Bab III _0_ Aspek-Aspek Biomekanik

BAB III

ASPEK-ASPEK BIOMEKANIK DALAM KONTEKS AKTIVITAS PRAKTIKUM LAPANGAN

Pada bab ini dibahas mengenai tiga pokok yang dipandang relefan dalam konteks

aktivitas praktikum lapangan yaitu mengenai: somatotipe, penentuan titik berat dan

manfaatnya, dan tuas dan aplikasinya. Setelah membahas ketiga bagian tersebut, di akhir

setiap bagian dibahas juga mengenai kemungkinan aplikasi lebih jauh mengenai konsep

yang dibahas melalui penelitian.

1. SOMATOTIPE

1.1 Prinsip Dasar Somatotipe

Menurut Carter (2002) teknik penentuan somatotipe digunakan untuk menilai

bentuk dan komposisi tubuh subyek. Somatotipe didefinisikan sebagai kuantifikasi bentuk

dan komposisi tubuh manusia pada suatu saat. Somatotipe dinyatakan dalam tiga angka

penilaian yang merepresentasikan komponen endomorfi, mesomorfi dan ektomorfi.

Tentang komponen-komponen somatotipe, di dalam Anonim (2007a) dikemukakan

bahwa dengan menggunakan metode-metode antropometrik Sheldon mempelajari tubuh

4000 orang yang difoto, pandangan depan, samping, dan belakang. Sheldon menyimpulkan

bahwa fisik manusia dapat dibagi berdasarkan kontribusi tiga elemen dasar yaitu

somatotipe. Sheldon menamakan somatotipe-nya menurut tiga lapisan benih manusia

(germ) dalam perkembangan embrio: endoderm, yang berkembang menjadi bagian-bagian

untuk pencernaan (digestive tract); mesoderm, yang akan menjadi otot, jantung dan

pembuluh darah; dan ectoderm, yang akan membentuk sistem saraf.

Somatotipe Sheldon dan ciri-cirinya yang terkait dapat diringkaskan dalam uraian

berikut ini (Anonim, 2007a).

1.1.1 Ektomorfi

Tipe tubuh ektomorfi dicirikan oleh lengan dan tungkai yang panjang dan tubuh

bagian atas yang pendek dan pada umumnya memiliki sistem saraf level yang lebih tinggi.

Tipe ini juga memiliki otot-otot yang panjang dan tipis. Orang dengan tipe tubuh

ASPEK BIOMEKANIKA AKTIVITAS PRAKTIKUM LAPANGAN MAHASISWA JURUSAN FISIKA FMIPA UNIMA. DR.Rolles Nixon Palilingan, MS. Staf Dosen Jurusan Fisika FMIPA UNIMA 10/21/2008. E-Mail: [email protected].

13

ektomorfi biasanya memiliki simpanan lemak yang sangat rendah, karena itu orang dengan

tipe ini biasanya kurus.

1.1.2 Mesomorfi

Tipe tubuh mesomorfi dicirikan oleh perkembangan otot dengan laju yang baik dan

suatu jaringan otot level lebih tinggi. Orang dengan tipe mesomorfi memiliki tulang-tulang

yang besar, batang tubuh (torso) yang padat disertai level lemak yang rendah. Tipe ini

juga dikenal memiliki bahu (shoulder) lebar dan pinggang (waist) sempit.

1.1.3 Endomorfi

Tipe tubuh ekdomorfi dicirikan oleh peningkatan simpanan lemak, akibat memiliki

sejumlah besar sel-sel lemak dibanding dengan kebanyakan orang, juga memiliki jaringan

pencernaan level lebih tinggi. Orang dengan tipe ini memiliki pinggang yang lebar dan

struktur tulang yang besar.

1.2 Pengukuran dan Penentuan Somatotipe

Menurut Carter (2002) ada tiga cara yang dapat digunakan untuk menentukan

somatotipe seseorang, yaitu:

1) Metode antropometrik, dimana antropometri digunakan untuk mengestimasi

kriteria somatotipe.

2) Metode fotoskopik, dimana kriteria somatotipe ditentukan dari hasil fotograf.

3) Metode kombinasi, yang memadukan metode antropometrik dan fotoskopik.

Menurut Carter (2002) sampai sekarang ini metode yang paling banyak digunakan adalah

metode antropometrik.

Penentuan kriteria somatotipe dimulai dengan cara mengukur variabel-variabel

somatotipe (Fox, Bowers, and Foss, 1988; Carter, 2002), yaitu variabel-variabel yang

dibutuhkan dalam penentuan somatotipe yang terdiri dari: trisep (mm), subskapula (mm),

suprailiaka (mm), betis (mm), tinggi badan (cm), lebar humerus (cm), lebar femur (cm),

lingkar bisep (cm), lingkar betis (cm), dan berat badan (kg).


14

Berat badan diukur dengan timbangan, sedangkan variabel-variabel lainnya diukur

dengan menggunakan antropometer, jangka sorong dan Skin Fold Caliper.

Untuk kebutuhan aplikasi perhitungan somatotipe, pada Tabel 3.1 diberikan contoh

data dua orang subyek. Data subyek (a) adalah data seorang mahasiswa yang diperoleh

dengan menggunakan peralatan yang ada di laboratorium bagian Faal Fakultas Kedokteran

Universitas Udayana, dan data subyek (b) adalah data yang diberikan oleh (Anonim,

2007b). Data yang dimaksud adalah sebagaimana dalam Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Contoh Data Variabel Somatotipe. (a) Hasil pengukuran seorang mahasiswa, (b) Data dari Anonim (2007b).

Hasil Pengukuran No. Variabel Somatotipe (a) (b)

1.

Trisep (mm) 23,0

18,8

2.

Subskapula (mm) 17,2

13,4

3.

