Biomekanika

Biomekanika adalah suatu bidang kajian dalam Ergonomi yang berhubungan dengan mekanisme pergerakan tubuh dalam melakukan suatu pekerjaan/aktivitas.

a.       Franklin & Nordin (1980) mendefinisikan biomekanika sebagai berikut : Biomekanika menggunakan konsep fisika dan teknik untuk menjelaskan gerakan pada bermacam-macam bagian tubuh manusia dan gaya yang bekerja pada bagian tubuh pada aktifitas sehari-hari.

b.      Chaffin (1991) membuat istilah biomekanika kerja (Occupational Biomechanic) yang didefinisikan sebagai berikut : Biomekanika kerja adalah studi mengenai interaksi pekerja dengan peralatan, mesin dan material, sehingga pekerja dapat meningkatkan performansinya dan di sisi lain dapat meminimalkan resiko cedera kerja (muskuloskeletal).

c.       Biomekanika didefinisikan sebagai bidang ilmu aplikasi mekanika pada system biologi. Biomekanika merupakan kombinasi antara disiplin ilmu mekanika terapan dan ilmu-ilmu biologi dan fisiologi. Biomekanika menyangkut tubuh manusia dan hampir semua tubuh mahluk hidup. Dalam biomekanika prinsip-prinsip mekanika dipakai dalam penyusunan konsep, analisis, disain dan pengembangan peralatan dan sistem dalam biologi dan kedokteran.

d.      Filosof Yunani Aristotle (384-322 SM) adalah orang yang pertama kali melakukan studi secara sistematik terhadap gerakan tubuh manusia. Banyak prinsip yang mendeskripsikan aksi dan karakteristik geometri dari otot. Walaupun penemuan Aristotle untuk menerangkan gerakan banyak mengandung kontradiksi, usaha awal yang telah ia rintis menjadi pondasi bagi studi berikutnya seperti Galen (131-201), Galileo (1564-1643), Borelli (1608-1679), Newton (1642-1727), dan Marey (1830-1904).

Studi dari para filosof dan ilmuwan tersebut telah mengakibatkan kita bisa membuktikan bahwa gerakan tubuh manusia merupakan konsekuensi dari interkasi antara otot dan gaya yang diakibatkan oleh lingkungan sekitar tubuh manusia. Seperi yang ditulis oleh Aristotle bahwa binatang yang berjalan membuat posisisnya berubah dengan menekan apa yang ada dibawahnya.

Dengan demikian gerak tubuh merupakan sebuah system biologis yang dapat diakui sebagai hasil interaksi system biologis dengan lingkungan sekelilingnya. Interaksi ini dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya :

·         Stuktur dari lingkunngan (bentuk dan stabilitas).

·         Medan dari gaya (arah relatif terhadap gravitasi, kecepatan gerakan).

·         Stuktur dari sistem (susunan tulang, aktifitas otot, sususan segment dari tubuh, ukuran, integrasi motorik yang dibutuhkan untuk mendukung postur).

·         Peranan dari keadaan psikologis (level keatifan, motivasi).

·         Bentuk gerakan yang akan dikerjakan (kerangka dari organisasi dari gerakan).

PEMODELAN

Dibutuhkan asumsi-asumsi tertentu untuk membuat penyederhanaan dari sebuah sistem yang kompleks sehingga penyelesaian analitis bisa dicapai. Sebuah model yang lengkap memperhitungkan efek-efek dari keseluruhan bagian penyususn sistem secara detail. Akan tetapi model yang lengkap dan detail sulit diwujudkan dan bila dapat akan sulit menghasilkan solusi dari masalah yang akan diselesaikan. Tidak selalu mungkin untuk memodelkan system secara lengkap dan bahkan kadang-kadang tidak perlu untuk menyertakan setiap detail dari sistem dalam analisis. Sebagai contoh adalah pada hampir semua gerakan tubuh manusia, banyak kelompok otot (muscle) yang terlibat untuk menggerakkan organ-organ tubuh. Akan tetapi untuk keperluan analisis gaya yang terlibat pada sendi dan otot pada suatu gerakan tertentu, pendekatan yang terbaik adalah dengan memprediksi kelompok otot yang mana yang paling aktif dan mengabaikan kelompok otot-otot yang lain.

Pemodelan gerakan tubuh manusia dapat digolongkan berdasarkan pendekatan yang diambil. Pendekatan teori yang menggunakan basis pengetahuan dalam bidang fisiologi, mekanika, dan robotika untuk merancang persamaan matematika yang mengekspresikan gerakan tubuh manusia.

