▷ Gaya gesekan (atau gaya gesekan)

Artikel ini menjelaskan apa itu gaya gesekan (atau gaya gesekan) dalam fisika dan cara menghitungnya. Oleh karena itu, Anda akan menemukan sifat-sifat gaya gesekan, dua jenis gaya gesekan yang ada, dan, sebagai tambahan, latihan khusus untuk dipraktikkan.

Apa itu gaya gesekan?

Gaya gesekan , disebut juga gaya gesek , adalah gaya kontak yang terjadi ketika suatu benda berusaha menggerakkan permukaan benda lain.

Lebih tepatnya, gaya gesek adalah gaya yang dikerjakan dalam arah yang sejajar dan berlawanan dengan gerak.

Ada dua jenis gaya gesekan: gaya gesekan statis dan gaya gesekan dinamis. Tergantung pada kasusnya, satu atau beberapa tindakan lainnya. Di bawah ini kita akan melihat perbedaan di antara keduanya.

Secara umum gaya gesek dilambangkan dengan simbol F _R.

Karakteristik gaya gesekan

Setelah kita mengetahui pengertian gaya gesek (atau gaya gesek), mari kita lihat apa saja ciri-ciri gaya jenis ini:

Gaya gesek merupakan gaya kontak, artinya hanya bekerja jika dua permukaan bersentuhan.
Selain itu, gaya gesekan hanya muncul ketika suatu benda bergerak atau berupaya untuk menumpangkan benda lain.
Arah gaya gesek sejajar dengan arah gerak.
Arah gaya gesekan berlawanan dengan gerak.
Gaya gesekan tidak bergantung pada kecepatan geser benda.
Gaya gesekan tidak bergantung pada ukuran permukaan yang bersentuhan.
Namun gaya gesekan bergantung pada bahan yang bersentuhan, lapisan akhir, dan suhu.
Gaya gesekan berbanding lurus dengan gaya normal.

Rumus gaya gesekan

Gaya gesekan sama dengan koefisien gesekan dikalikan gaya normal. Oleh karena itu, untuk menghitung gaya gesekan, pertama-tama harus dicari gaya normalnya kemudian dikalikan dengan koefisien gesekan antara kedua permukaan kontak.

Oleh karena itu, rumus gaya gesekan (atau gaya gesekan) adalah sebagai berikut:

$F_R=\mu\cdot N$

Emas:

$F_R$

adalah gaya gesek atau gesekan yang dinyatakan dalam newton.
$\mu$

adalah koefisien gesekan yang tidak mempunyai satuan.
$N$

adalah gaya normal yang dinyatakan dalam newton.

Gaya gesekan statis dan dinamis

Besarnya gaya gesek bergantung pada apakah benda dalam keadaan diam atau bergerak. Misalnya saja Anda pasti mencoba menyeret suatu benda yang sangat berat dan pada awalnya sulit untuk digerakkan, namun begitu Anda berhasil sedikit menggerakkan badan tersebut, maka akan lebih mudah untuk terus menyeret benda tersebut.

Memang secara umum gaya gesek pada saat benda diam lebih besar dibandingkan pada saat benda bergerak.

Jadi, kita membedakan dua jenis gaya gesekan (atau gaya gesekan):

Gaya gesekan statis : Ini adalah gaya gesekan yang bekerja ketika benda belum bergerak.
Gaya gesekan dinamis (atau kinetik) : ini adalah gaya gesekan yang bekerja ketika benda sudah mulai bergerak.

Demikian pula, koefisien gesekan statis juga dibedakan dari koefisien gesekan dinamis, yang masing-masing digunakan untuk menentukan gaya gesekan statis dan gaya gesekan dinamis.

Terakhir, besarnya gaya gesek berubah-ubah seperti terlihat pada grafik berikut:

Gaya gesekan statis sama dengan gaya yang diterapkan untuk mencoba menggerakkan benda tetapi arahnya berlawanan. Nilai maksimumnya merupakan hasil kali antara koefisien gesekan statis dan gaya normal. Ketika gaya yang diberikan melebihi nilai ini, benda mulai bergerak.

Jadi, ketika benda sudah bergerak, gaya gesekan dinamis mempunyai nilai konstan yang setara dengan hasil kali antara koefisien gesekan dinamis dan gaya normal, berapa pun nilai gaya yang diterapkan. Selain itu, nilai ini sedikit lebih rendah dari nilai maksimum gaya gesek statis.

Latihan soal gaya gesek terselesaikan

Latihan 1

Benda tersebut dimaksudkan untuk memindahkan sebuah balok bermassa m=12 kg pada permukaan datar dan balok tersebut mulai bergerak ketika gaya sebesar 35 N diberikan. Berapakah koefisien gesekan statik antara tanah dan balok? Data: g=10 m/s ² .

memecahkan masalah koefisien gesekan statis

Lihat solusinya

Pertama, kita buat grafik semua gaya yang bekerja pada balok:

menyelesaikan latihan tentang koefisien gesekan statis atau koefisien gesekan statis

Dalam situasi batas kesetimbangan, dua persamaan berikut terpenuhi:

$N=P$

$F_R=F$

Jadi gaya gesekan akan setara dengan gaya horizontal yang diterapkan pada benda:

$F_R=F=35 \ N$

Sebaliknya, kita dapat menghitung nilai gaya normal dengan menggunakan rumus gaya berat:

$\begin{array}{l}N=P\\[3ex] N=m\cdot g\\[3ex] N=12\cdot 10 \\[3ex] N=120 \ N\end{array }$

