Rangka, Otot, dan Pesawat Sederhana

Rangka, Otot, dan Pesawat Sederhana                                                          

Manusia melakukan gerakan untuk mencari makan, melindungi diri dan lain sebagainya.Gerakan itu akibat dari peran aktif otot. otot pada tubuh melekat pada tulang atau rangka.oleh karena itu otot disebut alat gerak aktif dan rangka sebagai alat gerak pasif. Prinsip kerja dari rangka dan otot seperti yang terdapat pada pesawat sederhana. Pesawat sederhana adalah alat yang digunakan untuk memudahkan aktivitas manusia. Di lingkungan sekitar kita, terdapat banyak sekali jenis pesawat sederhana. Pada kesempatan  ini, kita akan bersama-sama belajar mengenai Rangka, Otot dan Pesawat sederhana. Pada Bab ini akan membahas mengenai rangka dan otot pada manusia, berbagai macam pesawat sederhana serta keuntungan mekanik yang diperoleh dengan penggunaan pesawat sederhana dan prinsip kerja pesawat sederhana pada otot dan rangka manusia.

Sumber:Materiajar.com

A.Struktur sistem rangka dan Fungsi Rangka Bagi Tubuh Manusia 

Rangka adalah susunan tulang-tulang yang mempunyai sistem tertentu. Rangka terlindung dan terbalut oleh otot dan kulit. Untuk mendukung fungsi gerak, lain didukung oleh otot, antartulang satu dengan yang lainnya dihubungkan oleh persendian. Secara umum, rangka manusia mempunyai fungsi antara lain.

1. Menegakkan dan memberikan bentuk pada tubuh, misalnya, tulang belakang dan tulang kaki yang berfungsi menegakkan tubuh, dan tulang tengkorak bagian depan berfungsi membentuk bentuk wajah. 
2. Melindungi organ tubuh bagian dalam yang bersifat lunak, misalnya tulang rusuk yang melindungi jantung dan paru-paru, tulang tengkorak bagian depan yang melindungi bola mata. 
3. Tempat melekatnya  otot-otot, misalnya, otot bisep yang terdapat pada lengan, ujung atasnya melekat pada tulang belikat dan tulang lengan atas, dan ujung bawahnya melekat pada tulang pengumpil. 
4. Tempat pembentukan sel-sel darah merah
5.  Sebagai alat gerak pasif

Sistem rangka manusia tersusun atas ±206 tulang dengan ukuran dan bentuk yang berbeda-beda. Berikut adalah contoh gambar sistem rangka manusia.

Struktur tulang manusia tersusun atas periosteum, sumsum tulang,tulang kompak,tulang spons serta pembuluh darah.

Berdasarkan bentuk dan ukurannya,kita dapat mengklasifikasikannya menjadi: tulang panjang, tulang pipih, tulang pendek dan tulang tak beraturan,tulang sesamoid, tulang pneumatic. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dari gambar berikut:

Sumber:yuyudede.blogspot.com

Agar dapat memahami labih dalam mengenai klasifikasi tulang, berikut akan dibahas karakteristik dari masing-masing tulang:

1. Tulang Pipa atau tulang panjang, berbentuk seperti pipa dan didalamnya terdapat rongga. Matriks ( zat yang terdapat diantara ruang antar sel) sangat padat dan kompak sehingga tulang pipa sering disebut tulang kompak. Didalam tulang ini terdapat sumsum kuning dan lemak. Contoh dari tulang pipa yaitu tulang lengan atas, tulang pengumpil, tulang hasta, tulang paga, tulang kering tulang betis, ruas-ruas jari tangan, ruas-ruas jari kaki. 
2. Tulang Pendek, berbentuk beulat pendek, bersifat rungan dan kuat. Pada tulang ini terdapat sumsum merah. Contoh dari tulang ini yaitu: tulang pergelangan tangan, tulang pergelangan kaki, dan ruas-ruas tulang belakang. 
3. Tulang Pipih, berbentuk gepeng memipih, terdiri atas 2 lapisan tulang kompak,  yaitu lamina eksterna dan interna ossis karnii.yang dipisahkan oleh selapis tulang spogiosa yang disebut diploe.Didalam tulang ini terdapat rongga-rongga yang berisi sumsum merah yang berfungsi membentuk sel-sel darah merah. Fungsi dari tulang pipih ini adalah untuk melindungi nagian tubuh yang lunak seperti otak, jantung dan paru-paru. Contonya: tulang dada, tulang belikat, tulang rusuk, tulang tengkorak. 
4. Tulang tidak beraturan, memilki bentuk yang tidak beraturan dan menunjukkan daya tahan yang besar terhadap tekanan. Contoh dari tulang ini adalah tulang veterbrae.