Suprailiaka (mm) 22,0

13,8

4.

Betis (mm) 27,0

10,8

5.

Tinggi Badan (cm) 152,0

162,0

6.

Lebar Humerus (cm) 5,8

5,5

7.

Lebar Femur (cm) 9,2

8,7

8.

Lingkar Bisep (cm) 26,0

25,1

9.

Lingkar Betis (cm) 39,2

34,0

10.

Berat badan (kg) 57,0

49,0

Berdasarkan data dalam Tabel 3.1, dilakukan perhitungan somatotipe dengan

menggunakan Formulir Penilaian Somatotipe Heath-Carter. Perhitungan dilakukan secara

manual dengan membuat program perhitungan sederhana dengan menggunakan Microsoft

Excel 2003.

Prosedur perhitungan secara manual, tahap-tahapnya telah diberikan oleh Nala

(2007) dan juga oleh Carter (2002). Dengan menggunakan prosedur perhitungan tersebut,

menggunakan data pada Tabel 2.1, prosedur dan hasil perhitungan diberikan dalam

Lampiran 1.

Selain dengan cara manual sebagaimana yang telah diberikan oleh Nala (2007) dan

juga oleh Carter (2002), somatotipe dapat juga ditentukan dengan membuat program


15

perhitungan dengan menggunakan persamaan-persamaan matematis yang sesuai.

Persamaan-persamaan yang digunakan untuk menghitung komponen endomorfi,

mesomorfi, dan ektomorfi adalah (Carter, 2002),

ENDOMORFI = 0,7182+0,1451(X) 0,00068(X2)+0,0000014(X3) (3.1)

MESOMORFI = (0,858 HB + 0,601 FB + 0,188 CAG + 0,161CCG)

(0,131H) + 4,5 (3.2)

EKTOMORFI:

Jika HWR 40,75, maka EKTOMORFI = 0,732 HWR – 28,58 (3.3)

Jika HWR < 40,75 dan > 38,25, maka EKTOMORFI = 0,463 HWR – 17,63 (3.4)

Jika HWR 38,25, maka EKTOMORFI = 0,1 (dicatat sebagai 0,5) (3.5)

di mana untuk persamaan (3.1) sampai (3.5): X = (jumlah trisep, subskapula, dan

suprailiaka) dikali dengan (170,18/tinggi dalm cm); HB = lebar humerus; FB lebar femur,

CAG = lingkar bisep terkoreksi; CCG = lingkar betis terkoreksi; H = tinggi badan; HWR =

tinggi/akar pangkat tiga berat badan.

CAG dan CCG adalah lingkar terkoreksi untuk trisep dan betis, yang dikoreksi dengan cara

sebagai berikut:

CAG = lingkar bisep

(trisep/10) (3.4)

CCG = lingkar betis (lipatan betis/10) (3.5)

Menurut Carter (2002) bila nilai masing-masing komponen somatotipe diperoleh:

antara ½ sampai 2½ tergolong rendah, antara 3 sampai 5 tergolong sedang, antara 5½

sampai 7 tergolong tinggi, dan bila nilai komponen antara 7½ dan di atasnya tergolong

sangat tinggi.

Untuk ploting somatotipe pada peta somatotipe, hasil perhitungan komponen

somatotipe dikonversi ke koordinat kartesian (sumbu-x dan sumbu-y) dengan persamaan

sebagai berikut:


16

Koordinat - x = EKTOMORFI

ENDOMORFI (3.6)

Koordinat - y = 2 (MESOMORFI) (ENDOMORFI+EKTOMORFI) (3.7)

Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan dengan prosedur manual (Lampiran

1) dan dengan program perhitungan menggunakan persamaan (3.1) sampai (3.7) (Lampiran

2), maka diperoleh nilai-nilai komponen somatotipe sebagaimana dalam Tabel 3.2.

Posisi titik koordinat ini dapat dilihat pada Peta Somatotipe (Lampiran 3). Dari peta

tersebut terlihat bahwa subyek (a) dan subyek (b) keduanya termasuk tipe Endomorfi.

Akan tetapi subyek (a) lebih dekat ke daerah Mesomorfi, sedangkan subyek (b) lebih dekat

ke daerah Ektomorfi.

Bila dilihat dari hasil perhitungan komponen-komponen somatotipe, kedua subyek

menunjukkan nilai yang berbeda, akan tetapi keduanya termasuk pada daerah Endomorfi

dalam peta somatotipe.

Tabel 3.2. Hasil Perhitungan Komponen Somatotipe. (a) dengan perhitungan manual, (b) dengan persamaan (3.1) sampai (3.7).

Hasil Perhitungan Komponen Somatotipe

(a) (b) Komponen I (ENDOMORFI) 6

4,9

Komponen II (MESOMORFI) 5,5

3,9

Komponen III (EKTOMORFI) 0,5

2,9

Koordinat-x -5,5

-1,0

Koordinat-y 4,5

-2,9

1.3 Penggunaan Statistik

Menurut Carter (2002) setelah perhitungan komponen somatotipe dilakukan

terhadap subyek atau sampel maka prosedur statistik untuk menguji perbedaan antar

individu atau antar kelompok seperti misalnya uji-t atau ANOVA dapat dilakukan. Untuk

kebutuhan tersebut harus dihitung: jarak letak somatotipe, SAD (somatotype attitudinal

distance); rata-rata jarak somatotipe, SAM (somatotype attitudinal mean); dan varian jarak

somatotipe, SAV (somatotype attitudinal variance), masing-masing dengan persamaan:


17

SADA;B = 2 2 2

A B A B A B(En -En ) +(Me -Me ) +(Ec -Ec )

(3.8)

SAM = i

x

SAD

n

(3.9)

SAV = 2

i

x

SAD

n

(3.10)

dimana dalam persamaan (3.8) sampai (3.10): En, endomorfi; Me, mesomorfi; Ec,

ectomorfi; SADi, jarak letak somatotipe tiap subyek dikurangi rata-rata jarak letak

somatotipe kelompok; dan nx, jumlah subyek dalam kelompok.