Terakhir, setelah kita mengetahui nilai gaya gesekan dan gaya normal, kita menerapkan rumus koefisien gesekan statis untuk menentukan nilainya:

$\mu_e=\cfrac{F_R}{N}=\cfrac{35}{120}=0.29$

Latihan 2

Sebuah benda bermassa m=6 kg kita letakkan di puncak bidang miring 45º. Jika benda meluncur pada bidang miring dengan percepatan 4 m/s ² , berapakah koefisien gesekan dinamis antara permukaan bidang miring dengan permukaan benda? Data: g=10 m/s ² .

masalah koefisien gesekan atau gesekan dinamis

Lihat solusinya

Hal pertama yang perlu kita lakukan untuk menyelesaikan masalah fisika mengenai dinamika adalah menggambar diagram benda bebas. Jadi, gaya-gaya yang bekerja pada sistem tersebut adalah:

menyelesaikan latihan koefisien gesekan atau gesekan dinamis

Pada arah sumbu 1 (sejajar bidang miring) benda mengalami percepatan, namun pada arah sumbu 2 (tegak lurus bidang miring) benda diam. Dari informasi ini, kami mengusulkan persamaan gaya-gaya sistem:

$P_1-F_R=m\cdot a$

$P_2-N=0$

Jadi, kita dapat menghitung gaya normal dari persamaan kedua:

$\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=6 \cdot 10 \cdot \ text{cos}(45º)\\[3ex]N=42,43 \ N\end{array}$

Sebaliknya, kita menghitung nilai gaya gesekan (atau gaya gesekan) dari persamaan pertama yang disajikan:

$\begin{array}{l}P_1-F_R=m\cdot a\\[3ex]F_R=P_1-m\cdot a\\[3ex]F_R=m\cdot g\cdot \text{sin} (\alpha)-m\cdot a\\[3ex]F_R=6\cdot 10\cdot \text{sin}(45º)-6\cdot 4\\[3ex]F_R=18.43 \ N\end{ array}$

Dan setelah kita mengetahui nilai gaya normal dan gaya gesekan, kita dapat menentukan koefisien gesekan dinamis menggunakan rumus yang sesuai:

$\mu_d=\cfrac{F_R}{N}=\cfrac{18.43}{43.43}=\bm{0.42}$

Latihan 3

Sebuah kereta luncur bermassa 70 kg meluncur menuruni kemiringan 30º dengan kecepatan awal 2 m/s. Jika koefisien gesekan dinamis antara kereta luncur dan salju adalah 0,2, hitunglah kecepatan yang diperoleh kereta luncur tersebut setelah menempuh jarak 20 meter. Data: g=10 m/s ² .

Lihat solusinya

Pertama-tama, kita membuat diagram benda bebas kereta luncur:

ditentukan pelaksanaan gaya gesekan pada bidang miring

Kereta luncur mempunyai percepatan searah sumbu 1 (sejajar bidang miring) namun tetap diam pada arah sumbu 2 (tegak lurus bidang miring), sehingga persamaan gayanya adalah:

$P_1-F_R=m\cdot a$

$P_2-N=0$

Dari persamaan kedua kita dapat menghitung gaya normal yang bekerja pada kereta luncur

$\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=70 \cdot 10 \cdot \ text{cos}(30º)\\[3ex]N=606,22 \ N\end{array}$

Karena sekarang kita mengetahui nilai gaya normal dan koefisien gesekan dinamis, kita dapat menghitung gaya gesekan dengan menerapkan rumus yang sesuai:

$F_R=\mu\cdot N=0,2 \cdot 606,22=121,24 \ N$

Jadi, untuk menentukan kecepatan akhir, kita harus mencari percepatan kereta luncur terlebih dahulu, dan ini dapat dihitung dari persamaan gaya pertama yang disajikan:

$P_1-F_R=m\cdot a$

$a=\cfrac{P_1-F_R}{m}$

$a=\cfrac{m\cdot g\cdot \text{sin}(\alpha)-F_R}{m}$

$a=\cfrac{70\cdot 10\cdot \text{sin}(30º)-121.24}{70}$

$a=3,27 \ \cfrac{m}{s^2}$

Setelah kita mengetahui percepatan kereta luncur, kita menghitung waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak 20 meter dengan persamaan gerak lurus dengan percepatan tetap:

$x=v_0\cdot t +\cfrac{1}{2}\cdot a \cdot t^2$

$20=2\cdot t +\cfrac{1}{2}\cdot 3.27 \cdot t^2$

$0=1,64t^2+2t-20$

$\displaystyle t=\cfrac{-2\pm \sqrt{2^2-4\cdot 1.64\cdot (-20)}}{2\cdot 1.64}=\cfrac{-2\ pm 11.63}{ 3.28}=\begin{cases}2.94\\[2ex]-4.15 \ \color{red}\bm{\times}\end{cases}$

Logikanya, kita mengesampingkan solusi negatif karena waktu adalah besaran fisika yang tidak boleh negatif.

Terakhir, kita menghitung kecepatan akhir menggunakan rumus percepatan konstan:

$a=\cfrac{v_f-v_0}{t_f-t_0}\quad \longrightarrow \quad v_f=a\cdot (t_f-t_0)+v_0$

$v_f=3,27\cdot (2,94-0)+2=11,61 \ \cfrac{m}{s}$

Apa itu gaya gesekan?

Karakteristik gaya gesekan

Rumus gaya gesekan

Gaya gesekan statis dan dinamis

Latihan soal gaya gesek terselesaikan

Latihan 1

Latihan 2

Latihan 3

Tinggalkan komentar Batalkan balasan