TITIK BERAT DAN STABILITAS (CENTER OF GRAVITY DAN STABILITY)

TITIK BERAT DAN STABILITAS (CENTER OF GRAVITY DAN STABILITY) TITIK BERAT Definisi titik berat Lokasi titik berat pada manusia STABILITAS DAN EQUILIBRIUM Faktor-faktor yang mempengaruhi stabilitas Prinsip-prinsip stabilitas Mobilitas MENENTUKAN LOKASI TITIK BERAT PADA TUBUH MANUSIA Reaction Board Method 1 Segmental Method

TUJUAN

1.

2. 3. 4.

Setelah mempelajari titik berat dan stabilitas, diharapkan mahasiswa mampu : Mendefinisikan istilah titik berat, dan menjelaskan bagaimana menentukan lokasi titik berat pada tubuh manusia Mengestimasi lokasi titik berat seseorang dalam berbagai posisi Menjelaskan prinsip-prinsip equilibrium dan mendemonstrasikan aplikasi dari tiap prinsip tersebut Mencari lokasi titik berat dengan reaction board method dan segmental method 2

DEFINISI Titik berat sebuah benda disebut juga titik keseimbangan benda atau titik di mana benda akan seimbang tanpa ada kecenderungan untuk berputar. Titik berat sering pula diidentifikasi sebagai titik di mana seluruh berat benda tersebut terpusat; titik di mana berat benda bekerja

Dua prasyarat yang harus dipenuhi : 1. Seluruh gaya linier yang bekerja harus seimbang 2. Seluruh gaya rotasi (torque) harus seimbang

3

Kondisi equilibrium : jumlah seluruh gaya yang bekerja pada benda harus sama dengan nol. Jika ada gaya linier ke bawah maka harus ada gaya linier ke atas, sehingga jumlah vektor gayanya sama dengan nol. Jika ada puntiran searah jarum jam (negatif), maka harus ada puntiran yang berlawanan dengan jarum jam (positif) yang sama besar.

4

Gambar 1. Titik berat benda / tubuh merupakan titik di mana seluruh gaya yang bekerja sama dengan nol. Pada gambar di atas titik tersebut digambarkan sebagai perpotongan sumbu X, Y, dan Z 5

Eksperimen sederhana mencari lokasi titik berat adalah menggantung sebuah benda yang tidak teratur bentuknya dengan sebuah tali dan membiarkannya tergantung sampai berhenti bergerak.

Lihat figure 13.2

Gambar 2. Lokasi titik berat pada benda yang bentuknya tidak beraturan 6

Lokasi titik berat pada berbagai benda tetap sama selama bentuk benda tersebut tidak berubah. Pada benda padat yang bermassa homogen, titik beratnya berada pada geometric center-nya. Jika kepadatan benda bervariasi, maka titik beratnya tidak pada geometric centernya, tetapi berpindah ke bagian yang lebih berat. Jika posisi atau bentuk benda berubah, maka lokasi titik beratnya berubah. Hal ini terjadi pada manusia (gambar 3atas). Tubuh manusia merupakan struktur yang bersegmen, mampu menempatkan anggota tubuhnya dalam berbagai posisi, oleh karenanya lokasi titik beratnya berubah-ubah.

7

Gambar 3. Perubahan posisi pada konfigurasi segmen tubuh mengakibatkan perubahan lokasi titik berat tubuh. 8

Hal ini merupakan pertimbangan yang penting dalam menampilkan berbagai keterampilan cabang olahraga. Evolusi teknik lompat tinggi memperlihatkan bagaimana perubahan penempatan titik berat badan dapat meningkatkan ketinggian tubuh pelompat di atas mistar (gambar 3-bawah)

9

STABILITAS DAN EQUILIBRIUM Seluruh benda yang tidak bergerak berada dalam keadaan equilibrium. Seluruh gaya yang bekerja seimbang; jumlah seluruh gaya linier sama dengan nol dan jumlah seluruh torque sama dengan nol. Sekalipun demikian, benda-benda yang dalam keadaan diam tidak mempunyai stabilitas yang sama besar. Jika posisi sebuah benda sedikit saja diubah dan benda tersebut cenderung untuk kembali ke posisi semula, maka benda tersebut dalam keadaan stable equilibrium.

