O L E H : SUDARYANTO, SST.Ft, M.Kes, M.Fis KONSEP KINETIKA O L E H : SUDARYANTO, SST.Ft, M.Kes, M.Fis

KONSEP DASAR KINETIKA Inersia Inersia berarti tahanan terhadap aksi atau terhadap perubahan. Berdasarkan definisi mekanikal, inersia adalah tahanan terhadap percepatan. Inersia adalah kecenderungan tubuh untuk mempertahankan keadaan bergerak saat itu, apakah kurang bergerak atau bergerak dgn ke-cepatan konstan Contoh, 150 kg berat barbell yang kurang ber-gerak di atas lantai cenderung untuk tetap ku-rang bergerak  tdk memiliki unit pengukuran

Besarnya inersia tubuh secara langsung pro-porsional dengan massa tubuh  massa tubuh yg berat cenderung lebih mempertahan-kan keadaan bergerak saat itu dan lebih sulit untuk mengganggu keadaan tersebut Massa Massa adalah kuantitas dari komposisi unsur tubuh atau kuantitas dari unsur yg terkandung dlm suatu objek  dalam sistem metrik unit massa adalah kg, simbol konvensionalnya adalah m.

Gaya Gaya dapat didefinisikan sebagai suatu dorong an atau tarikan yang bekerja pada tubuh. Ciri khas Setiap gaya memiliki besaran, arah & titik aplikasi pada tubuh  BB, gaya friksi & ta-hanan udara atau air merupakan gaya yang umumnya bekerja pada tubuh manusia Aksi dari gaya menyebabkan massa tubuh me-ngalami percepatan  F = m.a  dlm sistem metrik unit gaya = Newton, unit percepatan = m/s2.

Karena sejumlah gaya bekerja secara simultan maka sebagai langkah pertama adalah mem-buat diagram free body untuk menganalisis efek2 gaya pada tubuh atau sistem. Free body adalah suatu objek, tubuh atau ba-gian tubuh yang menjadi fokus untuk analisis. Diagram free body terdiri dari sketsa dari sis-tem yang dianalisis dan panah yang mewakili arah gaya yg bekerja Penting diketahui bahwa seluruh efek gaya yg bekerja pada suatu sistem atau free body merupakan resultan gaya yg diperoleh dari komposisi 2 atau lebih gaya.

HUKUM NEWTON TENTANG GAYA Hukum Newton I (Hukum Inersia) Hukum ini menyatakan bahwa : Jika resultan gaya = 0 (ΣF = 0), maka gaya-gaya yang bekerja adalah sama besarnya sehingga tubuh tetap dlm keadaan seimbang atau tidak bergerak. Jika resultan gaya # 0 (ΣF # 0), maka gaya-gaya yang bekerja tidak sama besarnya sehingga terjadi perubahan posisi tubuh atau dlm keadaan bergerak. Hukum Newton II (Hukum percepatan)  hukum ini menguraikan faktor2 yg mempengaruhi percepatan suatu tubuh yaitu gaya, massa & percepatan (perubahan dari kecepatan)  F = m.a

Hukum Newton III  hukum ini menyatakan bahwa untuk setiap aksi yang terjadi selalu ada reaksi dalam arah yg berlawanan dan sama besar gayanya  gaya aksi = gaya reaksi. Ketika seluruh gaya yg bekerja dlm keadaan seimbang, maka resultan gayanya adalah 0 (zero) & tubuh tetap dlm keadaan awal baik dalam keadaan kurang bergerak atau bergerak dgn kecepatan konstan.

Ketika resultan gaya bukan 0 (ada), maka tubuh dalam keadaan bergerak dengan arah resultan gaya & tubuh bergerak dgn percepatan yg proporsional dgn besaran resultan gaya. Pusat Gravitasi Pusat gravitasi tubuh atau pusat massa adalah titik dimana berat tubuh seimbang Pusat gravitasi tubuh terletak tepat di depan S2 dlm posisi berdiri Pusat gravitasi tubuh akan berubah jika terjadi perubahan posisi.