Berdasarkan kekerasannya, tulang dapat dikelompokkan menjadi dua macam, yaitu:      1.Tulang Rawan (kartilago), yaitu tulang yang mengandung zat perekat (kolagen) yang tersusun atas kumpulan sel tulang rawan. sel tulang rawan dapat menghasilkan metriks yah bersifat lentur karena tersusun oleh protein dan sedikit mangandung zat kapur.Tulang rawan dibedakan menjadi tulang rawan hialin, tulang rawan fibrosa, dan tulang rawan elastis.Tulang rawan hialin merupakan tulang rawan sederhana dengan bahan yang seragam. tulang ini terdapat diantara tulang rusuk dan tulang dada, sendi tulang, dan dinding trakea. Tulang rawan fibrosa terdiri atas berkas-berkas serabut dengan sel tulang rawan yang tesusun diantara serabut tersebut. tulang ini bersifat kuat tetapi kaku atau kurang lentur.Tulang ini terdapat pada antar ruas tulang belakang, tulang panggul, dan tulang rawan lutut.Tulang rawan elastis terdiri atas serabut elastis berwarna kuning dan bersifat lentur. tulang ini terdapat pada hidung dan telinga.    Untuk labih jelas mengenai ketiga jenis tulang rawan tersebut, lihat gambar dibawah ini:        

sumber:www.slideshare.net

                

2.Tulang Keras, yaitu tulang rawan yangmengalami pengerasan. prosesnya disebut osifikasi. Proses tersebut terjadi karena didalam tulang yersebut mengandung zat kapur. Tidak semua tulang rawan akan menjadi tulang keras, contohnya tulang daun telinga dan laring. Pengerasan tulang dipengaruhi oleh vitamin D. Oleh karena itu, orang yang kekurangna vitamin D mempunyai tulang yang rapuh.Lapisan paling luar dari tulang keras disebut periosteum. lapisan ini merupakan temat melekatnya otot dan mengandung banyak pembuluh darah. Sebelah dalam dari lapisan ini terdapat jaringan tulang kompak yang terdiri atas sel-sel tulang yang tersusun dalam sistem havers. saluran havers dikelilingi oleh lapisan lamela, yang diantara lamela tersebut terdapat ruang yang disebut lakuna.Lakuna mengandung sel-sel yang satu sama lain dihubunhkan oleh kanalikuli.Berikut adalah gambar ilustrasi dari sistem havers  

Untuk lebih memahami mengenai sistem ragka manusia, simak video disamping .









 Sumber Video: https://www.youtube.com/watch?v=jjcwri_0rD0 

B. Sendi pada Tubuh Manusia

Tulang-tulang pembentuk rangka manusia saling berhubungan satu sama lain, hubungan natartulang tersebut disebut sendi atau artikulasi. Dengan adanya sendi, hubungan antara tulang-tulang tubuh dapat digerakkan. Adapun komponen-komponen penyusun dari sendi antara lain:

1. Ligamen,yang berfungsi untuk menghubungkan bagian luar ujung tulang agar menyatu dengan sendi, dan menjaga agar tidak terjadi perubahan lokasi sendi dan tulang ketika bergerak. 
2. Kapsul Sendi, yang berfungsi untuk menghubungkan dua tulang pada sendi dan merupakan bagian berserabut yang melapisi sendi dan memiliki rongga di dalamnya. 
3. Tulang Rawan Hialin, yaitu bagian yang melapisi kedua ujung tulang dan berfungsi untuk menjaga tulang dari benturan atau gesekan saat terjadinya pergerakan. 
4. Cairan Sinovial merupakan  cairan pelumas pada ruang sendi.

Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat dari gambar berikut:

 Sumber:Softilmu.com

Adapun macam-macam sendi pada manusia antara lain: 

1. Sendi Fibrosa, yaitu sendi yang tidak memiliki tulang rawan, satu tulang dengan tulang lainnya dihubungkan dengan jaringan ikat fibrosa. Sehingga banyak dijumpai tidak dapat digerakkan. Contohnya pada sutura tulang tengkorak. 
2. Sendi Kartilago, yaitu sendi yang ujung ujung tulangnya dihubungkan oleh kartilago, dan disokong oleh ligamen. Sendi Kartilago dikelompokkan lagi menjadi 2, yaitu:a.Sinkondrosis, merupakan sendi yang seluruh persendiannya diliputi oleh tulang rawan.Contohnya Sendi-sendi Kostokondral.b.Simfisis, merupakan sendi yang tulang-tulangnya memiliki ubungan fibrokartilago dan selapis tulang rawan hialin yang menyelimuti permukaan sendi. Contonya bagian simfisis pubis.
3. Sendi Sinovial, yaitu sendi yang memiliki ruang antar sendi sehingga memungkinkan terjadi banyak gerakan, ujung-ujung tulangnya dilapisi oleh tulang rawah hilain yang tipis untuk menjaga benturan dan gesekan antartulang. Contohnya sadalah pada lutut.

Berdasarkan Sifat Gerakannya : 

1. Sinartosis (Sendi Mati), yaitu persendian yang tidak dapat digerakkan, biasanya tulang-tulang pada persendian Sinartosis dipersatukan oleh serabut jaringan ikat atau tulang rawan hialin. Contohnya sendi antar tulang tengkorak. 
2. Amfiartrosis (Sendi Kaku), yaitu persendian yang hanya memungkinkan terjadinya sedikit gerakan (sendi gerakan terbatas). Contohnya sendi antar tulang rusuk dsn tulang dada, persendian pada tulang pergelangan tangan, antar ruas-ruas tulang belakang, serta antar tulamg belakang dengan tulang rusuk. 
3. Diartosis (Sendi Gerak), yaitu persendian yang memungkinkan terjadinya gerakan ke satu arah,  dua arah, maupun ke segala arah. Pada kedua ujung tulang yang berhubungan terbentuk rongga sendi(cairan sinovial). 

Menurut arah geraknya, sendi dibedakan menjadi 5, yaitu:

Sumber: ratnaayu54.blogspot.com

 1.Sendi Engsel, yaitu sendi yang memungkinkan terjadinya gerakan hanya pada satu arah saja, sendi engsel biasanya hanya dapat ditekuk atau diluruskan. Contohnya pada tulang lutut dan siku.

Sumber: ratnaayu54.blogspot.com

2.Sendi Pelana, yaitu sendi yang memungkinkan terjadinya gerakan pada dua arah.Contohnya adalahpersendian antara tulang ibu jari dan tulang telapak tangan serta tulang telapak tangan dan pergelangan tangan.

Sumber: ratnaayu54.blogspot.com

3.Sendi Peluru, yaitu sendi yang memungkinkan terjadinya gerakan ke segala arah, contohnya adalahpersendian antara tulang paha dan tulang gelang panggul serta persendian antara tulang lengan atas dan tulang gelang bahu.

Sumber: ratnaayu54.blogspot.com

4.Sendi Putar, yaitu sendi yang memungkinkan terjadinya gerakan salah satu tulang yang berputar terhadap tulang lainnya. Contohnya adalahpersendian antar tulang hasta dan pengumpil serta antara tulang pemutar dengan tulang atlas yang menyebabkan kepala dapat berputar.

Sumber: ratnaayu54.blogspot.com

5.Sendi Geser, yaitu persendian yang memungkinkan terjadinya gerakan bergeser. Kedua ujung tulang permukaannya datar atau rata. Contohnya persendian yang terdapat pada tulang-tulang pergelangan tangan dan ruas-ruas tulang belakang 

Untuk memahami lebih jelas menganai letak sendi-sendi tersebut dalam rangka manusia, lihat gambar dibawah ini !

sumber:sciencebooth.com

Berdasarkan Strukturnya :

1. Sendi Fibrosa, yaitu sendi yang tidak memiliki tulang rawan, satu tulang dengan tulang lainnya dihubungkan dengan jaringan ikat fibrosa. Sehingga banyak dijumpai tidak dapat digerakkan. Contohnya pada sutura tulang tengkorak.
2. Sendi Kartilago, yaitu sendi yang ujung ujung tulangnya dihubungkan oleh kartilago, dan disokong oleh ligamen. Sendi Kartilago dikelompokkan lagi menjadi 2, yaitu:a.Sinkondrosis, merupakan sendi yang seluruh persendiannya diliputi oleh tulang rawan. Contohnya Sendi-sendi Kostokondral.b.Simfisis, merupakan sendi yang tulang-tulangnya memiliki ubungan fibrokartilago dan selapis tulang rawan hialin yang menyelimuti permukaan sendi. Contonya bagian simfisis pubis.
3. Sendi Sinovial, yaitu sendi yang memiliki ruang antar sendi sehingga memungkinkan terjadi banyak gerakan, ujung-ujung tulangnya dilapisi oleh tulang rawah hilain yang tipis untuk menjaga benturan dan gesekan antartulang. Contohnya sadalah pada lutut.

