Gaya Gesekan dan Pengaruhnya terhadap Benda

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa , tugas karya tulis yang di emban kepada Saya dapat terselesaikan . Adapun judul dari karya tulis yang Saya susun ini adalah “ Gaya Gesekan dan Pengaruhnya terhadap Benda “ Sebelumnya Saya berterima kasih karena Dosen Matakuliah Fisika Umum 1 beserta Asisten Laboratorium  telah mempercayakan Saya untuk menyusun karya tulis ini.

Dalam membuat karya tulis ini Saya menggunakan metode Diskriptif, yaitu suatu metode dimana Saya memaparkan, menjelaskan, serta merangkum rumusan masalah menjadi suatu sajian yang nantinya dapat menjadi sumber referensi bagi teman-teman Mahasiswa sekalian. Selain itu karya tulis ini juga di sajikan dengan tambahan fitur contoh soal dan evaluasi yang dapat membantu pembacanya agar lebih memahami mengenai topik judul yang Saya jelaskan di dalam karya tulis ini.

Kami juga melengkapi karya tulis  ini dengan berbagai fitur gambar dan animasi dengan tujuan agar dapat lebih mendapatkan suasana yang menarik. Materi dari Sub Bab ISI di makalah ini kami ambil dari berbagai sumber. Baik itu buku maupun internet. Teman-teman sekalian bisa melihatnya dalam Daftar Pustaka.

Terlepas dari itu,  Saya menyadari bahwa karya tulis  ini jauh dari kata kesempurnaan. Maka dari itu, apabila dalam karya tulis  ini terdapat kekeliruan sudilah kiranya memberikan kepada Saya saran & kritik.

                                                                           Medan, 21 November 2013

                                                                           Penulis 

ADE ARIYANI

                                                                           NIM : 4133131001

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR                                                                         i

DAFTAR ISI                                                                                                   ii

BAB I. PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang                                                                               1

1.2  Tujuan                                                                                            2

BAB II. PEMBAHASAN

            2.1 Gaya Gesekan dan Gerak Benda                                                    2

            2.2 Pengertian Gaya Gesek                                                                   3

            2.3 Asal Gaya Gesek                                                                            4

            2.4 Jenis – Jenis Gaya Gesek                                                                4

                        2.4.1 Gaya Gesek Statis                                                           5

                        2.4.2 Gaya Gesek Kinetis                                                         6

                        2.4.3 Nilai Koefisien Gesekan Statis dan Kinetis                       8

                        2.4.4 Analisis Gerak Benda Pengaruh Gaya Gesek                    8

                                    2.4.4.1 Pada Bidang Datar                                           8

                                    2.4.4.2 Pada Bidang Miring                                          10

                                    2.4.4.3 Pada Bidang Vertikal                                        11

            2.5 Keuntungan dan Kerugian Akibat Gaya Gesekan                12

                        2.5.1 Contoh Soal                                                                    13

                        2.5.2 Soal Latihan                                                                    27

            2.6 Memperbesar dan Memperkecil Gaya Gesekan                              30

                        2.6.1 Cara Memperkecil Gaya Gesekan                                   30

                        2.6.2 Cara Memperbesar Gaya Gesekan                                  30

BAB III. PENUTUP

            3.1 Kesimpulan                                                                                    31

            3.2 Saran                                                                                             32

DAFTAR PUSTAKA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.       Latar Belakang Masalah

Pernahkah anda jatuh terpeleset karena menginjak sesuatu yang licin? Kita bisa terpeleset ketika menginjakkan kaki pada sesuatu yang licin karena tidak ada gaya gesek yang bekerja. Tanpa gaya gesek, kita tidak akan bisa berjalan, roda sepedamotor atau mobil juga tidak akan bisa berputar. Demikian juga berita di televisi dan surat kabar yang mengatakan bahwa pesawat terbang tergelincir merupakan salah satu bukti. Kehidupan kita sehari-hari tidak terlepas dari bantuan gaya gesekan, walaupun terkadang kita tidak menyadarinya. Dalam pembahasan mengenai hukum Newton,kita akan selalu berhubungan dengan gaya gesekan.

Secara umum, gaya didefinisikan sebagai sesuatu yang dapat mengubah keadaan gerak suatu benda. Suatu benda dapat bergerak karena mendapat gaya. Gaya juga dapat mempercepat atau memperlambat gerak benda. Selain itu, gaya juga dapat dikatakan sebagai tarikan atau dorongan”.

Dalam bahasa sehari-hari gaya sering diartikan sebagai dorongan atau tarikan, terutama yang dilakukan oleh otot-otot kita”(Halliday,1991). Di dalam ilmu fisika, gaya atau kakas adalah apapun yang dapat menyebabkan sebuah benda bermassa mengalami percepatan, salah satunya adalah adalah gaya gesek. Manfaat gaya gesek sangat besar dalam kehidupan manusia. Disamping itu, gaya gesek juga menimbulkan kerugian bagi kehidupan manusia. Pengetahuan manusia tentang gaya gesek, macam-macam gaya gesek, manfaat, dan kerugian gaya gesek dalam kehidupan sehari-hari masih sangat minim. Untuk itu dalam makalah ini penulis akan memaparkan secara rinci mengenai gaya gesek, macam-macam gaya gesek, manfaat, dan kerugian gaya gesek bagi kehidupan manusia.

