Belajar Fisika Teladan Soal & Pembahasan Gaya Gesek + Gambar Ilustrasi
Artikel ini menyajikan kumpulan soal dan pembahasan ihwal gaya gesek pada gerak benda di bidang datar. Karena konsep yang akan kita gunakan untuk menuntaskan soal ihwal gaya gesek yaitu konsep Hukum Newton, maka sebelum masuk ke pembahasan soal mari kita pelajari dahulu ringkasan bahan ihwal Hukum Newton dan juga gaya gesek berikut ini.
Konsep Hukum Newton
Hukum I Newton | Hukum II Newton | Hukum III Newton |
ΣF = 0 | ΣF = ma | Faksi = −Freaksi |
Keadaan benda: ■ diam (v = 0 m/s) | Keadaan benda: | Sifat gaya agresi reaksi: ■ sama besar ■ berlawanan arah ■ terjadi pada 2 objek berbeda |
Penjelasan lengkap mengenai Hukum Newton, baca artikel tentang: Bunyi dan Rumus Hukum Newton I, II, dan III Beserta Contohnya.
Konsep Gaya Gesek
Gaya Gesek Statis | Gaya Gesek Kinetis |
fs = μs N | fk = μk N |
Bekerja pada benda: ■ diam (v = 0 m/s) ■ tepat akan bergerak (fs maksimum) | Bekerja pada benda: ■ bergerak (baik GLB maupun GLBB) |
Penjelasan lengkap mengenai gaya gesek, baca artikel tentang: Definisi, Sifat, Jenis, Rumus dan Contoh Soal ihwal Gaya Gesek.
Hubungan Gaya Gesek dan Gerak Benda
Besar Gaya Luar | Keadaan Benda |
Jika F < fs maksimum | Diam, berlaku Hukum I Newton |
Jika F > fs maksimum | Bergerak, berlaku Hukum II Newton dan bekerja gaya gesek kinetik (fk) |
Oke, jikalau kalian sudah paham mengenai konsep Hukum Newton dan gaya gesek, sekarang saatnya kita bahas beberapa soal ihwal gaya gesek. Simak baik-baik uraian berikut ini.
Contoh Soal #1
Sebuah balok bermassa m1 ditumpuk di atas balok yang massanya m serta berada di atas lantai horizontal yang licin, menyerupai yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
blogspot.com/-xIpovvPQKdw/WacWP-MtlDI/AAAAAAAAB5E/mBriJbVlBpsg0iD_y1mCf28F97xH3ZOrACLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25231a.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-xIpovvPQKdw/WacWP-MtlDI/AAAAAAAAB5E/mBriJbVlBpsg0iD_y1mCf28F97xH3ZOrACLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25231a.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal & Pembahasan Gaya Gesek + Gambar Ilustrasi" />
Kemudian, sebuah gaya F dikerjakan pada balok 2. Koefisien goresan statis dan kinetis antara balok-balok adalah μs dan μk.
■ Tentukanlah nilai maksimum F supaya balok tidak bergerak satu sama lainnya.
■ Tentukanlah percepatan setiap balok jikalau F lebih besar daripada nilai tersebut.
Jawab
Langkah pertama untuk menjawab soal fisika yang berkaitan dengan dinamika adalah dengan menggambarkan diagram gaya yang bekerja pada sistem. Untuk soal di atas, alasannya yaitu terdapat dua benda maka untuk mempermudah memahami gaya-gaya yang bekerja secara spesifik, kita gambarkan diagram gaya kedua benda secara terpisah. Perhatikan gambar di bawah ini.
