titik berat dan stabilitas (center of gravity dan

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