Gaya Gesek: Definisi, Gambar, Sifat, Macam, Rumus, Rujukan Soal Serta Laba Dan Kerugiannya
Pernahkah kalian mendorong sebuah benda yang berukuran cukup besar dan ternyata sulit bergerak? Misalnya menyerupai pada gambar gambaran di bawah. Apa yang mengakibatkan benda tersebut sulit untuk digerakkan? Salah satu penyebab keadaan itu ialah gaya gesek. Untuk lebih memahami mengenai gaya gesek, silahkan kalian simak baik-baik penjelasan-penjelasan dalam artikel berikut ini.
Pengertian Gaya Gesek
Ketika kita mencoba untuk menggerakkan sebuah benda berukuran besar (ex. Lemari) yang membisu pada suatu bidang pada umumnya ada gaya yang menghambat benda tersebut untuk bergerak sehingga jikalau kita memperlihatkan gaya yang kecil maka akan terasa sulit untuk menggerakkan benda tersebut. Gaya semacam ini disebut gaya gesek atau orang-orang sering menyebutnya dengan gesekan.
Gesekan mungkin bukan istilah gres bagi kalian. Gesekan terjadi jikalau ada dua benda yang bersinggungan satu sama lain. Gesekan atau gaya gesek merupakan suatu gaya yang terjadi akhir dua permukaan benda bersinggungan. Jika pada sebuah benda bekerja gaya tertentu sehingga benda bergerak, maka arah gaya gesek berlawanan dengan arah gerak benda. Gaya gesek disimbolkan dengan huruf f (friction). Dengan demikian sanggup kita simpulkan definisi gaya gesek sebagai berikut.
Gaya gesek (friction force) ialah gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan atau bersinggungan. Arah gaya gesek berlawanan arah dengan kecenderungan arah gerak benda. Gaya gesek disimbolkan dengan huruf f dan satuannya ialah Newton. |
Gambar Gaya Gesek
Gaya gesek bekerja pada garis singgung kedua benda. Misalkan, sebuah benda yang terletak pada sautu bidang datar horizontal dikenai gaya sebesar F. Diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut sanggup kalian lihat pada gambar di bawah ini.
Berdasarkan gambar di atas, arah gaya gesek selalu berlawanan dengan arah gaya luar yang bekerja pada benda dan arah gerak benda. Untuk benda padat yang bergerak di atas benda padat, besar kecilnya gaya gesek sangat bergantung pada bernafsu atau licinnya permukaan benda yang bersentuhan, semakin bernafsu permukaan maka semakin besar gaya geseknya. Sebaliknya, semakin licin permukaan, semakin kecil gaya geseknya.
Selain itu, gaya gesek juga sanggup terjadi pada suatu benda yang bergerak di udara. Untuk benda yang melayang di udara, besar kecilnya gaya gesek bergantung pada luas permukaan benda yang bersentuhan dengan udara. Semakin besar luas bidang sentuh, makin besar gaya gesek udara pada benda tersebut. Begitupun sebaliknya, semakin kecil luas bidang sentuh semakin kecil gaya geseknya. Konsep ini dipakai pada penggunaan parasut untuk para penerjun bebas.
Sifat-Sifat Gaya Gesek
Gaya gesek atau friction force memiliki beberapa sifat atau karakteristik yang membedakannya dengan jenis gaya-gaya lain. Berikut ini ialah sifat-sifat gaya gesek secara umum yang sudah penulis rangkum.
•Arah gaya gesek selalu berlawanan dengan arah gaya luar yang bekerja pada benda sehingga gaya gesek bersifat menghambat gerak benda. Misalnya, apabila gaya luar ke kiri, arah gaya gesek ke kanan. Sebaliknya, jikalau gaya luar ke kanan, arah gaya gesek ke kiri.
•Arah gaya gesek selalu berlawanan arah dengan arah gerak benda. Jika benda bergerak ke kanan, maka arah gaya gesek ke kiri. Jika benda bergerak ke bawah, arah gaya gesek ke atas begitupun seterusnya.
