Biomekanika Pusat Gravitasi, Momentum dan Impuls 10/30/2012 Al-Insyirah Dwi Ayuningtiyas

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 2

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan kesempatan

kepada penulis untuk mengerjakan dan menyelesaikan pembuatan makalah ini. Shalawat

beriringkan salam penulis hanturkan untuk nabi besar Muhammad SAW yang telah

membawa umatnya kea lam yang penuh dengan ilmu pengetahuan seperti sekarang ini.

Terimakasih penulis ucapkan kepada ibu Metty Susanti, M. Pd yang telah membimbing dan

memberi ilmu pengetahuan yang sangat berguna kepada penulis dalam pembuatan

makalah. Terimakasih kepada semua pihak yang telah mendukung dalam pembuatan

makalah sederhana ini. Penulis berharap makalah ini dapat menambah pengetahuan bagi

pembaca dan dapat membantu dalam proses pembelajaran. Terimakasih.

Penulis

Dwi Ayuningtiyas

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 3

A. PUSAT GRAVITASI

Pengertian pusat gravitasi

Pusat gravitasi (Center of Gravity-COG)

Pusat gravitasi terdapat pada semua obyek, pada benda, pusat gravitasi terletak

tepat di tengah benda tersebut. Pusat gravitasi adalah titik utama pada tubuh yang akan

mendistribusikan massa tubuh secara merata. Bila tubuh selalu ditopang oleh titik ini, maka

tubuh dalam keadaan seimbang. Pada manusia, pusat gravitasi 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.

1. Cara-cara Menentukan Pusat Gravitasi Tubuh

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.

Gambar 2.1. Garis gravitasi (Dhaenkpedro, 2009)

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.

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 4

Pusat gravitasi-Pusat / titik dimana gaya gravitasi bekerja secara efektif

Pusat gravitasi ( Centre og Gravity, CG ) dapat didefenisikan sebagai titik yang

diperkirakan menjadi pusat semua massa. Penentuan pusat gravitasi tubuh manusia sangat

berguna dalam pemakaiannya yaitu untuk menganalisa loncat tinggi, gymnastik dan

aktivitas olahraga.

Teknik menentukan pusat gravitasi :

1. Menggantungkan sebuah objek ( yang akan ditentukan pusat gravitasinya ) pada dua

titik berbeda.

2. Berdiri diatas sebuah papan dimana kedua ujung papan terletak diatas timbangan

3. Metode grafik, berdasarkan pusat massa. Contoh : orang yang sedang berdiri

4. Metode analisa, berdasarkan perubahan ketinggian. Contoh : pada lompat indah

2. Pengaruh Pusat Gravitasi dengan Keseimbangan Tubuh

Tubuh dalam keadaan seimbang apabila gaya yang bekerja padanya saling

meniadakan dan tubuh tetap dalam keadaan istirahat.

Hubungan pusat gravitasi dengan kesimbangan tubuh.

Pada manusia, pusat gravitasi biasanya terletak di regio pelvis dekat bagian

dasar medula spinalis sekitar vertebra sakral kedua. Pusat gravitasi sejajar dengan tulang

belakang dan berada dalam bagian pelvis jika tengah duduk atau berdiri dengan tegak.

Lokasi tersebut merupakan beban yang jumlah energi yang dibutuhkan untuk

mempertahankan tubuh dalam posisi tegak sangat sedikit. Pada manusia, otot pada paha

dan tulang belakang berlawanan dengan kerja gravitasi.

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 5

Gaya berat yang bekerja menuju arah pusat gravitasi pada tubuh diseimbangkan

dengan gaya berlawanan. Gaya tersebut kemudian dikatakan berada dalam kondisi

ekuilirium ( seimbang ). Diantaranya :

1. Ekuilibrium stabil

Dimana objek akan stabil jika berat kerja mengikuti garis yang akan bertumpu

pada dasarnya. Atau objek apapun yang diam dan berada dalam posisi tidak

bergerak dikatakan ekuilibrium stabil.

