Gaya yang bekerja dalam tubuh

1. Gaya yang bekerja dalam tubuh

Ada dua jenis gaya yang bekerja dalam tubuh yaitu gaya internal dan gaya eksternal. Berikut adalah penjelasan mengenai kedua jenis gaya tersebut.

a. Internal Gaya internal adalah gaya yang terjadi di dalam tubuh: gaya otot, gaya reaksi joint, beban yang berada pada jaringan tubuh. Gaya ini menyebabkan bentuk tubuh berubah dengan menggerakkan segmen-segmen tubuh (lengan, batang tubuh, kepala) yang berhubungan satu dengan yang lain. Namun gaya tersebut tidak menggerakkan tubuh secara langsung.

b. Eksternal Untuk bergerak relatif dengan dunia luar, tubuh perlu menjadi pokok persoalan gaya eksternal. Hal ini adalah sebagai hasil dari gaya internal yang menyebabkan perubahan pada penyesuaian badan tetapi bisa juga dikaitkan dengan gaya eksternal lain seperti gaya gravitasi atau gaya eksternal yang disebabkan kontak dengan obyek lain, disebut gaya aksi. Gaya aksi dapat dibagi menjadi dua bagian. Yang pertama terjadi tegak lurus dengan permukaan bidang, disebut gaya normal (normal berarti tegak lurus). Yang kedua terjadi bersinggungan dengan permukaan bidang, disebut gaya gesek.

gaya yang saling berhubungan (diketahui maupun yang belum diketahui) dalam suatu sistem yang ditinjau. FBD yang benar adalah langkah yang penting untuk penanganan hampir semua permasalahan biomekanika karena sekalipun FBD tidak secara langsung digunakan untuk analisa biomekanika, FBD dapat memperjelas masalah dan memperkecil kemungkinan bahwa komponen utama diabaikan. FBD selalu meliputi gaya gravitasi yang terjadi di pusat massa. FBD juga meliputi manapun gaya eksternal yang terjadi maupun gaya internal yang relevan (relevan tidaknya akan tergantung pada pertanyaan yang sedang dijawab). Gaya yang diketahui dapat ditulis dengan nilainya dalam satuan Newton (N) (dan arahnya jika perlu), gaya yang tidak diketahui harus diwakili oleh huruf.

Berdasarkan Hukum Newton Pertama, agar tubuh statis (rigid body) memiliki keseimbangan

hanya dalam kondisi translational

rotational equilibrium . Translational equilibrium terjadi saat jumlah energi eksternal yang bekerja pada tubuh berjumlah nol (Phillips, 2000). Pada analisis statis, total gaya adalah nol. Hal ini berarti gaya yang diketahui dan yang tak diketahui dapat digabungkan dan jawaban akan sama dengan nol. Apabila ada satu gaya yang belum diketahui, dari persamaan ini akan dapat diperoleh nilai gaya yang belum diketahui tadi. Apabila ada dua nilai yang belum diketahui, akan dapat diperoleh dengan membagi dua nilai gaya, yang saling tegak lurus, yang diperoleh. Ingat bahwa gaya yang tegak lurus terjadi dengan bebas, sehingga kedua gaya tersebut harus disamakan dengan nol untuk memecahkan masalah. Jika gaya tidak terjadi bersamaan, boleh juga menggunakan komponen yang berputar (rotation components).

equilibrium tetapi

juga

 F y 0 ............................................................................................pers. 2.14

Sedangkan untuk rotational equilibrium, kondisi ini terjadi saat jumlah momen eksternal pada titik segmen tubuh berjumlah nol (Phillips, 2000).

 M o 0 ...........................................................................................pers. 2.15  M o 0 ...........................................................................................pers. 2.15

B G M  B  SM  G  SN  0

B  SM  G  SN

Dengan mengacu pada pernyataan diatas, maka dihasilkan rumusan guna mengukur gaya reaksi dan momen reaksi pada tubuh (Chaffin and Andersson, 1999). Rumusan gaya reaksi:

 R j 0

R j  R j 1  W L ....................................................................................pers. 2.16 dengan;

R j = gaya reaksi di setiap joint j (N) R j  1 = gaya reaksi pada joint sebelumnya (N) W L = berat setiap link L (N)

Rumusan momen reaksi:

 M j 0 M j  M j  1    jCM L   cos  j   W L      j j  1 cos  j   R j  1  ..................pers. 2.17

dengan; M j

= momen reaksi di setiap joint j (Nm) jCM L = jarak antara joint j ke pusat massa link L (m)

 = sudut pada link L pada setiap joint j berdasarkan sumbu horizontal j

W L = berat segmen tubuh pada setiap link L (N) j j  1 = jarak link yang diukur dari joint j ke joint j-1 (m)

R j  1 = gaya reaksi pada joint j-1 (N) R j  1 = gaya reaksi pada joint j-1 (N)

6 link (Chaffin dan Andersson, 1999), yaitu:

1. Link lengan bawah, dibatasi oleh joint tangan dan siku.

2. Link lengan atas, dibatasi oleh joint siku dan bahu.

3. Link punggung, dibatasi oleh joint bahu dan pinggul.

4. Link paha, dibatasi oleh joint pinggul dan lutut.

5. Link betis, dibatasi oleh joint lutut dan mata kaki.

6. Link kaki, dibatasi oleh joint mata kaki dan kaki.

Sebelum menghitung gaya dan momen pada bagian tubuh manusia terlebih dahulu diketahui lokasi pusat massa masing-masing segmen tubuh. Tabel 2.3 menjelaskan permodelan distribusi berat badan manusia.

Enam link dalam sistem tubuh manusia dapat di lihat pada gambar 2.47 di bawah ini.