Pengaruh Berat Beban pada Lengan terhadap Gaya Otot Bisep Sebagai Media Pembelajaran IPA Konsep Bioekanika
Hanif Alifah Kurniawati, Heru Kuswanto, Febyarni Kimianti, Wahyu

## Pamungkas
Prodi Pendidikan Sains, Program Pascasarjana, Universitas Negeri Yogyakarta hanifalifahk.2017@student.uny.ac.id

## ABSTRACT
Humans  do  many  activities  that  use  the  biomechanical  concept.  Biomechanics  is  the  science  that explains the mechanical aspects of human body movements. Science that uses the laws of physics and mechanics to describe movements in the body and understand the effects of force and moments that occur. The movement of the human body using the biomechanical principle is one of the activities in the  arm  where  there  is  a  bicep  muscle  when  someone  lifts  an  object  or  load.  This  study  aims  to determine the effect of the weight on the arm on the force of the biceps in a person when lifting an object with mass. This research is an experimental study. Measurement of biceps muscle force using a hand frame tool made of wood by providing load variations namely 0,2 N; 0,4 N; 0,6 N; 0,8 N and 1,0 N. Every load given in the arm, it will be known the biceps muscle force are measured using a spring balance. The data from research results are analyzed simply and included in the graph. Based on the results of the analysis, it is known that the greater the weight are given to the arm, the greater the force of the biceps.
Keywords: biomechanics, biceps muscle force, media of learning

## ABSTRAK
Manusia  melakukan banyak kegiatan  yang  menggunakan konsep biomekanika. Biomekanika adalah ilmu yang menjelaskan tentang aspek mekanika dari gerakan tubuh manusia. Ilmu yang menggunakan hukum fisika dan mekanika untuk mendeskripsikan  gerakan pada tubuh dan memahami efek gaya dan momen yang terjadi. Gerak tubuh manusia yang memakai prinsip biomekanika salah satunya adalah kegiatan pada lengan di mana terdapat gaya otot bisep ketika seseorang mengangkat benda atau beban. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh berat beban pada lengan terhadap gaya otot bisep pada  seseorang  ketika  mengangkat  sebuah  benda  bermassa.  Penelitian  ini  termasuk  penelitian eksperimen Pengukuran gaya otot bisep menggunakan sebuah alat kerangka tangan yang dibuat dari kayu dengan memberikan variasi beban yaitu 0,2 N; 0,4 N; 0,6N; 0,8 N and 1,0 N. Setiap beban yang diberikan di lengan, maka akan diketahui gaya otot bisep yang terukur dengan menggunakan neraca pegas. Data hasil penelitian dianalisis secara sederhana dan dimasukkan ke dalam grafik. Berdasarkan hasil analisis diketahui bahwa semakin besar berat beban yang diberikan pada lengan maka gaya otot bisep juga akan semakin besar.
Kata Kunci: biomekanika, gaya otot bisep, media pembelajaran