2. Ekuilibrium takstabil

Dimana jika gaya berat bekerja didekat tepi dasar. Kondisi seimbang memang

terbentuk. Tetapi tubuh tidak stabil dan dapat dengan mudah terjungkal.

3. Ekuilibrium tidak stabil

Dimana tubuh berada dalam kondisi seimbang karena gaya berat bekerja di

luar dasar penunjangnya dan menimbulkannya gaya balik yang menyebabkan objek

terjungkal.

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 6

Pusat gravitasi berubah seiring dengan perubahan postur. Postur

membungkuk menyebabkan pusat gravitasi berpindah kedepan sehingga orang

tersebut menjadi tidak stabil

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 7

Postur membungkuk cenderung memindah pusat gravitasi ( PG ) ke depan

menyebabkan posisi seimbang yang tak stabil dan ketegangan otot yang abnormal.

Dengan demikian postur merupakan aspek yang sangat penting dalam

kesehatan manusia. Ini berarti kita harus memberikan perhatian lebih pada orang

yang cenderung mengalami gangguan postural seperti orang yang kehilangan salah

satu anggota gerak, ibu hamil, orang yang mengalami asites

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 8

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 9

3. Pengaruh Pusat Gravitasi dengan Aktivitas Medis

Tempat tidur transit merupakan tempat tidur pasien yang berada di kamar transit operasi.

Tempat tidur transit digunakan untuk membawa pasien sebelum dan sesudah operasi. Pasien yang

akan menjalani operasi dibawa oleh perawat menggunakan tempat tidur bangsal dari tempat tidur

pasien (bangsal) di bagian IGD menuju kamar transit.

Mekanisme pemindahan pasien di Rumah Sakit ”ZZZ” Surakarta dapat dilihat pada bagan di

bawah ini :

Gambar 1. Mekanisme pemindahan pasien di Rumah Sakit Islam Surakarta

Postur tubuh perawat pada aktivitas pemindahan pasien dibagi menjadi dua, yaitu:

a. Postur tubuh saat mengangkat pasien

Postur tubuh saat pengangkatan pasien dilakukan dengan postur membungkuk karena

ketinggian tempat tidur pasien kurang sesuai dengan anthropometri tinggi perawat. Proses ini

dilakukan oleh tiga perawat, perawat secara bersamaan mengangkatan pasien dari tempat tidur

bangsal. Postur ini menyebabkan keluhan nyeri bagian leher, punggung, bahu dan pinggang.

b. Postur tubuh saat meletakkan pasien

Postur tubuh saat meletakkan pasien dilakukan dengan postur membungkuk. Perawat

secara bersamaan meletakkan pasien ke tempat tidur transit. Postur ini menyebabkan keluhan nyeri

pada leher, punggung, pinggang dan lutut.

Dalam proses pemindahan pasien, baik pengangkatan dan peletakkan pasien, perawat

berusaha melakukan gerakan yang sehalus mungkin sehingga tidak menimbulkan goncangan.

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 10

Gambar 2. Postur tubuh perawat saat mengangkat dan meletakkan pasien

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 11

B. MOMENTUM dan IMPULSE

1. Momentum Linier (p)

Momentum Linier adalah massa kali kecepatan linier benda.

Jadi setiap benda yang memiliki kecepatan pasti memiliki momentum.

Rumus :

p = m v

Keterangan :

p = momentum (kg.m/s = N/s)

m = massa (kg)

v = kecepatan (m/s)

Catatan :

Momentum merupakan besaran vektor, dengan arah p = arah v

2. Momentum Anguler (L)

Momentum Anguler adalah hasil kali (cross product) momentum linier dengan jari jari R.

Jadi setiap benda yang bergerak melingkar pasti memiliki momentum anguler.

Rumus :

L = m . v . R

L = p . R

Keterangan :

L = Momentum Anguler (kg.m2/s)

m = massa (kg)

v = kecepatan (m/s)

p = momentum linear (kg.m/s atau N/s)

R = jari-jari lingkaran (m).

Catatan :

Momentum anguler merupakan besaran vektor dimana arah L tegak lurus arah R sedangkan

besarnya tetap.

