GAYA GESEKAN

Mei 22nd, 2017

Gaya gesek merupakan salah satu gaya yang sangat penting dalam kehidupan sehari-hari. Tanpa ada gaya gesek, kita tak dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Tanpa gaya gesek, ballpoint yang kita goreskan di atas kertas tidak akan meninggalkan tulisan pada kertas. Gaya gesek diperlukan dalam pengereman kendaraan yang bergerak, gaya gesek diperlukan untuk menancapkan paku pada suatu dinding.

Sifat-sifat gaya gesek

Pertama

Jika benda tidak bergerak, maka gaya gesek statis {vec{f}}_s dan komponen vec{F} yang sejajar permukaan saling menyeimbangkan satu sama lain. Besar kedua gaya tersebut sama namun arahnya berlawanan.

Gambar 1

 

Pada Gambar 1, w adalah gaya berat, N adalah gaya normal. N merupakan gaya yang diberikan permukaan landasan kepada benda yang menahan benda agar tidak bergerak ke bawah. Semula, pada benda tidak diberikan gaya horizontal apa pun. Ketika pada benda diberikan gaya horizontal ke kanan sebesar F maka selama benda masih diam maka besarnya gaya gesek fs sama dengan besarnya F.

Kedua

Besarnya {vec{f}}_s memiliki nilai maksimum fs max yang besarnya adalah

fs max = μs.N

dengan μs adalah koefisien gesekan statis. Jika besarnya komponen vec{F} yang sejajar permukaan melebihi fs max maka benda tersebut mulai bergerak meluncur di atas permukaan tersebut.

Ketiga

Jika benda mulai meluncur di atas permukaan, besarnya gaya gesek berkurang dengan cepat menjadi sebesar:

fk = μk.N

dengan μk adalah koefisien gesekan kinetik. Semenjak itu, selama benda itu meluncur, gaya gesek tersebut menghambat pergerakan benda.

Contoh 1

Sebuah benda bermassa 20 kg berada di atas suatu permukaan horizontal. Koefisien gesek statis benda tersebut terhadap permukaan adalah 0,3 dan koefisien gesek kinetiknya adalah 0,25. Berapakah gaya gesek yang dialami benda tersebut ketika pada benda tersebut bekerja gaya horizontal F sebesar: a) 20 newton? b) 40 newton? c) 60 newton? d) 80 newton?

Jawab

Pada contoh ini, m = 20 kg,  μs = 0,3, dan μk = 0,25. Untuk mengetahui apakah benda bergerak atau tidak jika diberikan gaya F tersebut, kita perlu terlebih dahulu fs max. Karena benda tidak bergerak dalam arah vertikal besarnya gaya berat sama dengan besarnya gaya normal. Jadi, N = w = 20 kg. 10 m/s2 = 200 newton. Jadi, fs max = 0,3.200 newton = 60 newton. Arti fs max = 60 newton ini adalah: jika F tidak melebihi 60 newton maka benda tetap dalam keadaan diam dan besarnya gaya gesek statis sama dengan besarnya F. Jadi, jawaban a) adalah 20 newton, jawaban b) adalah 40 newton, dan jawaban c) adalah 60 newton. Selanjutnya kondisi di mana fs max = F dinamakan tepat setimbang, benda A berada pada keadaan “tepat pada saatnya untuk bergerak”; artinya apabila kita memberikan tambahan gaya F (seberapa pun kecilnya) maka benda akan mulai bergerak. Pada bagian d) F yang diberikan sudah melebihi fs max sehingga dalam situasi ini benda dalam keadaan bergerak, sehingga rumus yang dikenakan adalah fk = μk.N. Jadi, fk = 0,25.200 newton = 50 newton.

Contoh 2

Keadaan pada Contoh 1 diubah menjadi sebagai berikut.

Gaya F membentuk sudut 530 terhadap arah horizontal. Apakah benda akan bergerak apabila F = 80 newton?

Jawab

Pertama, uraikan dulu F menjadi dua gaya yang saling tegak lurus Fx dan Fy sebagai berikut.

Fx = F cos θ = 80.0,6 newton = 48 newton.

Fy = F sin θ = 80.0,8 newton = 64 newton.

Benda tidak bergerak dalam arah vertikal sehingga ΣFy = 0. Gaya yang bekerja dalam arah vertikal adalah N, w, dan Fy sehingga ΣFy = 0 memberikan N + Fy – w = 0 ⇔ N = w – Fy = (200 – 64) newton = 136 newton. Untuk mengetahui benda bergerak atau tidak, kita hitung dulu fs max = 0,3.136 newton = 40,8 newton. Karena Fx > fs max, kita simpulkan bahwa benda bergerak.

Soal

  1. Pada Contoh 2, seandainya θ = 300, berapakah F sekecil-kecilnya agar benda berada pada kondisi “tepat pada saatnya untuk bergerak”?
  2. Seandainya F = 120 newton, berapakah percepatan yang dialami benda? [Gunakan μk = 0,25]

 

Tagging: , ,

Most visitors also read :



Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *