biomekanika

1. Biomekanika dalam Sistem Muskuloskeletal
dan Salat sebagai Aplikasinya
Oleh: Mhd. Zaky Daniyal (200801024)
Dosen Pembimbing : Dr. Muhammad Sontang Sihotang, S.Si., M.Si.
Mata Kuliah : Biofisika (FIT 4301)
Program Studi S-1 Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
2023

2. GLOSARIUM

3. ABSTRAK

4. DAFTAR ISI

5. PENDAHULUAN

6. Material pembentuk tubuh mengikuti hukum-hukum Mekanika
Mekanika
Mekanika Klasik
● Archimedes: perilaku fluida
● Leonardo da Vinci: berbagai macam
perangkat mesin
● Galielio: hukum kelembaman,
teleskop
● Newton: dinamika sistem partikel
hingga planet, materi pembentuk
kita
Mekanika Kuantum/Fisika Modern
● Max Planck dkk: teori kuantum 
skala terkecil dalam biologi  atom-
atom pembentuk tubuh kita
● Einstein: teori relativitasnya yang
melengkapi gagasan Newton

7. ● Prinsip Newton memengaruhi berbagai skala dalam
biologi  dari makromolekul hingga hewan terbesar.
● Untuk memprediksi secara akurat perilaku sistem atom
dan molekuler  diterapkan mekanika kuantum.
● Untuk dinamika sistem kehidupan di atas skala
molekuler, fisika Newton dan sedikit statistik sudah
cukup.

8. PRINSIP DAN KONSEP DASAR

9.  Mekanika
“Studi tentang bagaimana sesuatu bergerak dan apa
yang menyebabkan bergerak.” (Hickman, 1995)
 Biomekanika
“Studi tentang gerakan yang dihasilkan oleh sistem
musculoskeletal.”
Hukum Newton (oleh Isaac Newton, 1643-1727)
PRINSIP DAN KONSEP DASAR

10.  Aristoteles
“Kekuatan konstan diperlukan untuk menjaga sesuatu
tetap bergerak”.
 Hukum I Newton (Inersia = kelembaman)
- Benda bersifat mempertahankan keadaan
- Semua benda/objek akan bergerak bila ada gaya
(force) yang mengakibatkan pergerakan.
PRINSIP DAN KONSEP DASAR
Bagaimana suatu benda dapat bergerak?

11.  Hukum II Newton
Σ𝐹 = 𝑚𝑎
“Apabila ada gaya yang bekerja pada suatu benda
maka benda akan mengalami suatu percepatan yang
arahnya sama dengan arah gaya.”
 Hukum III Newton
“Untuk setiap aksi, selalu ada reaksi yang arahnya
berlawanan.”
PRINSIP DAN KONSEP DASAR
Bagaimana suatu benda dapat bergerak?

12.  Massa
“Jumlah unsur suatu objek.”
Satuan: kg  besaran skalar
 Berat
“Jumlah unsur suatu objek yang dipengaruhi gaya
tarik bumi/gravitasi.”
Satuan: kg m/s²  besaran vektor
PRINSIP DAN KONSEP DASAR

13.  Gaya gravitasi
“Gaya tarik bumi terhadap suatu benda.”
 Pengaruh gaya gravitasi terhadap tubuh manusia
- berat badan, - varises, - edemia tungkai, dll.
 Gaya yang memengaruhi tubuh manusia
- Gaya pada tubuh manusia  spt saat tubuh menabrak suatu
benda
- Gaya di dalam tubuh manusia  gaya otot memengaruhi
sirkulasi darah dan pernapasan.
PRINSIP DAN KONSEP DASAR

14. BIOMEKANIKA PADA MANUSIA

15.  Dalam keadaan statis
Objek/tubuh dalam keadaan setimbang dan berarti
pula jumlah gaya yang bekerja sama dengan nol, dan
jumlah momen gaya yang bekerja pada tubuh juga
sama dengan nol (Hukum I Newton, Hukum III
Newton).
GAYA YANG BEKERJA PADA MANUSIA

16.  Dalam keadaan dinamis
Objek/tubuh dalam keadaan tidak setimbang dan
berarti pula jumlah gaya yang bekerja tidak sama
dengan nol, dan jumlah momen gaya yang bekerja
pada tubuh juga tidak sama dengan nol (Hukum II
Newton).
GAYA YANG BEKERJA PADA MANUSIA

