Kondisi dimana pemain bulutangkis menegangkan otot lengan dan bahu adalah contoh tuas jenis 2

ANALISA MATERI PEMBELAJARAN (AMP)

Pesawat Sederhana pada Kerja Otot dan

Rangka Manusia

KD 3.5 Mendeskripsikan kegunaan pesawat sederhana dalam kehidupan sehari-hari  dan hubungannya dengan kerja otot pada struktur rangka manusia

Pesawat Sederhana pada Kerja Otot dan

Rangka Manusia

Pada tubuh manusia berlaku prinsip-prinsip kerja pesawat sederhana. Prinsip-prinsip tersebut kemudian ditiru dan dimodifikasi untuk mendesain berbagai macam peralatan yang memudahkan kerja manusia. Ketika kerja dipermudah, artinya energi yang dikeluarkan lebih sedikit. Energi dan kerja (usaha) dinyatakan dalam satuan Joule (Newton meter). Kerja atau usaha didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dengan jarak, sehingga dapat dituliskan dengan rumus berikut.

                                                              W = F.S                  

di mana:

W = Usaha (Joule)

F = Gaya (Newton)

S = Jarak (Meter)

Usaha dapat bernilai nol apabila gaya yang dikerjakan pada benda tidak mengakibatkan perpindahan tempat. Besarnya usaha yang dilakukan per satuan waktu disebut dengan daya atau power (P). Daya secara matematis dituliskan sebagai berikut.

Dimana :

P = Daya (Watt)

W = Usaha (Joule)

t = Waktu (Sekon)

Apabila manusia melakukan gerakan, maka akan melibatkan kerja rangka dan otot. Ternyata, rangka dan otot manusia bekerja seperti prinsip yang terdapat pada pesawat sederhana. Pesawat sederhana adalah alat yang dapat digunakan untuk memudahkan aktivitas manusia. Ada banyak sekali pesawat sederhana yang terdapat di lingkungan sekitar kita dan mungkin kita pernah menggunakannya.

1.      Jenis Pesawat Sederhana

Pesawat sederhana adalah alat-alat yang digunakan untuk mempermudah pekerjaan. Pesawat ada dua macam,  yaitu pesawat sederhana dan pesawat rumit. Pesawat sederhana merupakan peralatan yang dibuat  sangat praktis dan mudah digunakan. Pembuka tutup botol, gunting, resleting, dan tang merupakan beberapa contoh pesawat sederhana. Pesawat rumit terdiri atas beberapa  pesawat sederhana. Contohnya komputer, mobil, dan sepeda. Ada 3 jenis pesawat sederhana, yaitu bidang miring, tuas, dan katrol.

a. Katrol

Tahukah kamu bagaimana seseorang dapat mengambil air dari sumur yang dalam dengan menggunakan timba. Hal ini karena orang tersebut memanfaatkan katrol tetap yang berfungsi untuk mengubah arah gaya. Jika tali yang terhubung pada katrol ditarik ke bawah, maka secara otomatis timba berisi air akan terkerek ke atas. Keuntungan mekanik katrol tetap sama dengan 1. Jadi, katrol tetap tunggal tidak menggandakan gaya kuasa

atau dengan kata lain gaya kuasa sama dengan gaya beban. Penerapan katrol dalam kehidupan sehari-hari biasa divariasi sehingga membentuk katrol bebas maupun katrol majemuk. Variasi tersebut dimaksudkan untuk mempermudah pekerjaan yang dilakukan. Katrol digolongkan menjadi tiga, yaitu katrol tetap, katrol bebas, dan katrol majemuk.

1) Katrol tetap 

Katrol tetap merupakan katrol yang posisinya tidak berpindah pada saat digunakan. Katrol jenis ini biasanya dipasang pada tempat tertentu. Contoh : katrol yang digunakan pada tiang bendera dan sumur timba

Keuntungan mekanik 

Pada katrol tetap, panjang lengan kuasa sama dengan lengan beban sehingga keuntungan mekanik pada katrol tetap adalah 1, artinya besar gaya kuasa sama dengan gaya beban.

