Contoh Soal Gaya Gesek Pada Bidang Miring Dan Pembahasannya Lengkap
Gaya gesek yaitu gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan. Arah gaya gesek berlawanan arah dengan kecenderungan arah gerak benda. Untuk benda yang bergerak pada suatu bidang baik bidang datar maupun bidang mirin, gaya gesek tidak dipengaruhi oleh luas permukaan benda yang saling bersentuhan.
Sedangkan untuk benda yang bergerak di udara, gaya geseknya bergantung pada luas permukaan benda yang bersentuhan dengan udara. Makin besar luas bidang sentuh, makin besar gaya gesek udara pada benda tersebut sedangkan untuk benda padat yang bergerak di atas benda padat, gaya geseknya tidak tergantung luas bidang sentuhnya.
Gaya tabrakan sanggup dibedakan menjadi dua, yaitu gaya tabrakan statis dan gaya tabrakan kinetis.
Gaya gesek statis (fs)
Adalah gaya gesek yang bekerja pada benda selama benda tersebut masih diam. Menurut aturan I Newton, selama benda masih membisu berarti resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut yaitu nol. Jadi, selama benda masih membisu gaya gesek statis selalu sama dengan yang bekerja pada benda tersebut. Secara matematis sanggup ditulis sebagai berikut.
fs maks = μsN ………. Pers. (1) |
Keterangan:
fs maks = gaya gesek statis maksimum (N)
μs = koefisien gesek statis
Gaya gesek kinetis (fk)
Adalah gaya gesek yang bekerja pada ketika benda dalam keadaan bergerak. Gaya ini termasuk gaya dissipatif, yaitu gaya dengan perjuangan yang dilakukan akan bermetamorfosis kalor. Perbandingan antara gaya tabrakan kinetis dengan gaya normal disebut koefisien gaya tabrakan kinetis (μs). Secara matematis sanggup di tulis sebagai berikut.
fk = μkN ………. Pers. (2) |
Keterangan:
fk = gaya gesek kinetik (N)
μk = koefisien gesek kinetik
Nah, pada kesempatan kali ini kita akan membahas beberapa rujukan soal perihal gaya gesek benda-benda yang bergerak di bidang miring. Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik klarifikasi berikut ini. Selamat mencar ilmu dan supaya sanggup paham.
Contoh Soal dan Pembahasan Gaya Gesek Pada Bidang Miring
1. Sebuah benda yang beratnya w meluncur ke bawah dengan kecepatan tetap pada suatu bidang miring yang kasar. Bidang miring tersebut membentuk sudut 37o dengan arah horizontal. Hitung koefisien tabrakan antara benda dengan bidang tersebut.
Penyelesaian:
Pertama kita gambarkan diagram gaya yang bekerja pada benda tersebut, ibarat yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Benda bergerak dengan kecepatan tetap, hal ini berarti benda melaksanakan gerak lurus beraturan (GLB) sehingga percepatannya yaitu nol (a = 0).
■ Pada sumbu-Y, berlaku Hukum I Newton, yaitu sebagai berikut.
ΣFY = 0
N – w cos θ = 0
N = w cos θ
N = mg cos θ
■ Pada sumbu-X, berlaku Hukum II Newton, yaitu sebagai berikut.
ΣFX = ma
w sin θ – f = m(0)
mg sin θ – μkN= 0
mg sin θ – μkmg cos θ = 0
μkmg cos θ = mg sin θ
μk cos θ = sin θ
μk = sin θ/cos θ
μk = tan θ
μk = tan 37o
μk = 0,75
Jadi, koefisien tabrakan antara benda dengan bidang yaitu 0,75.
2. Sebuah balok bergerak menuruni bidang yang kemiringannya 30o terhadap bidang horizontal. Jika balok bergerak dengan percepatan 4 m/s2, tentukanlah koefisien gesek kinetis antara balok dengan bidang.
Penyelesaian:
Diagram gaya yang bekerja pada balok sama ibarat pada soal nomor 1 di atas. Karena balok mempunyai percepatan, maka balok melaksanakan gerak lurus berubah beraturan (GLBB).
■ Pada sumbu-Y, berlaku Hukum I Newton, yaitu sebagai berikut.
ΣFY = 0
N – w cos θ = 0
N = w cos θ
N = mg cos θ
■ Pada sumbu-X, berlaku Hukum II Newton, yaitu sebagai berikut.
ΣFX = ma
w sin θ – f = ma
mg sin θ – μkN= ma
mg sin θ – μkmg cos θ = ma
μkmg cos θ = mg sin θ – ma
μkg cos θ = g sin θ – a
μk(10)(cos 30o)= (10)(sin 30o) – 4
μk(10)(0,866)= (10)(0,5) – 4
8,66μk = 5 – 4
8,66μk = 1
μk = 1/8,66
μk = 0,12
Jadi, koefisien tabrakan antara benda dengan bidang yaitu 0,12.
3. Sebuah benda dengan berat 30 N berada pada bidang miring. Ternyata, benda sempurna akan meluncur ke bawah. Jika percepatan gravitasi bumi yaitu 10 m/s2, tentukan koefisien gesek antara benda dengan bidang miring!
Penyelesaian:
Dari soal kita ketahui bahwa benda sempurna akan meluncur jadi benda belum bergerak, sehingga gaya gesek yang bekerja yaitu gaya gesek statis. Untuk memilih koefisien gesek (statis), kita gunakan rumus ibarat yang telah diuraikan pada soal nomor 1 di atas, yaitu sebagai berikut.
μs = tan θ
μs = tan (30o)
μs = 1/3 √3
Lalu bagaimana bila kita lupa dengan rumus koefisien gesek tersebut? Tenang saja, bagi kalian yang tidak suka menghafal rumus, masih ada metode manual untuk menuntaskan problem di atas. Metode manual yang dimaksud yaitu dengan memilih persamaan gerak benda menurut Hukum Newton. Langkah pertama yaitu menggambar garis-garis gaya yang bekerja pada benda, yaitu sebagai berikut.
Resultan gaya pada sumbu-Y yaitu sebagai berikut.
ΣFY = 0
N – w cos 30o = 0
N = w cos 30o
Karena benda belum bergerak, maka a = 0. Sehingga berlaku Hukum I Newton pada sumbu-X yaitu sebagai berikut.
ΣFX = 0
w sin 30o – fs = 0
w sin 30o – μsN = 0
μsN = w sin 30o
μsw cos 30o = w sin 30o
μs cos 30o = sin 30o
μs | = | sin 30o |
cos 30o |
μs | = | ½ |
½ √3 |
μs = 1/3 √3
Jadi, koefisien gesek antara benda dengan bidang miring adalah 1/3 √3.