Tubuh manusia memiliki beberapa segmen tubuh & masing2 segmen memiliki pusat gravitasi atau titik berat bagian  titik berat pada setiap segmen tubuh terletak sekitar 4/7 dari ujung distal segmen tersebut. Berat Berat didefinisikan sebagai besarnya gaya gra-vitasi yang bekerja pada tubuh. Berdasarkan persamaan aljabar, berat merupa-kan modifikasi dari definisi umum gaya  wt (weight) = m.ag  ag = percepatan gravitasi

Gaya/Berat Pada Tiap Segmen Tubuh Diperoleh Dari Persentase Massa Bagian Tubuh Menurut Demster No. Regio/Segmen Tubuh % Massa bgn tubuh 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Kepala + leher Lengan atas Lengan bawah Tangan Badan Tungkai Atas Tungkai Bawah Kaki 6,9 % 2,7 % 1,6 % 0,6 % 52,1 % 9,7 % 4,5 % 1,4 %

Karena berat adalah gaya maka unit berat = unit gaya (Newton)  jika massa tubuh me-ningkat maka secara proporsional berat me-ningkat dgn percepatan gravitasi (ag = 9.81 m/s2). Jika berada dibulan/planet lain maka percepat-an gravitasinya berbeda sehingga menghasil-kan berat yg berbeda walaupun massa tetap sama. Ciri khas berat juga memiliki besaran, arah & ti-tik aplikasi  arah panah berat selalu bekerja kearah pusat bumi. Titik berat yg bekerja pada tubuh adalah pusat gravitasi tubuh yg diwakili oleh titik panah berat.

Torque Ketika suatu gaya diaplikasikan pada suatu objek seperti pensil diatas meja tulis yang da-pat terjadi translasi atau gerakan umum. Jika gaya yang diaplikasikan dlm arah paralel dgn alas meja & melalui pusat pensil (gaya centric) maka pensil akan translasi sesuai arah aplikasi gaya.

Jika gaya yang diaplikasikan paralel terhadap alas meja tetapi arahnya melalui satu titik ke titik lainnya bukan pusat pensil (gaya eccen-tric) maka pensil akan mengalami translasi & rotasi  efek rotasi yang diciptakan oleh gaya eccentric dikenal sebagai “torque” (T) atau “momen gaya”. Torque dapat dianggap sebagai “gaya rotasi”  secara aljabar, torque adalah gaya (F) & ja-rak perpendicular (d) dari garis aksi gaya ke axis rotasi  T atau M = F.d (N.m) Torque yang besar bekerja pada axis rotasi ma-ka besar kecenderungan terjadi rotasi.

UNIT-UNIT KUANTITAS FISIK YANG UMUM DIGUNAKAN DALAM BIOMEKANIK Simbol Unit Metrik Unit English Massa Gaya Tekanan Volume (padat) Volume (cair) Kepadatan Berat Spesifik Torque Impulse m F P V p  T kg N Pa m3 Liter kg/m3 N/m3 N.m N.s slug lb psi ft3 gallon lb/ft3 ft.lb lb.s

BEBAN-BEBAN MEKANIK PADA TUBUH MANUSIA Gaya otot, gaya gravitasi dan gaya bone-breaking seperti yang ditemukan pada ke-celakaan olahraga ski, adalah gaya-gaya yg dapat mempengaruhi tubuh manusia secara berbeda. Efek dari gaya yang terjadi bergantung pada arah dan durasi gaya serta besaran dari gaya tersebut.

COMPRESSI, TENSION DAN SHEAR Gaya compressi dapat dianggap sebagai gaya tekan Contoh : bunga yang ditekan oleh sebuah buku, di-mana berat buku menciptakan gaya compressi ter-hadap bunga  sama halnya dgn berat badan yg bekerja sebagai gaya compressi terhadap tulang yg menyanggahnya, contohnya trunk/badan dalam po-sisi tegak dimana setiap vertebra harus menyang-gah berat tubuh bagian atas. Gaya lawanan dari gaya compressi adalah gaya tension/tensile.