17.  Sistem muskuloskeletal adalah serangkaian mesin
sederhana.
 Mesin digunakan untuk menciptakan keuntungan
mekanis.
 Dapat menyeimbangkan banyak gaya.
 Meningkatkan rentang gerak atau kecepatan gerakan
MESIN

18.  Tuas digunakan untuk mengubah arah yang
dihasilkan dari gaya yang diterapkan
 Tuas adalah batang kaku (tulang) yang berputar di
sekitar sumbu rotasi atau titik tumpu (sambungan)
 Tuas berputar di sekitar sumbu sebagai akibat dari
gaya (dari kontraksi otot)
 Gaya bekerja melawan hambatan (berat, gravitasi,
lawan, dll.)
PENGUNGKIT/TUAS

19.  Hubungan titik menentukan jenis tuas
 Sumbu (sendi), gaya (titik penyisipan otot), dan
resistansi (berat, dll.)
PENGUNGKIT/TUAS

20.  Sistem Pengungkit Tipe I
Titik tumpuan terletak di antara gaya berat (𝑊) dan
gaya otot (𝑀)
Contoh: posisi diam/tegak
BIOMEKANIKA PADA MANUSIA
𝑊
𝑀

21.  Sistem Pengungkit Tipe II
Gaya berat (𝑊) di antara titik tumpuan dan gaya otot
(𝑀)
Contoh: posisi jinjit
BIOMEKANIKA PADA MANUSIA
𝑊
𝑀

22.  Sistem Pengungkit Tipe III
Gaya otot (𝑀) di antara titik tumpuan
dan gaya berat (𝑊)
BIOMEKANIKA PADA MANUSIA
𝑊
𝑀
Contoh: posisi tangan mengangkat beban

23. BIOMEKANIKA PADA MANUSIA
Dari ketiga tipe di atas, kebanyakan pengungkit dalam tubuh
manusia adalah tipe ketiga.
Bisep di siku
Tendon patela di lutut.
Deltoid medial di bahu.

24.  Keuntungan Mekanik (KM)
“Perbandingan antara gaya otot (𝑀) dan gaya berat
(𝑊)”
BIOMEKANIKA PADA MANUSIA
𝑀
𝑊
𝑙𝑤 𝑙𝑚
𝐾𝑀 =
𝑀
𝑊
=
𝑙𝑤
𝑙𝑚

25. SALAT SEBAGAI LATIHAN TERAPI
MUSKULOSKELETAL

26.  Selama Salat, terjadi pergerakan hampir di semua
sendi tubuh, termasuk bahu, pergelangan tangan,
siku, dan sendi lainnya.
 Salat melibatkan kontraksi dan relaksasi pada banyak
otot, menjadikannya aktivitas fisik yang baik.
 Latihan ringan seperti Salat dapat mencegah
ketidaknyamanan muskuloskeletal terutama dalam
pengaturan kerja statis.
 Salat juga memiliki efek positif dalam rehabilitasi
lansia dan orang dengan disabilitas.

27.  Perbandingan dengan latihan lain menunjukkan
bahwa Salat memiliki aktivasi otot yang serupa.
 Salat bisa mencegah perkembangan osteoartritis lutut
karena pergerakan fleksi dalam yang mendalam.
 Penelitian menunjukkan bahwa prevalensi
osteoartritis lutut lebih rendah pada populasi Muslim
dibandingkan Buddhists.
 Salat juga telah diteliti sebagai alternatif terapi
dengan efek bermanfaat pada individu dengan
disfungsi ereksi.

28.  Pengaruh Salat bagi kesehatan muskuloskeletal tidak
secara khusus disebutkan secara rinci dalam Al-Quran
dan Hadits. Namun, beberapa ayat dan hadits
menyiratkan pentingnya bergerak dan melakukan
Salat dengan baik, yang dapat memiliki dampak
positif bagi kesehatan muskuloskeletal.

