Pengertian Gaya Gesek Statis dan Kinetis
Gaya gesek adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda bergerak. Gaya gesek terjadi bila dua buah permukaan benda saling bersentuhan dan bergesekan.
Besar kecilhya gaya gesekan dua benda dipengaruhi oleh faktor, seperti berikut:
- Koefisen gesekan permukaan (μ), yang nilainya tergantung pada kekerasan permukaan yang bergesekan dan luas permukaan yang bergesekan, yang artinya semakin kasar permukaan benda, maka gaya gesekannya semakin besar.
- Gaya normal (N), yang nilainya tergantung pada berat benda yang bergesekan dan sudut kemiringan pada permukaan miring.
Gaya gesek dibedakan menjadi 2, yaitu:
1. GGS atau Gaya Gesek Statis (fs)
Gaya gesekan ini terjadi selama benda belum bergerak atau diam. Besarnya gaya gesek statis maksimum saat benda tepat akan bergerak.
GGS merupakan hasil perkalian antara koefisien gaya statis (μs) dengan gaya normal (N). Karena setiap benda yang diam, hingga tepat saat benda tersebut mulai bergerak, memiliki nilai GGS. Jadi, benda akan bergerak jika gaya (F) yang diberikan lebih besar dari dari GGS. Berikut persamaan adalah GGS:
fs = μs . N
F ≤ fs → Benda diam
F ≥ fs → Benda bergerak
2. GGK atau Gaya Gesek Kinetis (fk)
Gaya gesekan ini terjadi saat benda mulai bergerak. Suatu benda yang diberikan gaya sehingga benda tersebut bergerak, tetapi tidak terdapat GGK maka benda tersebut akan bergerak terus tanpa henti. Ini terjadi karena benda tersebut tidak memiliki gaya gesek yang melambatkannya, seperti di luar angkasa.
GGK merupakan hasil perkalian antara koefisien gaya kinetis (μk) dengan gaya normal (N). Biasanya, besarnya GGK lebih kecil daripada GGS sehingga persamaannya dapat ditulis, seperti berikut:
fk = μk . N
μk < μs
Contoh Soal Gaya Gesek pada Permukaan Datar
Soal No.1
Sebuah box seberat 80 kg ditarik di bidang datar dengan gaya sebesar 400 N. Koefisien gaya statisnya 0,4 sedangkan koefisien gaya kinetisnya 0,3. Hitunglah percepatannya.
Penyelesaian!
Diketahui:
m = 80 kg
F = 400 N
μs = 0,4
μk = 0,3
g = 9,8 m/s²
Ditanya: a = ?
Jawab:
Mencari gaya normalnya (N)
ƩFy = m . ay
ƩFy = 0 (benda tidak bergerak vertikal, maka ay = 0)
N – W = 0
N – m . g = 0
N = m . g
N = 80 kg . 9,8 m/s²
N = 784 N
Untuk mengetahui benda tersebut bergerak atau tidak, kita dapat menghitung nilai GGSnya.
fs = μs . N
= 0,4 . 784 N
= 313,6 N
fs < F maka benda bergerak
Menentukan GGK atau gaya gesek kinetik:
fk = μk . N
= 0,3 . 784 N
= 235,2 N
Kemudian, yang terakhir mencari percepatannya:
a = ƩF/ m
ƩF = m . a
ƩFx = m . ax
F – fk = m . a
400 N – 235,2 N = 80 kg . a
164,8 N = 80 kg . a
a = 164,6 N / 80 kg
a = 2,08 m/s²
Jadi, percepatannya sebesar 2,08 m/s².
Sebuah box seberat 90 kg ditarik di bidang datar dengan gaya sebesar 500 N yang membentuk sudut 30°. Koefisien gaya statisnya 0,4 dan koefisien gaya kinetiknya 0,3. Hitunglah percepatannya.
Penyelesaian!
Diketahui:
m = 90 kg
F = 500 N
μs = 0,4
μk = 0,3
g = 9,8 m/s²
θ = 40°
Ditanya: a = ?
Jawab:
F memiliki komponen vertikal (sumbu y) dan horizontal (sumbu x)
Fx = F cos θ
= 500 N . cos 40°
= 500 N . 0,76
= 380 N
Fy = F sin θ
= 500 N . sin 40°
= 500 N . 0,64
= 320 N
Setelah itu, mencari gaya normalnya (N)
ƩFy = m . ay
ƩFy = 0 (benda tidak bergerak vertikal, maka ay = 0)
N – W + Fy = 0
N – m . g + Fy = 0
N = m . g – Fy
N = 90 kg . 9,8 m/s² – 320 N
N = 562 N
Untuk mengetahui benda tersebut bergerak atau tidak, kita dapat menghitung nilai GGSnya.
fs = μs . N
= 0,4 . 562 N
= 224,8 N
fs < Fx maka benda bergerak.