Gaya tensile adalah suatu gaya tarikan yang men-ciptakan tension (ketegangan) pada objek dimana gaya tersebut diaplikasikan. Contoh : anak yg bermain ayunan2, dimana berat anak menciptakan tension (ketegangan) terhadap tali atau rantai yg menyanggah ayunan  lebih berat anak maka lebih besar terjadi gaya tension Otot menghasilkan gaya tensile yang dapat menarik perlekatannya di tulang. Selain gaya compressi & tensile juga ada gaya shear  gaya compressi & tensile bekerja sepan-jang axis longitudinal tulang atau bagian tubuh lainnya sedangkan gaya shear bekerja paralel atau tangensial terhadap suatu permukaan

Gaya shear cenderung menyebabkan salah satu bagian dari objek mengalami slide/bergeser, ber-pindah, atau terpotong terhadap bagian lainnya dari objek tersebut. Contoh : gaya yang bekerja pada knee joint dalam arah paralel terhadap dataran tibia adalah gaya shear pada knee. Contoh lain : selama aktivitas squat exercise, dimana terjadi gaya shear yg paling besar pada knee joint saat posisi squat penuh  menyebabkan stress yg sangat besar pada liga-men2 & tendon2 otot untuk mencegah femur slide off dari dataran tibia.

Stress Mekanikal Tekanan merupakan distribusi gaya eksternal pada bagian tubuh yg padat, sedangkan stress merupa-kan hasil distribusi gaya didalam bagian tubuh yg padat ketika gaya eksternal bekerja. Stress diukur dgn cara yg sama seperti tekanan, yaitu gaya per unit area dimana gaya bekerja diatas nya  gaya yang bekerja diatas permukaan yg ke-cil menghasilkan stress yang lebih besar daripada gaya yg sama bekerja diatas permukaan yg besar. Contoh : suatu pukulan yg diterima oleh tubuh maka kemungkinan injury pd jaringan tubuh ber-kaitan dengan besaran dan arah stress yang dicip-takan oleh pukulan tersebut.

Stress compressi, stress tensile & stress shear merupakan istilah yg menunjukkan arah stress be-kerja. Contoh : stress compressi lebih besar terjadi pada vertebra regio lumbal daripada regio thoracal saat posisi berdiri tegak karena vertebra lumbal lebih besar menerima berat tubuh daripada vertebra thoracal  besarnya stress secara langsung tidak proporsional dgn besarnya berat tubuh yg diterima oleh segmen vertebra karena area permukaan segmen vertebra yg bawah lebih besar menerima stress daripada segmen vertebra atas, sdgkan area permukaan yg luas/besar dapat mengurangi besar-nya stress compressi  Diskus L5-S1 (lumbal pa-ling bawah) paling sering terjadi HNP.

Beban Torsion, Bending Dan Beban Kombinasi Tipe beban yg sedikit lebih rumit adalah bending (pembengkokan). Gaya compressi & tension yg murni merupakan gaya axial  arah kedua gaya tersebut sepanjang axis longitudinal dari struktur yg terlibat  jika ga-ya eccentric (nonaxial) diaplikasikan pada suatu struktur maka struktur tersebut akan bengkok (bending) sehingga menciptakan stress compressi pada satu sisi dan stress tensile pada sisi lawan-annya.

Beban torsion terjadi ketika suatu struktur menga-lami twisting (terputar) sekitar axis longitudinal & secara khas ketika salah satu ujung struktur terfik-sir. Contoh : fraktur torsional pada tibia umumnya terjadi pada cidera olahraga sepakbola dan ski, di-mana kaki dalam posisi terfiksir sedangkan tubuh mengalami twisting. Beban kombinasi merupakan gabungan dari 2 atau lebih bentuk beban  tubuh manusia mengalami banyak sekali gaya yang bekerja secara simultan selama AKS sehingga paling banyak bentuk beban yang terjadi pada tubuh manusia.

