pengantar kuliah Biomekanika dan biotransportasi Oleh : Menik Dwi Kurniatie, S.Si., M.Biotech. Program Studi Teknik Biomedis-Fakultas Teknik- Universitas Dian Nuswantoro

CAPAIAN PEMBELAJARAN Mahasiswa mampu menganalisis dan menyelesaikan persoalan terkait dengan biomekanika pada sistem gerak tubuh serta memahami konsep biotransportasi pada sistem fisiologi tubuh

KONTRAK PERKULIAHAN

DASAR-DASAR STATIKA DAN DINAMIKA CAKUPAN MATERI DASAR-DASAR STATIKA DAN DINAMIKA BIOMEKANIKA BIOTRANSPORTASI STATIKA & DINAMIKA BIOMEKANIKA BIOTRANSPORTASI Konsep Dasar Statika Dinamika Dasar-dasar Statika & Dinamika Dinamika Fluida Darah Kinematika Partikel Keseimbangan Gaya Sistem Transport Obat Gerakan Kurvilinier ruang Hubungan Stress dan Strain Kinetika Partikel Analisis Persendian Kerja dan Energi Mekanika Otot Energi Potensial Biomekanika Tendon Impuls dan Momentum Pelumasan Sendi

STATIKA DAN DINAMIKA

KONSEP DASAR DINAMIKA Dinamika adalah cabang mekanika yang berurusan dengan gerakan benda-benda karana bekerjanya gaya, Dinamika dibagi dua : Kinematika dan Kinetika Kinematika : mempelajari gerakan tanpa memperhatikan gaya- gaya yang menyebabkan gerakan itu. Kenetika : mempelajari hubungan kerja gaya-gaya pada benda dengan gerakan yang ditumbulkannya. Mahasiswa dibidang teknik (engineering), dinamika merupakan alat yang sangat berguna dan ampuh untuk analisa pergerakan benda oleh kerja gaya

SEJARAH DINAMIKA Dinamika merupakan ilmu yg relatif baru (dibanding statika), mulai diperkenalkan oleh Galileo (1564-1642), yg melakukan pengamatan pada benda jatuh bebas, gerakan pada bidang miring, gerakan pendulum. Newton (1642-1727),mampu merumuskan dengan tepat hukum gerakan yang merupakan konsep dasar dinamika, yang ditulis dlm karyanya berjudul Principia, didalamnya meliputi : hukum gerak partikel, hukum gravitasi universal, Sumbangan Dinamika diberukan juga oleh Euler, D’Alembert, Langrange, Laplace, Poinsot, Goriolis, Einstein dll. Penerapan dinamika dalam rekayasa merupakan ilmu yang diperlukan dalam perhitungan pada mesin dan struktur yang bekerja dengan kecepatan tinggi dimana statika tidak bisa digunakan lagi.

PENGERTIAN TERKAIT DINAMIKA Ruang (space) : daerah geometri yang ditempati benda-benda. Kedudukan dalam ruang ditentukan oleh sistem acuan geometri dengan pengukuran linear dan sudut. Waktu (time) : ukuran urutan kejadian dan dianggap besaran mutlak dalam mekanika Newton. Massa : ukuran kuantitatif inersia atau hambatan untuk mengubah gerak benda. Massa juga suatu sifat yang menimbulkan tarikan geometri. Gaya (force) : kerja vektor dari benda satu ke benda yang lain. Sifat gaya telah dibahas dalam statika. Partikel : benda yang dimensinya dapat diabaikan. Juga, bila ukuran benda tersebut tidak sepadan dengan penggambaran gerakan atau penggambaran gaya-gaya yang bekerja padanya, benda tersebut dapat diperlakukan sebagai partikel. Misalnya penggambaran pada lintasan pesawat terbang, maka pesawat terbang itu dapat dianggap sebagai partikel.

HUKUM-HUKUM NEWTON TENTANG GERAK (Hukum dasar dalam Biomekanika) Hukum I : Partikel akan tetap diam atau terus bergerak lurus dengan kecepatan tetap, bila tidak ada ketakseimbangan gaya yang bekerja padanya. Hukum II : Percepatan partikel (acceleration of particle) berbanding lurus dengan gaya yang bekerja padanya dan searah dengan arah gaya tersebut. Hukum III : Gaya aksi dan reaksi antara benda-benda yang saling mempengaruhi adalah sama besar, berlawaan arah dan segaris.