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 12

3. Impuls (I)

Impuls merupakan perubahan momentum.

Jika pada benda bekerja gaya F tetap selama waktu t, maka impuls I dari gaya itu adalah:

Rumus :

I = Perubahan momentum

I = m . vakhir - m . vawal

atau

I = F . t

sehingga dapat ditulis :

F . t = m . vakhir - m . vawal

HUKUM KEKEKALAN MOMENTUM

Hukum kekekalan momentum diterapkan pada proses tumbukan semua jenis, dimana

prinsip impuls mendasari proses tumbukan dua benda, yaitu I1 = -I2.

Jika dua benda A dan B dengan massa masing-masing MA dan MB serta kecepatannya

masing-masing VA dan VB saling bertumbukan, maka :

MA . VA + MB . VB = MA . VA' + MB . VB'

keterangan :

VA dan VB = kecepatan benda A dan B pada saat tumbukan

VA' dan VB' = kecepatan benda A den B setelah tumbukan.

Catatan :

Dalam penyelesaian soal, searah vektor ke kanan dianggap positif, sedangkan ke kiri

dianggap negatif.

Dua benda yang bertumbukan akan memenuhi tiga keadaan/sifat ditinjau dari

keelastisannya, yaitu :

a. Elastis Sempurna : e = 1

Disini berlaku hukum kekekalan energi (energi sebelum dan sesudah adalah sama) dan

kekekalan momentum.

Rumus :

e = (- VA' - VB')/(VA - VB)

Keterangan :

e = koefisien restitusi.

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 13

b. Elastis Sebagian : 0 < e < 1

Disini hanya berlaku hukum kekekalan momentum.

Khusus untuk benda yang jatuh ke tanah den memantul ke atas lagi maka koefisien

restitusinya adalah:

Rumus :

e = h'/h

Keterangan :

h = tinggi benda mula-mula

h' = tinggi pantulan benda

c. Tidak Elastis : e = 0

Setelah tumbukan, benda melakukan gerak yang sama dengan satu kecepatan v'.

Disini hanya berlaku hukum kekekalan momentum.

Rumus :

MA . VA + MB . VB = (MA + MB) . v'

Keterangan :

v' = kecepatan setelah tumbukan

1. Aplikasi Impuls dan Momentum

Fisika merupakan ilmu yang mempelajari materi dan interaksinya. Banyak konsep-

konsep fisika yang bisa menjelaskan fenomena-fenomena di alam. Salah satunya penerapan

konsep impuls dan momentum. Impuls adalah gaya yang bekerja pada benda dalam waktu

yang relatif singkat, sedangkan momentum merupakan ukuran kesulitan untuk

memberhentikan (mendiamkan) benda. Impuls dipengaruhi oleh gaya yang bekerja pada

benda dalam selang waktu tertentu sedangkan momentum dipengaruhi oleh massa benda

dan kecepatan benda tersebut.

Pada penjelasan di atas sudah dijelaskan bahwa impuls merupakan gaya yang

bekerja pada benda dalam waktu yang sangat singkat. Konsep ini sebenarnya sering kita

alami dalam kehidupan sehari-hari. Ketika pada tubuh kita dikerjakan gaya impuls dalam

waktu yang sangat singkat maka akan timbul rasa sakit. Semakin cepat gaya impuls bekerja,

bagian tubuh kita yang dikenai gaya impuls dalam waktu sangat singkat tersebut akan terasa

lebih sakit. Karenanya, penerapan konsep impuls ditujukan untuk memperlama selang

waktu bekerjanya impuls, sehingga gaya impuls yang bekerja menjadi lebih kecil. Apabila

selang waktu bekerjanya gaya impuls makin lama, maka rasa sakit menjadi berkurang,

bahkan tidak dirasakan.

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 14

Beberapa contoh penerapan konsep impuls dalam kehidupan sehari-hari adalah

sebagai berikut :

1. Karateka

Apakah anda seorang karateka atau penggemar film action? Jika kita perhatikan

karateka setelah memukul lawannya dengan cepat akan menarik tangannya. Ini dilakukan

agar waktu sentuh antara tangan dan bagian tubuh musuh relatif singkat. Hal ini berakibat

musuh akan menerima gaya lebih besar. Semakin singkat waktu sentuh, maka gaya akan

semakin besar.