•Untuk benda padat yang bergerak di atas benda padat, besarnya gaya gesek dipengaruhi oleh tingkat kekasaran permukaan benda yang bersinggungan. Semakin bernafsu permukaan benda, semakin besar gaya gesek dan sebaliknya.
•Untuk benda yang bergerak di udara (ex. gerak jatuh bebas), besarnya gaya gesek yang dialami benda dipengaruhi oleh luas bidang sentuh benda. Semakin luas permukaan sentuh, semakin besar gaya geseknya begitupun sebaliknya.
Macam-Macam Gaya Gesek dan Rumusnya
Menurut seorang matematikawan dan fisikawan Swiss bernama Leonhard Euler, menurut keadaan benda yang dikenainya, gaya gesek dibedakan menjadi dua jenis, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Kedua jenis gaya gesek tersebut mempunyai karakteristik dan rumus yang berbeda. Untuk memahami keduanya, perhatikan klarifikasi berikut ini.
#1 Gaya Gesek Statis
Menurut Hukum I Newton, pada benda yang diam, resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol. Berdasarkan aturan ini, ketika kalian mendorong sebuah benda yang terletak di atas lantai tetapi benda tersebut masih diam, tentunya ada gaya lain yang melawan gaya dorong kalian berikan. Gaya tersebut ialah gaya gesek antara permukaan bawah benda dengan lantai. Gaya gesek ini bekerja pada benda yang diam, sehingga disebut gaya gesek statis (fs). Makara gaya gesek statis ialah gaya gesek yang bekerja pada benda yang diam.
Di atas sudah dijelaskan bahwa besarnya gaya gesek bergantung pada kekasaran permukaan benda dan bidang yang bersentuhan. Tingkat kekasaran ini dinyatakan dengan koefisien gesekan. Untuk benda diam, koefisien tabrakan disebut koefisien gesek statis, disimbolkan μs. Selain tingkat kekasaran permukaan benda, besarnya gaya gesek juga dipengaruhi oleh besar gaya normal (N) yang diberikan bidang pada benda. Secara matematis, rumus gaya gesek statis ialah sebagai berikut.
fs maks = μs N |
Keterangan: | ||
fs maks | = | Gaya gesek statis maksimum (N) |
μs | = | Koefisien gaya gesek statis |
N | = | Gaya normal (N) |
#2 Gaya Gesek Kinetis
Ketika kalian menendang bola di atas tanah, bola akan menggelinding dengan kecepatan tertentu. Tetapi, semakin usang kecepatan bola semakin berkurang dan hasilnya berhenti. Bola sanggup bergerak diakibatkan gaya dari tendangan. Namun, dikala sedang bergerak, ada gaya yang menghambat gerak bola dan mengurangi kecepatannya. Gaya yang mengakibatkan kecepatan bola semakin berkurang disebut gaya gesek kinetis. Makara gaya gesek kinetis ialah gaya gesek yang bekerja pada benda yang bergerak.
Sama menyerupai gaya gesek statik, besar gaya gesek kinetik juga bergantung pada gaya normal serta tingkat kekasaran permukaan benda dan bidang yang bersinggungan (koefisien gesekan). Koefisien tabrakan pada benda yang bergerak disebut koefisien tabrakan kinetis yang disimbolkan dengan μk. Secara matematis, rumus gaya gesek kinetis ialah sebagai berikut.
Sama menyerupai gaya gesek statik, besar gaya gesek kinetik juga bergantung pada gaya normal serta tingkat kekasaran permukaan benda dan bidang yang bersinggungan (koefisien gesekan). Koefisien tabrakan pada benda yang bergerak disebut koefisien tabrakan kinetis yang disimbolkan dengan μk. Secara matematis, rumus gaya gesek kinetis ialah sebagai berikut.
fk = μk N |
Keterangan: | ||
fk | = | Gaya gesek kinetis (N) |
μk | = | Koefisien tabrakan kinetik |
N | = | Gaya normal (N) |
Nilai koefisien tabrakan baik koefisien gesek statis maupun kinetis tidak pernah lebih dari 1. Selain itu, besar koefisien gesek statis umumnya selalu lebih besar daripada koefisien gesek kinetis (μs > μk). Berikut ini ialah tabel perbedaan nilai koefisien gesek statis dan kinetis dari banyak sekali bidang yang bersentuhan.
