Kb1 konsep biomekanika pada kesehatan

Australia Indonesia Partnership for Health Systems Strengthening(AIPHSS)

Pusat Pendidikan dan Pelatihan Tenaga KesehatanBadan Pengembangan dan Pemberdayaan Sumber Daya Manusia

Jakarta 2015

H. Washudi

KEGIATAN BELAJAR 1KONSEP BIOMEKANIKA PADA KESEHATAN

SEMESTER 1

FISIKA DAN BIOLOGIFisika

MODUL 3

2

Modul Pendidikan Jarak Jauh, Jenjang Diploma 3 Program Studi Keperawatan

KegiatanBelajar 1

Konsep Biomekanika pada Kesehatan

Tujuan Pembelajaran Umum

Tujuan Pembelajaran Khusus

I. Tujuan Pembelajaran

Setelah menyelesaikan Unit kegiatan belajar 1 diharapkan Anda memahami ilmu fisika tentang konsep biomekanika sebagai landasan dalam malaksanakan asuhan keperawatan

Pada bagian ini akan dibahas tentang pengukuran dan satuan yang merupakan dasar dalam hasil pengamatan. Satuan sangat erat kaitannya dalam fisika karena semua hasil ukur harus memiliki besaran (baik vector/skalar). Biomekanika merupakan dasar dalam mempelajari gerak benda, dalam hal ini yang kita pelajari adalah pergerakan manusia. Semuanya berdasarkan hukum – hukum Newton. Aspek yang terkait dengan pergerakan adalah konsep kecepatan dan percepatan, gravitasi, pusat masa, konsep statis, dan dinamis. Kita juga dituntut untuk dapat melakukan analisis gaya untuk menentukan masalah dan mencari solusi. Terakhir kita dapat mengaplikasikannya di dalamdunia kesehatan seperti pengangkutan pasien, mobilisasi klien, traksi, gaya otot, sistem pengumpil.

Setelah menyelesaikan kegiatan belajar 1, diharapkan Anda dapat :1. Menjelaskan Pengukuran dan satuan, 2. Hukum dasar biomekanika, 3. Gaya pada tubuh dan analisa gaya 4. Kegunaan dalam bidang kesehatan

Gambar 1.1 : Penyimpanan Zat Cair

Pokok - Pokok Materi

Modul Pendidikan Jarak Jauh, Pendidikan Tinggi Kesehatan

3

UraianMateri

Unit Kegiatan Belajar 1 Konsep BiomekanikaAgar memudahkan anda memahami materi ini, kami akan menguraikan materi ini ke dalam empat bagian seperti di bawah ini.

Pengantar? hukum dasar? aspek biomekanika? Apasaja aplikasi di duia kesehatan?

1. Pengantar : Pengukuran dan satuan• Fisika, asal katanya adalah physics dari bahasa yunani, berarti membicarakan alam dan

fenomenanya. Fisika dapat dikatakan sebagai ilmu pemahaman mengenai alam semesta. Sejumlah konsep, seperti “posisi”, “waktu”, “massa”, “gaya”, “elektron”, “suhu”, dsb; dan hubungan hubungan yang teramati antara berbagai konsep itu. Hubungan hubungan itu disebut “prinsip”. Ketika seseorang mengamati bahwa benda benda sekitarnya berpindah tempat. Maka dalam melukiskan peristiwa itu, disepakati adanya konsep (pengertian) “posisi”, yang berubah terhadap “waktu”, sehingga diperoleh turunan bernama “kecepatan” dan “percepatan”. Dalam proses ilmiah dilakukan pengamatan terhadap peristiwa alam dan eksperimen. Untuk menyusun eksperimen diperlukan suatu model dari peristiwa nyata. Untuk membantu memahami aspek fisik dari tubuh manusia, dibutuhkan analogi, yaitu suatu pemisalan atau pendekatan sederhana.

