangkan anak kedua mendorongnya ke arah barat

dengan gaya 120 N. Tentukan besar resultan gaya yang

bekerja pada meja!

9. Pada sebuah benda bekerja dua buah gaya yang saling tegak lurus dengan besar masing-masing 60 N dan 80 N.

Berapa besar resultan kedua gaya yang bekerja pada

benda?

10. Amir dan Umar melakukan tarik tambang dan merekamampu memberikan gaya yang besarnya sama yaitu 250

N. Tentukan besar resultan kedua gaya tersebut?



Gaya pada saat tumbukan

• Momentum adalah hasil kali massa dankecepatan besaran vektor

P = m. v

• Saat menumbuk suatu benda padat, bagian

perlambatan (deselerasi) yang cepat dan akanmenghasilkan gaya yang besar

• Gaya setara dengan laju perubahan momentum

F = m . a = m (Δ v/ Δ t) = Δ(v)/Δt

• F sama dengan laju perubahan momentum




Contoh kasus :

Seseorang yang berjalan dengan kecepatan 1 m/dtksecara tidak sengaja menabrak suatu batang besimelintang di bagian kepalanya, kepala orang tersebut

berhenti pada sekitar 0,01 detik dan menempuh jarak am a an , m mm , massa epa a g, erapa

gaya yang menyebabkan perlambatan ini?

Jawab :

Perubahan momentum Δ (mv) = (3 kg)(0 m/dtk) – (3 kg)(1m/dtk) = - 3 kg m/dtk.

Karena itu F = (-3 kg m/dtk)/(0,01 dtk) = - 300 N




Contoh soal :

Apabila kita ulangi kecelakaan ini dengan batang bajaberbantalan 0,02 m (2 cm) maka waktu perlambatan akan

meningkat menjadi 0,04 dtk, berapa gaya yang bekerja

Jawab :

F = Δ (mv)/ Δ t = ( 3 kf m/dtk) / 0,004 dtk) = 75 N

Suatu pengurangan yang cukup bermakna dari kasuspertama











4. Mekanika Tubuh



45

F R



46

F R



•• ARF ARF Force ArmForce Arm

Levers

•• FAR FAR 1st 1st

A A

FF RR

| Force ArmForce Arm ||| Resistance ArmResistance Arm ||

|| Resistance ArmResistance Arm ||

© 2007 McGraw-Hill Higher

Education. All rights reserved

3-47

•• AFR AFR 3rd 3rd

|| Resistance ArmResistance Arm ||

nn

A A

RR FF

A A

RR

|| Force ArmForce Arm ||

FF



F R

48

Mechanical advantage or disadvantage?

How does mechanical advantage affectmovement of the lever?



Biomekanika Kepala

• Agar tubuh dapat berada dalam keadaan

istirahat dan dalam keseimbangan (statik),

jumlah gaya yang bekerja padanya di semua

sama dengan nol

• Gaya yang bekerja pada kepala dalam keadaan

statis/diam adalah titik tumpuannya terletakdiantara gaya berat dan gaya otot

M



First Class

F R

A

F A R



First Class



First Class

• Neck extension

• Erector spinae

and Splenius

F

R



First Class



First Class

• Elbow extension

• Triceps

A

F

R



First Class

• Designed for speed and range of motion when

the axis is closer to the force

• Designed for strength when the axis is closer

A

F R

A



Second Class

FR

A

A R F



Second Class



Second Class

• Plantar flexion

• Gastrocnemius

and Soleus

A

F

R



Second Class



Second Class

• Designed more for force



Third Class

F R

A

A F R



Third Class



Third Class

• Elbow flexion

• Biceps brachii and

Brachialis

A

F

R



Third Class



Table 3.1

CLASS ARRANGEMENT ARM MOVEMENT

FUNCTIONAL

DESIGN

RELATIONSHIP

TO AXIS

PRACTICAL

EXAMPLE

HUMAN

EXAMPLE

1ST F-A-R Resistance arm

and force arm

in opposite

direction

Balanced

movements

Axis near

middle

Seesaw Erector

spinae neck

extension

Speed and

range of

Axis near

force

Scissors Triceps

Force

(Strength)

Axis near

resistance

Crow bar

2ND A-R-F Resistance arm

and force arm

in samedirection

Force

(Strength)

Axis near

resistance

Wheel

barrow,

nutcracker

Gatroc and

soleus

3RD A-F-R Resistance arm

and force arm

in same

direction

Speed and

range of

motion

Axis near

force

Shoveling

dirt, catapult

Biceps

brachii



Factors In Use of Anatomical Levers

• A lever system can be balanced if the F and FA

equal the R and RA

F



Keuntungan mekanik

Perbandingan antara gaya otot dan gaya berat

Gaya berat (W) Gaya otot (M)

Iw IM

Keuntungan Mekanik =

w

M

I

I

M

W



Balanced

R F

Force Arm Resistance Arm

A



Balance with More Force

R F


A



Balanced with Less Force

R


A



Factors In Use of Anatomical Levers

• A lever system can become unbalance when

enough torque is produced

• Torque is the turning effect of a force; inside

.