Menentukan GGK atau gaya gesek kinetik.
fk = μk . N
= 0,3 . 562 N
= 168,6 N
Kemudian, yang terakhir mencari percepatannya.
a = ƩF / m
ƩF = m . a
ƩFx = m . ax
F – fk = m . a
380 N – 168,6 N = 90 kg . a
211,4 N = 90 kg . a
a = 211,4 N / 90 kg
a = 2,35 m/s²
Contoh Soal Gaya Gesek pada Permukaan Bidang Miring
Soal No.1
Sebuah box seberat 50 kg ditarik di bidang miring dengan kemiringan sebesar 30°. Kemudian, diberi gaya tarik sebesar 800 N. Koefisien gaya statisnya 0,4 sedangkan koefisien gaya kinetisnya 0,3. Hitunglah percepatannya.
Penyelesaian!
Diketahui:
m = 50 kg
F = 800 N
μs = 0,4
μk = 0,3
α = 30°
g = 9,8 m/s²
Ditanya: a = ?
Jawab:
Wx = W . sin 30°
= m . g . sin 30°
= 50 kg . 9,8m/s² . 0,5
= 245 N
Wy = W . cos 30°
= m . g . cos 30°
= 50kg . 9,8 m/s² . 0,87
= 426,3 N
Kemudian, mencari gaya normalnya.
ƩFy = m . ay
ƩFy = 0 (benda tidak bergerak vertikal, maka ay = 0)
N – Wy = 0
N = Wy
= 426,3 N
Untuk mengetahui benda tersebut bergerak atau tidak, kita dapat menghitung nilai GGSnya.
fs = μs . N
= 0,4 . 426,3 N
= 170,52 N
fs < F maka benda bergerak.
Menentukan GGK atau gaya gesek kinetik.
fk = μk . N
= 0,3 . 426,3 N
= 127,89 N
Kemudian, yang terakhir mencari percepatannya.
a = ƩF / m
ƩF = m . a
ƩFx = m . ax
F – Wx – fk = m . a
800 N – 245 N – 127,89 N = 80 kg . a
427,11 N = 80 kg . a
a = 427,11 N / 80 kg
a = 5,33 m/s²
Jadi, percepatannya sebesar 5,33 m/s².
Sebuah box seberat 60 kg ditarik di bidang miring dengan kemiringan sebesar 30°. kemudian, diberi gaya tarik sebesar 700 N yang membentuk sudut 40°. Koefisien gaya statisnya 0,4 sedangkan koefisien gaya kinetisnya 0,3. Hitunglah percepatannya.
Penyelesaian!
Diketahui:
m = 60 kg
F = 700 N
μs = 0,4
μk = 0,3
α = 30°
θ = 40°
g = 9,8 m/s²
Ditanya: a = ?
Jawab:
Fx = F cos θ
= 700 N . cos 40°
= 700 N . 0,76
= 532 N
Fy = F sin θ
= 700 N . sin 40°
= 700 N . 0,64
= 448 N
Wx = W . sin 30°
= m . g . sin 30°
= 60kg . 9,8 m/s² . 0,5
= 294 N
Wy = W . cos 30°
= m . g . cos 30°
= 60 kg . 9,8 m/s² . 0,87
= 511,56 N
Kemudian, mencari gaya normalnya.
ƩFy = m . ay
ƩFy = 0 (benda tidak bergerak vertikal, maka ay = 0)
N – Wy + Fy = 0
N = Wy – Fy
N = 511,56 N – 448 N
N = 63,56 N
Untuk mengetahui benda tersebut bergerak atau tidak, kita dapat menghitung nilai GGSnya.
fs = μs . N
= 0,4 . 63,56 N
= 25,42 N
fs < Fx maka benda bergerak.
Menentukan GGK atau gaya gesek kinetik.
fk = μk . N
= 0,3 . 63,56 N
= 19,1 N
a = ƩF / m
ƩF = m . a
ƩFx = m . ax
F – Wx – fk = m . a
532 N – 294 N – 19,1 N = 60 kg . a
218,9 N = 60 kg . a
a = 218,9 N / 60 kg
a = 3,65 m/s2
Jadi, percepatannya sebesar 3,65 m/s².