29.  Meskipun tidak secara rinci dijelaskan, Al-Quran
menginstruksikan umat Muslim untuk menjalankan
Salat dengan penuh kesadaran dan khusyuk.
 Alquran surat Al Muminun ayat 1-2 menjelaskan
tentang salah satu ciri orang beriman yang beruntung,
yaitu khusyuk dalam sholat. “Sungguh, beruntunglah
orang-orang mukmin. (Yaitu) orang-orang yang
khusyuk dalam sholatnya.” (QS Al Muminun ayat 1-2).
Penerapan Gerakan dalam Salat

30.  Pada saat melakukan rukuk (ruku') dan sujud (sujud),
orang yang melaksanakan Salat diharapkan untuk
melibatkan otot-otot tubuhnya secara aktif, termasuk
tulang belakang, lutut, dan pergelangan kaki.
Penerapan gerakan ini dapat membantu menjaga
kesehatan muskuloskeletal.
Penerapan Gerakan dalam Salat

31.  Islam mengajarkan konsep menjaga tubuh sebagai
amanah (amanat) dari Allah SWT. Dalam sebuah
hadits, Nabi Muhammad SAW bersabda,
"Sesungguhnya tubuh itu mempunyai hak atas kamu.“
(H.R. Imam Muslim).
 Dengan menganggap tubuh sebagai amanah, seorang
Muslim diharapkan untuk merawatnya dengan baik,
termasuk menjaga kesehatan muskuloskeletal dengan
melakukan aktivitas fisik seperti Salat.
Menjaga Kesehatan sebagai Bagian dari Agama

32.  Beberapa ulama dan ilmuwan Muslim modern telah
menyoroti manfaat kesehatan dari pelaksanaan Salat
secara rutin. Mereka menekankan bahwa gerakan
yang dilakukan dalam Salat membantu menjaga
fleksibilitas tubuh, meningkatkan sirkulasi darah, dan
memperkuat otot. Hal ini berkontribusi pada
kesehatan muskuloskeletal secara keseluruhan.
Pendapat Ulama dan Ilmuwan Muslim

33. SOAL-SOAL DAN JAWABANNYA

34. Apa yang dimaksud dengan biomekanika?
a) Studi tentang sistem kehidupan
b) Ilmu tentang struktur tubuh manusia
c) Studi tentang gerakan dan gaya pada tubuh
manusia dan hewan
d) Cabang ilmu kedokteran
Soal 1

35. Penyelesaian:
Biomekanika adalah cabang ilmu yang mempelajari gerakan dan
interaksi gaya pada tubuh manusia, hewan, atau objek lainnya,
serta bagaimana tubuh bereaksi terhadap gaya-gaya tersebut. Studi
ini menggabungkan prinsip-prinsip fisika dan ilmu biologi untuk
memahami mekanisme gerakan dan interaksi tubuh dengan
lingkungannya.
Jawaban:
c) Studi tentang gerakan dan gaya pada tubuh manusia dan hewan
Soal 1

36. Mengapa biomekanika penting dalam ilmu
olahraga?
a) Tidak relevan dengan olahraga
b) Membantu memahami interaksi tubuh dengan
lingkungannya selama olahraga
c) Hanya digunakan dalam olahraga profesional
d) Tidak berpengaruh pada performa olahraga
Soal 2

37. Penyelesaian:
Biomekanika sangat penting dalam ilmu olahraga karena membantu
para ahli olahraga dan pelatih untuk memahami dan menganalisis
gerakan tubuh atlet selama berolahraga. Dengan memahami
biomekanika gerakan, pelatih dapat memberikan instruksi yang
lebih baik untuk meningkatkan teknik dan performa atlet, serta
mengurangi risiko cedera akibat gerakan yang tidak tepat.
Jawaban:
b) Membantu memahami interaksi tubuh dengan lingkungannya
selama olahraga.
Soal 2

38. Salah satu aplikasi biomekanika adalah dalam
perancangan alat kesehatan. Contoh alat kesehatan
yang didesain menggunakan prinsip biomekanika
adalah:
a) Smartphone
b) Kursi kantor ergonomis
c) Televisi
d) Komputer
Soal 3

