Rumus gaya gesek di dalam ilmu fisika biasanya digunakan untuk menghitung koefisien gesekan statis atau kinetis. Materi ini dibahas berbarengan dengan cabang materi lainnya seperti Hukum Newton dan sebagainya. Show Gaya bisa berarti suatu dorongan atau tarikan yang akan menggerakkan benda bebas. Gaya erat kaitannya dengan Hukum Newton. Sebab, pada rumus gaya yang berbunyi “massa dikali percepatan” sama dengan Newton. Newton sendiri adalah satuan SI turunan dengan lambang N. Singkatnya, Newton merupakan satuan dari gaya. Konsep gaya dapat berupa interaksi apapun yang dapat menyebabkan sebuah benda bermassa mengalami perubahan gerak. Gaya bisa dibedakan berdasarkan jenisnya. Salah satu jenis gaya yang sering diterapkan pada aktivitas sehari-hari adalah gaya gesek. Definisi Gaya GesekSecara sederhana konsep gaya gesek adalah dipengaruhi oleh dua permukaan benda yang saling bertemu. Gaya gesek merupakan bentuk gaya yang saling berlawanan dengan suatu gerak benda. Menurut penjelasan yang ada di buku Dunia IPA, disebutkan kalau gaya gesek bisa terjadi karena adanya benda-benda yang saling bersentuhan. Gaya gesek termasuk ke dalam gaya kontak (sentuh) karena melibatkan pertemuan antara satu objek dengan objek lainnya. Baca JugaTimbulnya gaya gesek pada benda-benda yang bersentuhan tidak sama besar nilainya. Gaya gesek bisa semakin besar kalau permukaan suatu objek sangat kasar. Hal ini pun berlaku sebaliknya apabila permukaan benda tersebut sangat halus. Artinya, besar kecilnya gaya gesek pada sebuah benda sangat dipengaruhi oleh kasar-licinnya permukaan benda yang bergesekan. Mengutip dari buku berjudul IPA Terpadu (Biologi, Kimia, Fisika), definisi lain dari gaya gesek adalah gaya yang melawan gerak benda pada suatu permukaan. Berdasarkan penjelasan ini, setidaknya ada beberapa sifat-sifat gaya gesek yang antara lain meliputi:
Contoh gaya gesek yang bisa ditemui di kehidupan sehari-hari contohnya seperti ketika seseorang mendorong sebuah meja. Jika meja tersebut didorong pada permukaan yang begitu kasar, maka gaya geseknya akan semakin besar. Sedangkan, kalau permukaannya halus atau meja itu memiliki roda di bawahnya maka gaya geseknya menjadi lebih kecil. Jenis-jenis Gaya GesekGaya gesek dan rumus gaya gesek umumnya melibatkan dua permukaan benda yang bersentuhan. Gaya gesek yang melawan atau juga menahan gaya tarik/dorong ini besarannya berbeda-beda. Di dalam ilmu fisika, yang disebut gaya gesek adalah ketika dua buah benda bersentuhan. Benda atau objek tersebut bisa berbentuk padat, gas, dan cair. Bentuk gaya ini juga merupakan kumpulan akumulasi interaksi mikro antara kedua permukaan yang bersentuhan itu. Baca JugaHingga saat ini ada dua jenis gaya gesek yang diketahui. Pertama adalah gaya gesek kinetis dan kedua yaitu gaya gesek statis. Untuk lebih jelasnya simak penjelasan lengkapnya berikut ini: Gaya Gesek KinetisSecara harfiah yang dimaksud dengan gesekan yang terjadi saat suatu benda bergerak. Contohnya bisa dilihat saat sebuah roda mobil dan motor sedang melaju di jalan raya. Sejumlah pendapat menyatakan kalau gaya gesek kinetis akan selalu lebih kecil daripada gaya gesek statis. Sebagaimana dijelaskan dalam salah satu artikel di Zenius.com, gaya gesek kinetis bekerja pada benda yang sedang bergerak. Gaya gesek yang bekerja ketika permukaan kontak saling bergeser tentunya sangat berlawanan dengan gaya gesek statis. Rumus gaya gesek kinetis dapat dinyatakan seperti ini: Keterangan:
Jika melihat dari rumus gaya gesek kinetis di atas, nilai gaya gesek jenis ini merupakan hasil perkalian koefisien geseknya dengan gaya normal suatu objek. Seperti dijelaskan sebelumnya, koefisien gesek selalu lebih kecil dari koefisien gesek statis untuk material yang sama. Gaya Gesek StatisGaya gesek statis bekerja pada benda-benda yang diam. Karena bekerja pada benda dalam kondisi diam, besar gaya gesek statis merupakan hasil antara koefisien gesek statis dengan gaya normal benda. Koefisien gesek merupakan besaran yang bergantung pada kekasaran kedua permukaan bidang yang bersentuhan Pada umumnya, koefisien gaya gesek statis akan lebih besar ketimbang gaya gesek kinetis. Untuk rumus gaya gesek ini bisa dinyatakan sebagai berikut: Keterangan:
Rumus Gaya GesekDalam buku Gerak dan Gaya (2019) yang ditulis oleh Bayu Sapta Hari, gaya gesek dibedakan menjadi gaya gesek statis dan kinetis. Besarnya dapat dinyatakan oleh rumus gaya gesek sebagai berikut: Selain uraian di atas berikut rincian tentang rumus gaya gesek statis dan dinamis:
Contoh Soal dan Cara Menghitung Rumus Gaya GesekSetelah memahami rumus gaya gesek, biasanya pembahasan selanjutnya adalah berlatih untuk mengerjakan soal yang berkaitan dengan rumus gaya gesek. Baca JugaMengutip situs Zenius.com dan sumber lainnya, di bawah ini ada beberapa contoh soal rumus gaya gesek: Contoh soal 1:Terdapat sebuah balok bermassa 20 kg terletak di atas lantai kasar. Diketahui bahwa μs = 0,6 dan μk = 0,3. Kemudian balok ditarik dengan gaya sebesar 160 N secara mendatar. Tentukan gaya gesek yang dialami balok! Cara mengerjakannya: Diketahui: m = 20 kg μs = 0,6 μk = 0,3 F = 160 N Ditanya: f? Jawab: Besar gaya normal (N): ΣFY = 0 N – w = 0 N = w N = mg N = (20)(10) N = 200 N Mencari gaya gesek statis: fs = μs x N fs = 0,6 x 200 fs = 120 N Karena F > fs maka balok tersebut bergerak. Maka gaya gesek kinetis nya: fk = μk x N fk = (0,3)(200) fk = 60 N Gaya gesek yang bekerja pada balok tersebut adalah 60 N. Contoh soal 2:Suatu benda bermassa 50 kg berada pada bidang datar. Pada benda, gaya yang bekerja 200 N mendatar. Berapa percepatan pada benda itu kalau bidang itu licin dan bidang kasar dengan koefisien gesek = 0,3 (g = 10 m/s2)? Cara mengerjakannya: Diketahui: m = 50 kg μ = 0,3 F = 200 N g = 10 m/s2 Ditanya: percepatan benda jika bidang licin dan percepatan benda jika bidang kasar (μ = 0,3). Jawab: Bidang licin F = m.a maka a = F/m = 200/50 = 4 m/s Jadi, percepatan jika bidang licin = 4 m/s2. Bidang kasar (μ = 0,3) N = w = mg = 50 x 10 = 500 N Fgesek = μ N = 0,3 x 500 = 150 N Ftotal = F – Fgesek = 200 – 150 = 50 N a = Ttotal/m = 50/50 = 1 m/s Jadi, percepatan jika bidang kasar = 1 m/s2. Itulah beberapa contoh soal yang bisa dijadikan sebagai referensi. Namun, karena materi rumus gaya gesek berkaitan dengan Hukum Newton dan materi lainnya. Maka ada baiknya