APLIKASI GAYA DAN MEKANIKA DALAM ILMU KEPERAWATAN

Memindahkan pasien merupakan salah satu aktivitas terpenting yang dilakukan oleh perawat dan berpotensi menimbulkan bahaya. Hal ini disebabkan oleh cedera punggung bagian bawah yang sering terjadi pada perawat, kadang bahkan menyebabkan karier mereka berakhir. Adanya manual headling operations regulations dan pendekatan yang lebih ergonomis untuk memindahkan dan memegang benda merupakan salah satu kemajuan penting. Untuk memahami prinsip-prinsip pendekatan yang modern ini, maka kita perlu memahami prinsip gaya, pusat gravitasi, gaya gesek/friksi, dan sistem pengungkit.

MENGGERAKKAN BENDA ( Hukum Newton Mengenai Gerakan )

Salah satu cara menggerakkan suatu benda yaitu dengan cara didorong atau ditarik. Dengan kata lain, harus diberi gaya pada benda tersebut.

HUKUM NEWTON PERTAMA

Ide yang dinyatakan oleh hukum Newton pertama mengenai gerakan adalah sesuatu benda akan tetap dalam posisi istirahat atau berada dalam keadaan gerakan yang sama kecuali jika diberikan gaya yang dapat menghilangkan keseimbangan.

Arah gerakan benda akan sama dengan arah gaya yang diberikan sehingga gaya didefinisikan sebagai suatu vektor yang memiliki besar dan arah. (gambar 13.1).

Ide ini mungkin nampak sederhana tetapi sangat penting jika kita melihat gaya-gaya yang melawan gerakan suatu benda.

Contoh :Kita akan terdorong kedepan jika mobil yang kita kendarai berhenti mendadak. Mobil

akan berhenti karena adanya rem atau adanya impaksi, tetapi kita masih tetap bergerak ke arah yang sama kecuali mendapat tahanan atau menabrak sesuatu yang tidak bergerak. Bahkan jika kita mengenakan sabuk pengaman, tetap ada risiko cedera leher serius

(whiplash) karena kepala tidak tertahan dan dapat terlempar kedepan dan kebelakang dengan cepat dan kemungkinan kerusakan otot dan ligamen leher.

Oleh karena itu, pabrik mobil telah memperkenalkan kantung udara untuk menyelesaikan masalah ini. Kantung udara untuk menyelesaikan masalah ini. Kantung udara akan memberikan tahanan tambahan saat tabrakan (impaksi). Kantung udara yang mengembang ini akan menjadi bantalan kepala dan mencegah pengendara mobil menghantam dashboard, kemudi, atau kaca.

HUKUM NEWTON KEDUA

Hukum ini menyatakan bahwa percepatan suatu benda (seberapa cepat kecepatannya bertambah) adalah sebanding dengan gaya yang diberikan kepadanya.

Hal ini dapat dirangkum dengan persamaan berikut :

Gaya = massa × percepatan

Satuan SI untuk gaya adalah newton (berdasarkan nama Sir Isaac Newton yang tekenal dengan apel jatuhnya). Suatu gaya sebesar satu newton yang diberikan pada benda bermassa 1 kg akan memberikan percepatan 1 meter per detik (ms-1).

Persamaan ini menyatakan bahwa seberapa cepat percepatan suatu benda akan tergantung dari massa benda dan besar gaya yang diberikan. Semakin besar massa benda, diperlukan gaya yang lebih besar untuk menghasilkan percepatan yang sama.

Coba bayangkan keadaan dinama kita mendorong tempat tidur pasien. Pada awal gerakan akan terjadi percepatan. Normalnya, benda digerakkan dengan kecepatan yang konstan sehingga tidak lagi bertambah cepat dan gaya yang diberikan lebih sedikit. Untuk menggerakkan suatu benda kita harus mengatasi inersia benda tersebut. Jika inersia sudah dilanpaui, maka gaya yang diperlukan untuk menjaganya tetap bergerak akan lebih sedikit.

HUKUM NEWTON KETIGA

Hukum ketiga ini menyatakan bahwa untuk setiap aksi terdapat reaksi sebaliknya yang setara dan berlawanan arah dan hal ini membantu menjelaskan kesetimbangan gaya yang telah disebutkan.