1.2.       Tujuan

1.    Mengetahui kerugian gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari.

2.    Mengetahui keuntungan gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari.

3.    Mengetahui cara memperkecil gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari.

4.    Mengetahui pengaruh koefisien gesek terhadap benda.

5.    Memahami contoh soal yang di sajikan mengenai koefisien gesekan.

6.    Mampu menyelesaikan evaluasi soal-soal mengenai gaya gesek.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Gaya Gesekan dan Gerak Benda

Apabila ada dua benda yang berinteraksi melalui kontak atau sentuhan langsung pada permukaannya , maka akan selalu timbul suatu gaya yang disebut gaya kontak . Gaya kontak ini memiliki komponen yang sejajar dengan permukaan sentuh yang secara khusus disebut gaya gesekan , sedangkan komponen lain yang tegak lurus dengan permukaan sentuh disebut disebut gaya normal . Karena arah gaya gesekan sejajar dengan permukaan sentuh , maka akan mempengaruhi gerak suatu benda . Arah gaya gesekan ini selalu berlawanan dengan arah gerak benda sehingga bersifat menghambat gerak benda . Bagaimana peranan gaya normal terhadap gerak benda ? Walaupun gaya normal arahnya tegak lurus dengan arah gerak benda , namun gaya normal memberikan pengaruh  pada besarnya gaya gesekan . Semakin besar gaya normal , maka semakin besar pula gaya gesekan yang terjadi .

Besar gaya gesekan disamping bergantung pada gaya normal , juga sangat bergantung pada kekasaran permukaan sentuh . Semakin kasar permukaan sentuh , umumnya semakin besar gaya gesekan yang timbul . Hal ini menjelaskan mengapa terjadi perbedaan jarak yang ditempuh oleh kelereng pada saat menggelinding di lantai berkarpet dan di lantai berkeramik .

Secara sepintas kita memperoleh kesan bahwa setiap gaya gesekan akan bersifat merugikan . Akan tetapi , bila kita perhatikan , tidak sedikit keuntungan yang akan kita peroleh dengan adanya gaya gesekan ini . Sebagai contoh , memang benar gesekan antara roda dan porosnya akan mengurangi laju mobil , namun mungkinkah mobil bisa bergerak tanpa adanya gaya gesekan antara ban mobil dan permukaan jalan ?

2.2. Pengertian Gaya Gesek

Gaya gesek adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda akan bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. Benda-benda yang dimaksud di sini tidak harus berbentuk padat, melainkan dapat pula berbentuk cair, ataupun gas. Gaya gesek antara dua buah benda padat misalnya adalah gaya gesek statis dan kinetis, sedangkan gaya antara benda padat dan cairan serta gas adalah gaya Stokes.Gaya gesek dapat merugikan atau bermanfaat. Panas pada poros yang berputar, engsel pintu yang berderit, dan sepatu yang aus adalah contoh kerugian yang disebabkan oleh gaya gesek. Akan tetapi tanpa gaya gesek manusia tidak dapat berpindah tempat karena gerakan kakinya hanya akan menggelincir di atas lantai.Tanpa adanya gaya gesek antara ban mobil dengan jalan, mobil hanya akan slip dan tidak membuat mobil dapat bergerak. Tanpa adanya gaya gesek juga tidak dapat tercipta parasut.Gaya gesek merupakan akumulasi interaksi mikro antar kedua permukaan yang saling bersentuhan. Dulu diyakini bahwa permukaan yang halus akan menyebabkan gaya gesek (atau tepatnya koefisien gaya gesek) menjadi lebih kecil nilainya dibandingkan dengan permukaan yang kasar, akan tetapi dewasa ini tidak lagi demikian.

       Dengan

adalah koefisien gesekan,

adalah gaya normal

adalah gaya gesek.

2.3. Asal Gaya Gesek

Gaya gesek merupakan akumulasi interaksi mikro antar kedua permukaan yang saling bersentuhan. Gaya-gaya yang bekerja antara lain adalah gaya elektrostatik pada masing-masing permukaan. Dulu diyakini bahwa permukaan yang halus akan menyebabkan gaya gesek (atau tepatnya koefisien gaya gesek) menjadi lebih kecil nilainya dibandingkan dengan permukaan yang kasar, akan tetapi dewasa ini tidak lagi demikian. Konstruksi mikro (nano tepatnya) pada permukaan benda dapat menyebabkan gesekan menjadi minimum, bahkan cairan tidak lagi dapat membasahinya (efek lotus).

Secara umum gaya gesek dapat dituliskan sebagai suatu ekspansi deret, yaitu :

 

di mana suku pertama adalah gaya gesek yang dikenal sebagai gaya gesek statis dan kinetis, sedangkan suku kedua dan ketiga adalah gaya gesek pada benda dalam fluida.

