TINJAUAN PUSTAKA
8. Terminal swing (decceleration),
2.4 STUDI GERAK BIOMEKANIKA
2.4.1 Keseimbangan, Equilibrium dan Stabilitas Gerak
Keseimbangan, equilibrium dan stabilitas merupakan tiga hal yang
esensial dalam studi tentang gerak (Thompson, 1994). Ketiga hal tersebut
dipengaruhi oleh adanya gaya yang terjadi pada suatu obyek. Kemampuan untuk
menyeimbangkan massa tubuh dengan bidang tumpu akan membuat manusia mampu untuk beraktivitas secara efektif dan efisien.
Keseimbangan adalah kemampuan untuk mempertahankan kesetimbangan tubuh ketika ditempatkan diberbagai posisi. Keseimbangan juga diartikan sebagai
kemampuan untuk mengendalikan kondisi equilibrium baik statis maupun dinamis
(Thompson, 1994). Hall (1999) menyebutkan bahwa equilibrium merupakan
karakteristik keadaan dimana terjadi keseimbangan gaya dan torsi (momen gaya).
Tubuh dalam kondisi equilibrium ketika dalam keadaan diam (motionless) atau
bergerak dengan kecepatan konstan. Ketika tubuh dalam keadaan diam, misalnya
keseimbangan saat berdiri dengan satu kaki, kondisi ini disebut sebagai static
equilibrium. Dynamic equilibrium merupakan kondisi dimana terjadi
keseimbangan antara gaya luar dan gaya inersial pada obyek yang bergerak.
commit to user
II-15
semua gaya yang bereaksi pada tubuh seimbang dengan gaya inersial yang melawan gaya reaksi tubuh tersebut, sehingga tidak terjadi pertambahan kecepatan ataupun perubahan arah gerak. Sedangkan stabilitas merupakan kemampuan untuk menahan perubahan pada tubuh yang bergerak dengan percepatan tertentu (Thompson, 1994).
2.4.2 Torsi
Menurut Hall (1999), selain bergerak sesuai arah bekerjanya, benda cenderung untuk memutar dalam suatu sumbu. Perputaran benda tersebut dikarenakan adanya gaya yang menyebabkan perpindahan, atau disebut torsi.
Torsi (T) yang juga dikenal sebagai puntiran (momen gaya) merupakan hasil kali
antara gaya (F) dan lengan gaya (d).
T= F x d... (2.2)
Gambar 2.14 Sebuah torsi
Sumber: Lohat, 2010
Pada tubuh manusia, torsi dibangkitkan oleh otot dalam suatu pusat persendian yang merupakan hasil dari gaya yang bereaksi terhadap jarak antara garis gaya otot dengan pusat persendian tersebut (Hall, 1999). Saat segmen bergerak pada suatu persendian, terjadi perubahan torsi pada otot yang melintasi persendian. Saat berjalan, secara signifikan akan lebih banyak gaya dibutuhkan
ketika torsi dibangkitkan oleh single support foot dimana hanya salah satu kaki
yang berfungsi sebagai tumpuan tubuh.
Young dan Freedman (1999) menyatakan bahwa torsi merupakan besaran vektor, sehingga selain mempunyai besar, torsi juga mempunyai arah. Suatu
vektor T mempunyai arah tegak lurus terhadap bidang benda. Arah T adalah
tergantung pada arah berputarnya benda akibat gaya F dan d yang merupakan
jarak gaya dari titik acuan (sumbu 0). Apabila arah rotasi berlawanan dengan putaran jarum jam, maka torsi bernilai positif. Sebaliknya, apabila arah rotasi
commit to user
II-16
searah dengan putaran jarum jam, maka arah torsi bernilai negatif. Penentuan arah torsi secara umum dilakukan dengan menggunakan kaidah aturan tangan kanan.