C.Struktur dan Fungsi Otot Manusia

Otot sebenarnya suatu jaringan yang terdiri atas sel-sel otot. Sel-sel otot bergabung membentuk serabut otot. Serabut otot dibungkus oleh selaput otot(sarkolema). Serabut-serabut otot bergabung membentuk kumpulan serabut otot yang disebut berkas otot. gabungan dari berkas otot tersebut disebut otot atau daging. Otopt dapat berkontraksi, dengan cara mengembang dan mengempis. Akibatnya, otot dapat menggerakkan rangka.Oleh karena itu otot disebut sebagai alat gerak aktif.

Otot mempunyai tiga karakteristik, yaitu:

1. Kontraktibilitas, yaitu kemampuan otot untuk mengadakan perubahan menjadi lebih pendek dari ikuran semulanya.
2. Ekstensibilitas, yaitu kemampuan otot untuk berelaksasi atau memanjang dari ukuran semula.
3. Elastisitas, yaitu kemampuan otot untuk dapat kembali keukuran semula setelah berkontraksi atau ekstensif.  

Otot-otot pada manusia dibedakan menjadi:

1. 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.Otot rangka cenderung cepat berkontraksi dan cepat lelah.

   

   Sumber:Andiweb3.wordpress.com

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

   

   Sumber:Andiweb3.wordpress.com

3. Otot jantung, tergolong otot tidak sadar. Otot jantung mempunyai garis-garis seperti otot rangka. Sebaliknya, 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 merupakan contoh otot tak sadar.

   

   Sumber:Andiweb3.wordpress.com

Kelainan pada Sisitem Gerak manusia  

Gangguan-gangguan papa tulang dapat disebabkan oleh penyakit, kecelakaan, pengaruh zat makanan(gizi), sikap duduk, maupun faktor keturunan. Berikut adalah  macam-macam kelainan yang terjadi pada Sistem Gerak Manusia, yaitu:

1. Riketsia, terjadi karena kekurangan vitamin D yang membantu  penyerapan kalsium dan fosfor sehingga proses pengerasan tulang terganggu. 
2. Osteoporosis, disebabkan karena kekurangan kalsium. 
3. Fraktura (Patah Tulang),  salah satu penyebab terjadinya adalah karena tulang mengalami benturan yang keras, misalnya pada saat kecelakaan atau jatuh dari tempat yang tinggi. Ada dua jenis fraktura, yaitu fraktura tertutup dan fraktura terbuka. Fraktura tertutup terjadi jika tulang patah tetapi bagian ujung yang patah tidah menembus kulit. Fraktura terbuka terjadi jika ujung tulang yang patah keluar menembus kulit. 
4. Artritis, yaitu gangguan pada sendi yang disebabkan oleh kuman gonore dan sifilis. Ada 2 macam artritis, yaitu artritis eksudatif dan artritis sika. Artritis eksudatif adalah rongga sendi terisi getah radang (nanah) sehingga terasa sakit jika digerakkan.Artritis sika adalah berkurangnya minyak sendi sehingga menimbulkan rasa nyeri pada saat tulang sendi digerakkan. 
5. Lordosis, Kifosis dan Skoliosis, merupakan kelainan tulang belakang karena sikap duduk yang salahsehingga menyebabkan gangguan pertumbuhan tulang belakang.Lordosis terjadi jika tulang belakang bagian leher dan panggul terlalu membengkok kedepan sehingga jika tampak dari samping tulang belakang tidak lurus.Kifosis terjadi jika tulang belakang bagian punggung dan tungging terlalu membengkok ke belakang.Skoliosis terjadi jika tulang belakang terlalu membungkuk ke samping kanan atau kiri. 
6. Memar karena robeknya selaput sendi. Robeknya selaput sendi juga diikuti dengan lepasnya ujung tulang dari sendi disebut urai sendi. 
7. Layuh semu, yaitu keadaan tulang yang tidak bertenaga yang disebabkan karena infeksi kuman sifilis pada anak sejak dalam kandungan. 
8. Fisura, yaitu tulang retak karena jatuh atau kecelakaan. 
9. Nekrose, yaitu rusaknya periosteum sehingga tulang tidak mendapat nutrisi. hal tersebut dapat menyebabkan tulang mati dan mengering.