Selanjutnya dapat dipelajari dengan simulasi menggunakan model tersebut dan hasilnya dibandingkan dengan data asli yang diukur dari manusia.
Pengukuran gaya secara langsung untuk mendapatkan model yang representatif menggambarkan hibungan antar variabel dalam gerakan tubuh manusia.
Kedua pendekatan ini akan bertemu, utamanya bila sebuah studi gerakan tubuh manusia diarahkan pada aplikasi tertentu, misalnya analysa patologi maupun rehabilitasi dari suatu kelumpuhan tertentu.

1PENDAHULUAN

Penggunaan Fisika di Kesehatan :

·         Faal Fisika : untuk menentukan fungsi tubuh meliputi kesehatan dan penyakit.

·         Pengetahuan tentang benda yang digunakan dalam kesehatan seperti alat ultrasonik, laser, radiasi, dan sebagainya.

2PENGUKURAN

Fisika maupun disiplin ilmu lain pengukuran kwantitas merupakan dasar utama.Dalam pengukuran ini akan dicari korelasi atau interpretasi dan sering pula diadakan perbandingan dengan prediksi teoritis.

2.1.PROSES PENGUKURAN

a.       Proses pengukuran pengulangan

Pada proses ini biasanya melibatkan sejumlah pengulangan perdetik,permenit,perjam dan sebagainya.

b.      Proses pengukuran yang tidak ulang

Proses pengukuran ini hanya dilakukan sekali terhadap individu.

2.2.FAAL POSITIF DAN FAAL NEGATIF

Ø  Faal Positif

Error yang terjadi dimana penderita dinyatakan menderita suatu penyakit padahal tidak.

Ø  Faal negatif

Error yang terjadi dimana penderita dinyatakan tidak sakit padahal menderita suatu penyakit.

Untuk menghindari atau mengurangi faal positif dan faal negatif :

1. Dalam pengambilan pengukuran

2. Pengulangan pengukuran

3. Penggunaan alat yang dapat dipercaya

4. Kalibrasi terhadap alat.

3HUKUM DASAR DALAM BIOMEKANIKA

Dasar dari prinsip kerja Biomekanika adalah Hukum Newton yang terdiri dari :

a.       Hukum I Newton

Bunyi Hukum I Newton : Selama jumlah gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan nol (ΣF = 0) maka benda akan berada dalam keadaan diam atau bergerak secara lurus beraturan (Kecepatannya konstan).Konsep dari hukum ini dikenal dengan kelembaman (Inersia) yaitu sifat suatu benda untuk cenderung mempertahankan kedudukannya. Benda yang diam cenderung untuk diam dan benda yang bergerak cenderung untuk terus bergerak.

Contoh :

Ketika tubuh dalam keadaan istirahat semua otot dan organ lain juga dalam keadaan relaks. Maka ketika kita akan menggerakkannya harus dimulai dari perlahan lahan ( perlu pemenasan ).Jika secara tiba-tiba digerakkan maka kemungkinan akan mengakibatkan cedera pada organ tersebut.

b.      Hukum II Newton

Jika sebuah benda diberikan gaya maka benda tersebut akan bergerak dan mengalami Percepatan. Percepatan gerak sebuah benda berbanding lurus dengan besarnya gaya yang bekerja dan berbanding terbalik dengan besar masanya.

F = m.a

F = gaya ( newton)

m = massa ( kilogram )

a = percepatan ( meter/sekon2)

konsep berat sama dengan gaya grafitasi berat merupakan hasil kali antara masa dengan percepatan grafitasi ( w = mg )

Contoh :

·         Gaya otot yang diperlukan akan lebih besar ketika mengangkat beban yang berat dibandingkan dengan ketika mengangkat beban yang ringan.

·         ketika mendorong sebuah sebuah kereta pasien atau kursi dorong gaya yang diperlukan lebih besar ketika mendorong pasien yang berbadan besar dibandingkan dengan ketika mendorong pasien yang bertubuh kecil.

c.       Hukum III Newton

Jika sebuah benda melakukan gaya pada benda lain maka benda tersebut akan mendapatkan balasan gaya yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan. Hukum ini dikenal dengan hukum aksi dan reaksi.

Contoh :

Ketika telapak kaki menginjak tanah dan mendorong kearah belakang maka tanah akan membalas dengan memberikan gaya yang besarnya dengan arah kedepan sehingga badan akan terdorong maju.