2. Mobil

Ketika sebuah mobil tertabrak, mobil akan penyok. Penggemudi yang selamat akan

pergi ke bengkel untuk ketok magic. Lho kok jadi ngomongin ketok magic ya… wajah saya

aja ya, yang diketok magic supaya lebih halus sperti primus hehehe. Ok cukup ketok

magicnya. Mobil didesain mudah penyok dengan tujuan memperbesar waktu sentuh pada

saat tertabrak. Waktu sentuh yang lama menyebabkan gaya yang diterima mobil atau

pengemudi lebih kecil dan diharapkan keselamatan penggemudi lebih terjamin.

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 15

3. Balon udara pada mobil dan sabuk pengaman

Desain mobil yang mudah penyok tidak cukup untuk menjamin keselamatan

pengemudi pada saat tetabrak. Benturan yang keras penggemudi dengan bagian dalam

mobil dapat membahayakan keselamatan pengemudi. Untuk meminimalisir resiko

kecelakaan tersebut, pabrikan mobil ternama menydiakan balon udara di dalam mobil

(biasanya di bawah setir), wah bisa terbang dong (guyon….). Ketika terjadi kecelakaan

pengemudi akan menekan tombol dan balon udara akan mengembang, sehingga waktu

sentuh antara kepala atau bagian tubuh yang lain lebih lama dan gaya yang diterima lebih

kecil. Sabuk pengaman juga didesain untuk mengurangi dampak kecelakaan. Sabuk

pengaman didesain elastis.. tis… tis….

4. Sarung Tinju

Chris John seorang petinju juara dunia asal Indonesia (hebat ya) pada saat bertinju

menggunakan sarung tinju, ya iyalah masa sarung yang kupakai waktu habis di sunat dulu

Sarung tinju yang dipakai oleh para petinju ini berfungsi untuk memperlama bekerjanya

gaya impuls ketika memukul lawannya, pukulan tersebut memiliki waktu kontak yang lebih

lama dibandingkan memukul tanpa sarung tinju. Karena waktu kontak lebih lama, maka

gaya yang bekerja juga semakin kecil sehingga sakit terkena pukulan bisa dikurangi.

Biomekanika by Dwi Ayuningtiyas Page 16

5.Palu

Kepala palu dibuat dari bahan yang keras misalnya besi atau baja. Kenapa tidak

dibuat dari kayu atau bambu ya? Kan lebih mudah mendapatkan kayu dan bambu, nggak

mahal lagi (hemat atau pelit kambuh!!!) Palu dibuat dengan bahan yang keras agar selang

waktu kontak menjadi lebih singkat, sehingga gaya yang dihassilkan lebih besar. Jika gaya

impuls besar maka paku yang dipukul dengan palu akan tertancap lebih dalam.

6. Matras

Waktu pelajaran olahraga di sekolah dulu (sambil membayangkan ni…) guruku akan

mengambil nilai lompat tinggi. Galah yang dipasang horizontal nggak terlalu tinggi sekitar 1-

1,2 meter terus di bawah galah diletakan matras. Aku bersiap di garis start dan berlari

kemudian melompat seperti jaguar alaaahh jaguar atau jagoan neon ni. Aku berhasil

melompati galah tersebut dan mendarat dengan tawaan dan teriakan teman-teman. Pada

saat mendarat aku terpeleset dan bokongku menerpa (lho kok menerpa nggak apa-apa biar

agak romantis) matras. Saat kuliah dan belajar tentang impuls apa jadinya ya kalo pada saat

aku melompat dibawahnya tidak ada matras.

Matras dimanfaatkan untuk memperlambat waktu kontak. Waktu kontak yang relatif

lebih lama menyebabkan gaya menjadi lebih kecil sehingga tubuh kita tidak terasa sakit

pada saat jatuh atau dibanting di atas matras.