2.4. Jenis – Jenis Gaya Gesek.

Terdapat dua jenis gaya gesek antara dua buah benda yang padat saling bergerak lurus, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis, yang dibedakan antara titik-titik sentuh antara kedua permukaan yang tetap atau saling berganti (menggeser). Untuk benda yang dapat menggelinding, terdapat pula jenis gaya gesek lain yang disebut gaya gesek menggelinding (rolling friction). Untuk benda yang berputar tegak lurus pada permukaan atau ber-spin, terdapat pula gaya gesek spin (spin friction). Gaya gesek antara benda padat dan fluida disebut sebagai gaya Coriolis-Stokes atau gaya viskos (viscous force).

1.            

2.            

2.1.            

2.2.            

2.4.1. Gaya Gesek Statis   

Gaya gesek statis adalah gesekan antara dua benda padat yang tidak bergerak relatif satu sama lainnya. Seperti contoh, gesekan statis dapat mencegah benda meluncur ke bawah pada bidang miring. Koefisien gesek statis umumnya dinotasikan dengan μs, dan pada umumnya lebih besar dari koefisien gesek kinetis.

Gaya gesek statis dihasilkan dari sebuah gaya yang diaplikasikan tepat sebelum benda tersebut bergerak. Gaya gesekan maksimum antara dua permukaan sebelum gerakan terjadi adalah hasil dari koefisien gesek statis dikalikan dengan gaya normal f = μs Fn. Ketika tidak ada gerakan yang terjadi, gaya gesek dapat memiliki nilai dari nol hingga gaya gesek maksimum. Setiap gaya yang lebih kecil dari gaya gesek maksimum yang berusaha untuk menggerakkan salah satu benda akan dilawan oleh gaya gesekan yang setara dengan besar gaya tersebut namun berlawanan arah. Setiap gaya yang lebih besar dari gaya gesek maksimum akan menyebabkan gerakan terjadi. Setelah gerakan terjadi, gaya gesekan statis tidak lagi dapat digunakan untuk menggambarkan kinetika benda, sehingga digunakan gaya gesek kinetis.

µs = tan γ

fs ≤  µsN

 

Keterangan :

                     fs = gaya gesekan statis maksimum

                     N = gaya normal

                     µ_s = koefisien gesekan statis

1.            

2.            

2.1.            

2.2.            

2.3.            

2.4.2. Gaya Gesek Kinetis

Gaya gesek kinetis (atau dinamis) terjadi ketika dua benda bergerak relatif satu sama lainnya dan saling bergesekan. Koefisien gesek kinetis umumnya dinotasikan dengan μk dan pada umumnya selalu lebih kecil dari gaya gesek statis untuk material yang sama.Apa yang akan terjadi apabila kita berjalan di lantai yang licin? Mengapa kita merasakan kesulitan apabila berjalan di atas lantai yang licin. Permasalahan ini berhubungan dengan gaya gesekan.Gaya gesek atau gaya gesekan merupakan gaya yang ditimbulkan oleh dua pemukaan yang saling bersentuhan. Lantai yang licin membuat kita sulit berjalan di atasnya karena gaya gesekan yang terjadi antara kaki kita dengan lantai sangat kecil.

Untuk menggerakkan balok kayu di atas lantai dibutuhkan gaya yang dapat mengatasi gaya gesekan statis (fs). Setelah bergerak, gaya itu mempertahankan gerak benda dan digunakan untuk mengatasi gaya gesekan kinetisnya (fk). Sehingga hanya diperlukan gaya yang lebih kecil daripada gaya yang digunakan untuk mulai menggerakkannya. Setelah bergerak, gaya gesek statis (fs) berkurang sdikit demi sedikit dan berubah menjadi gaya gesekan kinetis (fk). Sehingga, besar gaya kinetis selalu lebih besar daripada gaya gesekan statis maksimum.

            f_k < f_smaks

gaya gesekan kinetis mencerminkan hubungan relatif antara dua permukaan yang melakukan kontak.

fk ≤  µkN

         

Keterangan :

                     fk = gaya gesekan kinetis maksimum

               µk = koefisien gesek kinetis

Perhatikan gambar, sebuah balok bermassa m terletak di atas permukaan kasar bidang miring yang diam dengan kemiringan sebesar α.

µk = tan α – ( g cos α)

Sehingga dapat dibuktikan bahwa koefisien gesekan kinetik dapat ditentukan dengan persamaan :

dimana :    α = sudut kemiringan bidang

                  s = jarak yang ditempuh benda

                  t = waktu untuk menempuh jarak s

untuk menentukan percepatannya :

a = g (sin α - µkcos α)

       

Jadi, besar percepatan gerak balok tidak tergantung massa benda. Percepatan balok tersebut hanya bergantung pada percepatan grafitasi (g), koefisien gesekan kinetik, dan besar sudut bidang miring.

2.4.3. Nilai Koefisien Gesekan Statis dan Kinetis

NO	Permukaan	Koefisien Gesekan Statis (µs)	Koefisien Gesekan Kinetis (µk)
1	Karet pada beton basah	0,03	0,25
2	Teflon pada baja	0,04	0,04
3	Teflon pada teflon	0,04	0,04
4	Kuningan pada baja	0,51	0,44
5	Tembaga pada baja	0,53	0,36
6	Aluminium pada baja	0,61	0,47
7	Tembaga pada kaca	0,68	0,53
8	Baja pada baja	0,74	0,57
9	Seng pada besi cor	0,85	0,21
10	Kaca pada kaca	0,94	0,40
11	Karet pada beton(kering)	1,00	0,80
12	Tembaga pada besi cor	1,05	0,29

2.4.4. Analisis Gerak Benda di Bawah Pengaruh Gaya Gesekan

2.4.4.1. Pada Bidang Datar

1. Kasus satu balok

    Bagian per bagian berlakunya gaya gesekan pada sumbu-x diilustrasikan secara sederhana sebagai berikut :

a.       Saat benda diam tanpa dipengaruhi gaya luar

           ∑F_x  = 0                                                                        N

  fs   = 0          

b.      Saat benda diam dan ada pengaruh gaya luar F < µ_s N

∑F_x  = 0                                               N        

F-fs = 0

fs = F                                    fs                              fs<µsN

fs < µ_s N

                                                            w

c.       Saat benda diam dan ada pengaruh gaya luar F= µ_s N , maka benda dalam keadaan tepat akan bergerak.

∑F_x  = 0                                                                               N

F-fs = 0

fs = F                                                               fs                                 F<µsN

fs = µ_s N                                                                      

d.      Saat benda bergerak                                             w

∑F_x  = ma

F-fk = ma                                                                     N

F- µ_k N = ma                                             fk                              F

Karena : fk = µ_k N                                                                                                                                                                       w

Pada seluruh bagian di atas terlihat benda tidak bergerak pada sumbu y sehingga berlaku

            ∑F_y = 0

            N-w = 0

                 N= w = mg

Sehingga diperoleh : fs = µ_s N= µ_s (mg)

                                      fk = µ_k N= µ_k (mg)

2.                  Kasus dua balok bertumpu        N1,2

1

 

2

             

                                                            N2,1              m1g

 

(a). Balok 1 di atas balok 2

                     

                                                         m2g                  N2,1

                                                            Diagram gaya vertikal setiap balok       

2.4.4.2.  Pada Bidang Miring

Perumusan gerak benda pada bidang miring terhadap sumbu-x bergantung pada besar dan arah gaya-gaya yang berinteraksi khususnya gaya luar F yang diberikan pada benda . Sedangkan karena benda tersebut tidak bergerak terhadap sumbu –y , maka memiliki perumusan yang sama . Karena benda tidak bergerak pada sumbu-y maka ∑Fy = 0                                                               N

            N-mg cosα = 0                                                 y       

            N= mg cos α

Sehingga besar gaya gesekan statis maksimum                                        α   mg cos α

tepat saat benda akan bergerak (pada sumbu-x)        x                       mg

            fs=µs N =µs mg cos α

Besar gaya gesekan kinetis jika benda bergerak (pada sumbu-x)

            fk=µk N =µk mg cos α

Berikut ini adalah beberapa kasus gerak benda pada bidang miring terhadap sumbu x akibat perbedaan besar dan arah gaya luar F pada benda :

1.      Jika gaya luar F=0 maka:                                                          N             f

a.       Kasus benda tak bergerak

∑Fx = 0                                                     mg sin α

mg sin α – fs = 0                                                                      α  mg cosα

mg sin α - µs N = 0                                                 mg

b.      Karena benda bergerak ke bawah akibat

      besar gaya mg sin α melampaui fs

      ∑Fx = ma

 mg sin α – fk = ma

 mg sin α - µk N = ma

2.      Jika diberi gaya luar F ke atas , maka :                           N         F

a.       Kasus benda belum bergerak

∑Fx = 0                                                  mg sinα

F – mg sin α – fs =0                                                f     mg α  mg cos α

F – mg sin α - µs N =0

b.      Kasus benda telah bergerak

∑Fx = ma

F – mg sin α – fk = ma

F – mg sin α - µk N = ma

3.      Jika di beri gaya luar F ke bawah

a.       Kasus benda belum bergerak

∑Fx = 0                                                                 N

F + mg sin α – fs = 0                                                                      f

F + mg sin α - µs N = 0                              F

b.      Kasus benda telah bergerak                        mg sinα α  mg cosα

∑Fx = ma                                                                     mg

F + mg sin α – fk = ma

F + mg sin α - µk N = ma

2.4.4.3. Pada bidang pertikal

1. Pada sumbu – x

∑Fx = 0                                                               

F sin α – N = 0                                           f

F sin α = N                                                                         α                                                                                                                                        N