Bila perhitungan besaran-besaran dalam persamaan-persamaan (3.8) sampai (3.10)

telah dilakukan, maka aplikasi statistik untuk menguji keberartian atau perbedaan

somatotipe antar kelompok, dapat dilakukan dengan mudah dengan menggunakan banyak

software yang telah tersedia seperti SPSS, SAS, EXCEL atau MINITAB.

1.4 Aplikasi dalam Konteks Penelitian

Sebagaimana yang telah dikemukakan dalam pembahasan yang telah diuraikan

pada bagian-bagian sebelumnya bahwa somatotipe seseorang benar-benar mencirikan

karakteristik fisik seseorang. Oleh karena itu maka penentuan somatotipe dapat menjadi

alternatif untuk dipertimbangkan dalam penentuan sampel bila hendak mengadakan

intervensi untuk memperbaiki suatu sistem kerja aktivitas praktikum lapangan menuju

sistem kerja yang ergonomis.

Palilingan dan Pungus (2007) mengemukakan bahwa ternyata sistim kerja aktivitas

praktikum lapangan belum dapat dikatakan ergonomis, yang terbukti dengan adanya

permasalahan dilihat dari respons fisiologis dan kelelahan yang dialami mahasiswa.

Demikian juga Pungus dan Palilingan (2007) mengemukakan bahwa pelaksanaan aktivitas

praktikum lapangan yang berlangsung sekitar 4 jam menunjukkan bahwa mahasiswa

mengalami strein fisiologis yang berarti setelah melakukan aktivitas selama 4 jam.


18

Berdasarkan kenyataan adanya permasalahan dalam sistem kerja aktivitas

praktikum lapangan, maka Palilingan (2007) telah merencanakan untuk mengadakan

penelitian dengan serangkaian intervensi yang telah direncanakan melalui pendekatan

ergonomi total. Dalam konteks rencana tersebut, penentuan somatotipe subyek dapat

dipertimbangkan sebagai alternatif dalam penentuan sampel penelitian.

Selama ini yang digunakan sebagai salah satu kriteria untuk penentuan sampel

dalam penelitian-penelitian, selain umur dan jenis kelamin adalah indeks massa tubuh.

Sandowsky (2000) mengemukakan bahwa indeks massa tubuh yang dapat dihitung dari

persamaan,

IMT (indeks masa tubuh) = 2

Berat Badan (kg)=

[Tingi Badan (m)]

(3.11)

yang termasuk ideal adalah bila berada di antara 19 s/d 25.

Dilihat dari nilai IMT, untuk subyek (a) dan (b) masing-masing memiliki IMT

24,67 (kg/m2) dan 18,67. Jadi subyek (a) masih termasuk ideal tetapi berada pada batas

atas kriteria Sandowsky (2000), sedangkan subyek (b) berada di luar batas bawah, dan

sudah termasuk kurus.

Dalam bidang olahraga biasanya IMT ideal di antara 18,5 s/d 22,9 (kg/m2). Bila

dilihat dari kriteria ini subyek (a) sudah termasuk gemuk, sedangkan subyek (b) termasuk

ideal.

Meskipun ada perbedaan kriteria, akan tetapi bila kriteria Sandowsky (2000)

dicermati, maka bila IMT subyek (a) dan (b) dibulatkan diperoleh masing-masing IMT

subyek (a) dan (b) adalah 25 (kg/m2) dan 19 (kg/m2). Berarti bahwa subyek (a) berada pada

batas atas kriteria dan subyek (b) pada batas bawah kriteria. Hal ini ada kesesuaian dengan

hasil penentuan somatotipe, dimana subyek (a) berada pada daerah ujung dekat daerah

mesomofri, sedangkan subyek (b) berada di daerah ujung dekat ektomorfi.

Berdasarkan pembahasan yang telah dilakukan maka dapatlah dikemukakan bahwa

penentuan somatotipe dapat menjadi alternatif dalam menentukan subyek atau sampel

dalam penelitian, misalnya dalam penelitian yang menggunakan rancangan kelompok

kontrol yang menghendaki sampel yang homogen, atau untuk menguji keberartian suatu

tritmen terhadap tubuh subyek dengan rancangan sama subyek.


19

Sebagaimana yang telah diuraikan, pertimbangan penggunaan somatotipe sebagai

alternatif dipandang penting, karena somatotipe ternyata mendeskripsikan karakteristik

tubuh subyek lebih lengkap mengenai bentuk dan komposisi tubuh, dibandingkan dengan

penentuan IMT yang hanya dilihat dari berat dan tinggi badan.

2. PENENTUAN TITIK BERAT DAN MANFAATNYA

Setiap objek (benda atau mahluk hidup) yang ada di muka bumi ini mengalami

gaya gravitasi yang bekerja pada pusat massa atau titik berat objek itu ke titik pusat bumi.

Manusia sebagai mahluk hidup dalam segala aktivitasnya juga akan mengalami

gaya gravitasi. Gaya gravitasi bekerja pada pusat massa (titik berat) manusia yang

besarnya ditentukan oleh massa total tubuh manusia (jumlah kuantitas zat yang terkandung

dalam tubuh manusia) dan percepatan gravitasi setempat dimana manusia melakukan suatu

aktivitas.

Gaya gravitasi akan menimbulkan momen gaya, tergantung pada posisi tubuh pada

suatu saat dan titik tumpuh tubuh pada saat itu. Besar momen gaya adalah perkalian antara

gaya dan lengan gaya, yaitu jarak antara titik pangkal gaya dan titik tumpuh (atau pusat

rotasi).

