Konsep Gaya Gesekan

Pengertian dan KonsepGaya Gesek

Pengertian

Gaya gesekan (f) adalah gaya yang terjadi antara dua permukaan yang saling bersentuhan dan arahnya berlawanan dengan arah gerak benda. Besar kecilnya gaya gesek suatu benda dipengaruhi oleh kekasaran permukaan benda serta gaya normal. Sebuah benda akan bergerak jika gaya dorongnya (F) lebih besar daripada gaya geseknya (/).

Suatu gaya gesek pada benda dapat diperkecil dengan cara sebagai berikut:1. Memperhalus/ memperlicin permukaan bidang gesekan2. Meletakkan benda di atas roda3. Memberi lapisan udara di antara permukaan benda dan bidang gesekan4. Memberi minyak pelumas/ oli pada bidang gesekan

Konsep Gaya Gesek

Gesekan biasanya terjadi di antara dua permukaan benda yang bersentuhan, baik terhadap udara, air atau benda padat. Ketika sebuah benda bergerak di udara, permukaan benda tersebut akan bersentuhan dengan udara sehingga terjadi gesekan antara benda dengan udara. Demikian juga ketika bergerak di dalam air. Gaya gesekan juga selalu terjadi antara permukaan benda padat yang bersentuhan, sekalipun benda tersebut sangat licin. Permukaan benda yang sangat licin pun sebenarnya sangat kasar dalam skala mikroskopis (mikro = kecil). Ketika kita mencoba menggerakan sebuah benda, tonjolan-tonjolan miskroskopis ini mengganggu gerak tersebut. Sebagai tambahan, pada tingkat atom , sebuah tonjolan pada permukaan menyebabkan atom-atom sangat dekat dengan permukaan lainnya, sehingga gaya-gaya listrik di antara atom dapat membentuk ikatan kimia, sebagai penyatu di antara dua permukaan benda yang bergerak. Ketika sebuah benda bergerak, misalnya ketika kita mendorong sebuah buku pada permukaan meja, gerakan buku tersebut mengalami hambatan dan akhirnya berhenti. Hal ini disebabkan karena terjadi gesekan antara permukaan bawah buku dengan permukaan meja serta gesekan antara permukaan buku dengan udara. Nah, dalam skala, hal ini terjadi akibat pembentukan dan pelepasan ikatan tersebut.

Jika permukaan suatu benda bergeseran dengan permukaan benda lain, masing-masing benda tersebut melakukan gaya gesekan antara satu dengan yang lain. Gaya gesekan pada benda yang bergerak selalu berlawanan arah dengan arah gerakan benda tersebut. Selain menghambat gerak benda, gesekan dapat menimbulkan aus dan kerusakan. Hal ini dapat kita amati pada mesin kendaraan. Misalnya ketika kita memberikan minyak pelumas pada mesin sepeda motor, sebenarnya kita ingin mengurangi gaya gesekan yang terjadi di dalam mesin. Jika tidak diberi minyak

pelumas maka mesin kendaraan kita cepat rusak. Contoh ini merupakan salah satu kerugian yang disebabkan oleh gaya gesek.

Kita dapat berjalan karena terdapat gaya gesek antara permukaan sandal atau sepatu dengan permukaan tanah. Jika anda tidak biasa menggunakan alas kaki gaya gesek tersebut bekerja antara permukaan bawah kaki dengan permukaan tanah atau lantai. Alas sepatu atau sandal biasanya kasar / bergerigi alias tidak licin. Para pembuat sepatu dan sandal membuatnya demikian karena mereka sudah mengetahui konsep gaya gesekan.

Demikian juga alas sepatu bola yang dipakai oleh pemain sepak bola, yang terdiri dari tonjolan-tonjolan kecil. Apabila alas sepatu atau sandal sangat licin, maka anda akan terpeleset ketika berjalan di atas lantai yang licin. Hal ini disebabkan karena gaya gesek yang bekerja sangat kecil sehingga akan mempersulit gerakan. Ini merupakan contoh gaya gesek yang menguntungkan.

Ketika sebuah benda berguling di atas suatu permukaan, misalnya roda kendaraan yang berputar atau bola yang berguling di tanah, gaya gesekan tetap ada walaupun lebih kecil dibandingkan dengan ketika benda tersebut meluncur di atas permukaan benda lain. Gaya gesekan yang bekerja pada benda yang berguling di atas permukaan benda lainnya dikenal dengan julukan gaya gesekan rotasi. Sedangkan gaya gesekan yang bekerja pada permukaan benda yang meluncur di atas permukaan benda lain, misalnya buku yang didorong di atas permukaan meja disebut sebagai gaya gesekan translasi. Gaya gesekan translasi, yaitu gaya gesekan yang bekerja pada benda padat yang meluncur di atas benda padat lainnya.

