Sobat hitung, dalam materi dinamika fisika pasti sobat akan belajar yang namanya gaya gesek dan gaya normal. Masing-masing gaya erat kaitannya dan sering muncul dalam berbagai tipe soal. Untuk memudahkan belajar di rumah, berikut rumushitung rangkumkan materi tentang rumus dan contoh soal gaya gesek berikut pembahasannya. Yuk mari disimak.
Apa itu Gaya Gesek?
Gaya gesek adalah gaya yang muncul akibat persentuhan langsung dua permukaan benda dengan arah berlawanan. Gaya ini memiliki kecenderungan berlawanan dengan arah gerak benda. Selengkapnya tentang pengertian dan manfaat gaya gesek bisa sobat baca di postingan apa itu gaya gesek.
Macam-Macam Gaya Gesek
Gaya gesek yang umumnya sobat pelajari di sekolah mungkin hanya ada 2 jenis, gaya gesek statis dan gaya gesek kinetik. Namun demikian, ada 2 tipe gaya gesek lainnya yaitu gaya gesek rotasi dan gaya gesek fluida.
a. Gaya Gesek Statis (fs)
adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang diam. Ketika sobat menarik sebuah benda dan benda tersebut tidak bergerak sejatinya ada gaya gesek statis yang lebih besar dari gaya tarik yang diberikan sehingga benda tidak bergerak. Gaya tersebut berlawanan dengan gaya tarik yang diberikan. Besarnya gaya gesek statsi sangat bergantung pada μs (koefisien gaya gesek statis) dan besarnya gaya normal (N).
b. Gaya Gesek Kinetik
Ia adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang bergerak. Ketika benda yang sobat tarik bergerak maka gaya yang bekerja bukan lagi gaya gesek statis melainkan gaya gesek kinetik yang besarnya tergantung pada μk (koefisien gaya gesek kientik) dan besarnya gaya normal (N).
c. Gaya Gesek Rotasi
Gaya gesek rotasi adalah gaya gesek yang terjadi pada benda yang berputar. Gaya ini mirip dengan gaya gesek statis namuan ada satu hal yang membedakan. Dalam gaya gesek rotasi permukaan yang bergesekan akan selalu berubah-ubah. Misal sebuah tong digulingkan di atas tanah maka permukaan tong yang bergesekan dengan tanah akan berganti setiap waktu. Contoh lainnya dari gaya gesek rotasi seperti gaya gesek antara roda dan kampas rem.
d. Gaya Gesek Fluida
Gaya gesek tidak hanya terjadi pada benda padat tapi juga terjadi pada fluida bergerak seperti udara dan air. Saat sobat berjalan di dalam air dan merasa gerakan tubuh sangat berat dan lambat itu bisa disebabkan adanya gaya gesek permukaan tubuh dengan air. Seorang penerjun payung memanfaatkan gaya gesek udara dengna permukaan parasut sehingga parasut bisa mengembang.
Perhatikan gambar di bawah ini
- Jika harga F < Fs maka balok akan tetap dalam keadaan diam
- Jika F = Fs maka balok tepat pada kondisi akan bergerak.
- Jika F > Fs maka balok akan bergerak dan gaya gesekan statis akan berubah menjadi gaya gesek kinetik.
Rumus Gaya Gesek
Besarnya gaya gesek yang bekerja pada sebuah benda sangat bergantung dari dua hal yaitu:
a. Gaya Normal
b. Koefisien gesek antara benda dengan bidang geseknya.
Gaya Normal, Apa Sih?
Gaya normal adalah gaya yang ditimbulkan oleh alas bidang tempat benda berpijak dan arahnya tegak lurus dengan bidang tersebut.
Misal nih, sebuah balok dengan berat W dilektakkan pada bidang datar dan pada bidang balok tidak bekerja gaya luar maka besarnya gaya normal (N) sama dengan berat benda (W)
N = W
Bagaimana kalau pada bidang miring?
Jika sebuah benda berada pada bidang miring dengan permukaan licin dengan sudut kemiringan θ, maka besarnya gaya normmal sama dengan mg. cos θ.
Dalam aplikasi soal akan banyak sekali variasi gaya yang membentuk gaya normal. Intinya gaya yang tegak lurus dengan bidang miring ke arah atas selalu sama dengan yang ke arah bawah (total gaya pada arah sumbu y sama dengan nol).
ΣFy = 0
Contoh Soal
Soal I
Ada sebuah balok yang beratnya w diletakkan pada bidang datar dan pada balok tidak ada gaya luar yang bekerja. Jika massa balok tersebut adalah 5 kg. Berapa gaya normal yang bekerja pada blok tersebut?
Jawab
Berat
w = m.g
w = 5 . 9,8 = 49 N
Gaya normal yang bekerja pada balok
ΣFy = 0
N – w = 0
N = w = 49 N
Soal II
Perhatikan gambar di bawah ini
Balok A beratnya 100 N diikat dengan tali mendatar di permukaan C. Berat Balok B 550 N, Koefisien gesekan antara A dan B = 0,2 dan koefisien gesekan antara B dan lantai = 0,5. Tentukan besarnya gaya F minimal untuk menggeser Balok B?
Dari gambar di atas bisa dibuat diagram gambar seperti di bawah ini…
dari gambar dia tas gaya-gaya yang bekerja pada balok adalah F, fsAB (gaya gesek statis permukaan A dan B, fsB (gaya gesek antara balok B dan permukaan lantai, NA (gaya normal balok A), dan NB (gaya normal balok B.
Besarnya NA = WA = 100 N
Besarnya NB
ΣFy = 0
WB + WA = NB
NB = WB + WA = 100 + 600 = 700 N
Karena ditanya gaya minimal maka
ΣFx = 0
F – fsAB – fsB = 0
F = fsAB + fsB
F = NA . μsA + NB . μsB
F = 100 . 0,2 + 700 . 0,5
F = 20 + 350 = 370 N
Soal III
Sebuah benda yang beratnya w meluncur ke bawah dengan kecepatan tetap pada suatu bidang miring yang kasar. Bidang miring tersebut membentuk sudut 30° dengan bidang horizontal. Berapa koefisien gesekan antara benda dan bidang tersebut?
| ΣFy | = 0 |
| N – mg cos 30° | = 0 |
| N | = mg cos 30° |
| ΣFx | = 0 |
| mg sin 30° – f | = 0 |
| f | = mg sin 30° |
| karena f | = μ. M maka |
| μ.N | = mg sin 30° |
| μ. mg cos 30° | = mg sin 30° |
| μ | = tan 30° |
| μ | = 1/3 √3 |
Jadi koefisien gaya gesek balok dengan bidang miring tersebut adalah 1/3 √3