  

4GAYA PADA TUBUH DAN DI DALAM TUBUH

Gaya didefinisikan sebagai tarikan atau dorongan pada suatu benda sehingga menyebabkan benda mengalami perubahan gerak atau perubahan bentuk.Demikian juga pada tubuh manusia,setiap gerak pada tubuh pasti ada suatu gaya yang bekerja.

1.      Klas pertama sistem pengumpil

Titik tumpuan terletak di antara gaya berat dan gaya otot

2.      Klas kedua sistem pengumpil

Gaya berat di antara titik tumpuan dan gaya otot

3.      Klas ketiga sistem pengumpil

Gaya otot terletak di antara titik tumpuan dan gaya berat.

Keuntungan Mekanik

            Keuntungan mekanik didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya otot (M) dan gaya berat (W).

5ANALISA GAYA DAN KEGUNAAN KLINIK

Gaya adalah konsep pokok dalam ilmu fisika.Bila kita mendorong atau menarik suatu benda,dikatakan kita member gaya (force) pada benda tersebut.Gaya merupakan besaran vektor (mempunyai nilai dan arah).Untuk membahas suatu gaya,kita perlu membahas arah beraksinya,maupun besarnya,yang merupakan pernyataan kuantitatif berapa banyak atau berapa kuat gaya tersebut mendorong atau menarik,dalam standar satuan gaya.

a       Gaya Vertikal

Apabila seseorang berdiri di atas suatu benda,maka orang tersebut member gaya terhadap benda tersebut, sedangkan benda akan member gaya reaksi yang besarnya sama dengan gaya yang diberikan orang tersebut tatapi arahnya berlawanan (hukum III Newton: aksi = reaksi).

b       Gaya Horisontal

Gaya-gaya yang dapat digabungkan dengan menggunakan operasional vektor.

1.      Benda di Atas Lantai Kasar Ditarik dengan Gaya Horisontal

2.      Balok di Atas Lantai Kasar Ditarik melalui Katrol oleh Benda dengan Gaya Membentuk Sudut dengan Bidang Horisontal

3.      Benda di Atas Papan Ditarik melalui Katrol oleh benda Lain dalam Arah Vertikal ke Bawah

Aplikasi gaya dalam praktik klinik adalah pada mesin traksi,yaitu :

a.       Traksi leher

b.      Traksi tulang

c.       Traksi kepala

6PUSAT MASSA

Pusat massa sebuah benda atau kelompok benda merupakan titik di mana gaya total dapat dianggap bekerja untuk tujuan menentukan gerak translasi benda sebagai satu kesatuan.

7PUSAT MASSA UNTUK TUBUH MANUSIA

Jika kita memiliki sekelompok benda yang diperluas, yang masing-masing pusat massanya diketahui,kita dapat menentukan pusat massa kelompok tersebut.Pusat massa juga bisa berada di luar tubuh.contohnya para atlit peloncat tinggi,posisi massa mereka sebenarnya dapat melewati bagian bawah palang,sementara tubuh merekalewat diatasnya,yang berarti bahwa untuk suatu laju loncatan tertentu,mereka dapat melewati palang yang lebih tinggi.Inilah yang  sebenarnya mereka coba lakukan.

8TORSI

Jarak tegak lurus antara garis kerja sebuah gaya dan sumbu rotasi dinamakan lengan gaya tersebut atau lengan torsi. Hasil kali sebuah gaya dengan lengannya disebut torsi

9ENERGI POTENSIAL GRAVITASI

Suatu benda memiliki kesanggupan untuk melakukan usaha oleh karena keadaan tempatnya. Jenis tenaga yang demikian disebut tenaga tempat atau energi potensial (E_p).

E_p = w.h

E_p =m.g.h

Keterangan :

E_p = energy potensial dalam joule (J)

m = massa benda dalam kilogram (kg)

g = percepatan gravitasi dalam m.s²

h = tinggi benda di atas tanah dalam meter (m)

1 ENERGI KINETIK

Setiap benda yang berada dalam keadaan bergerak selalu memiliki kemampuan untuk melakukan usaha.Tenaga yang dimiliki oleh benda yang bergerak disebut tenaga gerak atau energi kinetic (E_k).

           

E_k = ½ m.v²

Keterangan :

E_k = energy kinetic dalam joule (J)

m = massa benda (kg)

v = kecepatan benda (ms^-1)