Tabel Koefisien Gesekan Permukaan Beberapa Benda
Permukaan | μs | μk |
Persendian lengan manusia | 0,01 | 0,01 |
Es pada es | 0,10 | 0,03 |
Logam pada logam yang sudah dilumasi | 0,15 | 0,07 |
Kayu pada kayu | 0,40 | 0,20 |
Seng pada besi tuan | 0,85 | 0,21 |
Baja pada baja | 0,74 | 0,57 |
Karet pada beton kering | 1,00 | 0,80 |
Sumber: Sears & Zemansky, hal. 37 | ||
Selain perbedaan nilai koefisien gesekannya, gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis juga mempunyai perbedaan lain. Berikut ini ialah tabel perbedaan karakteristik gaya gesek statis dan kinetis.
Tabel Perbedaan Gaya Gesek Statis dan Gaya Gesek Kinetis
Gaya Gesek Statis | Gaya Gesek Kinetis | ||
fs = μs N | fk = μk N | ||
• | Bekerja pada benda yang diam | • | Bekerja pada benda yang bergerak |
• | Nilainya selalu berubah bergantung pada gaya F yang bekerja pada suatu benda. | • | Nilainya selalu tetap tidak bergantung pada kecepatan dan percepatan benda (baik GLB maupun GLBB). |
• | Nilai maksimum dicapai ketika benda sempurna akan bergerak. | • | Tidak ada nilai maksimum. |
Gaya Gesek dan Gerak Benda
Jika pada benda yang membisu di atas bidang dengan tingkat kekasaran tertentu selalu bekerja gaya gesek dalam hal ini gaya gesek statis, bagaimana syarat gaya F minimum yang harus kita berikan supaya sanggup menggerakkan benda tersebut? untuk menjawab pertanyaan tersebut, perhatikan grafik kekerabatan antara gaya luar (ex. gaya tarik) F dengan gaya gesek (fg) berikut ini.
Grafik di atas memperlihatkan bahwa dikala benda belum diberi gaya atau F = 0, gaya tabrakan belum bekerja atau fg = 0 ( di titik A). Ketika besar gaya F dinaikkan secara perlahan, benda tetap membisu hingga dicapai keadaan di mana benda sempurna akan bergerak (di titik B). Pada keadaan ini, gaya tabrakan yang bekerja ialah gaya gesek statis maksimum dimana besarnya selalu sama dengan gaya tarik (fg = fs maks = F).
Selanjutnya, ketika gaya tarif F yang diberikan lebih besar daripada gaya gesek statis maksimum, F > fs maks ( di titik C – D) maka benda akan bergerak. Pada keadaan bergerak ini, gaya tabrakan yang bekerja ialah gaya gesek kinetik (fg = fk). Dengan demikian sanggup kita simpulkan beberapa hal mengenai gaya F, gaya gesek dan gerak benda sebagai berikut.
Karakteristik Gaya F | Keadaan Benda | |||
• | Jika F < fs maka fg = F | • | Benda membisu (berlaku Hukum I Newton) | |
• | Jika F = fs maka fg = fs maks | • | Benda sempurna akan bergerak (berlaku Hukum I Newton) | |
• | Jika F > fs maka fg = fk | • | Benda bergerak | |
→ | ||||
→ | ||||
Contoh Soal Gaya Gesek dan Pembahasan
Sebuah balok 10 kg membisu di atas lantai datar. Koefisien tabrakan statis μs = 0,4 dan koefisien tabrakan kinetis μk = 0,3. Tentukanlah gaya tabrakan yang bekerja pada balok jikalau balok tersebut ditarik dengan gaya F sebesar 40 N membentuk sudut 60o terhadap arah mendatar!