secara keseluruhan materi tersebut dipahami serta dipelajari terlebih dahulu. Manfaat Penerapan Rumus Gaya Gesek di Kehidupan Sehari-hariMengutip dari buku Dunia IPA, gaya gesek dapat memberikan manfaat dan kerugian dalam kehidupan sehari-hari. Manfaat penerapan rumus gaya gesek yang kita peroleh misalnya menghasilkan panas, daya kikis, dan daya hambat. Sementara kerugiannya dapat menimbulkan kerusakan pada bagian-bagian mesin dan pemborosan energi. Lebih lanjut berikut manfaat penerapan rumus gaya gesek di kehidupan sehari-hari:
Pengertian Gaya. Gaya merupakan suatu besaran yang menyebabkan suatu benda menjadi dapat bergerak. Gaya merupakan dorongan atau tarikan yang akan mempercepat atau memperlambat gerak suatu benda. Gaya memiliki nilai dan arah, oleh karenanya gaya adalah besaran yang mengikuti aturan- aturan penjumlahan vector. Dalam satuan Sistem Internasional (SI), percepatan gravitasi dinyatakan dalam m/s2. Percepatan gravitasi di suatu tempat pada permukaan bumi sebesar g = 9,80 m/s2. Satuan Percepatan Gravitasi dapat dinyatakan dalam N/kg, di mana g = 9,80 m/s2, atau g = 9,80 N/kg. Hal ini berarti, sebuah benda yang massanya 1 kg di permukaan bumi memiliki berat sebesar: w = 1 kg × 9,80 m/s2 = 9,80 N Gaya Berat Gaya berat adalah gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda yang memiliki massa m. Arah gaya berat selalu mengarah ke pusat bumi.  Gaya berat yang bekerja pada suatu benda dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut: w = m.g dengan kerterangan w = gaya berat, N m = massa benda, kg g =percepatan gravitasi, m/s2 Jadi, gaya berat (w) yang dialami suatu benda nilainya sama dengan perkalian antara massa (m) benda tersebut dengan percepatan gravitasi (g) di tempat itu. Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Gaya Berat Jika percapatan gravitasi di kota Bandung adalah 10 m/s2, maka berapakah berat benda yang bermassa 10 kg di Bandung… Penyelesaian Diketahui m = 10 kg g = 10 m/s2 Jawab w = m.g w = 10 x 10 w = 100 N jadi berat benda tersebut di kota Bandung adalah 100 Newton. Gaya Normal. resultan gaya pada sebuah benda yang tetap diam adalah nol. Sehingga pasti ada gaya lain pada benda tersebut untuk mengimbangi gaya gravitasi. Untuk sebuah benda yang diam di atas sebuah bidang datar, maka bidang tersebut akan memberikan gaya yang arahnya ke atas. Gaya yang diberikan oleh bidang ini sering disebut dengan gaya sentuh, karena terjadi jika dua benda bersentuhan. Ketika gaya sentuh tegak lurus terhadap permukaan bidang sentuh, gaya itu biasa disebut dengan gaya normal N (“normal” berarti tegak lurus). Gaya normal (N) adalah gaya yang bekerja pada bidang yang bersentuhan antara dua permukaan benda, yang arahnya selalu tegak lurus dengan bidang sentuh. Kedua gaya yang ditunjukkan pada Gambar, bekerja pada benda yang tetap dalam keadaan diam, sehingga jumlah vektor kedua gaya ini pastilah nol. Dengan demikian, w dan N harus memiliki besar yang sama dan berlawanan arah. Untuk permukaan bidang yang datar, besarnya gaya normal sama dengan gaya berat, hal ini dikarenakan gaya normal dan gaya berat merupakan pasangan aksi reaksi. Besarnya gaya normal yang