10

Semakin tinggi titik beratnya harus diangkat, maka benda tersebut semakin lebih stabil.

Gambar 4. Jenis-jenis equilibrium 11

Seorang pegulat mengetahui manfaat perubahan posisi tubuh untuk meningkatkan stabilitas dengan cara merendahkan titik berat badannya. Bagaimana dengan posisi jongkok, duduk, dan berlutut ?

Unstable equilibrium yaitu situasi ketika titik berat benda

bergeser turun ke lokasi yang lebih rendah saat benda dimiringkan (gambar B). Ujung pensil atau seseorang yang berjalan di atas palang keseimbangan memperlihatkan jenis equilibrium ini. Perenang yang berdiri di atas balok start, pelari sprint pada posisi start

12

Neutral equilibrium – terjadi bila titik berat benda tidak

berubah naik atau turun, yaitu apabila benda bergerak (gambar C). Contohnya; sebuah bola yang berada di atas meja

Karena manusia mempertahankan posisinya berdiri tegak dan adanya pengaruh gravitasi yang menarik ke arah bumi, maka persoalan stabilitas pasti tetap ada. Situasi di mana tubuh manusia tidak menyesuaikan diri terhadap respon gaya gravitasi adalah hanya ketika berada pada posisi tidur. 13

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI STABILITAS Kemampuan seseorang untuk mempertahankan keseimbangannya pada saat posisi tidak seimbang dikenal sebagai salah satu keterampilan motorik dasar. Contoh ; berdiri dengan sebelah kaki tanpa kehilangan keseimbangan, headstand atau handstand dalam waktu yang relatif lama. Faktor-faktor yang sangat berpengaruh terhadap stabilitas adalah ukuran bidang tumpuan, letak garis gravitasi terhadap bidang tumpuan, dan ketinggian titik berat.

14

A. UKURAN DAN BENTUK BIDANG TUMPUAN

Ukuran bidang tumpuan merupakan faktor utama dari stabilitas suatu benda. Kesulitan yang dialami pada saat menempatkan salah satu kaki pada balok keseimbangan, palang keseimbangan disebabkan kecilnya bidang tumpuan. Masalahnya adalah mempertahankan titik berat badan di atas bidang tumpuan. Semakin lebar bidang tumpuan, maka semakin mudah untuk melakukannya. Bidang tumpuan termasuk bagian tubuh yang kontak dengan permukaan tumpuan dan daerah yang ditunjukkan dengan garis putus-putus (gambar 5) 15

Gambar 5. Bidang tumpuan termasuk bagian-bagian tubuh yang kontak dengan permukaan tumpuan dan daerah yang ditunjukkan dengan garis putus-putus. Tanda silang dalam lingkaran menunjukkan titik singgung garis gravitasi dengan bidang tumpuan 16

Gambar 6. Bidang tumpuan dengan tingkat stabilitas yang bervariasi 17

B. KETINGGIAN TITIK BERAT Pada posisi berdiri normal, titik berat pada orang dewasa berada pada sekitar tulang ekor (sacrum). Jika kedua lengan diangkat atau jika mengangkat beban di atas ketinggian pinggang, maka titik berat berpindah ke posisi lebih tinggi dan semakin sulit untuk mempertahankan keseimbangan. Aktivitas seperti berjalan dengan menggunakan tongkat bambu, canoeing, dan menyimpan beban di atas kepala sangat sulit, karena ketinggian letak titik berat badan. Menurunkan titik berat badan akan meningkatkan stabilitas, karena memudahkan perpindahan anguler titik berat badan lebih besar dalam batas terjauh dari bidang tumpuannya (gambar 7) 18