Pada tubuh manusia pengertian titik berat, gaya berat, lengan gaya, dan momen

gaya dapat diterapkan pada segmen-segmen tubuh manusia ataupun tubuh manusia secara

keseluruhan. Oleh karena itu analisis untuk menentukan titik berat tubuh manusia harus

dimulai dengan analisis terhadap titik berat tiap-tiap segmen tubuh.

Bidang olahraga (Simonian, 1980; Gabriel, 1996) dan bidang yang membahas

mengenai kerja manusia yaitu ergonomi (Grandjean, 1988; Chaffin and Andersson, 1991;

Bridger, 2003; Philips, 2000) banyak menggunakan konsep titik berat dan besaran-besaran

yang terkait dengannya (massa, gaya, lengan gaya, dan momen gaya) dalam menilai

gerakan-gerakan dan pekerjaan atau aktivitas yang dilakukan.

Dalam cabang olahraga tertentu (misalnya senam) analisis mengenai titik berat

selama proses suatu gerakan, dapat diketahui posisi-posisi atau gerakan yang seharusnya

dilakukan agar diperoleh gerakan atau performance yang optimal. Demikian juga dalam

bidang ergonomi, analisis mengenai titik berat selama proses suatu aktivitas kerja, dapat


20

diketahui sikap kerja yang seharusnya dilakukan agar kerja yang dilakukan aman dan tidak

berpotensi menimbulkan keluhan-keluhan bagi pekerja (Bridger, 2003; Chaffin and

Andersson, 1991).

Seperti pada uraian pada Bab II penentuan titik berat pada manusia merupakan

aplikasi konsep biofisika dimana konsep fisika dan matematika diterapkan pada sistem

yang hidup, sebagaimana halnya tubuh manusia. Pada uraian berikut ini dibahas tentang

salah satu aplikasi konsep matematika (khususnya kalkulus) dan fisika untuk menentukan

titik berat tubuh pada suatu posisi tertentu dalam dua dimensi.

2.1. Konsep Dasar Mengenai Titik Berat.

Konsep dasar mengenai titik berat didasarkan pada teori diferensial kalkulus dan

teori gaya gravitasi. Pandanglah sebuah benda berbentuk sembarang dengan massa total

sebesar M yang terletak pada kerangka acuan X-Y seperti pada Gambar 3.1. Misalkan titik

pusat massa dari benda tersebut adalah titik C(Cx, Cy). Benda akan mengalami gaya

gravitasi sebesar W = M.g (Simonian, 1980; Halliday and Resnick, 1991; Philips, 2000).

Pada benda tersebut terdapat elemen massa dm yang terletak pada poisis x terhadap

sumbu-Y. Elemen tersebut akan mengalami gaya gravitasi sebesar dw = (dm)g.

Momen gaya W terhadap sumbu-Y adalah

= W.Cx. Momen gaya elemen dw

adalah d = (dm).g.x. Menurut teori kalkulus dapat dituliskan,

d = (dm).g.x

dô = g.dm.x = g dm.x

ô = g x.dm

(3.12)


21

Bila benda berbentuk sembarang terdiri dari elemen-elemen massa berhingga maka bentuk

diferensial dari persamaan (3.12) dapat dituliskan dalam bentuk (dikembangkan dari

Halliday and Resnick, 1991 dan Philips, 2000),

n n

i i 1 1 2 2 n ni=1 i=1

ô = g x .Äm =g (x Äm )+(x Äm )+...+(x Äm )

(3.13)

Karena

= W.Cx = (M.g). Cx, maka dari persamaan (3.13), posisi Cx dapat dituliskan

menjadi,

n

1 1 2 2 n ni=1

x

(x Äm )+(x Äm )+...+(x Äm )C =

M

(3.14)

Dengan cara yang sama, terhadap sumbu-X akan diperoleh posisi Cy sebagai,

n

1 1 2 2 n ni=1

y

(y Äm )+(y Äm )+...+(y Äm )C =

M

(3.15)

W = M.g

dw = (dm).g

x

Cx (Cx, Cy)

X

Y

Gambar 3.1. Benda Berbentuk Sembarang, terletak dalam Kerangka Acuan X-Y. Benda Mengalami Gaya Gravitasi W=m.g. Elemen Massa dm Mengalami Gaya Gravitasi dw=(dm).g.


22

Dengan mengetahui titik pusat setiap elemen, yaitu (x1, y1) sampai (xn, yn) dan massa

setiap elemen, yaitu m1 sampai mn, maka titik pusat massa dari benda berbentuk

sembarang C(Cx, Cy) dapat dihitung.

2.2. Aplikasi Penentuan Titik Berat pada Tubuh Manusia

Dalam menentukan titik berat (pusat massa) pada manusia, manusia dapat

dipandang sebagai benda yang tersusun atas elemen-elemen. Elemen-elemen yang

menentukan pada tubuh manusia, tidak lain adalah segmen-segmen tubuh seperti: 1) leher

dan kepala, 2) badan, 3) lengan (atas dan bawah), 4) tangan, 5) tungkai (atas dan bawah),

dan 6) kaki. Agar jelas segmen-segmen yang dimaksud, maka Gambar 3.2 menunjukkan

segmen-segmen tersebut.

Manusia tentunya tidak sama dengan benda tegar, yang dapat berupa benda

homogen ataupun tidak. Segmen-segmen tubuh manusia tidak dapat dikatakan homogen

karena setiap segmen memiliki kepadatan yang berbeda dari pangkal (proksimal) ke ujung

(distal). Titik pangkal suatu segmen adalah titik dimana segmen tersebut bertumpuh untuk

bergerak, jadi dapat dipandang sebagai engsel dari segmen. Titik proksimal dan distal tiap

segmen pada Gambar 3.2 diberikan sebagaimana pada Tabel 3.3.