Teori dan Hukum

Gaya Gesek

Teori

Yang mempengaruhi besar gaya gesek :

1. Kekasaran permukaan → koefisien gesek (µ)

2. Massa benda → gaya normal (N)

Gaya normal : Gaya yang tegak lurus dengan permukaan bidang

F = µ . N N = m . g

N

F<f → benda diam → fs = µs . N

F F=f → benda tepat akan bergerak → fs = µs . N

f F>f → benda bergerak → fk = µk . N

w = m . g 0 < µ ≤ 1

Keterangan :

F = Gaya luar yang bekerja pada benda (N)

N = Gaya normal (N)

W = Gaya berat benda (N)

f = Gaya gesekan (N)

Macam-macam gaya gesek :

► Gaya Gesek Statis

Gaya gesek statis (fs) adalah gaya gesek yang terjadi ketika benda sedang diam dan ketika benda tepat akan bergerak (belum bergerak). Gaya gesek statis yang maksimum sama dengan gaya terkecil yang dibutuhkan agar benda mulai bergerak. Ketika benda telah bergerak, gaya gesekan antara dua permukaan biasanya berkurang sehingga diperlukan gaya yang lebih kecil agar benda bergerak dengan laju tetap. Ketika benda telah bergerak, gaya gesekan masih bekerja pada permukaan benda yang bersentuhan tersebut. Contoh, gesekan statis dapat mencegah benda meluncur ke bawah pada bidang miring.

► Gaya Gesek Kinetik

Gaya gesek kinetik (fk) adalah gaya gesek yang terjadi ketika benda bergerak. Ketika sebuah benda bergerak pada permukaan benda lain, gaya gesekan bekerja berlawanan arah terhadap kecepatan benda. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa pada permukaan benda yang kering tanpa pelumas, besar gaya gesekan sebanding dengan Gaya Normal.

Koofisien Gesekan Statis dan Kinetik

Perbandingan antara besar gaya gesekan statik maksimum dengan besar Gaya Normal disebut koofisien gesekan statik, yang diberi lambang μs . Jika fs menyatakan besar gaya gesek statik, maka secara matematis dapat dirumuskan :

f N s s ≤ μ

μs adalah koofisien gesekan statik dan N adalah besar Gaya Normal. Tanda ≤ bisa diganti dengan tanda = apabila fs mencapai harga maksimum.

Perbandingan antara besar gaya gesekan kinetik dengan Gaya Normal disebut koofisien gesekan kinetik, yang diberi lambang k μ . Jika fk menyatakan besar gaya gesekan kinetik, maka secara matematis dapat dirumuskan :

f N k k = μ

Baik μs maupun k μ adalah konstanta yang tidak memiliki dimensi, di mana keduanya merupakan perbandingan antara besar dua buah gaya.

Arah kedua gaya tersebut selalu saling tegak lurus satu dengan yang lain.

Hukum II Newton

Bunyi Hukum II Newton :

“Percepatan yang dialami oleh sebuah benda sebanding dengan jumlah gaya yang bekerja pada benda itu dan berbanding terbalik dengan massanya.”

Penerapan Hukum Newton :

a. Benda digantung dengan tali dan digerakkan ke atas dengan percepatan a

T Keterangan :

- Gaya yang searah dengan arah gerak benda diberi

a tanda positif.

- Gaya yang berlawanan dengan arah gerak benda

Diberi tanda negatif.

w

Rumus yang berlaku : ∑F = m . a

T – w = m . a

T – mg = m . a

T = m.g + m.a

b. Benda digantung dengan tali dan digerakkan ke bawah dengan percepatan a

T Keterangan :

- Gaya yang searah dengan arah gerak benda diberi

a tanda positif.

- Gaya yang berlawanan dengan arah gerak benda

w diberi tanda negatif.

Rumus yang berlaku : ∑F = m . a

W – T = m . a

mg – T = m . a

T = m.g - m.a

c. Orang yang berada dalam lift

Jika lift dalam keadaan diam/ bergerak dengan kecepatan tetap (percepatannya = 0), maka berlaku rumus :

∑ F = 0 Keterangan :

N – W = 0 w = m . g = berat orang

N = W N = gaya normal

Jika lift dipercepat ke bawah (percepatan tidak sama dengan 0), maka berlaku rumus :

∑ F = m . a

W – N = m . a

N = W – m . a

N = m . g – m . a

Jika lift dipercepat ke atas (percepatan tidak sama dengan 0), maka berlaku rumus :

∑ F = m . a

W – N = m . a

N = W + m . a

N = m . g + m . a

Jika lift dipercepat ke bawah (percepatannya berharga negatif), maka berlaku rumus :

∑ F = m . a

W – N = m . (-a)

W – N = -(m . a)

N = W + m . a

N = m . g + m . a

d. Jika dua benda dihubungkan dengan tali dan ditarik gaya F di atas lantai licin

