Biomekanika (2)
Hanna Lestari, M.Eng
Metode Recommended Weight Limit (RWL) • RWL (1991), yaitu batas beban yang dapat diangkat oleh manusia tanpa menimbulkan cedera meskipun pekerjaan tersebut dilakukan secara berulang‐ulang dalam durasi kerja tertentu (misal = 8 jam /hari) dan dalam jangka waktu yang cukup lama. • RWL didefinisikan dengan persamaan berikut: • RWL = LC x HM x VM x DM x bAM x FM x CM
• • • • • • • • • • • • •
Keterangan : RWL : Batas beban yang direkomendasikan LC : Konstanta pembebanan = 23 kg HM : Faktor pengali horizontal = 25/H H : Jarak horizontal beban (dalam cm) DM : Faktor pengali perpindahan = 0.82 + 4.5/D D : Jarak vertical antara posisi awal dan akhir beban (dalam cm) AM : Faktor pengali asimetrik = 1 – (0.0032 A) A : Assimetris (dalam derajat) FM : Faktor pengali frekuensi CM : Faktor pengali kopling (handle) VM : Faktor pengali vertikal = (1‐(0.003[V‐75])) V : Jarak vertical dari lantai ke posisi awal beban (dalam cm
Lifting Index • Lifting Index – index pengangkatan yang menunjukkan apakah aktivitas yang dilakukan mengandung resiko cidera tulang belakang atau tidak. • Perhitungan Lifting Index (LI), akan dipilih RWL yang terendah. • LI = berat beban / RWL • Kondisi pengangkatan yang baik, akan memiliki LI < 1, yang menggambarkan pada suatu kondisi dan metode pengangkatan tertentu, beban yang diangkat lebih kecil dari RWL sehingga terhindar dari resiko cedera.
SOAL : • Suatu pekerjaan mengharuskan operatornya mengangkat beban sebesar 20kg, dari sebuah platform setinggi 20cm dari lantai, sejauh 40cm ke atas. Frekuensi pengangkatan diharapkan sebanyak 200 kali per jam. Jarak pusat massa beban adalah 20 cm dari lumbarspine. Berapa batas beban yang direkomendasikan? Apakah pekerjaan tersebut dikategorikan aman atau tidak ? ( Diketahui kondisi Handle Coupling dalam kategori Fair)
Chaffin & Anderson_ 6 link tubuh manusia 1. Link lengan bawah, dibatasi joint tangan & siku 2. Link lengan atas, dibatasi joint siku & bahu 3. Link punggung, dibatasi joint bahu & pinggul 4. Link paha, dibatasi joint pinggul & lutut 5. Link betis, dibatasi joint lutut & mata kaki 6. Link kaki, dibatasi joint mata kaki & kaki 9 Link mewakili segmen tubuh tertentu. 9 Joint menggambarkan sendi yg ada
Biomechanics reduce physical stress efisien reduce injury Cost Reduce training time Biomekanika 9 Memperbaiki man machine task relationship 9 Mengurangi discomfort & fatigue
Data penelitian • Menurut perkiraan The National Council on Compensation Insurance, di Amerika Serikat, kompensasi pembayaran karena low back pain yang diderita pekerja mengakibatkan biaya tidak langsung sebesar $27 juta hingga $56 juta per tahun.
Data penelitian • Armstrong dan Silverstein menemukan bahwa di industri yang memberlakukan pekerjaan tangan berulang‐ulang, terjadi lebih dari 1 diantara 10 pekerja yang dilaporkan secara rutin mengalami UECTDs.
3 Jenis gaya pada tubuh manusia (Winter, 979) • Gaya Gravitasi yaitu : gaya yang melalui pusat massa dari tiap segmen tubuh manusia dengan arah kebawah. Besar gayanya : F = m.g • Gaya reaksi : gaya yang terjadi akibat beban pada segmen tubuh atau berat segmen tubuh itu sendiri. • Gaya otot yaitu gaya yang terjadi pada bagian sendi baik akibat gesekan sendi atau akibat gaya pada otot yang melekat pada sendi. Gaya ini menggambarkan besarnya momen otot.