Gambar 7. Ketinggian titik berat badan berubah karena perubahan posisi tubuh 19

C. LETAK GARIS GRAVITASI TERHADAP BIDANG TUMPUAN

Sebuah benda tetap mempertahankan equilibriumnya selama garis gravitasinya (proyeksi titik berat badannya) jatuh dalam bidang tumpuannya. Bila gaya yang menahan tubuh adalah gaya gravitasi yang mengarah ke bawah, semakin dekat garis gravitasinya terhadap pusat bidang tumpuan, maka akan semakin besar stabilitasnya (gambar 9). Dan sebaliknya, semakin dekat garis gravitasi dengan marjin bidang tumpuannya, maka semakin kurang stabil (gambar 10)

20

Gambar 9. Garis gravitasi jatuh pada pusat bidang tumpuan

Gambar 10. Garis gravitasi jatuh pada marjin bidang tumpuan 21

D. MASSA TUBUH Massa atau berat suatu benda merupakan faktor yang mempengaruhi keseimbangan, yaitu jika hanya gaya eksternal yang bekerja. Hukum Newton II F = ma. Jumlah gaya yang diperlukan untuk mengubah (mempercepat) suatu gerak benda sebanding dengan massa benda yang dipindahkannya. Semakin besar massanya, semakin besar stabilitasnya. Pada seluruh aktivitas olahraga yang melibatkan kontak fisik, semakin berat seorang atlet akan semakin stabil dari pada seorang atlet yang ringan tubuhnya. Sekalipun demikian, bila seluruh faktor-faktor dipertimbangkan, maka massa hanya merupakan faktor yang kurang berpengaruh dibandingkan dengan letak garis gravitasi dan ketinggian titik berat badan. 22

E. GESEKAN

Gesekan merupakan salah satu faktor yang berpengaruh terhadap stabilitas, terutama dengan ukuran bidang tumpuan. Gesekan sangat berpengaruh ketika benda dalam keadaan bergerak atau dipengaruhi oleh gaya eksternal. Kurangnya gesekan akan mengalami kesulitan untuk mempertahankan keseimbangan, seperti pada saat berjalan di atas permukaan es, pemain golf menggunakan sepatu khusus, pemain basket menggunakan sepatu yang beralaskan karet.

23

F. PENGATURAN SEGMEN TUBUH

Stabilitas maksimum dari sebuah benda yang bersegmen akan diperoleh jika titik berat seluruh segmen berada pada garis vertikal yang terpusat pada bidang tumpuannya. Dalam susunan persendian, seperti pada tubuh manusia, salah satu segmen tidak dapat saling tergelincir dengan segmen lainnya, tetapi sangat mungkin bagi segmensegmen untuk disatukan dengan pengaturan zigzag. Seperti itu seringkali merupakan kasus dalam postur berdri manusia.

24

Bila segmen-segmen diatur menurut garis vertikal, maka postur tidak hanya lebih menyenangkan dalam penampilannya bagi kita, tetapi terdapat sedikit kemungkinan terjadinya cedera bagi persendian dan otot. Bila salah satu segmen ke luar dari garisnya, maka biasanya segmen lainnya juga harus berubah posisinya, yaitu untuk mempertahankan posisi keseimbangan tubuh secara keseluruhan (dengan kata lain, untuk tiap “zig” pasti terdapat “zag”)

25

Beban eksternal tambahan pada tubuh, seperti pada saat membawa buku, kopor, dianggap sebagai tambahan sebuah segmen. Segmen tambahan ini akan menambah massa terhadap tubuh dan oleh karenanya akan mengubah stabilitas tubuh. Meskipun yang lebih penting adalah tetap pengaruh ketinggian titik berat dan letak garis gravitasinya. Titik beratnya akan dipindahkan ke arah beban tambahan dan oleh karenanya garis gravitasinya berpindah.

26

G. FAKTOR PSIKOLOGIS DAN VISUAL

Perasaan akan jatuh yang banyak dialami ketika berjalan menyusuri tepi gedung yang tinggi misalnya atau menyeberangi sungai yang berputar dengan jembatan kecil, semuanya akan mengganggu keseimbangan seseorang. Untuk membantu meningkatkan keseimbangan pada kedua kondisi ini adalah dengan mengarahkan pandangan mata pada titik di atasnya yang diam atau di luar “danger area”. NAmpaknya cara ini akan memfasilitasi “neuromuscular control” dengan menurunkan stimuli yang mengganggu.