N2 N1

T2 T1 F

w2 w1

Rumus yang berlaku : Untuk mencari tegangan tali

∑F = m . a gunakan rumus :

∑F = (m1 + m2) a T = F + m1 . a

e. Jika dua benda dihubungkan dengan tali dan ditarik gaya F di atas lantai tidak licin (kasar)

N2 N1

T2 T1 F

f2 f1

W2 W1

Rumus yang berlaku : Untuk mencari tegangan tali

∑F = m . a perhatikan uraian berikut :

∑F = (m1 + m2) a Karena T1 = T2, maka :

F – f1 – f2 = (m1 + m2) a ∑F = m . a

F – f1 – f2 = (m1 + m2) a

T1 = F + f1 + (m . a)

f. Jika benda digantung dengan seutas tali yang dihubungkan melalui sebuah katrol

Keterangan :

Massa tali dan massa katrol tidak diperhitungkan.

Jika W2 lebih besar dari W1, maka gerak benda ke arah

TA TB W2 dan sebaliknya.

Rumus yang berlaku : TA = WA + mA . a

TB = WB – mB . a

WA WB

Contoh Gaya Gesek

di Kehidupan Sehari-hari

Contoh gaya gesek yang menguntungkan :

Gaya gesekan pada ban mobil dengan jalan, memungkinkan mobil tidak akan slip dan dapat bergerak.

Gaya gesekan pada rem dapat memperlambat laju kendaraan. Gaya gesekan pada alas sepatu dengan jalan, memungkinkan manusia dapat

berjalan.

Contoh gaya gesek yang merugikan :

Panas pada poros yang berputar Engsel pintu yang berderit Sepatu yang aus

Contoh Soal dan Pembahasan

1. Sebuah buku berada dalam keadaam diam di atas meja yang permukaannya datar. Koofisien gesekan statik adalah 0,4 dan koofisien gesekan kinetik adalah 0,30. Jika massa buku tersebut adalah 1 kg. Berapakah Gaya minimum yang diberikan agar buku itu mulai bergerak ? percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2

Pembahasan :

N = w fs = µs . N= m . g = (0,4) (10)= (1 kg) (10 m/s2) = 4 N= 10 kg m/s2 = 10 N

2. Sebuah balok bermassa 10 kg diletakkan pada bidang miring sebagaimana tampak pada gambar di bawah. Jika sudut yang dibentuk antara bidang miring dengan permukaan lantai sebesar 30o dan koofisien gesekan kinetik adalah 0,4. Berapakah gaya gesekan kinetis yang bekerja pada permukaan balok dan bidang miring ?

Pembahasan :

N = w cos θ = m g cos θ

fk = µk . N= (µk) (m g cos θ)= (0,4) (10kg) (10m/s2) (cos30)= 20√3 kgm/s2

fk = 20√3 N

3.

Dua buah balok dihubungkan dengan seutas tali ringan ditarik dengan gaya horizontal F sebesar 60 N. Koefisien gesekan kinetik antara balok dan permukaan lantai adalah 0,1. Tentukan besarnya percepatan kedua balok dan tegangan talinya (g = 10 ms-2).

Pembahasan :

a) Besar percepatan kedua balok

∑F = m . a

F – f1 – T1 + T2 – f2 = (m1 + m2) a

F – f1 – f2 = (m1 + m2) a

F - µ1 . N1 - µ2 . N2 = (m1 + m2) a

60 – (0,1 x W1) – (0,1 x W2) = (10 + 20) a

60 – (0,1 . m1 . g) – (0,1 . m2 . g) = 30a

60 – (0,1 . 10 . 10) – (0,1 . 20 . 10) = 30a

60 – (0,1 . 100) – (0,1 . 200) = 30a

60 – 10 – 20 = 30a

30 = 30a

a = 1 m/s2

b) Tegangan tali

∑F = m . a

F – T1 – f1 = m1 . a

-T1 = -F + f1 + (m1 . a)

T1 = F - f1 + (m1 . a)

T1 = F – (µ1 . m1 . g) + (m1 . a)

T1 = 60 – (0,1 . 10 . 10) + (10 . 1)

T1 = 60 – 10 + 10

T1 = 60 N

4. Perhatikan gambar di samping.

Diketahui massa A = 10 kg dan massa B = 6 kg (g = 10 m/s2). Massa tali, massa katrol, dan gesekan antara tali dan katrol diabaikan. Tentukan percepatan sistem dan tegangan tali tersebut.

Pembahasan :

a. Untuk mencari besarnya percepatan

b. Untuk mencari besarnya tegangan tali

5. Sebuah balok massanya 1 kg dilepaskan pada permukaan bidang miring. Diketahui sin Ө = 0,6 ; cos Ө = 0,8 ; g = 10 m/s2. Koefisien gesekan antara balok dengan bidang miring = 0,3. Tentukan percepatan meluncurnya balok tersebut.

Pembahasan :