   Pada sumbu – y

(i)            Jika benda tak bergerak                                    mg

∑Fy = 0                                                    F

F cos α + mg – fs = 0                               

F cos α + mg - µs N = 0

(ii)          Jika benda bergerak ke bawah

∑Fy = ma

F cos α + mg - fk = ma

F cos α + mg - µk N = ma

2. Pada sumbu x

            ∑Fx = 0

            Fsin α – N = 0

            F sin α = N

Pada sumbu y                                                                   F

(i)                Jika benda belum bergerak

∑Fy = 0                                                                       

F cos α – mg – fs = 0                                                                       α

F cos α – mg - µs N = 0

(ii)              Jika benda bergerak ke atas                                          f           mg

∑Fy = ma

F cos α – mg – fk = ma

F cos α – mg - µk N = ma

2.5. Keuntungan dan Kerugian Akibat Gaya Gesekan

          Seperti sudah di jelaskan didepan , di samping memberikan dampak yang merugikan , gaya gesekan juga memberikan dampak yang menguntungkan . Berikut ini adalah berbagai keuntungan dan kerugian akibat adanya gaya gesekan dalam kehidupan sehari – hari .

Gaya gesekan yang menguntungkan :

a.       Seorang dapat berjalan di atas tanah , karena ketika telapak kaki menekan tanah ke arah belakang , ada gaya gesekan antara telapak kaki dan permukaan tanah yang menimbulkan reaksi , di mana tanah mendorong telapak kaki ke depan .

b.      Gesekan pada piringan rem sepeda motor atau gesekan antara rem karet dan pelek sepeda digunakan untuk proses pengereman .

c.       Gesekan udara pada parasut yang terbentang memungkinkan penerjun dapat mendarat di tanah dengan selamat .

d.      Ban mobil dibuat bergerigi sehingga terjadi gesekan antara ban dan permukaan jalan untuk memutar ban dan menghindari mobil tergelincir ketika jalanan licin .

Gaya gesekan yang merugikan :

a.       Gesekan antara bagian-bagian mesin mobil dapat menimbulkan panas , maka mesin harus diberi minyak pelumas atau oli.

b.      Gesekan antara roda dan poros dapay menghambat putaran roda , maka  perlu dipasang bola-bola peluru.

c.       Gesekan udara menghambat laju mobil , maka bentuk mobil perlu didesain yang aerodinamis .

2.5.1. Contoh Soal

Soal No.1
Perhatikan gambar berikut!



Benda bermassa m = 10 kg berada di atas lantai kasar ditarik oleh gaya F = 12 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan statis antara benda dan lantai adalah 0,2 dengan koefisien gesekan kinetis 0,1 tentukan besarnya :
a) Gaya normal
b) Gaya gesek antara benda dan lantai
c) Percepatan gerak benda
Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:


a) Gaya normal
Σ F_y = 0
N − W = 0
N − mg = 0
N − (10)(10) = 0
N = 100 N

b) Gaya gesek antara benda dan lantai
Cek terlebih dahulu gaya gesek statis maksimum yang bisa terjadi antara benda dan lantai:
f_smaks = μ_s N
f_smaks = (0,2)(100) = 20 N
Ternyata gaya gesek statis maksimum masih lebih besar dari gaya yang menarik benda (F) sehingga benda masih berada dalam keadaan diam. Sesuai dengan hukum Newton untuk benda diam :
Σ F_x = 0
F − f_ges = 0
12 − f_ges = 0
f_ges = 12 N

c) Percepatan gerak benda
Benda dalam keadaan diam, percepatan benda NOL

Soal No. 2
Perhatikan gambar berikut, benda mula-mula dalam kondisi rehat!



Benda bermassa m = 10 kg berada di atas lantai kasar ditarik oleh gaya F = 25 N ke arah kanan. Jika koefisien gesekan statis antara benda dan lantai adalah 0,2 dengan koefisien gesekan kinetis 0,1 tentukan besarnya :
a) Gaya normal
b) Gaya gesek antara benda dan lantai
c) Percepatan gerak benda
d) Jarak yang ditempuh benda setelah 2 sekon

Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:



a) Gaya normal
Σ F_y = 0
N − W = 0
N − mg = 0
N − (10)(10) = 0
N = 100 N

b) Gaya gesek antara benda dan lantai
Cek terlebih dahulu gaya gesek statis maksimum yang bisa terjadi antara benda dan lantai:
f_smaks = μ_s N
f_smaks = (0,2)(100) = 20 N
Ternyata gaya yang gesek statis maksimum (20 N) lebih kecil dari gaya yang menarik benda (25 N), Sehingga benda bergerak. Untuk benda yang bergerak gaya geseknya adalah gaya gesek dengan koefisien gesek kinetis :
f_ges = f_k = μ_k N
f_ges = (0,1)(100) = 10 N

c) Percepatan gerak benda
Hukum Newton II :
Σ F_x = ma
F − f_ges = ma
25 − 10 = 10a
a = ¹⁵/₁₀ = 1,5 m/s²

d) Jarak yang ditempuh benda setelah 2 sekon
S = V_o t + ¹/₂ at²
S = 0 + ¹/₂(1,5)(2²)
S = 3 meter

Soal No. 3
Perhatikan gambar berikut, benda 5 kg mula-mula dalam kondisi tidak bergerak!



