BIOMEKANIKA
dr. Agie W N
Pendahuluan Peran fisika medik : 1. Faal fisika : ilmu fisika untuk tentukan fungsi tubuh 2. Penggunaan fisika dalam praktek kedokteran : USG, laser, radiasi, dll Fisika medik terdiri dari :
- fisika kesehatan - kedokteran engineering
Penggunaan ilmu fisika dalam kebidanan : 1. Pengukuran Standar : SI Panjang (m), massa (kg), waktu (detik) contoh : tekanan, SI = Pascal Non Standar : mmHg (tekanan darah)
Pengukuran fisik : a. Proses pengukuran pengulangan (per detik, per menit, dll) b. Proses pengukuran tidak ulang misal : - ukur benda asing yang keluar lewat ginjal - potensial aksi sel saraf Ketelitian (accuracy) : pengukuran yg bagaimana memberikan pendekatan untuk memperoleh suatu standar Cara : ukur berkali-kali, cari rata-rata akhir, cari standar deviasi Kebenaran (precisum) : kemampuan pengembalian dari suatu pengukuran tanpa peduli ketelitian dalam pengukuran. 2. Registrasi catat hasil pengukuran registrasi analog : registrasi kontinyu terhadap suatu keadaan selama waktu tertentu
3. False positif dan false negatif False positif : error (penyimpangan) dimana penderita dinyatakan hamil (misal) padahal tidak. False negatif : dinyatakan tidak hamil padahal hamil Untuk menghindari perlu diperhatikan : a. Pengambilan pengukuran b. Pengulangan pengukuran c. Penggunaan alat yang dapat dipercaya d. Kalibrasi alat Hukum Dasar dalam Biomekanika 1. Hukum Newton pertama 2. Hukum Newton kedua 3. Hukum Newton ketiga
1. Hukum Newton pertama Hukum Newton ini disebut pula hukum inersia (= hukum kelembaman). Ini berarti bahwa benda itu mempunyai sifat mempertahankan keadaannya ; apabila benda itu sedang bergerak maka benda itu akan bergerak terus. Demikian pula benda itu sedang tidak bergerak maka benda itu bersifat malas untuk bergerak. Dapat pula dikatakan bahwa semua obyek/benda akan bergerak apabila ada gaya yang mengakibatkan pergerakan itu. Pandangan ini disimpulkan sebagai hukum Newton yang berbunyi : “Setiap objek berlangsung dalam keadaan istirahat, atau gerakan yang sama pada suatu garis lurus. Kecuali benda itu dipaksa untuk berubah keadaan oleh gaya yang bekerja padanya”. Hukum Newton pertama ini dipakai untuk mengukur suatu pengamatan.
2. Hukum Newton kedua Apabila ada gaya yang bekerja pada suatu benda akan mengalami suatu percepatan yang arahnya sama dengan arah gaya. Percepatan (a) dan 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) 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 =m.a m = massa benda atau massa inisial, m dinyatakan 1 kg massa a = percepatan 1 mS-2 F = 1 Kg mS-2 = 1 N Massa benda berlainan dengan berat benda, massa benda adalah kuantitas skalar sedangkan berat benda adalah gaya gravitasi yang bekerja pada benda tersebut dan merupakan kuantitas vektor (Fg = gaya gravitasi, Fg = m . g)
3. Hukum Newton ketiga Bilamana suatu benda A memberi 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. Hasil pengamatan Newton ini disimpulkan sebagai hukum Newton ketiga yang berbunyi sebagai berikut : “Untuk setiap aksi, selalu ada reaksi yang arahnya berlawanan”
GAYA PADA TUBUH DAN DI DALAM TUBUH Gaya merupakan suatu konsep umum yang dapat dirasakan secara intuisi bagi fisikawan atau seorang insinyur. Ada gaya yang bekerja pada tubuh dan ada gaya yang berada di 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. Newton telah membuat hukum 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 gaya elektron dan proton pada atom hidrogen. Ada pula 2 gaya lain yang fundamental/mendasar yaitu gaya inti kuat yang dihasilkan oleh proton dan gaya inti lemah yang dihasilkan elektron (beta) dari inti atom.
Apabila ditinjau dari segi statis dan dinamisnya tubuh manusia maka gaya yang bekerja pada tubuh ini dibagi dalam 2 tipe yaitu : 1. Gaya pada tubuh dalam keadaan statis 2. Gaya pada tubuh dalam keadaan dinamis 1. Gaya pada tubuh dalam keadaan statis Tubuh dalam keadaan statis/stasioner berarti objek/tubuh dalam keadaan setimbang berarti pula jumlah gaya dalam segala arah sama dengan nol, dan jumlah momen gaya terhadap sumbu juga sama dengan nol. Sistem otot dan tulang dari tubuh manusia bekerja sebagai pengumpil.
Ada 3 macam sistem pengumpil yang bekerja dalam tubuh manusia yaitu : a. Klas pertama sistem pengumpil Titik tumpuan terletak di antara gaya berat dan gaya otot.
O = titik tumpu W = gaya berat
M = gaya otot
b. Klas kedua sistem pengumpil Gaya berat diantara titik tumpuan dan gaya otot.
c. Klas ketiga sistem pengumpil Gaya otot terletak di antara titik tumpuan dan gaya berat
Dari ketiga klas ini, maka klas ketiga sistim pengumpil ini yang terumum, kemudian klas kedua dan klas pertama. Beberapa contoh : 1.
2. Apabila lengan depan membuat sudut terhadap bidang horisontal.
Gb. 5 (a) sistem tulang dan otot
(b) arah gaya dan dimensi .
3. Tarikan otot deltoideus
Keuntungan Mekanik Keuntungan mekanik didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya otot dan gaya berat.