• Model : Imaginasi ilmuwan tentang peristiwa alam yang dibuat untuk menjelaskan peristiwa alam yang sesungguhnya dengan berdasar pada idealisasi dan asumsi-asumsi. Pemodelan adalah melakukan pendekatan untuk mendapatkan gambaran sederhana dan bersifat umum yang bermanfaat dalam membantu pengkajian suatu masalah. Model dapat berbentuk suatu gambar skema sederhana atau berbentuk persamaan matematis, baik dalam pengamatan peristiwa alam ataupun eksperimen diperlukan pengukuran besaran fisika untuk mendapatkan data kuantitatif untuk menguji kebenaran model dan memahami sistem tersebut.

• Pengukuran adalah proses pembandingan besaran yang tidak diketahui dengan dengan besaran standart yang telah ditetapkan. Untuk itu diperlukan Alat Ukur. Fisika = “Science of Measurement” Pengukuran terhadap sifat-sifat fisis dilakukan dengan membandingkan besaran yang akan diukur dengan suatu besaran standar yang dinyatakan dengan bilangan dan satuan.Ada dua komponen penting dalam penyajian Hasil Pengukuran, yaitu “Harga” dan “Satuan”. Untuk menentukan Harga dan Satuan diperlukan Standar ukuran dan Sistem Satuan. (Terdapat berbagai sistem satuan, baik yang berlaku secara lokal/tradisional maupun internasional). Dalam dunia keilmuan telah disepakati bahwa sistem satuan yang dipakai adalah Sistem Internasional atau SI (Le Systeme International d’Unites) dan penyajian harga digunakan Sistem Matriks (desimal). Untuk membuat alat ukur perlu dilakukan Kalibrasi. Kalibrasi

Gambar 1.2 : Pengukuran dalam Kesehatan

4


dilakukan berdasarkan standar ukuran (acuan) dan satuan yang dipakai. Dalam kehidupan sehari-hari terdapat berbagai macam sistem satuan dan sistem penyajian harga (angka). Pengukuran adalah cara untuk mendapatkan informasi yang kuantitatif terhadap sifat-sifat fisis. Sifat fisis = ‘besaran’.

• Besaran-besaran fisis adalah pembentuk utama fisika yang menyatakan hukum-hukum fisika, misalnya : panjang, massa, waktu, gaya, kecepatan, resistivitas, temperatur dsb. Besaran dinyatakan dengan angka dan satuan adalah ukuran dari suatu besaran. Besaran yang tidak tergantung pada besaran-besaran lainnya disebut besaran pokok. Besaran dasar/besaran pokok adalah besaran fisis yang terdefinisi secara praktis dan dapat diterima secara international. Misal: Massa satuannya kilogram, Panjang satuannya meter, waktu satuannya detik. Ada yang dinamakan besaran turunan, yang ditetapkan berdasarkan satuan-satuan besaran pokok, misalnya luas, volume dan massa jenis, laju, percepatan, gaya dsb.

• Dalam setiap melakukan pengukuran tentunya dapat terjadi kesalahan, berikut ini faktor kesalahan yang mungkin dilakukan dalam pengukuran data medis:

False positive (FP) : penderita dinyatakan menderita suatu penyakit padahal sama sekali tidak.

False negative (FN) : penderita dinyatakan tidak menderita suatu penyakit padahal menderita penyakit tersebut.

• Hal yang perlu diperhatikan dalam pengukuran untuk mengurangi FP dan FN: Dalam pengambilan pengukuran, sering terjadi kesalahan paralaks atau deviasi pembacaan hasil pengukuran, hal ini akibat kesalahan pengamat ketika membaca nilai pengukuran, Pengulangan pengukuran, Penggunaan alat-alat yang dapat dipercaya, Kalibrasi sepatutnya terhadap alat.

2. Hukum dasar biomekanikaa. Hukum Newton pertama

– Benda mempunyai sifat mempertahankan keadaannya; setiap benda yang dalam keadaan diam mempunyai kecenderungan untuk tetap diam, sedangkan bila benda sedang bergerak maka benda itu cenderung untuk terus bergerak.