## PENDAHULUAN
IPA dipahami sebagai ilmu  yang berkembang dari proses observasi, perumusan masalah, penyusunnan  hipotesis,  eksperimen,  penarikan  kesimpulan,  serta  penemuan  teori  dan konsep. Pembelajaran IPA bagi peserta didik pada jenjang SMP idealnya dilakukan secara terpadu. Pembelajaran IPA secara terpadu memiliki beberapa tujuan. BSNP menjabarkan tujuan  pembelajaran  IPA  secara  terpadu  adalah:  meningkatkan  efisiensi  dan  efektivitas, meningkatkan  minat  dan  motivasi,  tercapainya  beberapa  kompetensi  dasar  sekaligus,
meningktkan pemahaman konsep yang dipelajari secara lebih bermakna, mengembangkan keterampilan menemukan, mengolah, dan memanfaatkan informasi, menumbuhkembangkan sikap positif, juga menumbuhkembangkan keterampilan sosial [1] .
Gerak  anggota  tubuh  merupakan  salah  satu  tema  yang  di  dalamnya  terdapat  keterkaitan antara konsep fisika dan biologi. Taylor et al . menjelaskan bahwa biomekanika adalah ilmu yang  menjelaskan  tentang  aspek  mekanika  dari  gerakan  tubuh  manusia.  Ilmu  yang menggunakan hukum fisika dan mekanika untuk mendeskripsikan  gerakan pada tubuh dan memahami  efek  gaya  dan  momen  yang  terjadi.  Aktivitas  yang  dilakukan  manusia  dalam kehidupan sehari-hari tidak lepas dari gerakan-gerakan  yang disebabkan oleh kerja tubuh itu  sendiri.  Gerak  dalam  ilmu  fisika  merupakan  perubahan  tempat  atau  kedudukan  baik hanya sekali maupun berkali-kali [2] .
Tubuh manusia dirancang agar dapat melakukan aktivitas. Bentuk aktivitas yang dilakukan salah  satunya  adalah  berolahraga.  Arandi  dan  Rahayu  menjelaskan  bahwa  olahraga  ialah salah  satu  bagian  dari  usaha  untuk  peningkatan  diri  manusia  yang  mengarah  kepada pembentukan  kepribadian,  dan  lain-lain,  dimana  dengan  melakukan  olahraga,  manusia dapat dikatakan melakukan salah satu cara untuk menjaga kesehatan serta kebugaran kondisi fisik, karena dengan melakukan olahraga otot-otot yang terdapat pada tubuh manusia yang awalnya pasif akan berubah menjadi aktif untuk berkontraksi, membakar energi sehingga menghasilkan keringat yang berarti kinerja organ pada tubuh manusia bekerja dan berfungsi secara normal [3] .
Ketika  seseorang  melakukan  aktivitas  atau  olahraga,  tubuh  akan  memperoleh  beban  dari luar tubuhnya. Hal ini berarti setiap aktivitas yang dilakukan adalah beban bagi manusia. Salah satu aktivitas yang mendasar pada manusia yang dijadikan sebagai salah satu kegiatan olahraga  adalah  gerakan  tangan.  Gerakan  ini  ialah  gerakan  yang  terjadi  akibat  gerakan gabungan antara sendi yang berkaitan dengan sendi-sendi  lainya seperti siku dan bahu [4] . Ketika tangan seseorang diberikan beban, maka terdapat gaya yang bekerja pada otot bisep. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh berat beban yang diberikan pada  lengan  terhadap    gaya  yang  bekerja  pada  otot  bisep  ketika  seseorang  melakukan aktivitas fisik mengangkat beban .

## METODE
Penelitian  ini  merupakan  bentuk  penelitian  eksperimen.  Alat  dan  bahan  yang  diperlukan dalam  pembuatan  kerangka  lengan  yaitu  kayu,  neraca  pegas  baut  dan  mur,  meteran,  cat kayu,  dan  alat  tulis.  Adapun  langkah  pembuatannya,  pertama  yaitu  menyiapkan  alat  dan bahan  yang  diperlukan,  kemudian  memotong  kayu  sesuai  ukuran  yang  telah  dirancang sebelumnya, dapat dilihat pada Gambar 1, selanjutnya merangkai seperti pada Gambar 2.
Langkah pengambilan data yaitu pertama menyiapkan kerangka lengan yang telah dibuat dan variasi berat beban yang akan diujicobakan. Adapun berat beban adalah 0,2 N; 0,4 N; 0,6N; 0,8 N and 1,0 N. Kemudian memberikan beban pada kerangka lengan di bagian ujung (analogi membawa beban dengan jari-jari) dan mengamati gaya yang terukur pada kedua neraca sebagai gaya otot bisep dan gaya siku. Setiap satu jenis beban pengukuran dilakukan hingga lima kali pengulangan untuk mendapatkan gaya rata-rata yang dihasilkan pada gaya otot bisep dan gaya siku pada kerangka lengan  yang telah dibuat. Data hasil pengamatan selanjutnya dimasukkan dalam tabel hasil pengamatan. Hasil pengamatan dianalisis secara sederhana. Hasil analisis dituangkan dalam grafik untuk mengetahui pengaruh berat beban yang diberikan pada lengan terhadap gaya otot bisep dan gaya siku yang dihasilkan.
Neraca  pegas  yang  dipasang  pada  kerangka  lengan  berjumalh  dua  buah.  Satu  neraca dipasang di bagian lengan untuk mengetahui seberapa besar gaya otot bisep yang terukur.
Sedangkan satu neraca dipasang di bagian ujung siku kerangka lengan untuk mengetahui gaya siku yang terukur. Gaya siku ini lebih lanjut digunakan untuk mengetahui momen gaya. Penelitian ini terbatas pada mengetahui pengaruh berat beban terhadap gaya otot bisep yang diperlukan atau dihasilkan ketika seseorang mengangkat beban.
Gambar 1 . Ukuran Rancangan Kerangka Lengan Gambar 2 . Kerangka Lengan Siap Digunakan