Bayangkan pasien yang berbaring diatas tempat tidur. Kita menyadari bahwa tempat tidur menyokong posien. Tanpa tempat tidur, pasien akan jatuh ke lantai. Pasien akan jatuh karena adanya gaya tarik kebawah oleh gaya gravitasi bumi. Pasien tidak jatuh karena adanya tempat tidur yang menahan ke atas dengan gaya yang setara dan berlawanan arah. Gaya ini saling meniadakan sehingga pasien tidak bergerak ke atas maupun kebawah. (gambar 13.3)

USAHA DAN ENERGI

Ingatlah bahwa usaha yang kita lakukan akan menggunakan energi yang kita miliki, sehingga :

Usaha yang dilakukan = gaya yang diberikan × jarak perpindahan benda

Usaha diukur (dan energi yang diperlukan untuk mencapainya) dalam satuan Joule (J). Dibutuhkan usaha sebesar 1 Joule untuk memindahkan suatu benda sejauh 1 meter dan gaya yang diperlukan adalah sebesar 1 Newton.

Agar lebih efisien, maka perhatikan berada jauh benda harus dipindahkan dan juga apakah gaya yang diberikan benar-benar efektif untuk melakukan usaha yang diperlukan.

Gambar 13.2 Komponen arah suatu gaya

Saat mendorong kursi roda (Gambar 13.2) jika gaya yang diberikan pada susut tertentu, arah gaya yang diberikan tidak semuanya searah dengan arah gerakan kursi roda. Kita dapat melihat bahwa gaya yang diberikan memiliki komponen horizontal (efektif) dan komponen vertikal. Yang harus dipelajari adalah bahwa arah gaya harus sedekat mungkin dengan arah gerakan. Hal ini dapat dicapai dengan mengubah postur tubuh atau mengatur peralatan.

Kita tahu bila kita mendorong tempat tidur, benda tersebut akan terus bergerak lurus kedepan dan bila harus berbelok, diperlukan gaya tambahan ke arah baru agar benda dapat berbelok. Hal ini juga menggambarkan sifat alamiah arah suatu gaya.

Kadang ketika mendorong suatu benda dan benda itu tidak bergerak, itu disebabkan oleh gaya yang diberikan belum melampaui inersia benda tersebut (terdapat gaya berlawanan yang meniadakan gaya yang diberikan).

Hal ini menunjukkan prinsip penting lainnya yaitu keseimbangan gaya. Jika suatu benda tidak bergerak maka kita dapat menyimpulkan bahwa gaya yang bekerja pada benda tersebut saling meniadakan. Seperti yang diketahui gaya paling signifikan yang melawan gerakan adalah gaya gravitasi dan gaya gesek.

GAYA GRAVITASI

Massa adalah ukuran jumlah materi dalam suatu benda, biasanya diukur dengan satuan kilogram (kg). Jika kita mengukur massa suatu benda, maka kita menggunakan timbangan, yang kita ukur sesungguhnya adalah berat suatu benda sedangkan gaya tarik kebawah pada timbangan menunjukkan gaya tarik gravitasi terhadap benda yang ditimbang.

Besarnya gaya gravitasi tergantung dari ukuran kedua benda dan jarak diantaranya. Gaya gravitasi antara bumi dan tubuh cukup besar untuk mencegah kita melayang-layang tanpa berat. Bumi berukuran sangat besar sehingga bumi menarik semua benda kepusatnya dengan kuat. Sesungguhnya itu mengalami suatu percepatan kepusat bumi sebesar 9,81 m2. Inilah sebabnya Newton melihat apel yang jatuh dari pohon.

Bandingkan bulan yang berukuran seperenam bumi, dinama gaya gravitasi bulan hanya seperenam bumi. Hal ini menyebabkan berat astronot yang berjalan dibulan menjadi berkurang. Jika kita menjauhkan diri dari bumi seperti ketika naik pesawat luar angkasa, maka kita akan mengalami keadaan tanpa berat. Dibumi, benda dengan massa 1 kg akan mengalami efek percepatan gravitasi kebawah sebesar 9.81 Newton.