 D. Macam-macam pesawat sederhana dan keuntungan mekaniknya

1.Katrol

Katrol merupakan roda yang berputar pada porosnya dan terdapat tali atau rantai sebagai penghubungnya. Berdasarkan cara kerjanya, katrol merupakan jenis pengungkit karena memiliki titik tumpu, kuasa, dan beban. Katrol digolongkan menjadi tiga, yaitu katrol tetap, katrol bebas, dan katrol majemuk .Katrol tetap merupakan katrol yang posisinya tidak berpindah pada saat digunakan, contohnya yaitu katrol yang digunakan pada tiang bendera dan sumur timba. Keuntungan mekanik pada katrol tetap adalah 1, artinya besar gaya kuasa sama dengan gaya beban. Berbeda dengan katrol tetap, pada katrol bebas kedudukan atau posisi katrol berubah dan tidak dipasang pada tempat tertentu. Katrol jenis ini, dapat  ditemukan pada alat-alat pengangkat peti kemas di pelabuhan. 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. Katrol majemuk merupakan perpaduan dari katrol tetap dan katrol bebas. Kedua katrol ini dihubungkan dengan tali. Pada katrol majemuk, beban dikaitkan pada katrol bebas. Keuntungan mekanik pada katrol majemuk adalah sejumlah tali yang digunakan untuk mengangkat beban.

2.Tuas/pengungkit berfungsi untuk mengungkit, mencabut atau mengangkat benda yang berat.

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.

Keuntungan Mekanik Tuas

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

KM = w/F atau KM = lk/lb

Keuntungan mekanik pada tuas bergantung pada masing-masing lengan. Semakin panjang lengan kuasanya, maka keuntungan mekaniknya akan semakin besar. Untuk lebih memahami prinsip kerja tuas, lihat animasi dibawah ini.    

3.Bidang Miring, digunakan untuk membantu memindahkan benda dengan menggunakan lintasan yang miring.

Keuntungan mekanik bidang miring bergantung pada panjang landasan bidang miring dan tingginya. Semakin kecil sudut kemiringan bidang, semakin besar keuntungan mekanisnya atau semakin kecil gaya kuasa yang harus dilakukan.Keuntungan mekanik bidang miring dirumuskan dengan perbandingan antara panjang (l) dan tinggi bidang miring (h).

4. Roda berporos,merupakan roda yang di dihubungkan dengan sebuah poros yang dapat berputar bersama-sama. Roda berporos dapat kita temukan pada alat-alat seperti setir mobil, setir kapal, roda sepeda, roda kendaraan bermotor, dan gerinda.  Ada banyak sekali contoh pesawat sederhana yang ada di sekitar siswa. 

a.Gunting, termasuk pengungkit jenis pertama.
b.Pisau, termasuk bidang miring.
c.Tangga, termasuk bidang miring.
d.Katrol tunggal yang terpasang pada sumur, termasuk katrol tunggal.
e.Sekrup, termasuk bidang miring.
f.Steples, termasuk pengungkit jenis ketiga.
g.Gear sepeda, termasuk roda berporos.
h.Dongkrak mobil, termasuk pengungkit jenis ketiga. dst.

E.Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Otot dan Rangka Manusia

Pada saat manusia melakukan suatu aktivitas, maka otot, tulang dan sendi akan bekerja bersama-sama. Prinsip kerja ketiganya seperti sebuah pengungkit, dimana tulang sebagai lengan, sendi sebagai titik tumpudan kontraksi dan relaksasi otot memberikan gaya untuk menggerakkan bagian tubuh

Apabila ingin mendapatkan download file tentang Otot, Rangka dan Pesawat sederhana silahkan klik di sini
Untuk mempelajari bab otot, rangka dan pesawat sederhana lebih lanjut dapat diklik disini.

Daftar Pustaka

Zubaidah,Siti,dkk.2014.Buku Guru Ilmu Pengetahuan    Alam.Jakarta:KementrianPendidikan dan Kebudayaan

Agustiana,I Gusti Ayu Tri.2014.Konsep Dasar IPA Aspek Biologi.Yogyakarta:Penerbit Ombak.