– Sifat ini diartikan sebagai kelembaman (inersia). Hukum Newton pertama dikenal sebagai hukum kelembaman. Oleh Newton gejala ini dinyatakan sebagai berikut:

Hukum Newton pertama: “Setiap benda akan tetap berada pada keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, kecuali jika benda itu dipaksa untuk mengubah keadaan tersebut oleh gaya-gaya yang dikerjakan pada benda itu”.

∑F = 0

Gambar 1.3 : Ilustrasi Hukum Newton Pertamab. Hukum Newton kedua Bila ada gaya yang bekerja pada suatu benda maka benda tersebut akan mengalami suatu percepatan yang arahnya sama dengan arah gaya.

Dimana :• m = massa benda atau massa inisial (kg)• a = percepatan (ms-2)• F = Kg ms-2 = Newton • Bila percepatan = 0, berarti benda

bergerak lurus beraturan (kecepatan tetap) atau dalam keadaan diam.

F = m.a

Gambar 1.4 : Ilustrasi Hukum Newton Kedua


5

c. Hukum Newton ketiga

gravitasi orang normal sekitar 58% dari tinggi orang tersebut di atas telapak kaki. Kurangnya pengendalian otot, kecelakaan, penyakit, kehamilan, berat badan berlebih, atau postur yang buruk menyebabkan berubahnya posisi cg ke lokasi tak alami di tubuh. Biasanya titik pusat bekerjanya gravitasi ini juga sebagai titik pusat massa suatu benda, yaitu titik seluruh massa dari benda tersebut berada. Akvitivas yang dilakukan manusia menyebabkan titik pusat massanya tidak selalu tetap pada tubuh manusia. Manusia akan selalu mengatur sikap badannya agar merasa nyaman. Ketika mengangkat beban yang berat, seseorang akan mengatur sikap badannya untuk mencapai kestabilan (kesetimbangan stabil) ketika membawa beban tersebut. Tubuh mengompensasi cara berdirinya saat mengangkat kopor berat dengan satu lengan. Lengan yang berlawanan bergeser ke luar dan tubuh miring menjauhi objek agar cg terletak di tempat yang sesuai untuk kesetimbangan.

Gambar 1.6 : Tubuh mengompen-sasi saat mengangkat beban berat

3. Aspek biomekanikaa. Gravitasi dan pusat masa Gravitasi adalah gaya tarikan bumi terhadap suatu benda. Jika suatu benda dilepaskan dari suatu ketinggian, maka benda tersebut akan jatuh dengan kecepatan yang semakin meningkat karena adanya pengaruh gaya gravitasi. Percepatan gravitasi dilambangkan dengan g, rata rata percepatan gravitasi di permukaan bumi adalah 9,8 m/detik2. Gaya gravitasi pada benda padat bisa disederhanakan bekerja pada satu titik yang menjadi pusat bekerjanya gravitasi. Pusat

Apabila sebuah benda mengerjakan gaya pada benda lain (disebut aksi), maka benda yang kedua ini akan mengerjakan gaya pada benda pertama sama besar dan berlawanan arah dengan gaya pada benda pertama (disebut reaksi).

Gambar 1.5 : Ilustrasi Hukum Newton Ketiga

– Aksi = (-) Reaksi

b. Statis dan dinamis Kinematika mempelajari gerak tanpa memperhatikan penyebabnya, Dinamika adalah ilmu yang mempelajari gerak dengan memperhatikan penyebabnya. Suatu benda dikatakan dalam keadaan statis apabila benda dalam keadaan setimbang, yakni memenuhi 2 syarat berikut: 1) Jumah gaya SF = 0

Jika pada A ada gaya dari kiri sebesar F1 dan dari kanan mendapat gaya F2 yang nilainya sama dengan F1. Hasil penjumlahan dari kedua gaya yang berlawanan arah tersebut adalah:

∑F = F1 + F2 = F1 + (- F1) = 0

2) Jumlah Momen gaya (∑t =0) Momen gaya adalah perkalian antara lengan l dengan gaya F yang bekerja pada lengan tersebut.