EFEK GRAVITASI

Aplikasi dalam keperawatan

1. Botol infus VI harus terletak lebih tinggi dari pasienGaya gravitasi akan menjadi gaya yang cukup untuk memungkinkan aliran larutan ke vena (drip cairan salin, transfusi darah)

2. Drainasi cairanJika hendak mengalirkan cairan dari pasien pastikan bahwa arahnya kebawah (jadi kantung penampung terletak dibawah titik drainase tubuh pasien, misalnya kantung urin pada kateterisasi)

3. Mengurangi perdarahan vena dengan meninggikan kakiJantung memompa darah ke atas melawan gaya gravitasi dan menurunkan suplai darah

4. Prosedur meningkatkan sirkulasi darah pada pasien pingsanMembaringkan pasien datar dan meninggikan kaki akan membantu aliran darah ke otak yang awalnya kekurangan oksigen sebelum pasien pingsan.

PUSAT GRAVITASI

Pusat gravitasi suatu benda (atau tubuh) merupakan cara yang baik untuk menggambarkan efek gravitasi. Materi ini penting untuk memahami stabilitas suatu benda. Jika suatu garis vertikal ditarik dari pusat gravitasi suatu benda dan jatuh tepat didasar tubuh, maka benda tersebut stabil.

Terdapat berbagai keadaan dalam perawatan pasien yang memerlukan pemahaman mengenai pentingnya posisi pusat gravitasi. Hal ini meliputi :

Postur tubuh yang baik saat mengangkat benda Memastikan stabilitas untuk pasien yang tidak stabil

Pada kedua kasus ini prinsipnya adalah menyediakan dasar yang kokoh untuk menyongkong tubuh. Dengan posisi kaki agak terbuka saat proses mengangkat benda memastikan bahwa pusat gravitasi tetap berada didasar, sehingga menghilangkan kemungkinan jatuh. Selain itu, semakin dekat pusat gravitasi dengan pusat dasar maka regangan pada tulang belakang dan anggota gerak tubuh semakin sedikit.

Untuk stabilitas saat berjalan, panggul harus bergeser untuk memungkinkan pusat gravitasi berada diatas kaki yang menginjak tanah dan memungkinkan kaki yang sebelah untuk melangkah kedepan. Kurangnya kontrol panggul akan menyulitkan proses ini.

Stabilitas pasien manula atau pasien sakit berat dapat diperbaiki dengan penggunaan alat bantu jalan, seperti tongkat atau kruk. Alat bantu berjalan akan memperlebar dasar penyokong sehingga meningkatkan keamanan pasien saat bergerak. (gambar 13.6)

GAYA GESEK

Gaya gesek adalah gaya yang melawan pergeseran dua permukaan. Gaya gesek kadang diperlukan, namun pada keadaan lain merupakan hambatan yang harus diatasi. Pada setiap keadaan dimana satu permukaan bergerak terhadap permukaan lain maka akan terjadi gesekan.

Gaya gesek antarpermukaan terjadi karena tidak ada dua permukaan yang benar-benar licin. ( walaupun telah disemir atau disepuh) dan adanya sifat kasar suatu permukaan menyebabkan kedua permukaan saling mengunci. (Gambar 13.7).

Tanpa adanya efek gesekan, kita tidak mungkin dapat berjalan karena pegangan antara sepatu dan lantai itu penting- juga penting untuk menghindari lantai yang licin dirumah sakit. Gesekan antara kedua permukaan akan berkurang dengan efek pelumasan menggunakan cairan (ingatlah bahwa molekul suatu cairan akan bergeser dengan mudahnya) jadi adanya tumpahan cairan dapat meningkatkan risiko terpeleset.

Gaya gesek antarpermukaan yang saling berhubungan akan berkurang begitu setiap permukaan menjadi semakin licin atau terkikis akibat pemakaian/gesekan berulang.

Mengurangi Efek Gaya Gesek

Jika kita menginginkan pergeseran permukaan yang halus, maka gaya gesek merupakan factor negative. Gaya gesek dapat mengakibatkan efek yang tidak diinginkan seperti tahanan terhadap gerakan dan pengikisan akibat pemakaian.

