Dalam dunia fisika, gaya gesek adalah salah satu fenomena yang sangat umum terjadi di sekitar kita setiap hari. Gaya gesek terjadi ketika dua benda saling bersentuhan dan bergerak satu sama lain. Tentu saja, gaya tersebut bisa Anda hitung dengan rumus gaya gesek.
Gaya gesek dapat mempengaruhi gerakan objek, menghambat atau memperlambatnya. Dalam artikel ini, kita akan membahas rumus gaya gesek, sifat-sifatnya, serta memberikan beberapa contoh soal dan pembahasannya.
Daftar ISI
Apa Itu Gesekan dalam Fisika?
Gesekan adalah kekuatan antara dua permukaan yang saling berkontak, atau mencoba bergerak satu sama lain. Misalnya, ketika Anda mencoba mendorong lemari di lantai, gesekan membuat lemari sulit untuk bergerak.
Gesekan selalu bekerja dalam arah yang berlawanan dengan arah dari mana objek bergerak, atau mencoba untuk bergerak. Gesekan selalu memperlambat benda untuk bergerak.
Gaya gesekan adalah gaya yang berlawanan ketika dua permukaan bersentuhan satu sama lain untuk bergerak ke arah yang sama atau ke arah yang berlawanan.
Jenis-Jenis Gesekan dan Rumus Gaya Gesek
Gaya gesek dapat Anda hitung menggunakan rumus sederhana yang akan Anda kenal sebagai hukum gesekan Amontons. Terdapat empat jenis gesekan utama yang tentunya memiliki rumusnya masing-masing, yaitu:
1. Gesekan Statis
Gesekan statis adalah gesekan yang ada antara dua atau lebih benda yang tidak bergerak satu sama lain. Persamaan yang mewakili gesekan statis adalah:
Fs = μs x N
2. Gesekan Kinetik
Gesekan kinetik adalah gesekan yang ada antara dua atau lebih benda yang bergerak satu sama lain. Persamaan yang mewakili rumus gaya gesek statis adalah:
Fk = μk x N
3. Gesekan Bergulir
Gesekan bergulir terjadi ketika suatu benda berguling di permukaan. Selain itu, gesekan bergulir terjadi karena deformasi permukaan. Koefisien gesekan bergulir tergantung pada jari-jari benda bergulir, kedalaman benda yang dapat tenggelam, dan ketangguhan permukaan.
Gaya yang menahan gerakan benda bergulir pada permukaan dikenal sebagai gesekan bergulir atau rolling resistance. Contoh gesekan ini seperti rolling bola atau roda di tanah. Persamaan yang mewakili gesekan bergulir adalah:
Fr = μr x N
4. Gesekan Geser
Gesekan geser terjadi ketika dua permukaan saling bergesekan. Selain itu, gesekan geser terjadi karena saling terkait antara permukaan mikroskopis.
Koefisien gesekan geser tergantung pada tekstur permukaan dan suhu sampai batas tertentu. Sehingga, gaya gesek ini tidak tergantung pada faktor eksternal.
Dalam jenis gesekan geser, ada batasan pada gerakan benda karena hanya satu sisi benda yang bersentuhan dengan permukaan. Contoh gesekan geser adalah mendorong kotak melintasi meja. Persamaan yang mewakili gesekan geser adalah:
Fk = μr x N
Keterangan rumus gaya gesek:
- F: gaya gesek
- μs: koefisien gesek statis
- μk: koefisien gesek kinetik
- μr: koefisien rolling resistance
Koefisien gesek adalah angka tanpa satuan yang menggambarkan seberapa besar gesekan antara dua permukaan yang relatif bergerak. Nilai koefisien gesekan berkisar dari 0 hingga 1. Semakin tinggi nilai koefisien gesek, semakin besar gaya gesek yang dihasilkan.
Kemudian, lambang N merujuk pada gaya normal, yaitu gaya yang tegak lurus terhadap permukaan sentuhan. Gaya normal dapat secara sederhana dijelaskan dalam banyak kasus dengan rumus:
N = m x g
Dalam rumus tersebut, m menunjukkan massa benda, dan g adalah singkatan dari percepatan gravitasi yang nilainya sebesar 9,8 m/s². Pada saat yang sama, dalam kasus permukaan miring, gaya permukaan dari gaya normal berkurang dengan kemiringan permukaan, sehingga rumusnya berubah menjadi:
N = m x g x cos(θ)
Dalam rumus tersebut, θ mewakili kecenderungan sudut permukaan.
Sifat-Sifat Gaya Gesek
Gaya gesek memiliki beberapa sifat yang penting untuk Anda pahami, antara lain:
1. Gaya Gesek Selalu Berlawanan Arah
Berlawanan arah terjadi dengan gerakan relatif antara dua benda yang bersentuhan. Sehingga, jika benda A bergerak ke kanan terhadap benda B, maka gaya gesek akan bekerja ke kiri, dan sebaliknya.
2. Gaya Gesek Bergantung pada Jenis Permukaan yang Bersentuhan
Gaya gesek pada permukaan yang kasar akan lebih besar daripada permukaan yang halus. Fakta ini dapat Anda lihat dalam kehidupan sehari-hari ketika kita merasakan perbedaan gaya gesek saat berjalan di atas tanah berpasir atau lantai yang licin.