F=ma Hukum Newton kedua, merupakan dasar dari hampir semua analisa dinamika. Partikel dengan massa m yang dikenai gaya total F, dapat dinyatakan dengan F = ma dimana a adalah percepatan yang dihasilkan. Hukum pertama Newton sebagai akibat dari Hukum kedua, sebab bila F = 0 tidak akan ada percepatan (a=0), dan partikelnya akan diam atau bergerak dengan kecepatan tetap. Hukum ketiga menyusun prinsip aksi dan reaksi, yang tentunya telah kita kenal baik dalam Statika.

SATUAN (UNIT) Dalam dinamika digunakan satuan metrik Sistem Internasional (SI) dan sistem U.S (Amarika Serikat). BESARAN SIMBOL SATUAN SI US DIMENSI Massa M Kilogram kg Slug Panjang L Meter m Foot Ft Waktu T Sekon, detik s Sec Gaya F newton N pound lb Satuan SI : (1N) = (1 kg) (1 m/s2)  N = kg . m/s2 Satuan U.S : (1 lb) = (1 slug) ( 1 ft.sec2)  slug = lb . Se2/ft

GRAVITASI Hukum Newton mengenai gravitasi, yang mengatur tarik-menarik antara benda- benda adalah : Dimana : F = gaya tarik menarik antara dua partikel G = konstanta universal yang disebut konstanta gravitasi, besarnya = 6,673 (10-11) m3/(kg/s2) m1, m2 = massa dari kedua partikel r = jarak antara pusat-pusat partikel

GRAVITASI BUMI Satu-satunya gaya gravitasi yang bernilai besar yang ada dibumi ini adalah gaya tarik bumi. Benda-benda di sekitar bumi ditarik bumi dengan gaya tarik sebesar beratnya. Karena tarikan gravitasi atau berat benda merupakan suatu gaya (force), ia harus selalu dinyatakan dalam satuan gaya, yaitu Newton (N) untuk satuan SI, dan pon gaya (lb) untuk satuan U.S. Gaya tarik bumi pada suatu benda tergantung pada kedudukan benda tersebut relatif terhadap bumi. Tarikan gravitasi bumi pada benda dapat dihitung dengan rumus

INGAT !!! Kinematika : Perubahan Gerak : didasarkan pada definisi pergeseran, kecepatan dan percepatan Perubahan Gerak : dijelaskan dengan konsep gaya, massa dan momentum

Menggambarkan adanya interaksi antara benda dengan lingkungannya. PERUBAHAN GERAK (Percepatan) PERUBAHAN BENTUK (deformasi) oleh GAYA ? Menggambarkan adanya interaksi antara benda dengan lingkungannya. Merupakan besaran vektor. = 0 SETIMBANG GLBB RESULTAN GAYA

Kontak langsung INTERAKSI Jarak jauh Medan gaya Medan gaya (interaksi) yang terjadi di alam : Gaya gravitasi : antara benda bermassa Gaya elektromagnetik : antara benda bermuatan Gaya Kuat : antara partikel subatomik Gaya lemah : proses peluruhan radioaktif

HUKUM NEWTON I tentang Gerak Selama tidak ada resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda maka benda tersebut akan selalu pada keadaannya, yaitu benda yang diam akan selalu diam dan benda yang bergerak akan bergerak dengan kecepatan konstan. HUKUM KELEMBAMAN SISTEM INERSIAL

MASSA KELEMBAMAN

HUKUM NEWTON II “ Percepatan pada sebuah benda sebanding dengan resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut “ Satuan Gaya : newton (N) 1 N = 105 dyne 1 N = 0.225 lb

Contoh Pemakaian Hukum-hukum Newton HUKUM NEWTON III Jika dua benda berinteraksi, gaya yang dilakukan oleh benda pertama pada benda kedua sama dan berlawanan arah dengan gaya yang dilakukan oleh benda kedua pada benda pertama. F12 F21 M1 M2 Contoh Pemakaian Hukum-hukum Newton

GAYA GESEK N N F F fk fs W W a F Benda diam Benda bergerak f Gaya gesek kinetik F W N fk a Benda diam F W N fs Gaya berat Gaya normal Gaya gesek statik f F statik kinetik