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Ketika tangan seseorang diberi beban maka beban tersebut akan mempengaruhi gaya otot dan momen gaya pada siku. Hal tersebut merupakan salah satu bentuk dari aplikasi konsep biomekanika. Variabel yang dimanipulasi adalah berat beban yaitu 0,2 N; 0,4 N; 0,6 N; 0,8 N and 1,0 N. Hasil pengukuran dan pengamatan variasi beban terhadap gaya yang terukur disajikan dalam Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 1 . Gaya yang terukur pada neraca pegas 1 (gaya otot bisep)
Gaya Otot Bisep (N) Pada pengukuran ke- Berat Beban (N) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1 3,6 3,8 4,3 4,6 4,9 5,3 2 3,4 3,9 4,3 4,6 4,8 5,4 3 3,5 3,9 4,4 4,7 4,9 5,3 4 3,4 4,0 4,4 4,7 4,9 5,4 5 3,3 3,8 4,3 4,7 4,9 5,4 Jumlah 17,2  19,4  21,7  43,3  24,4  26,8 Rata-rata 3,44  3,88  4,34  4,66  4,88  5,36
Tabel 2 . Gaya yang terukur pada neraca pegas 2 (gaya pada siku)
Gaya Otot Bisep (N) Berat Beban (N) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1 2,0 1,8 1,4 1,1 0,9 0,6 2 2,1 1,8 1,4 1,1 1,0 0,6 3 2,1 1,8 1.,3  1,1 0,9 0,6 4 2,1 1.,7 1.,3  1,1 0,9 0,6 5 2.,2 1,8 1,4 1,1 0,9 0,6 Jumlah 10,5 8,9 6,8 5,5 4,6 3,0 Rata-rata 2,1 1,78  1,36  1,1  0,92  0,6
Data hasil dari Tabel 1 dan Tabel 2 kemudian dianalisis lebih lanjut. Besar gaya awal pada kerangka  lengan  sebelum  diberi  beban  bukanlah  0  N,  sehingga  gaya  rata-rata  tiap  beban dikurangi  dengan  gaya  rata-rata  sebelum  kerangka  lengan  sebelum  diberi  beban.  Hasil perhitungan ini yang nantinya digunakan dalam analisis pengaruh berat beban terhadap gaya otot bisep. Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 . Hasil Perhitungan Gaya yang Terukur
No Berat beban ( N ) Gaya Otot Bisep ( N ) Gaya Siku ( N ) 1 0,2 0.,4 0,3 2 0,4 0,9 0,7 3 0,6 1,2 1 4 0,8 1,4 1,2 5 1,0 1,9 1,5
Data hasil perhitungan pada Tabel 3 selanjutnya dimasukkan dalam grafik. Grafik dibuat untuk  mempermudah  dalam  mengetahui  pengaruh  berat  beban  terhadap  gaya  otot  bisep dan momen gaya pada siku ketika seseorang mengangkat benda. Diketahui bahwa momen gaya  adalah  sebanding  dengan  gayanya,  sehingga  apabila  gaya  semakin  besar  momen gayanya  juga  akan  semakin  besar,  begitu  pula  sebaliknya.  Grafik  pengaruh  berat  beban dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 .  Pengaruh Berat Beban terhadap Gaya Otot Bisep dan Gaya pada Siku
Berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel 3 dan Gambar 1 tampak bahwa semakin besar beban yang diberikan pada kerangka lengan maka semakin besar pula gaya otot bisep dan momen gaya pada siku. Pada berat beban terkecil yaitu 0,2 N dihasilkan gaya otot bisep sebesar  0,4  N  dan  gaya  pada  siku  sebesar  0,3.  Pada  beban  paling  berat  yaitu  1  N memerlukan gaya otot 1,9 N dan gaya siku 1,5 N. Lengan bagian siku berada dalam kondisi statis, sehingga resultan momen pada siku harus bernilai nol. Momen yang timbul akibat gaya eksternal terkompensasi oleh momen internalnya.
∑ 𝑀 𝐽 = 0 𝑀 𝐽 + 𝑀 𝐽 ̅̅̅̅ = 0
𝑀 𝐽 = 𝑀 𝐽 ̅̅̅̅ 𝑀 𝑤 + 𝑀 𝑃 = 𝑀 𝐹 𝑤 × 𝑟 2 + 𝑃 × 𝑟 3 = 𝐹 × 𝑟 1 (1)
Keterangan
𝑀 𝐽 = momen siku ( 𝑁𝑚 )
𝑀 𝐽 ̅̅̅̅ = momen internal siku
( 𝑁𝑚 ) 𝑀 𝑤 = momen pada berat lengan  ( 𝑁𝑚 ) 𝑀 𝑃 = momen pada berat beban ( 𝑁𝑚 ) 𝑀 𝐹 = momen pada gaya otot ( 𝑁𝑚 ) 𝑤
= berat lengan
( 𝑁 ) 𝑃 = berat beban ( 𝑁 ) 𝐹
= gaya otot biep
( 𝑁 )
𝑟 1 = jarak F terhadap siku ( 𝑚 ) 𝑟 2 = jarak w terhadap siku ( 𝑚 ) 𝑟 3 = jarak P terhadap siku ( 𝑚 )
0 0,5 1 1,5 2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Gaya Len gan ( N ) Berat Beban (N) Grafik Pengaruh Beban terhadap Gaya Otot dan Gaya Siku F otot F siku
Persamaan (1) di atas menunjukkan hubungan berat beban dengan gaya otot bisep. Semakin besar nilai berat beban maka semakin besar pula nilai gaya otot bisepnya. Pada grafik juga nampak perbedaan kenaikan gaya otot yang lebih besar dibandingkan kenaikan gaya siku saat kerangka lengan diberi penambahan beban. Hal ini disebabkan saat diberi beban gaya otot  yang  lebih  menerima  dampak  secara  langsung  dibandingkan  gaya  siku.  Hal  ini menyebabkan peningkatan gaya otot labih cepat dibandingkan gaya siku.
Muslimah  dkk  menjelaskan  bahwa  menurut  NIOSH  ( National  Institue  of  Occupational Safety  and  Health )  batasan  gaya  angkat  normal  meliputi  batasan  dari  aspek  psikofisik, biomekanik  dan  fisiologi [5] .  Waters et  al. juga  menjabarkan  bahwa  batasan  psiko-fisik adalah beban yangdiangkat harus dapat diterima oleh 75% wanita dan 90% pria [6] . Batasan biomekanik membatasi besarnya gaya tekansebesar 3,4 KN (770 lbs) pada tulang punggung (L5/S1), dan batasan fisiologi membatasi pengeluaran energimaksimum sebesar 2,2  – 4,7 Kkal/min. Seseorang yang bekerja di dunia industri khususnya bagian angkat barang dengan menggunaakan lengan harus memperhatikan berat beban maksimal agar tidak terjadi resiko cedira pada lengannya.