Penggunaan roda merupakan cara tersering untuk mengurangi efek gesekan. Bandingkan benda yang digeser sepanjang lantai dengan menggerakkan benda tersebut menggunakan troli yang beroda. Tahanan akibat gesekan akan sangat berkurang jika menggunakan troli (Gambar 13.8)

Lubrikasi (pelumasan) merupakan cara lain mengurangi gesekan, misalnya:

Dalam tubuh, lender(paru, jantung, dan usus) dan saliva (untuk pencernaan makanan) merupakan lubrikan (pelumas)yang penting dalam tubuh.

Cairan synovial mengurangi gesekan dan pengikisan antara tulang rawan pada sendi synovial.

Penggunaan lubrikan (seperti K-Y jelly®) saat memasukkan suatu alat dan kateter kedalam tubuh.

Jika gaya tarik kebawah suatu benda yang bergeser meningkat, maka gaya gesek juga meningkat-maka pada saat pijat digunakan lotion dan minyak pijat pada kulit.

Pada perawatan pasien, lebih sering dilakukan pemindahan pasien secara horizontal daripada secara vertical dengan mengangkat pasien.Oleh karena itu, peralatan seperti seprai geser, banana board, dan papan transfer sering digunakan dibangsal perawatan (Gambar 13.9). teknik ‘bergeser’ ini bekerja dengan prinsip penggunaan permukaan dengan gesekan yang rendah agar memungkinkan pasien berpindah dengan mudah (hanya sedikit gaya yang dibutuhkan pasien atau perawat untuk bergeser).

MENGHINDARI ULKUS AKIBAT TEKANAN (ULKUS DEKUBITUS)

Aspek yang penting dalam perawatan pasien tirah baring adalah memastikan tidak terjadi ulkus dekubitus. Ulkus ini dapat terjadi akibat adanya gaya aksi dan reaksi yang terlokalisasi seperti ayng telah dijelaskan sebelumnya, dan adanya efek gesekan.

Ingatlah bahwa tekanan pada titik tertentu tergantung dari gaya dan luulas area di mana gaya tersebut bekerja. Jika luas area diperbesar untuk suatu gaya tertentu, maka tekanan akan berkurang karena gaya disebarkan secara merata pada daerah yang lebih luas. Hal ini dinyatakan oleh persamaan berikut :

Tekanan= GayaLuasarea

Ilustrasi yang sering digunakan adalah perbandingan tekanan antara gajah yang berdiri (dengan empat kakiyang luas untuk menyebarkan beban) dengan wanita yang mengenakan sepatu berhak stiletto.

Ulkus decubitus dipercaya merupakan akibat dari efek tekanan terus-menerus pada kulit yang akan menghambat aliran darah kapiler di bawah kulit. Hal ini akan menyebabkan kematian sel dan akhirnya terjadi ulserasi. Gesekan antara pasien dan tempat tidur akan memperburuk situasi ini. Jika pasien berbaring, dapat kita lihat bahwa gaya yang menekan kulit terlokalisasi di titik-titik kontak pasien dan tempat tidur (Gambar 3.10), terutama di area dengan penonjolan tulang.

Gambar 3.10 Lokalisasi ulkus decubitus

Jadi, prinsip pertama untuk menghindari ulkus decubitus adalah menjaga pasien tetap bergerak untuk mengubah titik kontak pasien dan tempat tidur. Jika mobilitas (pergerakan) pasien terbatas, maka gunakan bantal, matras atau tempat tidur khusus yang dapat mengurangi tekanan. Metode apapun yang digunakan, prinsip penanganannya adalah mengurangi tekanan yang terlalu lama pada titik tertentu pada kulit, baik dengan mengubah titik kontak atau mengurangi tekanan dengan menyebar beban tubuh.

PENGUNGKIT

Pengungkit adalah alat mekanik sederhana (mesin) yang memungkinkan kita memberikan gaya pada suatu titik dan melihat efeknya pada titik lainnya. Anggota gerak manusia bekerja sebagai sitem pengungkit saat kita bergerak atau memegang suatu benda. Lustrasi suatu pengungkit sederhana adalah jungkat-jungkit. Dengan melihat jungkat-jungkit bekerja akan memungkinkan kita untuk memahami berbagai istilah yang ada dan bagaimana kerja pengungkit yang lebih kompleks.