bekerja pada suatu benda pada permukaan bidang datar dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan berikut N – w =0 N = w N = m. g Sedangkan, untuk permukaan bidang miring, besarnya gaya normal dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut: N – w cos α =0 N = w cos α N = m. g cos α Dengan keterangan N = gaya normal, N m = massa benda, kg g = percepatan gravitasi, m/s2 α= kemiringan bidang permukaan Contoh Soal Perhitungan Rumus Gaya Normal Benda bermassa 5 kg terletak diam di atas sebuah bidang. Tentukanlah gaya normal yang bekerja pada benda jika bidang tersebut
Penyelesaian m = 10kg g = 10m/s2 Jawab Pada benda bekerja gaya berat w = mg = (5 kg)(10 m/s2) w = 50 N dan Besar gaya normal, N. Karena benda diam, sesuai dengan Hukum Pertama Newton, maka resultan gayanya harus sama dengan nol maka ΣF = 0 N – w = 0 N = w = 50 N. Untuk mendapatkan besar gaya normal, maka uraikan berat w ke sumbu-y (sumbu-y berimpit dengan N). Pada sumbu-y benda diam maka wy = w cos 30° wy= (50)(1/2Ö 3 ) wy = 25 √3 N. atau wy= 43,3 N Pada sumbu-y benda posisi diam, maka ΣFy=0 N – wy = 0 Sehingga diperoleh N – wy = 43,3 N Gaya Gesekan Gaya gesek adalah gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan. Arah gaya gesek berlawanan arah dengan kecenderungan arah gerak benda. Gaya gesekan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu gaya gesekan statis dan gaya gesekan kinetis. Gaya Gesek Statis Gaya gesek statis (fs) adalah gaya gesek yang bekerja pada benda selama benda tersebut masih diam. Dan Selama benda masih diam berarti resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut adalah nol (hukum I Newton). Jadi, selama benda masih diam gaya gesek statis selalu sama dengan yang bekerja pada benda tersebut. Besar gaya gesek statis mencapai nilai maksimum ketika benda tepat akan bergerak. Secara matematis gaya gesekan dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut. fs,maks = ms .N Keterangan: N = Gaya normal, N fs =gaya gesekan statis maksimum (N) ms = koefisien gesekan statis Gaya Gesek Kinetik Gaya gesek kinetis (fk) adalah gaya gesek yang bekerja pada saat benda dalam keadaan bergerak. Gaya ini termasuk gaya dissipatif, yaitu gaya dengan usaha yang dilakukan akan berubah menjadi kalor. Perbandingan antara gaya gesekan kinetis dengan gaya normal disebut koefisien gaya gesekan kinetis (mk). Secara matematis dapat di tulis sebagai berikut. fk = mk .N Dengan Keterangan: N = gaya normal, N fk = gaya gesekan kinetis (N) mk = koefisien gesekan kinetis Contoh Soal Rumus Perhitungan Gaya Gesekan Sebuah balok bermassa 20 kg berada di atas lantai mendatar kasar. μs = 0,6 dan μk = 0,3. Kemudian balok ditarik gaya sebesar F mendatar. g = 10 m/s2. Tentukan gaya gesek yang dirasakan balok dan percepatan balok jika: a. gaya tarik F = 100 N dan b. gaya tarik F = 140 N Penyelesaian m = 20 kg μs = 0,6 μk = 0,3 g = 10 m/s2 Gaya normal N memenuhi: N = w = m.g = 200 N Pengaruh gaya F dapat diketahui dengan menghitung dahulu gaya gesek pada balok fs max.= μs . N fs max. = 0,6 . 