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan tentang pengaruh berat beban terhadap gaya otot bisep maka dapat disimpulkan bahwa semakin besar berat beban yang diberikan pada  lengan  maka  semakin  besar  pula  gaya  otot  bisep  dibutuhkan.  Dari  hasil  dan pembahasan juga diketahui bahwa peningkatan gaya otot bisep terhadap penambahan berat beban lebih besar dibandingkan peningkatan gaya siku terhadap penambahan berat beban.
Adapun penelitian ini memiliki beberapa kelemahan, sehingga perlu adanya  solusi  untuk penelitian selanjutnya. Peneliti memberikan saran untuk penelitian selanjutnya yaitu: model kerangka lengan dibuat sedemikian rupa sehingga ukurannya lebih mendekati ukuran asli pada lengan manusia normal, dan neraca yang digunakan lebih baik menggunakan neraca yang memiliki kekuatan lebih besar dan memiliki tingkat ketelitian yang lebih besar seperti neraca digital.

## DAFTAR PUSTAKA
1. BSNP.  2008. Pedoman  Penyusunan  Kurikulum  Tingkat  Satuan  Pendidikan  Jenjang Sekolah Dasar . Jakarta: BSNP.
2. Chaffin,  D.  B.,  &  Page,  G.  B.  1994.  Postural  effects  on  biomechanical  and psychophysical weight-lifting limits. Journal Ergonomics , 37(4), 663-676.
3. P,  A.P.,  Rahayu,  S.,  Subiyono,  H.S.  2014.  Pengaruh  Senam  Sang  Surya  Terhadap Kekuatan  Otot  Tungkai  Dan  Kelentukan  Togok  Lansia  Di  Padepokan  Tapak  Suci Banjarnegara Tahun 2013. Journal of Sport Sciences and Fitness , 3(1), 8-12.
4. Granata,  K.  P.,  Marras,  W.  S.,  &  Davis,  K.  G.  1997.  Biomechanical  assessment  of lifting dynamics, muscle activity and spinal loads while using three different styles of lifting belt. Clinical Biomechanics , 12(2), 107–115.
5. Muslimah, E., Anis, M., & Mulyaningrum, R. A. 2009. Analisis Aktifitas Angkat Beban Ditinjau Dari Aspek Biomekanika Dan Fisiologi, Simposium Nasional RAPI VIII .
6. Waters,  T.  R.,  Putz-Anderson,  V.,  Garg,  A.,  &  Fine,  L.  J.  1993.  Revised  NIOSH equation  for  the  design  and  evaluation  of  manual  lifting  tasks. Journal  Ergonomics , 36(7), 749–776.