Apabila titik berat (pusat massa) setiap segmen diketahui maka titik berat dari

tubuh manusia secara keseluruhan dapat diketahui. Dari beberapa sumber (Gabriel, 196;

Chaffin dan Andersson, 1991), letak titik berat tiap-tiap segmen dapat diberikan pada

Tabel 3.4.

Dengan menggunakan data pada Tabel 3.3 dan Tabel 3.4, serta dengan

menggunakan prinsip yang dijelaskan oleh persamaan (3.14) dan persamaan (3.15) maka

titik berat (pusat massa total) tubuh manusia dapat ditentukan pada berbagai posisi dalam

dua dimensi.


23

Gambar 3.2. Penjelasan Segmen-segmen Tubuh Manusia. Setiap Segmen diwakili oleh Pasangan Titik Proksimal dan Distal. Misalnya Segmen Lengan Atas Kiri Diwakili oleh HG; Tungkai Atas Kanan oleh PQ; dan Seterusnya (gambar di kembangkan dari Wilson and Corlett, 1990).

lengan atas kanan

lengan bawah kanan

tangan kanan

lengan atas kiri

lengan bawah kiri

tangan kiri

tungkai atas kanan

tungkai bawah kanan

kaki kanan

tungkai atas kiri

tungkai bawah kiri

kaki kiri

Badan

Kepada dan leher

B

A

C

D

E

F

H

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R S


24

Tabel 3.3. Titik proksimal dan distal tiap segmen pada tubuh manusia.

No.

Segmen Titik Proksimal

Titik Distal

1

Kaki kiri B A 2

Kaki kanan R S 3

Tungkai bawah kiri C B 4

Tungkai bawah kanan Q R 5

Tungkai atas kiri D C 7

Tungkai atas kanan P Q 8

Tangan kiri F E 9

Tangan kanan N O 10

Lengan bawah kiri G F 11

Lengan bawah kanan M N 12

Lengan atas kiri H G 13

Lengan atas kanan L M 14

Leher dan kepala J K 15

Badan I J

Tabel 3.4. Letak Titik Berat Segmen Tubuh Manusia dari Titik Proksimal Dihitung dari Presentase Panjang Total Segmen.

Menurut Matsui Bernstein Cleaveland

Dempster Segmen

Kepala & leher 63 65 – – – – – 52 Tubuh 52 52 – – – 53 – 60,4 Lengan atas 46 46 – 48,40 – 42 – 43,6 Lengan bawah 42 41 – 41,74 – 42 – 43,0 Tangan 50 50 – – – – 50,6 Tungkai atas 42 42 – 38,88 – 36 – 43,3 Tungkai bawah 42 41 – 42,26 – 42 – 43,3 Kaki 50 50 – – – – – 42,9

Gambar 3.3. menunjukkan contoh posisi tubuh mahasiswa pada saat melakukan

aktivitas praktikum lapangan.

2.3. Penggunaan Komputer Sebagai Tool dalam Analisis Titik Berat


25

Tubuh manusia dengan berbagai posisi sebagaimana dicontohkan pada Gambar 3.3

dapat ditentukan titik beratnya dengan menggunakan bantuan komputer sebagai tool.

Berikut ini akan dibahas penentuan titik berat tubuh dengan menggunakan program

komputer Microsoft khususnya Excel 2003 dan Publisher 2003 dan juga Photoshop 7,0

atau program lainnya.

Tabel 3.5. Presentase Berat Segmen terhadap Berat Total Tubuh.

No.

Segmen % Berat Tubuh

1

Kaki kiri 1.50

2

Kaki kanan 1.50

3

Tungkai bawah kiri 4.70

4

Tungkai bawah kanan 4.80

5

Tungkai atas kiri 12.80

7

Tungkai atas kanan 12.90

8

Tangan kiri 0.17

9

Tangan kanan 0.50

10

Lengan bawah kiri 1.60

11

Lengan bawah kanan 1.60

12

Lengan atas kiri 3.00

13

Lengan atas kanan 3.00

14

Leher dan kepala 7.04

15

Badan 51.40

Adapun langkah-langkah yang ditempuh dalam perhitungan titik berat dengan

menggunakan program-program tersebut adalah sebagaimana uraian berikut. Misalkan

gambar orang yang akan ditentukan titik beratnya adalah Gambar 3.3.

1. Gunakan program photoshop 7,0 (atau program lain yang sejenis) untuk

memindahkan gambar ke dalam file melalui alat scanner. Bila gambar sudah dalam

bentuk file foto (dengan format JPG, PNG, BMP, PSD, atau PDD) maka gambar

tersebut dapat langsung dipindahkan ke Photoshop atau Microsoft Picture Manager

untuk untuk Editing. Dengan Photoshop gambar tersebut dapat diubah-ubah

ukurannya sesuai kebutuhan.


26

2. Persiapkan kertas kerja dengan program Microsoft Publisher atau Visio. Set

halaman kerja dengan ukuran yang sama, misalnya 20 x 20 cm. Munculkan grid

sesuai kebutuhan, misalnya per 0,1 cm, 0,2 cm dan lain-lain.

3. Pindahkan Gambar yang dibentuk dengan program Photoshop (disimpan dalam

format JPG) ke dalam lembar kerja Publisher atau Visio.

4. Pada halaman kerja buat sistim koordinat, garis horisontal X dan garis vertikal Y.

5. Tentukan titk-titik proksimal dan distal setiap segmen. Secara umum bila titik A

(x1, y1) adalah titik proksimal dan titik B (x2, y2) adalah titik distal maka panjang

segmen tersebut adalah:

2 22 1 2 1AB= (x -x ) +(y -y )

(3.16)

Dengan prinsip ini panjang setiap segmen dapat dihitung dengan mudah.