t = F x l

6


Lengan merupakan jarak dari sumbu perputaran menuju tempat gaya bekerja. Lengan ini arahnya tegak lurus dengan gaya tersebut. Untuk gaya yang sama, makin besar lengan yang

memisahkan antara titik pusat massa atau titik diam dengan tempat gaya bekerja menyebabkan makin mudahnya sistem melakukan gerak rotasi. Benda dikatakan dalam keadaan statis apabila tidak bergerak samasekali. Dengan kata lain benda tersebut tidak berpindah tempat (bertranslasi) dan tidak berputar (berotasi). Jika benda bergerak, gerak translasi atau berotasi atau kedua duanya sekaligus, berarti benda tersebut dalam keadaan dinamis.

c. Gaya Gesek• Gesekan (friksi) dan kehilangan energi yang terjadi akibat gesekan dapat muncul dimana pun

dalam kehidupan kita sehari-hari. Gesekan yang merugikan : membatasi efisiensi berbagai mesin. Gesekan yang menguntungkan : saat tangan kita memegang tambang, berjalan atau berlari, rem mobil. Gaya maksimum gesekan : f = μN, (dengan μ adalah koefisien gesek, N adalah gaya Normal).

Gambar 1.7 : Contoh benda bergerak statis dan dinamis

• Adanya gaya gesek ini membuat kita dapat melangkah dan tidak tergelincir. Kalau koefisien gesek sangat kecil seperti daerah berminyak, berair atau daerah es, gaya gesek akan kecil sehingga kita dapat tergelincir yang tidak saja membuat kita malu tetapi juga dapat menyebabkan cedera. Komponen gaya horisontal dari tumit sewaktu mengenai lantai saat seseorang berjalan telah dihitung dan didapatkan sekitar 0,15 w; dengan w adalah berat orang tersebut. Secara umum, gaya gesekan harus cukup besar saat tumit menyentuh lantai dan saat jempol kaki meninggalkan permukaan tanah agar tidak terpeleset.

Gambar 1.8 : Implementasi gaya gesek ketika berjalan


7

c. Kecepatan dan percepatan Percepatan tubuh menimbulkan sejumlah efek :

• Seolah terjadi penambahan atau pengurangan berat tubuh • Perubahan dalam tekanan hidrostatik internal• Distorsi jaringan elastik tubuh • Kecenderungan zat-zat padat dengan berbagai densitas yang larut dalam suatu cairan

untuk berpisah Apabila percepatannya cukup besar, tubuh akan kehilangan kendali karena tidak memiliki gaya otot yang memadai untuk bekerja melawan gaya percepatan yang besar. Darah akan terkumpul di berbagai bagian tubuh, lokasinya bergantung pada arah percepatan. Bila seseorang mengalami percepatan dengan kepala lebih dahulu, kurangnya aliran darah ke otak akan menyebabkan pandangan gelap dan hilang kesadaran. Saat menumbuk suatu benda padat, bagian tubuh (atau keseluruhan) akan mengalami perlambatan (deselerasi) yang cepat menghasilkan gaya-gaya yang besar Gaya setara dengan dengan laju perubahan momentum

F = m a = m (Δv/Δt)= Δ(mv)/Δt F = laju perubahan momentum

Contoh dari gaya dinamik di tubuh adalah pertambahan berat saat jantung berdenyut (sistol). Sekitar 0,06 kg darah mendapat kecepatan sekitar 1 m/s ke atas dalam waktu t = 0,1 detik.

Momentum yang diberikan kpd massa darah : (0,06 kg)(1 m/s) = 0,06 kg m/s Gaya reaksi terhadap gerakan darah : (0,06 kg m/s)(0,1 s)= 0,6 N

4. Aplikasi di dunia kesehatan Aplikasi di duia kesehatan meliputi cara mobilisasi pasien, ergonomi, posisi yang seimbang, analisis gaya, traksi pada tulang, sistem pengumpil dll.

Gambar 1.9 : Implementasi biomekanika di dunia kesehatan

8


Biomekanika sangat berkaitan erat dengan gaya, gerak dan usaha. Aspek yang terkait didalamnya meliputi gravitasi, pusat masa, kesetimbangan, statis dan dinamis, analisis gaya, kecepatan dan percepatan. Semua aspek tersebut saling terkait dan dapat diaplikasikan untuk membantu mencari solusi terkait dengan praktik keperawatan di dunia kesehatan.