Keuntungan mekanik (K.M) = M W
Oleh karena momen gaya terhadap titik tumpu = 0 maka W . IW = 0 W . IM = 0 Atau : W . IW = M. IM M = IW W = IM
Keuntungan mekanik (K . M) = M = IW W IM
ANALISA GAYA DAN KEGUNAAN KLINIK Gaya yang bekerja pada suatu benda/tubuh manusia bisa gaya vertikal, gaya horizontal dan gaya bentuk sudut dengan bidang horisontal atau vertikal. GAYA VERTIKAL Apabila seseorang berdiri di atas suatu benda maka orang tersebut memberi gaya di atas benda tersebut, sedangkan benda tersebut akan memberi gaya reaksi yang besarnya sama dengan gaya yang diberikan orang itu. Peristiwa ini merupakan hukum Newton ketiga (aksi sama dengan reaksi)
GAYA HORISONTAL a.
Ada dua gaya yang bekerja pada sebuah benda dengan arah yang sama, maka total gaya yang diperoleh sebesar : S = F 1 + 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
PENGGUNAAN KLINIK Traksi leher
Traksi tulang
Pada traksi tulang pemberat 1/7 x BB
ini
berat
Pada traksi kulit ini berat pemberat sebesar 1/10 x BB; traksi kulit hanya diperuntukkan bagi anak-anak kurang dari 12 tahun.
GAYA YANG MEMBENTUK SUDUT Disini gaya tarikan membentuk sudut dg garis horisontal atau garis vertikal. F = gaya tarik ; F1 dan F2 adalah hasil
Sebuah objek ditarik dengan dua gaya. Tarikan demikian dapat digambarkan sebagai berikut :
S = gaya penjumlahan yang merupakan vektor F1 dan F2
Tiga buah gaya yang bekerja pada titik 0
Contoh penggunaan klinik Traksi kepala
Terima Kasih
Tugas 1.Seorang pasien duduk di atas kursi roda di mana massa pasien dan kursi roda adalah 50 kg, kemudian ditarik dengan gaya konstan 100 N dengan arah mendatar ke kanan. Jika koefisien gesekan kinetik antara kursi roda dan lantai = 0,05 hitunglah percepatan kursi roda ! 2. Seorang pasien anak sedang menjalani traksi kulit di mana ujung – ujung tali yang tergantung pada katrol saling diikatkan pada kulit betis kaki pasien dan pemberat . Kulit pada kaki di atas papan mesin traksi ditarik melalui katrol oleh pemberat dengan arah vertikal ke bawah. Massa betis kaki pasien 2 kg dan massa pemberat 3 kg ( g = 10m/s2). Bila koefisien gesekan kinetik badan pasien dengan papan 0,5 dan gesekan katrol serta massa tali diabaikan, hitunglah : a. Percepatan sistem b. Tegangan tali
Contoh Aplikasi Hukum Newton ( I & II ) SOAL Dua orang perawat sedang mendorong seorang pasien yang ditidurkan di atas sebuah strecher dengan masing-masing gaya 70 N dan 60 N. kedua gaya tersebut membentuk sudut 20° dan 15° terhadap arah gerak strecher. Pertanyaan : 1. Hitunglah besar Gaya Total ( FTot ) 2. Sudut yang dibentuk FTot terhadap arah gerak strecher JAWABAN
Soal diatas merupakan contoh analisis situasi terhadap kenyataan yang ada di lapangan. Untuk itu kita perlu mengenal bentuk perkalian Vektor selain penjumlahan dan pengurangan Vektor untuk mengetahui total arah Vektor Gaya F1 + F2 = F3 dan F1 – F2 = F3 total Gaya yang ada tanpa memperhitungkan sudut yang membentuk arah Gaya. Kita mengetahui bahwa Gaya besaran fisika (vektor) yang m’miliki nilai & arah. Penjumlahan & pengurangan Vektor Gaya hanya untuk mengetahui ARAH Vektor. Perkalian Vektor Gaya untuk mengetahui Besar & Sudut Vektor Gaya .
PERKALIAN VEKTOR GAYA F3.F3 = F1²+F2² + 2 F1F2 cos α
Contoh Aplikasi Hukum Newton ( I & II )
F1.F2 = F1F2 cos α untuk mengetahui besar & sudut vektor gaya F1 dan F2 F3.F3 terhadap dirinya sendiri karena sudut yang d’bentuk adalah 0 F3.F3 = (F1+F2).(F1+F2) = F1.F1 + F2.F1 + F1.F2 + F2.F2 = F1.F1 + F2.F2 + 2 F1.F2 = F1.F1 + F2.F2 + 2 F1.F2 cos α F3 ² = F1² + F2² + 2 F1.F2 cos α Dari soal diketahui, sbb F1 = 70 N F2 = 60 N α1 = 20° α2 = 15° Langkah pertama α1+ α2 20°+15°= 35° Langkah kedua masukkan ke dalam rumus untuk mencari besar dan sudut vektor gaya
Contoh Aplikasi Hukum Newton ( I & II )
F3 ² = F1² + F2² + 2 F1.F2 cos α Didapatkan hasil besar vektor gaya (F3) 124 N Kemudian kita bisa mencari besar sudut yang dibentuk oleh F3(total) dengan bidang strecher 124 cos α° = 70 cos 20° + 60 cos 15° = 70 x 0,940 + 60 x 0,966 = 65,8 + 57,96 = 123,76 α° = arc cos (123,76/124) = 3,89°
Inti dari perhitungan di atas agar supaya kita dapat senantiasa memilih sudut yang tepat untuk mendorong strecher agar menghasilkan gaya total yang paling besar agar efisien ( hemat tenaga ) dan efektif ( cepat sampai tujuan ).