Jika sudut yang terbentuk antara gaya F = 25 N dengan garis mendatar adalah 37^o, koefisien gesek kinetis permukaan lantai adalah 0,1 dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s² tentukan nilai:
a) Gaya normal
b) Gaya gesek
c) Percepatan gerak benda
(sin 37^o = 0,6 dan cos 37^o = 0,8)

Pembahasan
Gaya-gaya pada benda diperlihatkan gambar berikut:



a) Gaya normal
Σ F_y = 0
N + F sin θ − W = 0
N = W − F sin θ = (5)(10) − (25)(0,6) = 35 N

b) Gaya gesek
Jika dalam soal hanya diketahui koefisien gesek kinetis, maka dipastikan benda bisa bergerak, sehingga f_ges = f_k :
f_ges = μ_k N
f_ges = (0,1)(35) = 3,5 N

c) Percepatan gerak benda
Σ F_x = ma
F cos θ − f_ges = ma
(25)(0,8) − 3,5 = 5a
5a = 16,5
a = 3,3 m/s²

Soal No. 4
Perhatikan gambar berikut, balok 100 kg diluncurkan dari sebuah bukit!



Anggap lereng bukit rata dan memiliki koefisien gesek 0,125. Percepatan gravitasi bumi 10 m/s² dan sin 53^o = 0,8, cos 53^o = 0,6. Tentukan nilai dari :
a) Gaya normal pada balok
b) Gaya gesek antara lereng dan balok
c) Percepatan gerak balok

Pembahasan
Gaya-gaya pada balok diperlihatkan gambar berikut:



a) Gaya normal pada balok
Σ F_y = 0
N − W cos θ = 0
N − mg cos 53^o = 0
N − (100)(10)(0,6) = 0
N = 600 Newton

b) Gaya gesek antara lereng dan balok
f_ges = μ_k N
f_ges = (0,125)(600) = 75 newton

c) Percepatan gerak balok
Σ F_x = ma
W sin θ − f_ges = ma
mg sin 53^o − f_ges = ma
(100)(10)(0,8) − 75 = 100a
a = ⁷²⁵/₁₀₀ = 7,25 m/s²

Soal No. 5
Balok A massa 40 kg dan balok B massa 20 kg berada di atas permukaan licin didorong oleh gaya F sebesar 120 N seperti diperlihatkan gambar berikut!



Tentukan :
a) Percepatan gerak kedua balok
b) Gaya kontak yang terjadi antara balok A dan B

Pembahasan
a) Percepatan gerak kedua balok
Tinjau sistem :
Σ F = ma
120 = (40 + 20) a
a = ¹²⁰/₆₀ m/s²

b) Gaya kontak yang terjadi antara balok A dan B
Cara pertama, Tinjau benda A :



Σ F = ma
F − F_kontak = m_A a
120 − F_kontak = 40(2)
F_kontak = 120 − 80 = 40 Newton

Cara kedua, Tinjau benda B :



Σ F = ma
F_kontak = m_B a
F_kontak = 20(2) = 40 Newton

Soal No. 6
Diberikan gambar sebagai berikut!



Jika massa katrol diabaikan, tentukan:
a) Percepatan gerak kedua benda
b) Tegangan tali penghubung kedua benda

Pembahasan
Tinjau A



Σ F_x = ma
T − W_A sin 37^o = m_A a
T − (5)(10)(0,6) = 5 a
T − 30 = 5a → (Persamaan 1)

Tinjau B



Σ F_x = ma
W_B sin 53^o − T = m_B a
  (10)(0,8) − T = 10 a 
(10)(10)(0,8) − T = 10 a
80 − T = 10a
T = 80 − 10 a → (Persamaan 2)

Gabung 1 dan 2
T − 30 = 5a
(80 − 10 a) − 30 = 5 a
15 a = 50
a = ⁵⁰/₁₅ = ¹⁰/₃ m/s²

b) Tegangan tali penghubung kedua benda
T − 30 = 5a
T − 30 = 5( ¹⁰/₃)
T = 46,67 Newton

Soal No. 7
Diberikan gambar sebagai berikut:



Massa balok A = 6 kg, massa balok B = 4 kg. Koefisien gesekan kinetis antara balok A dengan B adalah 0,1 dan koefisien gesekan antara balok A dengan lantai adalah 0,2. Tentukan besar gaya F agar balok A bergerak lurus beraturan ke arah kanan, abaikan massa katrol!