Rangkuman

EvaluasiFormatif

1. Jika pada katrol diberikan beban T = 1 kg, dan beban pada siku adalah W = 0,25 kg. Sudut antara tali lengan dengan tali beban pada katrol adalah 600. Tentukan besar gaya total (F) pada lengan.

2. Seorang perawat sedang mendorong gurney dengan pasien di atasnya. Massa perawat 85 kg, massa gurney 20 kg dan massa pasien 50 kg. Perawat mendorong dengan gaya 100 N terhadap lantai,

a. berapa percepatan yang dihasilkan dengan mengabaikan gesekan pada lantai? b. Berapa gaya yang digunakan perawat pada gurney? F = ma = (massa gurney + massa pasien) a = (20 kg + 50 kg) (0,645 m/sec2) = (70 kg)( 0,645 m/sec2) = 45,2 kg m/sec2 = 45,2 N 3. Seorang anak dan keranjang-nya dengan massa total 10 kg digantung dari timbangan dengan

suatu tali. Hitung tegangan tali Untuk soal ini digunakan hukum Newton kedua. Dua gaya yang bekerja pada sistem yaitu

tegangan T dan gaya gravitasi w. Karena anak dan keranjang dalam keadaan diam, maka gaya externalnya nol.

F = T – w = 0 T = w = mg = (10 kg)(9,8 m/sec2) = 98 N 4. Asumsikan kaki memiliki panjang tulang 1 meter dengan luas permukaan rata-rata 2 cm2.

Berapakah perpendekan tulang kaki ketika seluruh berat tubuh 900 N ditahan oleh kaki (Modulus Young = 1,8 x 1010 N/m2)

5. Tulang Femur mempunyai modulus Young 1,6 x 1010 N m-2 dan compressive strength 1,9 x 107 N m-2. Berapa persen pemendekan yang terjadi jika tulang femur ditekan hingga pecah ? Jika panjang tulang femur 30 cm, berapa cm kah pemendekannya?

6. Gerakan mengunyah merupakan sistem pengumpil kelas kedua. Gambar A memperlihatkan rahang dan otot pengunyah. Gambar B adalah diagram pengumpil. M adalah gaya oleh otot pengunyah yang menutup rahang di sekitar titik tumpu F. W adalah gaya yang diberikan oleh gigi depan.a. Jika l2 = 3l1 dan W = 100 N, tentukan Mb. Jika gigi depan memiliki luas permukaan 0,5 cm2 yang bersentuhan dengan sebuah apel,

tentukan gaya persatuan luas


9

TugasMandiri

7. Suatu Sistem pengumpil kelas pertama melibatkan otot ekstensor yang menarik kepala dengan gaya M supaya tegak. W adalah berat kepala. F diberikan oleh cervical vertebra. Massa kepala 4 kg.a. Tentukan F dan Mb. Jika luas cervical vertebra 5 cm2, tentukan stressc. Bagaimana jika orang seberat 70 kg berdiri di atas kepala. Bandingkan dengan kekuatan

kompresi tulang maksimum (1,7 x 108 N/m2)

Lakukan eksperimen dengan menggunakan sepatu high heel dan wedges. Dua orang berdiri dengan menggunakan sepatu tersebut. a. catat waktunya saat merasakan lelah otot kakinya. b. jelaskan secara singkat aspek apa saja yang terkait dengan peristiwa tersebut.c. bagaimana analisis gaya pada peristiwa tersebutd. termasuk sistem pengumpil kelas berapa maisng-masing peristiwa tersebut

Hak Cipta Kementrian Republik Indonesia Bekerjasama DenganAustralia Indonesia for Health Systems Strengthening (AIPHSS)

2015

Kb1 konsep biomekanika pada kesehatan

Health & Medicine

Transcript of Kb1 konsep biomekanika pada kesehatan