2) Katrol bebas

Berbeda dengan katrol tetap, pada katrol bebas kedudukan atau posisi katrol berubah dan tidak dipasang pada tempat tertentu. Katrol jenis ini biasanya ditempatkan di atas tali yang kedudukannya dapat berubah. Salah satu ujung tali diikat pada tempat tertentu. Jika ujung yang lainnya ditarik maka katrol akan bergerak. Katrol jenis ini bisa kita temukan pada alat-alat pengangkat peti kemas di pelabuhan.

Keuntungan mekanik

Pada katrol bebas, panjang lengan kuasa sama dengan dua kali panjang lengan beban sehingga keuntungan mekanik pada katrol tetap adalah 2, artinya besar gaya kuasa sama dengan setengah dari gaya beban.

3) Katrol majemuk /takal

Katrol majemuk merupakan perpaduan dari katrol tetap dan katrol bebas. Kedua katrol ini dihubungkan dengan tali. Pada katrol majemuk, beban dikaitkan pada katrol bebas. Salah satu ujung tali dikaitkan pada penampang katrol tetap. Jika ujung tali yang lainnya ditarik maka beban akan terangkat beserta bergeraknya katrol bebas ke atas.

Keuntungan mekanik

Keuntungan mekanik pada katrol majemuk adalah sejumlah tali yang digunakan untuk mengangkat beban.

Berbeda dengan katrol tetap, kedudukan katrol bebas berubah dan tidak dipasang di tempat tertentu. Biasanya katrol bebas diletakkan di atas tali. Katrol bebas berfungsi untuk melipatkan gaya, sehingga gaya pada kuasa yang diberikan untuk mengangkat benda menjadi setengah dari gaya beban. Katrol jenis ini biasanya ditemukan di pelabuhan yang digunakan untuk mengangkat peti kemas. Keuntungan mekanik dari katrol bebas lebih besar dari 1. Pada kenyataannya nilai keuntungan mekanik dari katrol bebas tunggal adalah 2. Hal ini berarti bahwa gaya kuasa 1 N akan mengangkat beban 2 N. Agar gaya kuasa yang diberikan pada benda semakin kecil, maka diperlukan katrol majemuk.Katrol majemuk merupakan gabungan dari katrol tetap dan katrol bebas yang dirangkai menjadi satu sistem yang terpadu. Katrol majemuk biasa digunakan dalam bidang industri untuk mengangkat benda-benda yang berat. Keuntungan mekanik dari katrol majemuk sama dengan jumlah tali yang menyokong berat beban.

b. Roda Berporos

Kamu tentunya sudah tidak asing lagi dengan sepeda, bahkan sebagian besar di antara kamu pasti pernah menggunakannya. Gear pada sepeda adalah salah satu contoh pesawat sederhana yang tergolong roda berporos. Roda berporos adalah pesawat sederhana yang memiliki dua roda dengan ukuran berbeda yang berputar bersamaan. Gaya kuasa biasanya bekerja pada roda yang besar, gaya beban bekerja pada roda yang lebih kecil.

Gambar: Gear sepeda adalah contoh roda berporos

Sumber : Dokumen Kemdikbud

Roda berporos memiliki fungsi untuk mempercepat gaya. Selain gear sepeda, contoh penerapan pesawat sederhana jenis roda berporos adalah kursi roda, mobil, dan sepatu roda.

c. Bidang Miring

Contoh dari bidang miring selain tangga adalah sekrup dan pisau. Bidang miring merupakan bidang datar yang diletakkan miring atau membentuk sudut tertentu sehingga dapat memudahkan gerak benda. Keuntungan mekanik bidang miring dapat dihitung dengan membagi jarak kuasa dengan jarak beban.

Gambar : Sekrup adalah contoh bidang miring

Sumber: Eyesee10. 2010

KM (Keuntungan Mekanik)

d. Tuas/Pengungkit

Pengungkit merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Contoh alat - alat yang merupakan pengungkit antara lain gunting, linggis, jungkat jungkit, pembuka botol, pemecah biji kenari, sekop, koper, pinset, dan sebagainya. Pengungkit dapat memudahkan usaha dengan cara menggandakan gaya kuasa dan mengubah arah gaya. Agar kita dapat mengetahui besar gaya yang dilipatgandakan oleh pengungkit maka kita harus menghitung keuntungan mekaniknya. Cara menghitung keuntungan mekaniknya dengan membagi panjang lengan kuasa dengan panjang lengan beban. Panjang lengan kuasa adalah jarak dari tumpuan sampai titik bekerjanya gaya kuasa. Panjang lengan beban adalah jarak dari tumpuan sampai dengan titik bekerjanya gaya beban.Tuas/pengungkit berfungsi untuk mengungkit, mencabut atau mengangkat benda yang berat. Bagian-bagian pengungkit.