• Torque = Force (from the muscle) x Force Arm

(distance from muscle insertion from the

joint)



Practical Application

• Force is produced by themuscle

• FA the distance from joint

Force

R e

si s t

. .insertion of the force

• Resistance could be aweight, gravity, etc.

• RA the distance from jointto the center of theresistance

an c e



Examples1. How much torque needs to

be produced to move 4,5kg when the RA is 0.25 m

.

• Use the formula F x FA = Rx RA

• Note: A Newton is the unit of forcerequired to accelerate a mass of onekilogram one meter per second persecond.

Force

R e si s t an c e



Example 1

• F x 0.1 meters = 45 N x 0.25 meters

• F x 0.1 kg = 11.25 Kg-meters

• F = 112.5 N

A

45 ?

FA = 0.1

RA = 0.25



Example 2: Increasing the FA

2. What if the FA was increased to 0.15 meters?

• F x 0.15 meters = 45 N x 0.25 meters

• F x 0.15 = 11.25 Kg-meters

• F = 75 N

A

45 ?

FA = 0.15

RA = 0.25



Example 3: Decreasing the RA

3. What if the RA was decreased to 0.2 meters?

• F x 0.1 meters = 45 Kg x 0.2 meters

• F x 0.1 = 9 Kg-meters

• =

A

45 ?

FA = 0.1

RA = 0.2



77



78Baseball, tennis?

M h i l d di d



(R) – Resistance force

Mechanical advantage or disadvantage

79(A) – Axis of rotation/fulcrum

(F) – Applied force





80

Not many in the body




81

Many of these in body



Penggunaan Klinik

• Traksi leher

w

Arah tarik

katrol Arah tarikotot



Traksi tulang

w

Berat pemberat 1/7 kali BB



Traksi kulit

w

Berat pemberat 1/10 kali BB hanya untuk anak-anak dibawah 12 tahun



Summary

• The actual torque needed to move a given

resistance depends on the length of the FA

and RA

,

required torque decreases.

• As the FA decreases or RA increases, the

required torque increases.



Levers Continued

• Inside the body, several joints can be “added”

together to increase leverage (e.g. shoulder,

elbow, and wrist.



Lever Length

• Where is the velocity or speed the greatest; atS’ or Z’?

• How can this principle be applied to tennis?

S Z



Lever Length

• A longer lever would

increase speed at the

end of the racquet unless the extra

weight was too great.

Then the speed may

actually be slower.



PESAWAT

Setiap alat yang berguna untuk memudahkan

pekerjaan manusia

•Melipat gandakan gaya / kemampuan kita

•Mengubah arah gaya yang kita lakukan•Menempuh jarak yang lebih jauh atau

memperbesar kecepatan



JENIS-JENIS PESAWAT SEDERHANA

TUAS RODA

BIDANG

MIRING

KATROL



PESAWAT RUMIT

Pesawat yang terbentuk

ar e erapa pesawa

sederhana



PENGUNGKIT GOLONGAN 1

T

B

K

T

B




Titik tumpu

Beban kuasa






• Permukaan datar yang salah satu ujungnya

lebih tinggi dari pada ujung yang lain

BIDANG MIRING

• Contoh : jalan di pegunungan

• Contoh : papan seluncur



FUNGSI BIDANG MIRING

•Membantu memindahkan benda yangterlalu berat

KEUNTUNGAN BIDANG MIRING•Gaya yang dibutuhkan lebih kecil

KELEMAHAN BIDANG MIRING•Jarak yang ditempuh lebih jauh





BAJI

Alat – alat yang mempergunakan prinsip

bidang miring :

PERBEDAAN BAJI



PERBEDAAN BAJI

DAN BIDANG MIRING

• Bidang miring yang bergerak bendanya

• Baji, yang bergerak / digerakkan adalah bidang



• Suatu roda yang berputar pada porosnya.

• Biasanya digunakan bersama-sama

den an rantai atau tali

KATROL

• Digunakan untuk menarik benda

KATROLTETAP

KATROLBEBAS

KATROLMAJEMUK



KATROL TETAP

• Katrol yang posisinya tidak berubah karenadipasang pada tempat tertentu



KATROL BEBAS

• Katrol yang posisinya selalu berubah karena

tidak ditempatkan di tempat tertentu.

1 biomekanik

Documents