blogspot.com/-yKe8faTKDEQ/WacWQBW1soI/AAAAAAAAB5I/tqAqI6eGe60NqFufMbevMTsJzyhMRozagCLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25231b.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-yKe8faTKDEQ/WacWQBW1soI/AAAAAAAAB5I/tqAqI6eGe60NqFufMbevMTsJzyhMRozagCLcBGAs/s1600/Contoh-Soal-%25231b.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal & Pembahasan Gaya Gesek + Gambar Ilustrasi" />
Perhatikan gambar diagram gaya pada kedua balok di atas. Pada balok 1, bekerja tiga gaya yaitu gaya normal, gaya berat dan gaya gesek. Gaya gesek pada balok 1 timbul alasannya yaitu permukaan balok 1 dan 2 saling bersentuhan. Sedangkan pada balok 2 bekerja empat gaya, yaitu gaya normal, gaya berat, gaya gesek dan gaya tarik F. Gaya gesek yang sama juga bekerja pada balok 2 tetapi dengan arah yang berlawanan.
■ F maksimum supaya balok 1 tidak bergerak
■ F maksimum supaya balok 1 tidak bergerak
Syarat supaya balok 1 tidak bergerak terhadap balok 2 maka percepatan balok 1 harus sama dengan percepatan balok 2.
a1 = a2
Kemudian kita tinjau resultan gaya yang bekerja pada masing-masing balok dengan memakai Hukum I dan II Newton sebagai berikut.
Tinjau balok 1
ΣFY = 0
N1 – w1 = 0
N1 = w1
N1 = m1g
ΣFX = ma
f = m1a1
Karena balok 1 tidak bergerak maka gaya gesek yang bekerja yaitu gaya gesek statis.
fs = m1a1
μsN1 = m1a1
μsm1g = m1a1
a1 = μsg ………………. Pers. (1)
Tinjau balok 2
ΣFX = ma
F – f = m2a2
F – μsm1g = m2a2 ………………. Pers. (2)
Karena a1 = a2 maka persamaan (1) sanggup kita subtitusikan ke dalam persamaan (2) sebagai berikut.
F – μsm1g = m2(μsg)
F – μsm1g = μsm2g
F = μsm1g + μsm2g
F = μsg(m1 + m2)
Dengan demikian, nilai F maksimum agar balok tidak bergerak satu sama lainnya yaitu F = μsg(m1 + m2).
■ Percepatan balok 1 dan 2
Apabila nilai F > μsg(m1 + m2) maka balok 1 akan bergerak terhadap balok 2. Karena bergerak, maka gaya gesek yang bekerja yaitu gaya gesek kinetis. Lalu untuk memilih besar percepatan masing-masing balok, kita gunakan persamaan Hukum II Newton sebagai berikut.
Tinjau balok 1
ΣFX = ma
fk = m1a1
μkm1g = m1a1
a1 = μkm1g
jadi besar percepatan balok 1 yaitu a1 = μkm1g
Tinjau balok 2
ΣFX = ma
F – fk = m2a2
F – μkm1g = m2a2
a2 = (F – μkm1g)/m2
jadi besar percepatan balok 2 adalah a2 = (F – μkm1g)/m2
Contoh Soal #2
Balok A = 15 kg dan balok B = 20 kg ditumpuk menyerupai pada gambar di bawah ini. Koefisien gesek kinetik antara balok A dengan balok B dan balok B dengan lantai sama yaitu μk = 0,3. Jika balok B ditarik gaya F sehingga bergerak pelan maka tentukan perbandingan gaya gesek yang bekerja antara balok A dan B dengan gaya gesek yang bekerja antara balok B dan lantai.