27

G. FAKTOR FISIOLOGIS

Faktor fisiologis yang berpengaruh terhadap mekanisme keseimbangan adalah berkaitan dengan “semicircular canals” (pembuluh kecil yang melingkar pada telinga bagian dalam yang sensitif terhadap perubahan posisi kepala dan keseimbangan). Perasaan pening yang menyertai sakit atau berbagai bentuk kelemahan fisik akan menurunkan kemampuan untuk menahan faktor-faktor yang menurunkan keseimbangan. Kedinginan, virus, dan masalah lain yang mempengaruhi telinga bagian dalam. Faktor fisiologis ini pada dasarnya di luar kontrol manusia. Alangkah lebih baik menghindari situasi yang mengancam keseimbangan ketika muncul gangguan fisiologis sementara. 28

2. PRINSIP-PRINSIP STABILITAS A. PRINSIP I Semakin rendah titik berat suatu benda, maka akan semakin besar stabilitas benda tersebut Contoh : Pesenam yang berdiri di atas balok keseimbangan dengan cepat mengubah posisinya berjongkok ketika akan kehilangan keseimbangannya. Pegulat tetap mempertahankan stabilitasnya dengan menurunkan titik berat badannya

29

B. PRINSIP II Stabilitas yang lebih besar diperoleh jika bidang tumpuan diperlebar ke arah garis gayanya (arah bekerjanya gaya) Contoh : Ketika menangkap bola baseball yang dilempar dengan kecepatan tinggi, atau bola medicine, maka melebarkan bidang tumpuan searah dengan arah gaya bola, akan memudahkan catcher menangkapnya (give). Dengan cara ini, memberikan jarak yang lebih lebar untuk menurunkan atau menghentikan lajunya bola

30

C. PRINSIP III Untuk stabilitas maksimum, maka garis gravitasi harus memotong bidang tumpuan pada satu titik yang akan memudahkan ruang gerak yang lebih besar dalam daerah bidang ke arah gaya yang menyebabkan gerak Contoh : Seorang pemain tarik tambang memiringkan tubuhnya ke belakang untuk menyiapkan absorpsi tarikan ke depan yang kuat dari lawannya

31

D. PRINSIP IV Semakin besar massa suatu benda, maka semakin besar stabilitas benda tersebut Contoh : Dalam olahraga di mana hambatan terhadap benturan merupakan faktor penting (mis : American football), maka pemain yang memiliki massa tubuh besar kemungkinan besar lebih mampu mempertahankan stabilitasnya, dibanding dengan pemain yang kurang berat 32

MENCARI LOKASI TITIK BERAT PADA TUBUH MANUSIA A. REACTION BOARD METHOD Metode ini menggunakan prinsip momen, yaitu prosedurnya didasarkan pada fakta bahwa jumlah momen (puntiran) yang bekerja pada tubuh dalam keadaan seimbang adalah nol. Peralatan : timbangan, balok (sama tinggi), papan (lebar 40 cm dan panjang 200 cm)

33

Gambar 11. Reaction board method 34

PETUNJUK : 1. 2. 3. 4. 5.

Cari Cari Cari Cari Cari

berat total subjek (W) berat papan (B) berat subjek dan papan pada timbangan(S) panjang papan (L) d, yaitu jarak tegak lurus dari P (poros) ke W

d X W = (S – B ) L (clockwise moments = counterclockwise moments) (S – B ) L d

=

W d = jarak antara kaki dengan titik berat tubuh

35

Contoh : Dimanakah lokasi titik berat badan seorang atlet yang mempunyai berat badan 70 kg, dan tinggi badan 170 cm ? Dik : Berat papan = 10 kg Panjang papan = 2 m Subjek dan papan pada timbangan = 35 kg (S – B ) L Jawab : d = W (35 kg – 10 kg) 2 00 cm = 70 = 36