200 = 120 N Jika balok ditarik degan gaya F = 100 N, maka F < fs max berarti keadaan balok masih tetap diam. sesuai hukum I Newton dimana ΣF = 0 maka diperoleh: fs = F = 100 N dan percepatannya adalah a = 0 Jika balok diberi gaya Tarik sebesar F = 140 N, maka F > fs max berarti balok bergerak. Gaya geseknya adalah gaya gesek kinetik, yaitu sebesar: fk = μk N fk = 0,3 . 200 = 60 N Percepatan balok dapat ditentukan dengan menggunakan hukum II Newton yaitu sebagai berikut. ΣF = m a F − fk = m . a 140 − 60 = 20 a a = 4 m/s2 Gerak Benda pada Bidang Datar Pada gambar terlihat bahwa Sebuah benda berbentuk balok diletakan di atas bidang datar dengan permukaan yang licin. Balok kemudin diberi gaya sebesar F arah mendatar. Gaya ini menyebabkan balok bergerak lurus dengan percepatan a. Gaya gaya yang bekerja pada sumbu-y adalah ∑Fy=N – w Benda tidak bergerak pada sumbu-y, maka ∑Fy=0 atau ∑Fy=N – w = 0 atau N = w = m.g Sedangkan gaya yang bekerja pada sumbu-x adalah ∑Fx=m.a atau F = m.a atau a=/F/m Dengan keterangan a = percepatan (m/s2) F = gaya, N m = massa, kg Contoh Soal Perhitungan Rumus Gerak Benda pada Bidang Datar Pada permukaan bidang datar yang licin, artinya tidak ada gaya gesekan yang bekerja anatara benda dengan bidang. Sebuah benda bermassa 4 kg terletak di atas bidang tersebut. Benda diberi gaya mendatar sebesar 10 N. Hitunglah percepatan benda tersebut Diketahui m = 4 kg F = 10 N a=F/m = 10/4 a = 2,5 m/s2 Gerak Benda Pada Bidang Miring Sebuah benda memiliki gaya beart w = m.g diletakan di atas permukaan licin bidang miring yang membentuk sudut kemiringan a terhadap garis horizontal. Gaya yang bekerja pada benda adalah gaya normal N yang memiliki arah tegak lurus terhadap bidang sentuh (bidang miring) Sumbu-x sejajar dengan bidang miring dan sumbu-y tegak lurus pada bidang miring. Komponen gaya berat pada sumbu-x wx = m.g sin α Karena benda bergerak pada sumbu X (gaya yang menyebabkan benda bergerak adalah gaya yang sejajar dengan bidang miring), maka percepatan yang dialami oleh benda adalah sebagai berikut. ∑Fx = m. a m.g sin α = m. a atau a =g sin α komponen gaya berat pada sumbu-y wy= m.g cos α Gaya yang bekerja pada sumbu-y adalah ∑Fy= N – wy ∑Fy= N –m.g cos α Benda tidak bergerak pada sumbu-y, sehingga ∑Fy= 0 ∑Fy= N –m.g cos α =0 N = m.g cos α Dengan Keterangan N = gaya Normal N m = massa benda, kg α= sudut kemiringan g = percepatan graitasi m/s2 Contoh Soal Ujian Rumus Perhitungan Gerak Benda Pada Bidang Miring Sebuah balok yang massanya 6 kg meluncur ke bawah pada sebuah papan licin yang dimiringkan 30° dari lantai. Jika jarak lantai dengan balok 10 m dan besarnya gaya gravitasi ditempat itu 10 ms-2, maka tentukan percepatan dan waktu yang diperlukan balok untuk sampai di lantai! Diketahui m = 6 kg s = 10 m α= 30° g = 10 ms-2 Ditanyakan: a = …? t = …? Jawab : Gaya berat balok diuraikan pada sumbu-x (bidang miring) dan Sumbu-y (garis tegak lurus bidang miring). Benda meluncur dengan gaya F = w sin 30°. Percepatan ditentukan dengan menggunakan hukum II Newton F = m × a w sin 30° = m × a m × g sin 30° = m × a 6 × 10 × 0,5 = 6 a a = 30/6 a= 5 ms-2 Jadi, balok tersebut meluncur ke bawah dengan percepatan 5 ms-2. Waktu t yang dibutuhkan sampai ke lantai menggunakan persamaan pada GLBB St= v0.t + ½ a.t2 Karena v0 = 0, maka St= ½ a.t2 t2 = (2x St)/a t2 = (2 x10)/5 t = 2 detik Jadi, waktu yang diperlukan balok untuk sampai ke lantai adalah 2 detik. Gerak Benda Orang Pada Tali Katrol dan Lift Dua buah benda balok A dan B dihubungkan dengan seutas tali melalui sebuah katrol yang licin dan massa katrol diabaikan. Apabila massa benda A lebih besar dari massa benda B (mA > mB), maka benda A akan bergerak turun dan B akan bergerak naik. Karena massa katrol dan gesekan pada katrol diabaikan, maka selama sistem bergerak, besarnya tegangan pada kedua ujung tali adalah sama yaitu T. Selain itu, percepatan yang dialami oleh masing- masing benda adalah sama yaitu sebesar a. Gaya -gaya yang searah dengan gerak benda diberi tanda positif (+), sedangkan Gaya -gaya yang berlawanan arah dengan gerak benda diberi tanda negatif (-). Resultan gaya yang bekerja pada benda balok A adalah: ΣFA = mA .a wA – T = mA.a Resultan gaya yang bekerja pada benda balok B adalah: ΣFB = mB.a T – wB = mB.a Berdasarkan persamaan Hukum II Newton dapat dinyatakan sebagai berikut: ΣF = Σm.a wA – wB = mA.a + mB.a (mA – mB)g =(mA + mB)a a = g (mA – mB)/(mA + mB) dengan keterangan a = percepatan sistem (m/s2) mA = massa benda A (kg) mB = massa benda B (kg) g = percepatan gravitasi setempat (m/s2) Menentukan Tegangan Tali Katrol Besarnya tegangan tali katrol (T ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan rumus berikut: T = mA (g – a) atau T = mB (a + g) Contoh Soal Perhitungan Gaya Berat Benda Gerak Pada Lift Berat seseorang ketika diukur di atas lantai adalah 700N. kemudian orang tersebut turun menggunakan lift yang bergerak ke bawah dengan perepatan 4 m/s2. Jika percepatan gravitasi 10m/s2, berapakah berat orang di dalam lift tersebut. Penyelesaian Diketahui w = 700N a = 4m/s2 g = 10 m/s2 Jawab. w = m.g w = 700 N maka m = 70 kg Berat orang yang berada dalam lift bergerak sama dengan gaya normal yang diterimannya. Lift dipercepat ke bawah sehingga berlaku: ΣF = m a w − N = m a 700 − N = 70 x 4 N = 420 N jadi berat orang dalam lift yang begerak kebawah adalah 420 N Gerak Benda Kendaraan Mobil Pada Belokan Tikungan Contoh Soal Rumus Gerak Benda pada Belokan Tikungan Sebuah mobil bermassa 400 kg sedang melintasi belokan jalan yang melingkar dengan jari- jari 30 m. Jalan tersebut dirancang dengan kemiringan 370. Berapakah kecepatan maksimum yang diperbolehkan pada mobil itu? Penyelesaian Diketahui m = 400 kg w = m.g = 4000 N R = 30 m α = 37O Pada mobil yang bergerak melingkar harus memiliki gaya sentripetal sehingga dapat melintas dengan aman. Gaya gaya pada mobil itu dapat dilihat pada Gambar Mobil tidak bergerak vertikal berarti berlaku hukum I Newton pada arah vertikal sehingga diperoleh nilai N: ΣF = 0 N cos 37O − w = 0 N x 0,8 − 4000 = 0 N = 4000/0,8= 5000 N Sedangkan pada arah horisontal terdapat proyeksi N sin 370. Gaya inilah yang bertindak sebagai gaya sentripetal Fs sehingga berlaku: Fs= N sin 370 (m.v2)/R = N sin 370 400 x v2/R = 5000x 0,6 v2=225 v =15m/s Daftar Pustaka:
|
Sebuah kotak diletakkan pada papan miring gaya normal yang bekerja pada kotak tersebut adalah
Pos Terkait
Copyright © 2024 toptenid.com Inc.
