3.6.1. Gaya Statis dan Dinamis Pada Manusia
Manusia mempunyai karakteristik fisik diantaranya tinggi H dan berat W yang merupakan dua elemen dasar dalam perhitungan biomekanika. Dimana
H merupakan tinggi badan saat berdiri tegak dalam meter dan W merupakan berat badan dalam Newton. Tinggi dan berat badan kemudian akan
dikonversikan untuk mendapatkan panjang dan berat dari tiap segmen tubuh. Hal ini akan memudahkan dalam pembuatan free body diagram FBD yang akan
dikembangkan untuk menganalisa persoalan biomekanika. Konversi tinggi dan berat badan ke dalam segmen tubuh dapat dilihat pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3. Konversi Tinggi dan Berat Badan ke Dalam Segmen Tubuh Segmen Tubuh
Panjang Tiap Segmen dari tinggi badan
Berat Tiap Segmen dari tinggi badan
Kepala dan leher 17
8 Lengan bawah dan Tangan
20 2
Lengan Atas 20
3 Lengan
40 5
Kepala, leher, dan kedua lengan
- 18
Thorax dan Abdomen 30
36 Pelvis
- 16
Kaki dan betis 29
5 Paha
24 10
Kaki 53
15 Kepala, leher,
kedua lengan, thorax, abdomen, dan pelvis
- 60
Satu kaki dan pelvis -
25
Sumber : Human Factors Engineering : “Chandler Allen Philips” ;2004
Universitas Sumatera Utara
Secara umum, tubuh manusia merupakan kombinasi dari sejumlah besar partikel. Analisis ini mempertimbangkan ukuran tubuh yaitu tinggi dan berat
badan serta gaya yang bekerja pada partikel yang berbeda sehingga gaya luar akan diterapkan pada titik-titik yang berbeda. Gaya yang bekerja pada tubuh dibagi
menjadi dua jenis yaitu gaya eksternal dan gaya internal. Gaya eksternal merupakan gaya yang berasal dari sistem yang berada di luar tubuh. Gaya
eksternal sangat mempengaruhi perubahan kesetimbangan tubuh. Gaya internal adalah gaya yang berasal dari dalam tubuh, misalnya sistem otot yang bekerja
karena adanya pembebanan eksternal. Untuk mengetahui gaya eksternal dan internal yang terjadi pada tubuh, maka digunakan prinsip kesetimbangan
berdasarkan hukum Newton. Menurut hukum pertama Newton, tubuh dikatakan dalam keadaan
setimbang apabila gaya luar yang bekerja pada saat itu adalah sama dengan nol. Untuk pergerakan dalam dua dimensi pada koordinat x dan y, persamaannya
adalah sebagai berikut Chandler Allen Philips, 2000:
∑
= 0 Fx
1
∑
= 0 Fy
2
Bila menggunakan kondisi kesetimbangan translasi, misalnya, kondisi kesetimbangan ke arah y, gaya yang bekerja pada arah y positif membawa tanda
positif dan gaya yang bekerja dalam arah y negatif harus membawa tanda negatif, begitu juga sebaliknya apabila gaya bekerja pada sumbu x
Universitas Sumatera Utara
Agar tubuh mencapai kesetimbangan rotasi, momen eksternal pada sumbu sembarang yang terletak pada titik dalam tubuh harus sama dengan nol. Untuk
sistem gaya luar yang bekerja pada bidang x dan y, dan menunjukkan bahwa M sebagai asal, maka kondisi kesetimbangan rotasi adalah:
∑
= 0 M
3
Menurut hukum kedua Newton, gaya dapat menyebabkan perubahan gerak benda. Benda yang bergerak dapat berhenti jika dikenai gaya ditahan dan benda
diam dapat bergerak jika dikenai gaya didorong. Jika massa benda tetap dan gaya yang mengenainya diperbesar, percepatan yang terjadi makin besar. Jika
massa benda tetap dan gaya yang mengenainya diperbesar, percepatan yang terjadi makin besar. Jika massa benda diperbesar dan gaya yang mengenainya
tetap, percepatan yang terjadi makin kecil. Secara Matematis, dapat dituliskan persamaan :
∑
= ma F
Dimana : F = gaya N
a = percepatan ms
2
m = massa benda kg Apabila percepatan benda konstan, maka dapat dikatakan tidak ada gaya
luar yang bekerja. Berarti benda dalam keadaan diam, dan kedaan seperti ini sesuai dengan hukum kelembaman benda atau hukum pertama pertaman Newton.
Universitas Sumatera Utara
Sebenarnya hukum kedua ini tidaklah jauh berbeda dengan hukum pertama keduanya membicarakan gerak benda akibat pengaruh gaya yang bekerja
pada benda. Pada hukum pertama kemungkinan keadaan benda adalah diam atau bergerak dengan kecepatan konstan. Berarti bahwa benda dalam keadaan diam
yang berarti tidak ada perpindahan.
3.6.2. Free Body Diagram FBD
Kategori