6. Tentukan arah atau gradien dari segmen, dengan persamaan;

Gambar 3.3. Contoh Posisi Tubuh Mahasiswa dalam Aktivitas Praktikum Lapangan. Dengan Menempatkan Gambar Tersebut pada Kerangka Acuan X-Y, dan Menentukan Titik Berat Setiap Segmen, dapat Ditentukan Titik Berat Total Tubuh.


27

2 1

2 1

y -ym =

x -x

(3.17)

7. Tentukan besar sudut segmen dengan menggunakan persamaan,

2 1

2 1

y -yá = arc tgn

x -x

(3.18)

8. Tentukan letak titik berat tiap segmen berdasarkan ketentuan pada Tabel 3.

Misalkan untuk suatu segmen letak titik pusatnya 42% dari proksimal, maka

panjang x dan y dari segmen (Gambar 3.4) adalah

x = (0,42)(AB) cos dan y = (0,42)(AB) sin

(3.19)

Bila titik proksimal dipandang sebagai titik pusat (khususnya dalam penentuan titik

berat tiap segmen) maka untuk posisi seperti Gambar 3.4, bila titik proksimal

adalah (X, Y) maka titik pusat segmen AB secara umum ditulis sebagai,

Cx(segmen AB) = X + (a)x dan Cy(segmen AB) = b + (a)y (3.20)

dimana a dan b bernilai –1 atau 0 atau +1.

X

Y

A(x1, x2)

B(x1, x2) 2 2

2 1 2 1AB= (x -x ) +(y -y )

Gambar 3.4.

Titik pusat segmen

y

x


28

Dalam hal ini untuk posisi pada Gambar 3.4 nilai a = + 1 dan nilai b = +1. Secara

lengkap empat kemungkinan letak titik distal terhadap titik proksimal dtunjukkan

pada Gambar 3.5. Posisi (a) letak titik distal arah kuadran I; poisisi (b) arah kuadran

II; posisi (c) arah kuadran III; posisi (d) arah kuadran IV.

Jadi Cx(segmen) dan Cy(segmen) ditentukan dengan menggunakan persamaan (3.20).

9. Setelah semua titik pusat segmen telah ditentukan maka titik berat (titik pusat

massa) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3.14) dan persamaan

(3.15) serta data pada Tabel 3.4 dan tabel 3.5.

10. Langkah-langkah perhitungan sebagaimana yang telah dikemukakan dapat dihitung

dengan menggunakan program Excel 2003.

Hasil analisis penentuan titik berat untuk seseorang mahasiswa dengan posisi

seperti pada Gambar 3.3 dengan program Excel diberikan dalam Lampiran 4. Persamaan-

persamaan yang digunakan dalam perhitungan untuk setiap sel pada lembar kerja (sheet)

program Excel diberikan dalam Lampiran 5.

Gambar 3.6 menunjukkan hasil penentuan titik berat (pusat massa) dengan

menggunakan program Excel, yang digambar dengan menggunakan program Publisher

atau Visio. Secara sederhana program sebagaimana Lampiran 4 dan Lampiran 5 dapat

(X, Y)

(x, y)

–1 –1

X

Y

(X, Y)

(x, y)

+1 –1

X

Y

(X, Y)

(x, y)

+1 +1

X

Y

(X, Y)

(x, y)

–1 +1

X

Y

Gambar 3.5.

Tititk pusat: X + (–1)x; Y + (+1)y

Tititk pusat: X + (+1)x; Y + (+1)y

Tititk pusat: X + (–1)x; Y + (–1)y

Tititk pusat: X + (+1)x; Y + (–1)y

(a) (b)

(c) (d)


29

ditunjukkan seperti pada Tabel 3.6. Dalam program seperti pada Tabel 3.6, data yang

diperlukan hanyalah data titik proksimal dan distal setiap segmen serta data % dari

proksimal yang dipilih (misalnya menurut Matsui atau Dempster) dan kuadran letak titik

distal terhadap proksimal suatu segmen.

Gambar 3.6. Hasil Penentuan Pusat Massa (titik berat) dengan Menggunakan Program Excel dan Program Publisher untuk Gambar 3.3.

Dengan menggunakan program sederhana ini, maka dengan mudah dapat

ditentukan titik berat (pusat massa) tubuh manusia dalam berbagai bentuk posisi

sebagaimana yang dicontohkan pada Gambar 3.3 ataupun kemungkinan posisi-posisi

lainnya.


30

Tabel 3.6. Program Secara Sederhana. Hanya Dibutuhkan Data: Titik Proksimal dan Distal Setiap Segmen; % dari Proksimal; % Berat dan Kuadran Titik Distal. Untuk Gambar 3.3.

2.4. Manfaat Penentuan Titik Berat


31

Dengan menentukan titik berat maka manfaat utama yang dapat diperoleh adalah

dapat dilakukan evaluasi tentang jenis gerakan atau sikap kerja yang dilakukan dilihat dari

besarnya beban yang harus ditanggung oleh otot-otot manusia (termasuk bagian origio dan

insertio).

Berdasarkan prinsip-prinsip yang sudah dikemukakan maka semakin besar momen

gaya yang terbentuk dari gerakan atau posisi tubuh dalam melakukan suatu pekerjaan maka

semakin besar beban yang harus ditanggung oleh semua otot-otot yang terlibat dalam

gerakan atau sikap tersebut.

Hasil pada Gambar 3.6 dan Tabel 3.6 menunjukkan bahwa apabila ditarik garis

lurus vertikal ke bawah dari titik berat maka terlihat bahwa garis tersebut sudah berada

agak di luar titik tumpuh kedua kaki. Posisi seperti ini bila dilakukan dalam waktu yang

cukup lama dan dengan frekuensi yang cukup tinggi berpotensi menimbulkan keluhan-

keluhan otot.