Keterangan:

A = titik kuasa

T = titik tumpu

B = titik beban

F = gaya kuasa (N)

W = gaya beban (N)

lk = lengan kuasa (m)

lb = lengan beban (m)

Jenis-jenis tuas:

1)      Tuas Jenis pertama

Yaitu tuas dengan titik tumpu berada diantara titik beban dan titik kuasa.

Contoh : pemotong kuku, gunting, penjepit jemuran, tang

2)      Tuas Jenis kedua

Yaitu tuas dengan titik beban berada diantara titik tumpu dan titik kuasa.

Contoh : gerobak beroda satu, alat pemotong kertas, dan alat pemecah kemiri, pembuka tutup botol.

3)      Tuas Jenis ketiga

Yaitu tuas dengan titik kuasa berada diantara titik tumpu dan titik beban.

Contoh : sekop yang biasa digunakan untuk memindahkan pasir.

Gambar : Posisi lengan kuasa dan lengan Beban

Keuntungan Mekanik Tuas

Keuntungan mekanik pada tuas adalah perbandingan antara gaya beban (w) dengan gaya kuasa (F), dapat dituliskan sebagai :

Apabila Fb x Lb = Fk x Lk       maka

Keterangan :

KM = keuntungan mekanik

Fb   = gaya beban

Fk   = gaya kuasa

Lk  = lengan kuasa

Lb  = lengan beban

Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Otot dan Rangka Manusia

Perhatikan Gambar di atas. Gambar tersebut menunjukkan seorang atlet yang sedang berlari. Cermati otot dan rangka yang bekerja pada atlet tersebut pada saat berlari. Apa kaitannya dengan pesawat sederhana? Otot dan rangka bekerja bersama-sama pada saat seseorang melakukan gerakan. Hal ini seperti setiap bagian yang terdapat pada sepeda akan bekerja bersama-sama ketika sepeda tersebut bergerak. Pada saat kamu melakukan suatu aktivitas, otot, tulang, dan sendi akan bekerja bersama-sama. Prinsip kerja ketiganya seperti sebuah pengungkit, di mana tulang sebagai lengan, sendi sebagai titik tumpu,dan kontraksi atau relaksasi otot memberikan gaya untuk menggerakkan bagian tubuh.

Gambar : Visualisasi pengungkit pada tubuh manusia

Ketika kelas pengungkit dapat ditemukan pada tubuh manusia. Pada gambar di atas ini tampak seorang pemain bulu tangkis bersiap untuk memukul kok.

Pengungkit Jenis I

Titik tumpu berada diantara kuasa beban. Hal ini terjadi ketika pemain tenis menggunakan otot leher untuk menengadahkan.

Pengungkit Jenis II

Beban berada di antara titik tumpu dan kuasa. Kondisi ini terjadi ketika otot betis pemain tenis mengangkat beban tubuhnya dengan bertumpu pada jari kakinya.

Pengungkit Jenis III

Kuasa terletak di antara titik tumpu dan beban. Kondisi ini terjadi ketika pemain tenis menegangkan otot lengan dan bahu.

kepalanya

Rangka dan Otot pada Manusia

1. Struktur dan Fungsi Rangka pada Manusia

a. Pentingnya Rangka bagi Tubuh Manusia

Coba amati teman yang sedang duduk di sebelah kamu! Mengapa tubuh temanmu itu dapat duduk dengan tegak? Apa yang membuat tubuhnya seperti itu? Temanmu dapat duduk dengan tegak seperti itu, karena memiliki sistem rangka. Bagi tubuh, fungsi rangka itu seperti kerangka pada sebuah bangunan. Kerangka bangunan dapat membuat sebuah bangunan berdiri dengan kokoh,

b. Fungsi Sistem Rangka bagi Tubuh Manusia

Pernahkah kamu bertanya, mengapa kamu dapat berdiri tegak? Mengapa jantung berada dalam rongga dada dan otak berada dalam tengkorak kepala?