Jika suatu gaya membuat suatu benda berputar atau (berotasi) terhadap suatu titik tumpu (seperti pada jungkat-jungkit), maka besarnya gaya pembalik/turning force (momentum)akan meningkat sebanding dengan besar gaya dan jarak dari titik tumpu. Gaya pembalik ini dapat dihitung dengan mengalikan gaya dengan jarak dari titik tumpu :

Gaya pembalik (momentum )=gaya yang diberikan× jarak dari titik tumpu

Gaya sebesar satu Newton yang diberikan 1 meter dari titik tumpu akan memberikan gaya pembalik sebesar 1 Newton meter (Nm).

Persamaan diatas menunjukan bahwa semakin jauh jarak antara titik gaya diberikan dengan titik tumpu, maka momentum akan semakin besar. Jadi, dengan menambahkan jarak dari titik tumpu, dengan besar gaya yang sama akan dihasilkan gaya pembalik yang lebih besar – maka mesin tersebut sangat berguna!

BEBAN DAN USAHA

Agar dua orang yang duduk dijungkat-jungkit bisa seimbang, maka usaha (effort) yang dihasilkan setiap orang (salah seorang adalah beban, sedangkan yang lain adalah usaha) harus sama-sama dan berlawanan arah sehingga saling meniadakan :

Beban× jarak bebandari titik tumpu=usaha × jarak usa ha darititik tumpu

Jika dua orang yang duduk di jungkat-jungkit memiliki berat yang berbeda maka orang yang lebih ringan harus duduk lebih jauh dari titik tumpu agar seimbang. Mungkin anda terbiasa dengan pengalaman ini saat masih kanak-kanak dulu dan anda juga dapat mencobanya dengan penggaris yang diletakkan disuatu titik tumpu dibagian tengah, member

Beban Usaha

beban yang beratnya berbeda pada setiap ujungnya dan menggerakkan beban tersebut hingga menjadi seimbang.

Keuntungan Mekanik

Contoh jungkat-jungkit diatas menunjukan bahwa menjauhkan posisi tempat usaha diberikan dari titik tumpu akan memberikan kesempatan mengangkat beban yang lebih besar dibandingkan gaya yang diberikan. Mesin tersebut dikatakan memiliki keuntungan mekanik.

Ingatlah bahwa pada jungkat-jungkit yang seimbang hasil perkalian antara beban dan jarak dari titik tumpu adalah setara dengan hasil perkalian usaha dengan jarak dari titik tumpunya :

Beban× jarak bebandari titik tumpu=usaha × jarak usa ha darititik tumpu

Jika persamaan ini disusun ulang maka dapat dinyatakan sebagai berikut :

BebanUsah a

= Jarak usaha dari titik tumpuJarak bebandarititik tumpu

Rasio beban terhadap usaha disebut juga keuntungan mekanik. Jika beban lebih besar daripada usaha, maka keuntungan mekanik lebih dari satu ; jika usaha lebih besar daripada beban, maka keuntungan mekanik kurang dari satu.

Jungkat-jungkit merupakan contoh pengukit tingkat pertama. Contoh pengukit tinggkat pertama, kedua, dan ketiga pada tubuh manusia dapat dilihat pada Tabel 13.2.

Tabel 13.2 Jenis-jenis pengukit

Pengukit tingkat 1 : titik tumpu terletak antara beban dan usaha

Tengkorak terletak pada satu titik tumpu, vertebrate atlas (ruas pertama tulang leher) dan beban (tengkorak) dicegah jatuh ke bawah

Beban Usaha

Usaha Beban

UsahaUsaha

Beban

Katrol bergerak

Beban

Usaha

Katrol terfiksasi

Pengukit tingkat 2 : Beban terletak antara usaha dan titik tumpu

Tonjolan telapak kaki adalah titik tumpu, berat badan adalah beban, dan otot-otot betis memberikan usaha

Pengukit tingkat 3 : Usaha terletak antara beban dan titik tumpu

Tangan membawa beban, sendi siku adalah titik tumpu, dan biseps memberikan usaha, keuntungan mekanik kurang dari 1

Katrol

Katrol juga merupakan mesin yang sederhana.Katrol dapat terfiksasi atau bergerak – digambarkan dalam Gambar 13.12. Katrol yang terfiksasi memungkinkan kita untuk mengubah arah gaya yang diberikan. Katrol yang dapat bergerak juga memberikan keuntungan mekanik karena usaha bergerak lebih jauh daripada beban.