2.5. Aplikasi pada Konteks Aktivitas Paktikum Lapangan

Setelah membahas bagian kedua dalam bab ini maka dapatlah dikemukakan bahwa

ternyata konsep dasar tentang berat benda (massa, gaya, lengan gaya, momen gaya) sangat

penting dalam aplikasi pada manusia, khususnya untuk menganalisis titik berat atau pusat

massa tubuh manusia berkaitan dengan gerakan-gerakan atau sikap kerja dalam berbagai

aktivitas yang dilakukan.

Oleh karena itu diharapkan bahwa pemahaman tentang konsep titik berat yang telah

diperoleh setelah membahas makalah ini dapat memberikan dasar yang diperlukan untuk

dapat melakukan analisis-analisis secara tepat dan cermat dalam aplikasi-aplikasi yang

penting pada manusia dalam melakukan berbagai aktivitas, agar manfaat pemahaman

tersebut benar-benar dapat dirasakan dalam upaya menuju sistem kerja yang ergonomis.

Sebagaimana yang telah diuraikan pada bab II, hasil pengamatan langsung

menunjukkan bahwa dalam konteks aktivitas praktikum lapangan penentuan titik berat

amat penting. Apabila pertimbangan konsep ini dilakukan untuk menganalisis gerakan-

gerakan tubuh dan anggota tubuh serta posisi-posisi yang harus dilakukan sebagai tuntutan


32

pekerjaan, maka diharapkan dapat direncanakan intervensi yang paling tepat dari sisi

biomekanika untuk menuju sistem kerja praktikum lapangan yang benar-benar ergonomis.

3. TUAS DAN APLIKASINYA

Sebagaimana telah dikemukakan pada Bab II bahwa tuas merupakan salah satu

konsep biomekanika yang penting dalam aktivitas praktikum lapangan. Oleh karena itu

dalam bagian ini dibahas mengenai pokok-pokok bahasan yang terkait dengan konsep

tersebut. Pokok bahasan utama adalah: prinsip dasar tuas, macam-macam tuas dan aplikasi

tuas dalam aktivitas praktikum.

3.1 Prinsip Dasar Tuas

Suatu sistem tuas (lever) merupakan bentuk sistem mesin yang paling sederhana

yang ada di alam. Salah satu contoh dari sistem ini adalah sistem papan jungkit (timbang

bolong) sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Bila digambarkan gaya-gaya yang bekerja dan titik tumpuh (titik pusat rotasi, fulctrum)

maka Gambar 3.8 dapat dilukiskan kembali menjadi seperti tampak pada Gambar 3.9.

Jarak terdekat gaya beban dan gaya upaya dari pusat rotasi (fulctrum) disebut

lengan beban (load arm) dan lengan upaya (effort arm). Dengan mengambil momen-

momen sekitar titik pusat rotasi F, dan dengan menerapkan prinsip keseimbangan statik,

dapat dituliskan (Philips, 2000; Bagchee and Bhattacharya, 1996; Chaffin and Andersson,

1991),

Gambar 3.8.


33

M = 0 (3.21)

Beban x Lengan beban – Upaya x Lengan upaya = 0 (3.22)

atau

Beban x Lengan beban = Upaya x Lengan upaya (3.23)

Dengan menggunakan besaran-besaran yang ada pada Gambar 3.9, dapat dituliskan,

L dL = E dE (3.24)

E = L

E

Ld

d (3.25)

Jadi,

(3.26)

Besarnya gaya, atau upaya yang diperlukan untuk menyeimbangkan beban dapat dibuat

bervariasi dengan mengubah rasio lengan beban dan lengan upaya. Oleh karena itu,

penempatan posisi titik pusat rotasi (fulctrum) terhadap gaya beban dan gaya upaya sangat

penting dalam penentuan nilai gaya yang diperlukan untuk menyeimbangkan beban.

Keuntungan mekanis (mechanical advantage) didefinisikan sebagai rasio beban dan upaya

Upaya = Lengan Beban

x BebanLengan upaya

Gambar 3.9

fulctrum

E

L

F


34

yang dibutuhkan untuk menyeimbangkannya, dan dapat dituliskan dalam bentuk

persamaan,

(3.27)

dimana KM = keuntungan mekanis.

Nilai keuntungan mekanis lebih besar dari satu (KM > 1) berarti upaya yang

dibutuhkan untuk menyeimbangkan beban adalah lebih kecil dari pada beban itu sendiri.

Sebagai contoh bila diperoleh KM = 4 berarti upaya yang dilakukan ¼ kali beban itu

sendiri.

Menurut Bagchee and Bhattacharya (1996) kebanyakan sistem tuas yang terdapat

pada tubuh manusia sebenarnya bekerja pada suatu keadaan ketidakberuntungan secara

mekanis yaitu dengan KM < 1, yang membutuhkan upaya yang lebih besar daripada beban

yang diseimbangkan. Sebagai contoh bila KM = ¾ berarti upaya yang dilakukan 4/3 kali

beban itu sendiri. Jadi upaya lebih besar dari pada beban.

Beberapa contoh sistem tuas yang terdapat dalam tubuh manusia dapat

diklasifikasikan pada tiga kelas utama, berdasarkan posisi dari gaya beban (L) dan gaya

upaya (E) terhadap pusat rotasi (F). Ketiga kelas sistem tuas tersebut diperlihatkan pada

Gambar 3.10. Dalam gambar tersebut juga telah ditunjukan, tulang sebagai lengan tuas,

sendi sebagai titik tumpu, titik perlekatan otot pada tulang yakni origio & insertio otot

sebagai titik gaya dan titik berat benda/beban, pada ketiga sistem tuas.