Ada empat fungsi utama sistem rangka bagi tubuh kita, yaitu

1.      memberikan bentuk dan mendukung tubuh kita;

2.      melindungi organ internal atau organ dalam, misal tulang rusuk melindungi jantung dan paru-paru, tulang tengkorak melindungi otak;

3.      tempat menempelnya otot yang merupakan alat gerak aktif yang dapat menggerakkan tulang;

4.      tempat dibentuknya sel darah, yaitu pada bagian sumsum tulang (jaringan lunak yang terdapat di bagian tengah tulang).

Struktur Tulang

Pernahkah kamu melihat model tulang paha manusia? Apakah bentuk tulang tersebut seperti pada Gambar di bawah ini,

Gambar tersebut adalah tulang pipa. Tulang pipa bekerja sebagai pengungkit pada tubuh. Jika kita perhatikan Gambar, tulang tersebut ternyata tidak lurus seperti pipa, melainkan membesar pada bagian ujungujungnya. Bagian yang membesar tersebut dinamakan epifisis. Bagian tulang yang berada di antara epifisis dinamakan diafisis. Pada bagian epifisis berbentuk bulat serta terdapat titik-titik kasar pada bagian ujung, terdapat lekukan, tonjolan, dan lubang. Masing-masing bagian ini mempunyai fungsi yang berbeda-beda. Lekukan dan tonjolan berfungsi sebagai tempat menempelnya otot. Lubang berfungsi sebagai tempat keluar masuknya pembuluh-pembuluh darah dan saraf. Antara diafisis dan epifisis terdapat cakra epifisis, yang terdiri atas tulang rawan dan mengandung osteoblas (calon osteosit). Cakra epifisis inilah yang berperan dalam proses bertambah panjangnya tulang pipa. Pada Gambar terlihat bahwa permukaan tulang yang panjang ditutup membran yang menempel dengan kuat, yang disebut periosteum. Pembuluh-pembuluh darah kecil pada periosteum membawa zat-zat makanan ke dalam tulang. Membran ini penting dalam pertumbuhan dan perbaikan tulang. Pada bagian bawah periosteum terdapat tulang kompak atau disebut juga tulang keras, yaitu suatu lapisan tulang yang keras dan kuat. Tulang kompak mengandung sel-sel tulang, pembuluh-pembuluh darah, zat kapur dan fosfor, serta serabut elastis. Kerasnya tulang disebabkan karena tulang mengandung zat kapur dan fosfor. Sedangkan serabut-serabut elastis mempertahankan tulang agar tetap kuat, tidak mudah rapuh atau patah. Tulang spons dalam tulang pipa terdapat di daerah ujung tulang. Tulang spons kurang kompak dan mempunyai banyak ruang-ruang kecil terbuka yang membuat tulang menjadi ringan. Tulang panjang mempunyai lubang atau saluran yang besar. Saluran-saluran itu terdapat di tengah tulang panjang dan diisi oleh jaringan berlemak yang disebut sumsum.

Gambar: Posisi tulang spons dan sumsum pada tulang

Sumsum merah berada di daerah tulang panjang bagian ujung di antara tulang spons, sedangkan sumsum kuning berada di tulang panjang bagian tengah yang sebagian besar berisi lemak. Pada orang sehat, sumsum tulang merah menghasilkan sel-sel darah merah dengan kecepatan sampai tiga juta sel per detik. Sumsum merah juga menghasilkan sel-sel darah putih dengan jumlah yang lebih sedikit.

Gambar : Macam tulang berdasarkan bentuk dan

Ukurannya (a) Tulang panjang, (b) Tulang pendek,

(c) Tulang pipih, (d) Tulang tidak beraturan

Ujung tulang panjang ditutup dengan suatu lapisan jaringan tebal, lunak dan lentur, yang disebut dengan tulang rawan (kartilago). Tulang rawan tersusun atas sel-sel yang dikelilingi oleh matriks protein yang dihasilkan oleh sel-sel tersebut. Selain di ujung-ujung tulang panjang, tulang rawan juga dapat ditemukan di ujung-ujung tulang rusuk, dinding saluran pernapasan, hidung, dan telinga.