39. Penyelesaian:
Salah satu aplikasi biomekanika adalah dalam perancangan alat
kesehatan dan alat lainnya agar sesuai dengan ergonomi tubuh
manusia. Kursi kantor ergonomis didesain berdasarkan prinsip
biomekanika untuk memberikan dukungan yang optimal pada
tubuh manusia saat duduk sehingga mengurangi ketegangan dan
cedera pada otot dan tulang belakang. Penerapan prinsip
biomekanika dalam perancangan kursi ergonomis membantu
meningkatkan kenyamanan dan kesehatan pengguna dalam jangka
panjang.
Jawaban: b) Kursi kantor ergonomis.
Soal 3

40. Konsep dasar apa saja yang harus dikuasai sebelum
mempelajari biomekanika?
Jawaban:
Sebelum mempelajari biomekanika, ada beberapa
konsep dasar yang perlu dikuasai. Konsep-konsep
ini membentuk dasar pemahaman tentang prinsip-
prinsip biomekanika dan membantu dalam analisis
gerakan tubuh manusia dan hewan. Beberapa
konsep dasar tersebut meliputi:
Soal 4

41. 1) Anatomi Manusia: Pemahaman tentang struktur dan komponen
tubuh manusia sangat penting dalam biomekanika. Ini
termasuk pengetahuan tentang tulang, otot, sendi, ligamen,
dan struktur lainnya yang membentuk sistem muskuloskeletal.
2) Fisika Dasar: Pengetahuan tentang prinsip-prinsip fisika dasar
seperti gaya, momen, inersia, gravitasi, dan kecepatan
merupakan landasan dalam pemahaman biomekanika. Konsep
fisika ini diterapkan dalam analisis gerakan dan interaksi tubuh
dengan lingkungannya.
Soal 4

42. 3) Kinematika: Kinematika adalah cabang mekanika yang
mempelajari gerakan tubuh tanpa mempertimbangkan gaya
yang menyebabkannya. Konsep kinematika meliputi posisi,
kecepatan, percepatan, dan lintasan gerakan.
4) Kinetika: Kinetika adalah cabang mekanika yang mempelajari
gerakan tubuh dengan mempertimbangkan gaya dan momen
yang menyebabkannya. Konsep kinetika meliputi gaya, momen,
dan kekuatan yang berlaku pada tubuh manusia atau objek
lainnya.
Soal 4

43. Berapa banyak gaya yang harus dihasilkan oleh biceps brachii, yang
melekat pada 90° dengan radius 3 cm dari pusat rotasi pada sendi
siku, untuk menopang beban 70 N yang dipegang di tangan pada
jarak 30 cm dari sendi siku? (Abaikan berat lengan bawah dan
tangan, dan abaikan gerakan otot lainnya.)
Diketahui:
𝑑𝑚 = 3 cm
𝑤𝑡 = 7 N
𝑑𝑤𝑡 = 30 cm
Soal 5

44. Solusi
Karena situasi yang dijelaskan statis, jumlah torsi yang
bekerja pada siku harus sama dengan nol:
Σ𝑇𝑒 = 0
Σ𝑇𝑒 = 𝐹𝑚 𝑑𝑚 − (𝑤𝑡)(𝑑𝑤𝑡)
0 = 𝐹𝑚 0,03 m − 70 N 0,30 m
𝐹𝑚 =
(70 N)(0,30 m)
0,03 m
𝑭𝒎 = 𝟕𝟎𝟎 𝐍
Soal 5

45. Apa saja bagian tubuh yang mengalami pergerakan
selama Salat?
Pembahasan:
Bagian tubuh yang mengalami pergerakan selama Salat
meliputi: kompleks bahu, pergelangan tangan, siku,
sendi metacarpo-falangeal, sendi antara falang, sendi
temporomandibular, tulang belakang serviks, lumbal,
dan toraks, sendi atlanto-aksial, dan sendi ekstremitas
bawah termasuk pinggul, lutut, pergelangan kaki, sendi
metatarso-falangeal, dan subtalar.
Soal 6

46. Bagaimana latihan ringan seperti Salat dapat membantu
mencegah ketidaknyamanan muskuloskeletal?
Pembahasan:
Latihan ringan seperti Salat dapat membantu mencegah
ketidaknyamanan muskuloskeletal dengan melibatkan
pergerakan dan aktivitas fisik yang dapat mengurangi
dampak negatif dari postur buruk dan gaya hidup
kurang aktif.
Soal 7