Efek-efek Pembebanan Ketika gaya bekerja pada suatu objek maka dapat terjadi 2 efek potensial  pertama, terjadi perce-patan dan kedua terjadi deformasi (perubahan ben-tuk). Contoh : seorang perenang mengaplikasikan gaya pada ujung papan loncatan  papan loncatan me-ngalami percepatan dan deformasi. Besarnya deformasi yang terjadi akibat gaya terse-but bergantung pada stiffness (kekakuan) dari ob-jek tersebut.

Ketika gaya eksternal diaplikasikan pada tubuh, ada beberapa faktor yg mempengaruhi terjadinya injury : 1) besaran & arah gaya, 2) area dimana ga-ya didistribusikan diatasnya, 3) sifat material/unsur dari jaringan tubuh. Hubungan antara besarnya gaya yg diaplikasikan pada suatu struktur & respon struktur tersebut da-pat digambarkan pada kurva load-deformasi

Beban2 Repetisi dan Akut Penting untuk mengetahui beban repetisi (beru-lang2) dan beban akut. Ketika suatu gaya tunggal yg cukup besar bekerja pada jaringan biologis (tubuh) sehingga menyebab-kan injury (luka/cidera) maka injury tersebut dina-makan dgn kondisi akut & gaya penyebabnya dina-makan dgn makrotrauma  gaya tersebut dihasil-kan oleh kondisi jatuh, tackling pada olahraga, atau kecelakaan mobil yg cukup menyebabkan fraktur tulang (patah tulang).

Injury dapat juga diakibatkan oleh gaya yang relatif kecil & selalu berulang2. Contoh : setiap saat kaki akan menapak diatas trotoar jalan selama berlari, sehingga suatu gaya sekitar 2 – 3 kali BB terjadi secara terus menerus  meskipun gaya tersebut tidak mungkin meng-hasilkan fraktur pada tulang yg sehat, tetapi sejum-lah repetisi (pengulangan beberapa kali) dari suatu gaya tersebut dapat menyebabkan fraktur pada tu-lang sehat lainnya pada extremitas inferior.

Ketika beban yang berulang2 (repetisi) atau kronik terjadi dalam jangka waktu yg lama maka beban tersebut dapat menghasilkan injury  injury terse-but disebut dgn kronik injury atau stress injury. Mekanisme penyebab injury tersebut dinamakan dengan mikrotrauma

ALAT2 UNTUK MENGUKUR KUANTITAS KINETIK Peneliti biomekanik menggunakan beberapa pera-latan untuk mempelajari gaya otot dan gaya yg di-ciptakan oleh kaki melawan tanah selama pola ber-jalan dan aktivitas lainnya. Beberapa peralatan yang digunakan adalah Elektro-myography & Dynamography. Elektromyography digunakan untuk mempelajari atau meneliti fungsi neuromuskular, mencakup identifikasi otot mana yg berkembang tensionnya pada seluruh gerakan & gerakan mana yg menim-bulkan lebih besar atau kurang besar tension dari otot tertentu atau group otot.

Secara klinis, Elektromyography juga digunakan untuk memeriksa kecepatan konduksi saraf dan respon otot dalam hubungannya dengan diagnosis & kondisi2 patologis dari sistem neuromuskular. Para ahli juga menggunakan Elektromyography untuk mempelajari cara setiap motor unit merespon perintah sistem saraf pusat (SSP). Proses Elektromyography melibatkan penggunaan transduser yg dikenal sebagai elektroda  elektro-da tersebut dapat merasakan (peka) level aktivitas myoelektrik yg muncul pada lokasi tertentu dalam beberapa waktu.

Contoh Alat2 Elektromyography

Para ahli telah memikirkan beberapa tipe dari sis-tem yang portable (dapat dijinjing/diangkat) untuk pengukuran gaya dan tekanan pada permukaan plantar dari kaki. Sistem ini utamanya telah digunakan dalam peneli-tian pola berjalan (gait analysis), tetapi juga telah digunakan untuk mempelajari fenomena seperti start, take-off, landing, ayunan baseball & golf ser-ta balance  Dynamography merupakan sistem yg telah dikembangkan & portable.

TERIMA KASIH