Pembahasan
Tinjau B



Benda bergerak lurus beraturan → a =0
Σ F_x = 0
T − f_BA =0
T = f_BA = μ_BA N = μ_BA mg= (0,1)(4)(10) = 4 N

Tinjau A



Σ F_x = 0
F − T − f_AB − f_AL = 0
dengan f_AL = μ_AL N = (0,2)(10)(10) = 20 N
(Gaya normal pada A adalah jumlah berat A ditambah berat B, karena ditumpuk)
Sehingga :
F − 4 − 4 − 20 = 0
F = 28 Newton

Soal No. 8
Sebuah elevator bermassa 400 kg bergerak vertikal ke atas dari keadaan diam dengan percepatan tetap 2 m/s². Jika percepatan gravitasi 9,8 m/s² , maka tegangan tali penarik elevator adalah....
A. 400 newton
B. 800 newton
C. 3120 newton
D. 3920 newton
E. 4720 newton
(Sumber Soal : Proyek Perintis I 1981)

Pembahasan



Σ F_y = ma
T − W = ma
T − (400)(9,8) =(400)(2)
T = 800 + 3920 = 4720 Newton

Soal No. 9
Perhatikan susunan dua buah benda berikut ini:



Koefisien gesekan kinetis antara massa pertama dengan lantai adalah 0,1 , massa benda pertama = 4 kg dan massa benda kedua 6 kg. Tentukan :
a) Percepatan gerak benda pertama
b) Percepatan gerak benda kedua

Pembahasan
a) Percepatan gerak benda pertama
Hubungan percepatan benda pertama dan benda kedua adalah :
a₁ =2a₂
atau
a₂ = ¹/₂a₁

Tinjau benda pertama



Σ F_x = m₁a₁
T − f = 4 a₁
T − μ_k N = 4a₁
T − (0,1)(4)(10) = 4 a₁
T = 4a₁ + 4 → Persamaan 1

Tinjau benda kedua



Σ F_y = m₂a₂
W − 2T = (6)(¹/₂ a₁)
60 − 2T = 3a₁ → Persamaan 2

Gabung Persamaan 2 dan Persamaan 1
60 − 2T = 3 a₁
60 − 2(4a₁ + 4) = 3a₁
60 − 8a₁ − 8 = 3a₁
52 = 11a₁
a₁ = ⁵²/₁₁ m/s²

b) Percepatan gerak benda kedua
a₂ = ¹/₂ a₁
a₂ = ¹/₂ ( ⁵²/₁₁ ) = ²⁶/₁₁ m/s²

Soal No. 10
Balok m bermassa 10 kg menempel pada dinding kasar dengan koefisien gesekan kinetis 0,1. Balok mendapat gaya horizontal F₂ = 50 N dan gaya vertikal F₁ .



Tentukan besar gaya vertikal F₁ agar balok bergerak vertikal ke atas dengan percepatan 2 m/s² !

Pembahasan
Tinjauan gaya yang bekerja pada m :



Σ F_x = 0
N − F₂ = 0
N − 50 = 0
N = 50 Newton

Σ F_y = ma
F₁ − W − f = ma
F₁ − mg − μ_k N = ma
F₁ − (10)(10) − (0,1)(50) = 10(2)
F₁ = 20 + 100 + 5 = 125 Newton

2.5.2 Soal Latihan

Soal No.1

Balok A dan B terletak pada permukaan bidang miring licin didorong oleh gaya F sebesar 480 N seperti terlihat pada gambar berikut!


Tentukan :
a) Percepatan gerak kedua balok
b) Gaya kontak antara balok A dan B

Soal No.2


Balok A beratnya 100 N diikat dengan tali mendatar di C (lihat gambar). Balok B beratnya 500 N. Koefisien gesekan antara A dan B = 0,2 dan koefisien gesekan antara B dan lantai = 0,5. Besarnya gaya F minimal untuk menggeser balok B adalah....newton
A. 950
B. 750
C. 600
D. 320
E. 100
(Sumber Soal : UMPTN 1993)

Soal No. 3
Benda pertama dengan massa m₁ = 6 kg dan benda kedua dengan massa m₂ = 4 kg dihubungkan dengan katrol licin terlihat pada gambar berikut !



Jika lantai licin dan m₂ ditarik gaya ke kanan F = 42 Newton, tentukan :
a) Percepatan benda pertama
b) Percepatan benda kedua
c) Tegangan tali T

Soal No. 4

Massa A = 4 kg, massa B = 6 kg dihubungkan dengan tali dan ditarik gaya F = 40 N ke kanan dengan sudut 37^o terhadap arah horizontal!



Jika koefisien gesekan kinetis kedua massa dengan lantai adalah 0,1 tentukan:
a) Percepatan gerak kedua massa
b) Tegangan tali penghubung antara kedua massa
Soal No.5
Benda bermassa 4 kg diberi kecepatan awal 10 m/s dari ujung bawah bidang miring seperti gambar.

Benda mengalami gaya gesek dari bidang sebesar 16 N dan sinα =0,85. Benda berhenti setelah menempuh jarak
(A) 3 m
(B) 4 m
(C) 5 m
(D) 6 m
(E) 8 m
(Sumber Soal : UM UGM 2009)

Soal No.6

Lima buah benda (sebutlah balok), masing-masing bermassa 2 kg, 3 kg, 4 kg, 5 kg dan 6 kg, dihubungkan dengan tali-tali tanpa massa (halus), lalu ditarik mendatar di atas lantai dengan gaya sebesar 40 N seperti gambar di bawah.