2.4.3 Work
Work merupakan kombinasi lain dari analisis kinematika dan kinetika
(Karduna, 2004). Secara ilmiah work terjadi ketika gaya bekerja pada suatu objek
sehingga objek bergerak dalam jarak tertentu. Sebuah gaya melakukan work
apabila benda yang dikenai gaya mengalami perpindahan. Work merupakan
besaran skalar, dimana satuan dalam Sistem Internasional (SI) adalah Joule. Secara matematis, usaha yang dilakukan oleh gaya didefinisikan sebagai hasil kali
perpindahan (s,θ) dengan gaya (F, T) yang searah dengan perpindahan.
Wtranslasi =F x s
Wrotasi = Tx θ... (2.3)
Gambar 2.15 Usaha oleh sebuah gaya
Sumber: Lohat, 2010
Analisis perubahan kerja mekanik dalam center of mass (COM) pada
gerakan berjalan manusia dibedakan menjadi dua macam perspektif (Willems,
1994). Perspektif pertama adalah internal work dimana merupakan perubahan
energi mekanik relatif terhadap COM akibat gaya internal yang menyebabkan
terjadinya pergerakan pada tubuh. Perspektif kedua adalah external work dimana
berkebalikan dengan konsep internal work. Pergerakan segmen tubuh relatif
terhadap COM yang diakibatkan adanya gaya eksternal dimana terjadi perubahan
energi relatif terhadap COM disebut sebagai external work.
2.4.4 Energi
Whittle (2007) mengemukakan, keistimewaan dari normal gait adalah
bagaimana energi disimpan dalam jumlah yang optimal saat berjalan. Salah satu
bentuk pola abnormal gait adalah hilangnya kestabilan yang menyebabkan
commit to user
II-17
transfer energi selama berjalan pada persendian dan konsumsi energi secara keseluruhan merupakan bagian penting dalam analisis cara berjalan ilmiah.
Energi didefinisikan sebagai kapasitas untuk melakukan kerja (Winter, 1990). Usaha dilakukan ketika energi dipindahkan dari satu benda ke benda lain. Jumlah total energi pada sistem dan lingkungan bersifat kekal (Young dan Freedman, 1999). Energi tidak pernah hilang, tetapi hanya dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi menjadi bentuk energi lain. Secara garis besar, energi terbagi dalam dua macam, energi potensial dan energi kinetik.
Energi kinetik (KE) merupakan energi gerak. Tubuh memproses energi kinetik hanya saat tubuh dalam keadaan bergerak. Jika tubuh tidak bergerak maka (v=0) besarnya energi kinetik juga nol. Berikut persamaan matematis energi kinetik dalam gerak translasi dan gerak rotasi (angular).
2 2 1 mv KEtranslasi 2 2 1 I KErotasi ... (2.4)
dengan, KE = Energi kinetik (J)
m = Massa (kg)
v = Kecepatan (m/s)
Bentuk yang lain dari energi adalah energi potensial, dimana merupakan energi yang menyatakan posisi suatu objek. Persamaan matematis energi potensial, sebagai berikut:
EP = mgh... (2.5)
dengan, EP = Energi potensial (J)
m = Massa (kg)
g = Gaya gravitasi (m/s2)
h = Tinggi pusat massa (m)
Pada aplikasi biomekanik perubahan energi potensial disebabkan oleh adanya perubahan tinggi dari pusat massa, karena biasanya massa tubuh manusia cenderung tetap. Hall (1999) menyatakan, energi potensial seringpula disebut sebagai energi penyimpanan. Hal ini merupakan bentuk implikasi dari adanya energi kinetik dalam tubuh ketika bergerak. Salah satu bentuk potensial energi
commit to user II-18 2 2 1 kx Epegas ... (2.6)
dengan k merupakan konstanta elastis yang menunjukkan keelastisan bahan atau
kemampuan untuk menyimpan energi dan berdeformasi. Sedangkan x
menunjukkan besarnya deformasi yang terjadi otot.