o

1. BIOMEKANIKA (FISIKA KESEHATAN)
A. PENGERTIAN MEKANIKA
Mekanika adalah salah satu cabang ilmu dari bidang ilmu fisika
yang mempelajari gerakan dan perubahan bentuk suatu materi
yang diakibatkan oleh gangguan mekanik yang disebut gaya.
Mekanika adalah cabang ilmu yang tertua dari semua cabang
ilmu dalam fisika. Tersebutlah nama-nama seperti Archimides
(287-212 SM), Galileo Galilei (1564-1642), dan Issac Newton
(1642-1727) yang merupakan peletak dasar bidang ilmu ini.
Galileo adalah peletak dasar analisa dan eksperimen dalam ilmu
dinamika. Sedangkan Newton merangkum gejala-gejala dalam
dinamika dalam hukum-hukum gerak dan gravitasi.
B. SEJARAH GAYA
Aristoteles dan pengikutnya meyakini bahwa keadaan alami
objek di bumi tak bergerak dan bahwasannya objek-objek
tersebut cenderung ke arah keadaan tersebut jika dibiarkan
begitu saja. Aristoteles membedakan antara kecenderungan
bawaan objek-objek untuk menemukan “tempat alami” mereka
(misal benda berat jatuh), yang menuju “gerak alami”, dan tak
alami atau gerak terpaksa, yang memerlukan penerapan kontinyu
gaya. Namun teori ini meskipun berdasarkan pengalaman sehari-
hari bagaimana objek bergerak (misal kuda dan pedati), memiliki
kesulitan perhitungan yang menjengkelkan untuk proyektil,
semisal penerbangan panah. Beberapa teori telah dibahas
selama berabad-abad, dan gagasan pertengahan akhir bahwa
objek dalam gerak terpaksa membawa gaya dorong bawaan
adalah pengaruh pekerjaan Galileo.
Galileo melakukan eksperimen dimana batu dan peluru meriam
keduanya digelindingkan pada suatu kecuraman untuk
membuktikan kebalikan teori gerak Aristoteles pada awal abad
17. Galileo menunjukkan bahwa benda dipercepat oleh gravitasi

2. yang mana tak gayut massanya dan berargumentasi bahwa objek
mempertahankan kecepatan mereka jika tidak dipengaruhi oleh
gaya – biasanya gesekan. Isaac Newton dikenal sebagai
pembantah secara tegas untuk pertama kalinya, bahwa secara
umum, gaya konstan menyebabkan laju perubahan konstan
(turunan waktu) dari momentum. Secara esensi, ia memberi
definisi matematika pertama kali dan hanya definisi matematika
dari kuantitas gaya itu sendiri – sebagai turunan waktu
momentum: F = dp/dt.
Pada tahun 1784 Charles Coulomb menemukan hukum kuadrat
terbalik interaksi antara muatan listrik menggunakan
keseimbangan torsional, yang mana adalah gaya fundamental
kedua. Gaya nuklir kuat dan gaya nuklir lemah ditemukan pada
abad ke 20. Dengan pengembangan teori medan kuantum dan
relativitas umum, disadari bahwa “gaya” adalah konsep
berlebihan yang muncul dari kekekalan momentum (momentum
4 dalam relativitas dan momentum partikel virtual dalam
elektrodinamika kuantum). Dengan demikian sekarang ini dikenal
gaya fundamental adalah lebih akurat disebut “interaksi
fundamental”.
C. BIOMEKANIKA
• Menurut Frankel dan Nordin pada tahun 1980:
Biomekanika merupakan ilmu mekanika teknik untuk analisa
sistem kerangka otot manusia. (Chaffin, 1991) secara umum
mendefinisikan biomekanika, yaitu: Biomekanika
menggunakan konsep fisika dan teknik untuk menjelaskan
gerakan pada bermacam-macam bagian tubuh dan gaya yang
bekerja pada bagian tubuh pada aktivitas sehari-hari. Kajian
biomekanik dapat dilihat dalam dua perspektif, yaitu
kinematika yang lebih menjurus pada karakteristik gerakan
yaitu meneliti gerakan dari segi ruangan yang digunakan
dalam waktu yang bersifat sementara tanpa melihat gaya yang
menyebabkan gerakan.