Koefisien gesek antara masing-masing benda dan lantai 0,1, percepatan gravitasi 10 m/s². Tentukan besar tegangan tali penghubung benda :
a) 2 kg dan 3 kg
b) 4 kg dan 5 kg
(Sumber gambar : UM UGM 2008)

2.6.       Memperbesar dan Memperkecil Gaya Gesekan

Gaya gesekan dapat diperbesar ataupun diperkecil disesuaikan dengan tujuannya. Dalam kehidupan sehari-hari kita jumpai berbagai cara yang dilakukan untuk memperkecil atau memperbesar gaya gesekan, di antaranya adalah sebagai berikut :

2.6.1.    Cara Memperkecil Gaya Gesekan

1.    Memperlicin permukaan, misal dengan pemberian minyak pelumas atau mengampelas permukaan.

2.    Memisahkan kedua permukaan yang bersentuhan dengan udara, misal kapal laut yang bagian dasarnya berupa pelampung yang diisi udara.

3.    Meletakkan benda di atas roda – roda, sehingga benda lebih mudah bergerak.

4.    Memberi bantalan peluru, as roda diberi bantalan peluru sehingga tidak cepat aus.

2.6.2.    Cara Memperbesar Gaya Gesekan

1.    Memasang karet, paku-pakuan, atau pul.

2.    Dibuat beralur, misalnya pada permukaan roda kendaraan dan alas sepatu dibuat beralur juga untuk memperbesar gaya gesekan sehingga kendaraan tidak mudah tergelincir.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

a.    Gaya gesek adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda akan bergerak.

b.    Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. Benda-benda yang dimaksud disini tidak harus berbentuk padat, tetapi dapat pula berbentuk cair, ataupun gas.

c.    Gaya gesek antara dua buah benda padat misalnya adalah gaya gesek statis dan kinetis, sedangkan gaya antara benda padat, cairan, dan gas adalah gaya Stokes.

d.   Gaya gesek merupakan akumulasi interaksi mikro antar kedua permukaan yang saling bersentuhan.

e.    Gaya-gaya yang bekerja antara lain adalah gaya elektro statik pada masing-masing permukaan. Dulu diyakini bahwa permukaan yang halus akan menyebabkan gaya gesek (atau tepatnya koefisien gaya gesek) menjadi lebih kecil nilainya dibandingkan dengan permukaan yang kasar, akan tetapi dewasa ini tidak lagi demikian.

f.     Konstruksi mikro (nano tepatnya) pada permukaan benda dapat menyebabkan gesekan menjadi minimum, bahkan cairan tidak lagi dapat membasahinya (efek lotus).

g.    Terdapat dua jenis gaya gesek antara dua buah benda yang padat saling bergerak lurus, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Gaya gesek statis bekerja pada benda diam hingga tepat akan bergerak sehingga besarnya berubah hingga mencapai nilai maksimum yang diperlukan untuk menggerakkan benda. Gaya gesek kinetis merupakan gaya gesek yang bekerja pada benda yang bergerak Adanya gaya gesek memberikan dampak bagi kehidupan sehari-hari.

h.    Selain memiliki manfaat, gaya gesek juga mempunyai kerugian bagi kehidupan sehari-hari.

3.2 Saran

Sebaiknya para siswa lebih memperdalam lagi pengetahuannya tentang gaya gesek, karena gaya gesek memiliki peranan yang sangat penting bagi kehidupan sehari-hari, sehingga dapat mengetahui manfaat dan kerugian gaya gesek. Saya berharap karya tulis ini dapat dijadikan sebagai media pembelajaran fisika, menjadi sumber referensi serta menjadi bank soal yang saya harap bagi siapapun yang membacanya sudilah kiranya untuk mengerjakan dan menyelesaikan soal-soal yang belum terselesaikan tersebut .

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah, Mikrajuddin. 2007. Fisika 2 A untuk SMA dan  MA. Bandung: Esis.

Foster, Bob. 2000. Fisika SMU kelas 1. Bandung: Erlangga.

Halliday Resnick, Walker. 1991. Dasar-dasar Fisika Jilid Satu. Tanggerang: Binapura Aksara.

Kanginan, Marthen. 2007. Fisika untuk SMA kelas X. Cimahi: Erlangga.

Ruwanto, Bambang. 2007. Asas-asas Fisika. Yogyakarta: Yudistira.

Supriyanto. 2007. Fisika untuk SMA kelas XI. Jakarta: Phibeta.

Zamrozi, dkk. 2003. Acuan Pelajaran Fisika. Yoguakarta: Yudistira.

http://fisikastudycenter.com/fisika-xi-sma/11-dinamika-2-gaya-gesek#ixzz2lJ0oyeYU

http://www.crayonpedia.org/mw/Pengaruh_Gaya_Terhadap_Bentuk_Dan_Gerak_Suatu_Benda_5.1#A._Pengertian_dan_Pengaruh_Gaya

http://www.fisika.org/ragam/essays/articles_.html

http://www.gurumuda.co.id

http://www.wikipedia.com