Ketiga tipe tuas yang telah dijelaskan pada Gambar 3.10 terdapat dalam tubuh

manusia dalam segmen-segmennya. Oleh karena itu dengan pemahaman terhadap ketiga

tipe tuas tersebut maka dapatlah dievaluasi secara tepat tentang gerkan-gerakan segmen

tubuh yang memberikan beban yang berlebihan pada tulang, sendi dan otot dilihat dari

prinsip tuas sebagaimana yang telah dijelaskan.

Gambar 3.11 memberikan beberapa deskripsi lagi mengenai beberapa tipe tuas

dalam tubuh manusia, sedangkan Gambar 3.12 memberikan contoh-contoh lainnya yang

menggunakan prinsip tuas dalam kehidupan sehari-hari.

Beban Lengan upayaKM = =

upaya Lengan beban


35

Gambar 3,10. Tiga Tipe Tuas dalam Tubuh Manusia. (a) Tipe Kelas I, (b) Tipe Kelas II dan (c) Tipe Kelas III.

(b) Tuas Kelas II

Fulcrum

Effort Load

origio

insertio

insertio

origio

lengan tuas

(a) Tuas Kelas I

Fulcrum

Load Effort

(c) Tuas Kelas III

insertio

origio

lengan tuas

Fulcrum

Load Effort


36

3.2 Manfaat Tuas dalam Sistem Kerja

Dengan mengetahui tipe-tipe tuas serta aplikasinya dalam tubuh manusia maka ada

banyak manfaat yang dapat diperoleh dilihat dari sudut pandang ergonomi bila diterapkan

dalam suatu sistem kerja.

Di tinjau dari sudut ergonomi, keuntungan mengetahui tipe-tipe tuas ini dalam

suatu sistem kerja adalah dapat dijadikan dasar untuk evaluasi secara biomekanika tentang

berbagai jenis gerakan tubuh dalam melakukan berbagai macam pekerjaan. Gerakan-

gerakan tubuh dan segmen-segmen tubuh yang berpotensi menimbulkan keluhan-keluhan

atau cedera pada otot atau sendi adalah gerakan-gerakan yang menyebabkan beban yang

tinggi, dilihat dari prinsip keuntungan mekanis sebagaimana pada persamaan (3.26),


37

Sebagaimana yang sudah dikemukakan pada bagian 3.1. bahwa kebanyakan sistem

tuas yang terdapat pada tubuh manusia sebenarnya bekerja pada suatu keadaan

ketidakberuntungan secara mekanis yaitu dengan KM < 1, yang membutuhkan upaya yang

lebih besar daripada beban yang diseimbangkan. Oleh karena itu dari sisi prinsip ergonomi

perlu diadakan evaluasi pada berbagai jenis pekerjaan yang dilakukan sehingga dapat

diberikan batasan-batasan mengenai beban maksimal yang dapat diijinkan. Pertimbangan-

pertimbangan seperti ini telah banyak dilakukan dalam ergonomi, terutama dalam sistem

angkat-angkut.

Upaya = Lengan Beban

x BebanLengan upaya

Gambar 3.11. Beberapa Tuas Lainnya dalam Tubuh Manusia.

Effort

Load

E

F

L


38

Gerakan-gerakan tubuh juga untuk berbagai jenis pekerjaan perlu dievaluasi

sehingga gerakan-gerakan yang terlalu membebani otot (origio dan insertio) dan sendi

(sebagai pusat rotasi) dan juga tulang sebagai lengan tuas perlu dibatasi misalnya prihal:

frekuensi melakukan gerakan, atau cara melakukan gerakan. Dengan demikian

kemungkinan-kemungkinan kelelahan dan cedera otot dan sendi dapat dihindari, ataupun

ditekan sampai sekecil mungkin.

(a) Tuas Tipe Kelas I

F

E

L

E

E

F

L

L

E

F


39

E

L

F

(b) Tuas Tipe Kelas II

L

E

F

E

L

E

F

L

F

(b) Tuas Tipe Kelas III

Gmbar 3.12. Beberapa Prinsip Tuas yang Ada Dalam Kehidupan Sehari-hari. (a) Tipe Kelas I, (b) Tipe Kelas II, dan (c) Tipe Kelas III.

L

E

F F

L

E


40

3.3 Aplikasi Konsep Tuas dalam Aktivitas Praktikum Lapangan

Sebagaimana yang telah diuraikan, tuas ternyata banyak terdapat dalam sistem

tubuh manusia pada setiap segmen tubuh, terutama ketika segmen-segmen tersebut terlibat

dalam melakukan suatu aktivitas kerja.

Pada Bab II telah dikemukakan bahwa dalam sistem kerja aktivitas praktikum

lapangan mahasiswa lebih banyak statis, dalam arti sangat jarang untuk melakukan gerakan

memindahkan tubuh dari satu tempat ke tempat lainnya dengan kecepatan yang cukup

signifikan. Aksi yang lebih menonjol adalah mengubah-ubah posisi tubuh dan

menggerakkan anggota-anggota atau segmen-segmen tubuh pada waktu melakukan

aktivitas sebagai tuntutan pekerjaan. Kondisi ini telah ditunjukkan secara visual dalam

Gambar 2.1.

Oleh karena itu dalam konteks praktikum lapangan, apabila hendak mengadakan

perbaikan-perbaikan terhadap sistem kerja agar mahasiswa yang melakukan aktivitas

terhindar dari keluhan-keluhan atau sakit pada otot, dan sendi ataupun tulang maka

pertimbangan berdasarkan konsep tuas sangat perlu dilakukan.

Documents

Bab III _0_ Aspek-Aspek Biomekanik