3. • Studi kinematika: menjelaskan gerakan yang menyebabkan
berapa cepat obyek bergerak, berapa ketinggiannya atau
berapa jauh obyek menjangkau jarak. Posisi, kecepatan dan
percepatan tersebut merupakan studi kinematika.
• Kajian kinetika : menjelaskan tentang gaya yang bekerja pada
satu sistem, misalnya tubuh manusia. Kajian gerakan kinetika
menjelaskan gaya yang menyebabkan gerakan. Dibandingkan
dengan kajian kinematika, kajian kinetika lebih sulit untuk
diamati, pada kajian kinetik yang terlihat adalah akibat dari
gaya.
Dengan demikian, Biomekanika adalah disiplin sumber ilmu yang
mengintegrasikan faktor-faktor yang mempengaruhi gerakan
manusia, yang diambil dari pengetahuan dasar fisika,
matematika, kimia, fisiologi, anatomi dan konsep rekayasa untuk
menganalisa gaya yang terjadi pada tubuh.
Hukum Newton
Hubungan fundamental pada mekanika klasik tercakup dalam
hukum tentang gerak yang dikemukakan oleh Isaac Newton,
seorang ilmuwan Inggris.
Ada 3 hukum dasar biomekanika,yaitu :
Hukum I Newton:
“Sebuah benda terus berada pada keadaan awalnya yang diam
atau bergerak dengan kecepatan konstan kecuali benda itu
dipengaruhi oleh gaya yang tak seimbang, atau gaya luar neto”.
Secara sederhana Hukum Newton I mengatakan bahwa
perecepatan benda nol jika gaya total (gaya resultan) yang
bekerja pada benda sama dengan nol.
Secara matematis dapat ditulis :
F neto = 0
Tubuh yang diam akan tetap diam, dan tubuh yang bergerak
akan tetap bergerak dalam kecepatan yang konstan, kecuali
dipengaruhi oleh gaya yang tidak seimbang.

4. Contoh I : Jika seseorang berada dalam bus yang berjalan dan tiba-
tiba mengerem, mungkin orang tersebut bisa terpelanting, padahal
itu adalah inersia yang menyebabkan ke depan berlanjut walau bus
telah berhanti.
Cedera benturan disebabkan kecenderungan kepala manusia untuk
mematuhi hukum tersebut. Jika ada gaya sentakan dari belakang,
badan akan tersentak keras ke depan karena ia berkontak dengan
tempat duduknya. Namun kepala cenderung tidak bergerak dan
tersentak dalam posisi yang menjulur (ekstensi). Karena kepala
melekat pada badan, maka kepala akan terbentur dengan keras ke
depan menyebabkan kerusakan pada vertebra serviks.
Contoh II :Cedera dalam tinju atau football yang mengakibatkan
kerusakan otak terjadi dalam proses serupa.
Hukum II Newton
“Apabila ada gaya yang bekerja pada suatu benda maka benda akan
mengatur percepatan yang arahnya sama dengan arah gaya “.
Hk II Newton digunakan untuk mengukur suatu pengamatan.
percepatan sebuah benda (a) berbanding terbalik dengan massanya
(m) dan sebanding dengan gaya neto (F) yang bekerja padanya.
Maka hubungan gaya (F) dan percepatan oleh Newton dirumuskan :
F = m. a
Ket :
m : massa benda atau massa inisial (m : 1 kg massa )
a : percepatan 1 mS-2
F : 1 kg mS-2 = 1 N
Percobaan I :
Bayangkan anda mendorong sebuah benda yang gaya F dilantai
yang licin sekali sehingga benda itu bergerak dengan percepatan a.
Menurut hasil percobaan, jika gayanya diperbesar 2 kali ternyata
percepatannya menjadi 2 kali lebih besar. Demikian juga jika gaya
diperbesar 3 kali percepatannya menjadi 3 kali lebih besar.
Kesimpulan : bahwa percepatan sebanding dengan resultan gaya
yang bekerja.

5. Percobaan II :
Kali ini massa bendanya divariasi tetapi gayanya dipertahankan
tetap sama. Jika massa benda diperbesar 2 kali, ternyata
percepatannya menjadi ½ kali. Kita bisa simpulkan bahwa
percepatan suatu benda berbanding terbalik dengan massa benda
itu.
Massa adalah sifat intrinsik dari sebuah benda yang menyatakan
resistensinya terhadap percepatan. Massa sebuah benda dapat
dibandingkan dengan massa benda lain dengan menggunakan gaya
yang sama pada masing-masing benda dan dengan mengukur
percepatannya.
Dengan demikian rasio massa benda-benda itu sama dengan
kebalikan rasio percepatan benda-benda itu yang dihasilkan oleh
gaya yang sama :
m = F/a
Massa sebuah benda tidak tergantung pada lokasi benda.
Contoh :
Seorang tenaga medis yang kesulitan memindahkan troli yang berat,
mungkin akan meminta bantuan teman sejawatnya, untuk
menghasilkan gaya yang lebih besar, sehingga pergerakan troli dari
keadaan diam menjadi bergerak (percepatan) yang dihasilkannya
lebih besar atau troli lebih mudah dipindahkan.
Hukum III Newton
Gaya-gaya selalu terjadi berpasangan. Jika benda A, mengerjakan
sebuah gaya pada benda B, gaya yang sama besar dan berlawanan
arah dikerjakan oleh benda B pada benda A.
F aksi = F reaksi
F aksi = gaya yang bekerja pada benda
F reaksi = gaya reaksi benda akibat gaya aksi
Hukum ketiga menyatakan bahwa “tidak ada gaya timbul di alam
semesta ini, tanpa keberadaan gaya lain yang sama dan berlawanan
dengan gaya itu” .