2.      Macam-macam Tulang pada Sistem Rangka Manusia

Tahukah kamu bentuk tulang yang ada pada lengan bawah, tulang jari, dan tulang pipi? Coba sekarang kamu raba tulang lengan bawah, tulang jari-jari tangan, dan tulang pipi. Kamu akan merasakan bahwa bentuk dan ukuran tulang-tulang tersebut tidak sama. Bentuk tulang manusia dibedakan menjadi empat, yaitu tulang panjang, tulang pipih, tulang pendek, dan tulang tak beraturan.

Selanjutnya, coba hitung ada berapa jumlah tulang yang menyusun jari-jarimu Tulang jari-jari adalah bagian dari sistem rangka manusia. Tahukah kamu tulang penyusun sistem rangka manusia terdiri atas 206 tulang dengan ukuran dan bentuk yang berbeda-beda. Agar kamu mengetahui tulang-tulang penyusun sistem rangka manusia, perhatikan gambar dibawah :

Gambar : Sistem Rangka

3.      Struktur dan Fungsi Otot pada Manusia

Sebelumnya kamu telah mempelajari tentang struktur dan macam macam tulang penyusun rangka manusia. Coba sekarang kamu pikirkan, apakah tulang-tulang penyusun rangka tubuh manusia dapat digerakkan tanpa adanya bagian lainnya? Agar kamu dapat menjawab pertanyaan tersebut simaklah pembahasan berikut ini!

a. Fungsi Otot

Tanpa otot, tulang, dan sendi tubuhmu tidak memiliki kekuatan untuk bergerak. Otot adalah penggerak bagian-bagian tubuh, sehingga otot disebut alat gerak aktif. Hampir 35 hingga 40 persen massa tubuh adalah jaringan otot, seperti yang ditunjukkan pada Gambar.

Gambar : Otot pada Manusia

Cobalah perhatikan, setiap saat selalu ada gerakan yang terjadi di tubuhmu, gerakan tersebut terjadi karena adanya kerja dari otot. Otot adalah jaringan yang dapat berkontraksi (mengkerut) dan relaksasi (mengendur). Pada saat berkontraksi otot menjadi lebih pendek, dan pada saat berelaksasi otot menjadi lebih panjang. Proses kontraksi ini mengakibatkan bagian-bagian tubuhmu bergerak. Pada kontraksi ini diperlukan energi.

b. Tiga Jenis Jaringan Otot

Coba ingat kembali tentang kerja otot saat kamu menulis, otot lambung serta otot jantung. Ketiga otot tersebut mempunyai struktur yang berbeda, sehingga dikelompokkan dalam jaringan otot yang berbeda pula. Ada tiga jenis jaringan otot di dalam tubuhmu, yaitu otot rangka, otot polos, dan otot jantung.

1) Otot Rangka

Otot Rangka adalah otot yang paling banyak di dalam tubuh. Jika diamati di bawah mikroskop, sel-sel otot rangka terlihat bergaris-garis melintang, sehingga otot ini juga disebut dengan otot lurik. Otot rangka melekat pada tulang dengan perantaraan tendon. Tendon adalah pita tebal, berserabut, dan liat yang melekatkan otot pada tulang. Otot rangka tergolong otot sadar. Kamu bisa mengontrol penggunaan otot ini. Kamu bisa menentukan kapan berjalan dan kapan tidak. Otot rangka cenderung cepat berkontraksi dan cepat lelah.

Gambar : Otot rangka

2) Otot Polos

Otot polos terdapat pada dinding organ dalam seperti lambung usus halus, rahim, kantung empedu, dan pembuluh darah. Otot polos berkontraksi dan berelaksasi dengan lambat. Otot ini berbentuk gelendong dan memiliki sebuah inti pada tiap selnya.

Gambar : Otot Polos

3)      Otot Jantung

Otot jantung hanya ditemukan di jantung. Otot jantung juga tergolong otot tidak sadar. Otot jantung mempunyai garis-garis seperti otot rangka namun, otot jantung mirip otot polos karena tergolong otot tidak sadar. Otot jantung berkontraksi sekitar 70 kali per menit sepanjang hari selama hidupmu. Kamu mengetahui bahwa otot jantung berkontraksi pada saat jantung berdenyut. Otot ini tidak dapat dikontrol oleh kemauan sadarmu.

Gambar : Otot Jantung