Contoh Soal dan Pembahasan untuk Menerapkan Rumus Gaya Gesek
Berikut adalah contoh soal dan pembahasan untuk menerapkan rumus gaya gesek:
1. Contoh Soal 1
Sebuah kotak dengan massa 10 kg ditarik secara horizontal dengan gaya 50 N pada permukaan yang kasar. Koefisien gesek kinetik antara kotak dan permukaan adalah 0,4. Hitung gaya gesek yang bekerja pada kotak.
Jawaban:
Untuk menghitung gaya gesek, kita perlu menentukan gaya normal terlebih dahulu. Karena kotak berada pada permukaan yang kasar, gaya normal (N) akan sama dengan berat kotak (m x g), di mana g adalah percepatan gravitasi.
N = m x g
= 10 kg x 9,8 m/s²
= 98 N
Selanjutnya, kita dapat menggunakan rumus gaya gesek:
F = μk x N
= 0,4 x 98 N
= 39,2 N
Jadi, gaya gesek yang bekerja pada kotak adalah 39,2 N.
2. Contoh Soal 2
Sebuah benda dengan massa 2 kg diletakkan pada permukaan licin dengan koefisien gesek kinetik 0,2. Jika benda tersebut ditarik dengan gaya 10 N, berapa percepatan benda?
Jawaban:
Dalam kasus ini, gaya gesek akan menjadi gaya yang menghambat gerakan benda. Oleh karena itu, gaya gesek harus dianggap negatif dalam perhitungan ini. Rumus gaya gesek tetap sama:
F = μk x N
Namun, gaya normal (N) kali ini akan menjadi berat benda (m * g) karena permukaan licin tidak menghasilkan gaya normal tambahan.
N = m x g
= 2 kg x 9,8 m/s²
= 19,6 N
F = μk x N
= 0,2 x 19,6 N
= 3,92 N (arah negatif)
Gaya yang bekerja pada benda adalah 10 N (arah positif) karena ada gaya tarik. Oleh karena itu, kita dapat menggunakan hukum Newton kedua untuk menghitung percepatan:
ΣF = m x a
10 N – 3,92 N = 2 kg x a
6,08 N = 2 kg x a
a = 6,08 N / 2 kg
= 3,04 m/s²
Jadi, percepatan benda adalah 3,04 m/s².
3. Contoh Soal 3
Seorang anak laki-laki menggulirkan bola di atas permukaan horizontal datar. Massa bola adalah 10 kg dan koefisien gesekan bergulir 0,2. Hitung gaya tahanan gulir.
Jawaban:
m = 10 Kg
μr = 0, 2
Gaya gesek bergulir dapat dihitung dengan rumus gaya gesek:
Fr = μr x N
Di sini N adalah gaya normal yang diberikan sebagai N = m x g
N = 10 × 9,8 m/s² = 98 kg m/s² = 98 N.
Mensubtitusi nilai-nilai dan kita akan mendapatkan gaya gesekan bergulir yang diperlukan, yaitu:
Fr = 0,2 × 98 N = 19,6 N
Penerapan Rumus Gaya Gesek dalam Kehidupan Sehari-hari
Berikut beberapa penerapan gaya gesek dalam kehidupan:
1. Menggosok Tangan
Menggosok tangan adalah contoh gesekan geser. Ketika tangan digosok satu sama lain, kekuatan yang menentang gerakan tangan ini mulai beraksi.
Gaya yang menahan gerakan diterapkan dalam arah yang berlawanan dengan arah gerak tangan disebut gaya gesekan dan bertanggung jawab untuk menghasilkan energi panas.
2. Panjat Tebing
Ketika seorang pendaki cenderung bergerak di atas batu, sebuah kekuatan dirasakan ke arah yang berlawanan yang mencoba menahan gerakan.
Panjat tebing memanfaatkan kekuatan gesekan untuk membangun pegangan yang tepat antara kaki atau tangan pemanjat dan permukaan batu. Kondisi ini membantu pendaki untuk memanjat batu dan mencegah tangan dan kakinya tergelincir.
3. Menyeret Kursi
Ketika sejumlah kecil gaya diterapkan pada kursi besar, maka kursi tidak akan mudah bergerak. Hal ini jelas berarti bahwa gaya sedang diterapkan dari arah yang berlawanan yang memiliki besaran lebih besar daripada gaya eksternal yang diterapkan untuk memindahkannya.
Untuk memindahkan kursi tersebut, seseorang harus menerapkan gaya yang memiliki besaran lebih besar dari besarnya gaya gesekan. Salah satu penerapan ini tentunya juga dapat Anda hitung dengan rumus gaya gesek.
4. Sistem Pengereman
Kendaraan yang bergerak dibuat berhenti dengan menerapkan gaya dari arah berlawanan yang menahan gerakan. Sistem pengereman biasanya terdiri dari kampas rem dan pelek.
Gesekan geser yang ada di antara kedua komponen membantu memperlambat kecepatan roda bergulir kendaraan dan menyebabkannya berhenti. Dengan tidak adanya gesekan, suatu benda cenderung bergerak terus menerus dengan kecepatan konstan.
Pentingnya Memahami Rumus Gaya Gesek dan Sifat-sifatnya
Dalam artikel ini, kita telah membahas rumus gaya gesek (F = μk x N), sifat-sifatnya, dan memberikan contoh soal serta pembahasannya. Pada intinya, gaya gesek adalah gaya yang bekerja pada benda saat bergerak di atas permukaan.
Gaya gesek bergantung pada koefisien gesek dan gaya normal. Memahami konsep gaya gesek sangat penting dalam memahami bagaimana benda bergerak dan berinteraksi dengan lingkungan sekitarnya.