Jawab
Gaya-gaya yang bekerja pada benda diperlihatkan pada gambar di atas. Karena pada sumbu vertikal tidak ada gerak, maka berlaku
ΣFY = 0
Gaya normal
(N + F sin 60o) – w = 0
N = w – F sin 60o
N = mg – F sin 60o
N = (10 kg)(10 m/s2) – (40 N)( ½ √3)
N = 100 N – 20√3 N
N = 65,36 N
Gaya gesek statis
fs = μs N
fs = (0,4)(65,36 N)
fs = 26,14 N
Gaya tarik arah horizontal
F = F cos 60o
F = (40 N)(½)
F = 20 N
Karena F < fs maka benda masih dalam keadaan diam. Oleh alasannya ialah itu gaya gesek yang bekerja ialah gaya gesek statis sebesar fs = 26,14 N.
Keuntungan dan Kerugian Gaya Gesek
Gaya gesek sanggup dijumpai dalam kegiatan sehari-hari. Berjalan, menulis, bermain bola dan banyak sekali acara lain yang kita lakukan tidak terlepas dari gaya gesek. Gaya gesek sanggup bersifat menguntungkan dan juga sanggup merugika. Gaya gesek apakah yang sanggup menguntungkan dan merugikan? Berikut ini ialah tabel teladan gaya gesek dalam kehidupan sehari-hari yang bersifat menguntungkan dan merugikan.
Tabel Contoh Gaya Gesek yang Menguntungkan dan Merugikan
Gaya Gesek yang Menguntungkan | Gaya Gesek yang Merugikan | ||
• | Gesekan kaki dengan jalan mengakibatkan kita sanggup berjalan. Kita lebih gampang berjalan di tanah dengan gaya gesek yang besar dari pada berjalan di jalan yang licin dengan gaya gesek kecil | • | Gesekan antara ban dengan aspal menjadikan ban menjadi aus. Ban aus ini sanggup mengakibatkan kendaraan tergelincir |
• | Ban kendaraan (sepeda, sepeda motor, mobil, dsb.) dibentuk beralur untuk memperbesar gaya gesek ban dengan jalan. Jika ban kendaraan halus, kemungkinan kecelakaan akan lebih gampang terjadi | • | Gesekan antara bagian-bagian mesin kendaraan menjadikan mesin menjadi aus. Untuk mengurangi tabrakan pada mesin, kita sanggup memakai oli pelumas |
• | Gesekan udara dimanfaatkan oleh penerjun payung. Dengan memakai parasut, penerjun sanggup hingga di bumi dengan selamat | • | Gesekan antar gear dengan rantai kendaraan sanggup menimbulkan suara yang mengganggu jikalau rantai dalam keadaan kering. Untuk itu rantai harus diberi oli secara berkala |
• | Gaya gesek juga dimanfaatkan pada sistem pengereman kendaraan | • | Gesekan kendaraan yang bergerak dengan udara sanggup memperlambat kelajuannya |
• | Dalam balap mobil, tubuh kendaraan beroda empat balap dibentuk aerodinamis. Dengan tubuh kendaraan beroda empat yang aerodinamis, tabrakan dengan udara menjadi sangat kecil sehingga kendaraan beroda empat sanggup melaju dengan kecepatan penuh. Bentuk aerodinamis ini juga dipakai pada kereta api supercepat yang sanggup melaju dengan kecepatan 261,8 km/jam. Selain itu, pesawat juga memakai bentuk aerodinamis. Pesawat Concorde bahkan sanggup terbang dengan kecepatan 2.150 km/jam | • | Gesekan sanggup menimbulkan luka lecet pada tubuh kita, contohnya dikala kita terjatuh kemudian kaki kita bergesekan dengan jalan aspal maka kaki kita akan tergores dan menimbulkan luka |
Demikianlah artikel wacana pengertian, gambar, sifat, rumus, macam-macam gaya gesek (statis dan kinetis), teladan soal, jawabannya serta laba dan kerugiannya. Semoga sanggup bermanfaat untuk Anda. Terimakasih atas kunjungannya dan hingga jumpa di artikel berikutnya.