Hukum‐hukum Newton ttg gerakan • Hukum NEWTON II F = m . a “Apabila ada gaya yang bekerja pada suatu benda maka benda akan mengalami suatu percepatan yang arahnya sama dengan arah gaya” Dimana : F = gaya yang bekerja pada benda (N) M = massa benda yang dikenai gaya (Kg) a = percepatan yang timbul pada benda (m/s²) • Hukum NEWTON III “Untuk setiap aksi, selalu ada reaksi yang arahnya berlawanan”
Manual Handling occurs when: • • • • • • • •
Lifting Lowering Pushing Pulling Carrying Moving Holding Restraining…. ….. Any person, animal or thing
Fundamental Basic : three Newton’s law 1. A mass remains in uniform motion or at rest until acted on by an unbalanced external force Æ hukum kelembaman 2. Force is proportional to the acceleration of a mass Æ F = m.a 3. Any action is opposed by reaction of equal magnitude Æ hukum aksi reaksi
14
Static Equilibrium • Conditions for an object to remain at rest or continue travelling at a constant velocity (note, the equations below also hold for dynamic equilibrium). • All motions of a rigid body can be separated into translational motions and rotational motions. • Translational equilibrium (a = 0): – Σ Forces = 0
• Rotational equilibrium (α = 0): – Σ Moments = 0
Free Body Diagrams • Free‐body diagrams are schematic representations of a system, identifying all forces and all moments acting on the components of the system. – Here, we will differentiate between ‘external’ and ‘internal’ forces and moments (see below)
• Anything can be chosen as the free body! – Examples: whole body, arm, hand, …
• Choose wisely, and solving biomechanics problems becomes much easier.
Free‐Body Diagrams • Free‐body diagrams are schematic representations of a system identifying all forces and all moments acting on the components of the system.
Model of the Elbow: Unknown Elbow force and moment
17.0 cm
10 N 35.0 cm
180 N
From Chaffin, DB and Andersson, GBJ (1991) Occupational Biomechanics. Fig 6.2
Model of the Elbow
From Chaffin, DB and Andersson, GBJ (1991) Occupational Biomechanics. Fig 6.7
Conventions for Moments and Forces • Resultant or External – what the world does to the body • gravity • contact loading (e.g. with ground)
• Reactive or Internal – what the body does in response • muscle activation • ligament stretch • joint contact forces
• In equilibrium: Resultant + Reactive = 0 – ΣF = 0 ΣM = 0 – Reactive = ‐ Resultant (Or, internal = ‐external)
Conventions for 2‐D Static Analyses • External Forces and Moments – F, M
• Internal Forces and Moments – F, M
• Equilibrium: – ΣF = 0 ΣF + ΣF = 0 ΣF = ‐ΣF (Translational Equilibrium) – ΣM = 0 ΣM + ΣM = 0 ΣM = ‐ΣM (Rotational Equilibrium)
2‐D Model of the Elbow:
2‐D Model of the Elbow
Single Segment Planar Static Model A single segment model analyzes an isolated body segment with the laws of mechanics to identify the physical stress on the joints and muscles involved Ilustrated : Seseorang yg mengangkat beban 20 kg dgn kedua tangannya, posisi beban di depan tubuh dan kedua lengan nya dlm poisisi horisontal Berat beban seimbang antara kedua tangan.
24
25
Berat beban dpt dihitung dengan
W = mg W m g
= berat beban ( Newton Æ N ) = massa beban ( kilogram Æ kg ) = gaya gravitasi ( 9,8 kg/s2 )
Shg didapat :
W = 20 kg x 9.8 m / s 2 = 196 N Karena berat beban seimbang, maka masing-masing tangan menanggung beban sebesar 98 N 26
Diasumsikan bahwa berat forearm-hand = 16 N, jarak antara pusat massa dgn elbow = 18 cm Maka gaya reaksi elbow, Relbow , dpt dihitung sbb :
∑ ( gaya pada elbow) = 0 − 16 N − 98 N + Relbow = 0 Relbow = 114 N
27
Momen yg terjadi pada elbow , Melbow ,
∑ (momen pada elbow) = 0 ( −16 N )(0,18 m) + ( −98 N )(0,36 m) + M elbow = 0 M elbow = 38,16 Nm
28