Katrol digunakan juga pada traksi dan lift pengangkat. Pada traksi maupun lift, arah usaha ynag diberikan diubah kearah yang lebih nyaman. (Gambar 13.13)

Gambar 13.12 Katrol

BebanUsaha

Beban

Usaha

Gaya pembalik (momentum)Gaya pembalik berkurang

Gambar 13.14 Membawa beban dekat dengan tubuh

GAYA, PENGUKIT, DAN MEMINDAHKAN / MENGANGKAT BARANG

Untuk menyelesaikan bab ini, maka mari kita llihat bagaimana aplikasi prinsip-prinsip pengungkit dapat menjelaskan aspek memindahkan dan mengangkat barang.

Membawa beban dekat dengan tubuh

Salah satu hal pertama yang diajarkan dalam memindahkan dan mengangkut barang adalah beban harus didekatkan sedekat mungkin dengan tubuh saat mengangkat (Gambar 13.14). Aplikasi prinsip pengungkit dapat kita lihat mengapa beban yang terletak jauh dari tubuh akan terasa lebih berat.

Jika beban dibawa sejauh lengan, maka jarak antara beban dengan titik tumpu (bahu) menjadi besar dan gaya pembalik yang dihasilkan cukup signifikan. Dengan membawa beban lebih dekat dengan tubuh, maka jarak akan berkurang dengan signifikan, sehingga daya pembalik juga berkurang.

Postur yang benar

Jika mengangkat barang, anda harus menjaga tulang belakang tetap lurus dan rata, dan usaha mengangkat harus berasal dari otot-otot paha. Jika saran ini diikuti, maka sendi panggul menjadi titik tumpu dan akan terbentuk pengukit jenis ketiga (Gambar 13.15).

Akan tetapi, jika tulang belakang yang menjadi titik tumpu (gambar 13.16)(bila tulang punggung membengkok), maka akan terjadi momentum pada tulang belakang dan diskus

Gambar 13.13 Traksi dan lift pengangkut

UsahaBeban

Gambar 13.15 Mengangkat mulai dari panggul

UsahaBeban

Kompresi diskus

Gambar 13.16 Tulang belakang sebagi titik tumpu

tulang belakang, yang dapat menyebabkan herniasi – pergeseran diskus. Usaha untuk menyokong dan menaikkan beban dilakukan oleh kelompok otot pada dasar tulang belakang yang dapat menimbulkan cidera.

Perpindahan horizontal

Praktik memindahkan dan mengangkat benda dilakukan berdasarakan prinsip perpindahan horizontal dan bukan perpindahan vertical pada pasien. Perpindahan vertical pasien (pasien harus diangkat) harus dilakukan dengan katrol mekanik karena beban yang harus diangkat terlallu berat untuk dapat dengan aman digendong oleh tenaga staf. Peralatan seperti seprai geser, papan transfer, dan peralatan serupa digunakan untuk transfer horizontal jika memungkinkan. Dengan menggunakan peralatan ini maka gaya yang diperlukan akan dikurangi dengan :

Menghindari bekerja melawan efek gravitasi yang harus dilampaui untuk mengankat benda

Meminimalisasi gaya gesek yang melawan gerakan horizontal.

Hal ini tidak hanya menurangi risiko cedera, namun juga mengurangi beban kerja fisik sepanjang hari.

Aplikasi gaya-gaya dalam praktik klinik adalah pada mesin traksi, yaitu :

a. Traksi leher

b. Traksi tulang

c. Traksi kepala

DAFTAR PUSTAKA

Joyce james, dkk.2008.Prinsip-prinsip sains untuk keperawatan. Jakarta:Erlangga.

Ruslan, Ahmadi Hani.2010. Teori dan Aplikasi Fisika Kesehatan.Yogyakarta:Nuha Medika