6. Jika sebuah gaya bekerja pada sebuah benda (aksi) maka benda itu
akan mengerjakan gaya yang sama besar namun berlawanan arah
(reaksi). Dengan kata lain gaya selalu muncul berpasangan. Tidak
pernah ada gaya yang muncul sendirian.
Contoh :
Saat berjalan, hentakan kaki atau sepatu ke permukaan lantai
biasanya mengartikan bahwa orang tersebut menekankan kakinya
ke permukaan lantai dengan gaya reaksi bumi yang sama melalui
lantai pada kaki tersebut.
Jenis-jenis Gaya :
1. Gaya Berat
Berat sebuah benda adalah gaya tarikan gravitasi antara benda
dan bumi. Gaya ini sebanding dengan massa m benda itu dan
medan gravitasi yang juga sama dengan percepatan gravitasi
jatuh bebas :
Berat benda sifat intrinsik benda.Berat bergantung pada lokasi
benda, karena g bergantung pada lokasi. Gaya berat selalu tegak
lurus kebawah dimana pun posisi benda diletakkan, apakah
dibidang horisontal, vertikal ataupun bidang miring.
2. Gaya Normal
Gaya normal adalah gaya yang bekerja pada bidang sentuh
antara dua prmukaan yang bersentuhan dan arahnya selalu
tegak lurus bidang sentuh.
3. Gaya Gesek
“Bila dua benda dalam keadaan bersentuhan, maka keduanya
dapat saling mengerjakan gaya gesekan”. Gaya-gaya gesekan itu
sejajar dengan permukaan benda-benda di titik persentuhan.
Gaya gesek (friksi) sangat penting dalam kehidupan keseharian
terutama tubuh.
Salah satu fungsi yang sangat penting dari kantong perikardial
yang menyelubungi jantung :
• untuk menampung cairan perikardial yang menjaga agar
membran tetap terpisah dan tidak saling bergesekan akibat
friksi yang berasal dari dentuman jantung.

7. • Cairan sinovial mengurangi friksi dengan cara bertindak
sebagai pelumas atau penurun friksi antara ujung-ujung tulang
yang dilapisi kartilago pada sendi sinovial, mis: sendi lutut.
D. GAYA-GAYA PADA TUBUH MANUSIA
Gaya adalah tarikan atau dorongan yang menyebabkan
terjadinya perubahan suatu benda. Gaya juga dapat di
definisikan, bahwa apapun yang dapat menyebabkan sebuah
benda bermassa mengalami percepatan. Pergerakan pada tubuh
terjadi karena adanya gaya yang bekerja.
Ada gaya yang bekerja pada tubuh dan gaya yang bekerja di
dalam tubuh.
Gaya pada tubuh Contohnya : gaya berat tubuh.
Gaya dalam tubuh seringkali tidak disadari ,contohnya : Gaya otot
jantung, gaya otot paru-paru.
Gaya pada tubuh ada 2 tipe :
1. Gaya pada tubuh dalam keadaan statis
2. Gaya pada tubuh dalam keadaan dinamis
1. Gaya Pada Tubuh Dalam Keadaan Statis
Gaya-gaya yang di kenakan kepada batang-batang
mekanisme mesin selalu di kalikan dengan operasional mesin.
Berarti gaya tersebut berada dalam domain operasional
spesifik yaitu doman waktu. “Bila gaya selama domain waktu
tertentu bisa (magnitude) dan arah vektornya tetap konstan
adalah gaya statis” Gaya statis terjadi memang beban yang
dikenakan besarnya tetap sepanjang waktu. Dalam hal ini
massa konstan, dan percepatan adalah merupakan gradien
percepatan terhadap waktu. Untuk kondisi statis berarti diam
atau kecepatan Nol (0).
Statis : Tubuh dalam keadaan setimbang, jumlah gaya dan
momen gaya yang ada sama dengan nol.
Ada 3 kelas sistem pengumpil :

8. a. Kelas pertama
Titik tumpuan terletak diantara gaya berat dan otot.
Contoh : kepala dan leher
b. Kelas kedua
Gaya berat diantara titik tumpu dan gaya otot.
Contoh : tumit menjinjit
c. Kelas ketiga
Gaya otot terletak diantara titik tumpuan dan gaya berat.
Contoh : otot lengan
2. Gaya Pada Tubuh Dalam Keadaan Dinamis
“Bila gaya besar atau arah vektornya berubah terhadap waktu
merupakan gaya-gaya dinamis”.
Gaya pada tubuh dalam keadaan dinamis adalah kemampuan
untuk mempertahankan kesetimbangan ketika bergerak.
Untuk harga yang konstan, maka gaya saat akhir domain
waktu : gaya adalah aksi atau agen yang menyebabkan benda
bermassa bergerak dipercepat.
Kesetimbangan merupakan interaksi yang kompleks dari
integrasi/interaksi sistem sensorik (vestibular, visual, dan
somatosensorik termasuk proprioceptor) dan muskuloskeletal
(otot, sendi, dan jaringan lunak lain) yang dimodifikasi/ diatur
dalam otak (kontrol motorik, sensorik, basal ganglia,
cerebellum, area asosiasi) sebagai respon terhadap
perubahan kondisi internal dan eksternal. Dipengaruhi oleh
beberapa faktor lain seperti, usia, motivasi, kognisi,
lingkungan, kelelahan, pengaruh obat dan pengalaman
terdahulu.