blogspot.com/-x8CEhAmcS_A/WacWP6TsF8I/AAAAAAAAB5M/5wiVsu1gpbAh0V3sTRCqkG8-H_LH1tA-wCEwYBhgL/s1600/Contoh-Soal-%25232a.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-x8CEhAmcS_A/WacWP6TsF8I/AAAAAAAAB5M/5wiVsu1gpbAh0V3sTRCqkG8-H_LH1tA-wCEwYBhgL/s1600/Contoh-Soal-%25232a.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal & Pembahasan Gaya Gesek + Gambar Ilustrasi" />
Jawab
Diketahui:
mA = 15 kg
mB = 20 kg
μk = 0,3
g = 10 m/s2
F = undefine
Ditanyakan: fA : fB
Seperti pada soal sebelumnya, langkah pertama kita gambarkan diagram gaya secara terpisah antara balok A dan balok B menyerupai yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
blogspot.com/-jOOh37xK1r0/WacWRGNN8WI/AAAAAAAAB5Y/E_8-DIimYNU9iVV5zxJ2fEtSTtz2ZXmdQCEwYBhgL/s1600/Contoh-Soal-%25232b.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">
blogspot.com/-jOOh37xK1r0/WacWRGNN8WI/AAAAAAAAB5Y/E_8-DIimYNU9iVV5zxJ2fEtSTtz2ZXmdQCEwYBhgL/s1600/Contoh-Soal-%25232b.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal & Pembahasan Gaya Gesek + Gambar Ilustrasi" />
Perhatikan gambar diagram gaya yang bekerja pada kedua balok di atas. Gaya gesek yang bekerja antara balok A dengan balok B adalah fA sedangkan gaya gesek yang bekerja antara balok B dengan lantai adalah fB. Besar masing-masing gaya gesek tersebut yaitu sebagai berikut.
fA = μkNA
fA = μkwA
fA = μkmAg
fA = (0,3)(15)(10)
fB = 45 N
fB = μkNAB
fB = μk(wA + wB)
fB = μk(mAg + mBg)
fB = 0,3[(15 × 10) + (20 × 10)]
fB = 0,3(150 + 200)
fB = 0,3(350)
fB = 105 N
Dengan demikian, perbandingan gaya gesek antara balok A dan balok B dengan gaya gesek antara balok B dengan lantai yaitu sebagai berikut.
fA : fB = 45 N : 105 N
fA : fB = 3 : 7
Contoh Soal #3
Koefisien gesek statis antara sebuah lemari kayu dengan lantai bernafsu suatu kolam mobil pick up sebesar 0,75. Berapakah percepatan maksimum yang masih boleh dimiliki kendaraan beroda empat supaya lemari tetap tak bergerak terhadap kolam kendaraan beroda empat tersebut?
Jawab
Diketahui:
μs = 0,75
g = 10 m/s2
Ditanyakan: Percepatan maksimum (amaks)
Pertama, kita gambarkan ilustrasi insiden pada soal tersebut. Kemudian lukiskan garis-garis gaya yang bekerja pada objek menyerupai yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
blogspot.com/-6AxTIO91EkQ/WacWRB9iFHI/AAAAAAAAB5Y/w5t502p-OVIp9gFUpfVcKNhKtgueqIZ9QCEwYBhgL/s1600/Contoh-Soal-%25233.png" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;">blogspot.com/-6AxTIO91EkQ/WacWRB9iFHI/AAAAAAAAB5Y/w5t502p-OVIp9gFUpfVcKNhKtgueqIZ9QCEwYBhgL/s1600/Contoh-Soal-%25233.png" title="Belajar Fisika Contoh Soal & Pembahasan Gaya Gesek + Gambar Ilustrasi" />
Perhatikan diagram gaya yang bekerja pada lemari di atas. Dengan memakai Hukum II Newton, kita peroleh persamaan gerak lemari sebagai berikut.
ΣFX = ma
f = mamaks
μsN = mamaks
μsmg = mamaks
μsmg = mamaks
amaks = μsg
amaks = (0,75)(10)
amaks = 7,5 m/s2
jadi kecepatan maksimum mobil pick up tersebut supaya lemari tetap dalam keadaan membisu yaitu sebesar 7,5 m/s2.
Demikianlah artikel ihwal kumpulan pola soal dan pembahasan ihwal gaya gesek beserta gambar ilustrasi dan diagram gayanya. Semoga sanggup bermanfaat untuk Anda. Apabila terdapat kesalahan tanda, simbol, aksara maupun angka dalam perhitungan mohon dimaklumi. Terimakasih atas kunjungannya dan hingga jumpa di artikel berikutnya.
