Sebuah benda berada di atas bidang datar dengan massa 20 kg berat benda di permukaan bumi adalah

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.

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 Gesek

Secara 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 Juga

Timbulnya 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.

Advertising

Advertising

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:

1. Rumus gaya gesek tidak bisa menggerakan benda.
2. Besarnya gaya gesek sangat bergantung pada kekasaran dua benda yang bergesekan.
3. Arah gaya gesek selalu berlawanan. Sehingga gaya gesek akan menghambat pergerakan benda.
4. Rumus gaya gesek selalu dipengaruhi arah kecenderungan benda bergerak. Ini mengingat gaya gesek merupakan gaya yang berarah melawan gerak benda.

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 Gesek

Gaya 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 Juga

Hingga 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 Kinetis

Secara 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:

• fk : besar gaya gesek kinetis (N)
• μk : koefisien gesek kinetis (N)
• N : gaya normal (N)

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 Statis

Gaya 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:

• fs : merupakan besar gaya gesek statis (N)
• μs : koefisien gesek statis (N)
• N : gaya normal (N)

Rumus Gaya Gesek

Dalam 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:

• Gaya gesek statis: fs = μs x N
• Gaya gesek kinetis: fk = μk x N

Contoh Soal dan Cara Menghitung Rumus Gaya Gesek

Setelah memahami rumus gaya gesek, biasanya pembahasan selanjutnya adalah berlatih untuk mengerjakan soal yang berkaitan dengan rumus gaya gesek.

Baca Juga

Mengutip 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-hari

Mengutip 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:

1. Gaya gesek dapat mengikis benda, contohnya gaya gesek yang ditimbulkan ampelas terhadap kayu membuat kayu menjadi halus.
2. Gaya gesek mencegah benda tergelincir, misalnya gaya gesek antara alas sepatu dengan lantai membuat seseorang tidak tergelincir. Tanpa ada gaya gesek, dia tidak dapat berjalan karena lantai licin.
3. Gaya gesek menghasilkan panas, misalnya gaya gesek dapat menghangatkan badan ketika seseorang menggosokkan kedua belah tangannya.

 Gaya Gesek

( Gaya Gesek : Pengertian, Rumus dan Contoh Soal  )

Beberapa pengertian :

1.  Gaya gesek akan muncul jika ada kekasaran dari  permukaan benda yang bersentuhan

2.  Kekasaran   permukaan benda dinyatakan dengan koefisien gesek

( μs dan μk )

3.  Semakin kasar permukaan benda yang bergesekan , semakin besar pula koefisien gesekannya

4.  Koefisien gesek statis bekerja saat benda diam ( μs ) sedangkan  koefisien gesek kinetik bekerja saat benda bergerak ( μk )

5.  Nilai μs > μk  , selalu

6.  Besarnya gaya gesek tidak bergantung pada luas bidang yang bergesekan , tetapi bergantung pada kekasaran permukaan dan besarnya gaya normal

7.  Arah gaya gesek selalu berlawanan dengan arah benda

Gaya gesek pada bidang datar

1. benda diam atau benda tepat akan bergerak

Rumus :

ΣF = 0

F – fs = 0

 Keterangan :

Jika F < fs  , artinya benda diam

Jika F  = fs  , artinya benda tepat akan bergerak

Jika F > fs  , artinya benda bergerak

Gaya gesek statis ( fs )

Yaitu gaya yang timbul saat benda diam

Rumus :

fs = μs N

Gaya gesek kinetik ( fk )

Yaitu gaya yang timbul saat benda diam

Rumus :

fk = μk N

keterangan :

F = gaya luar yaitu gaya tarik atau gaya dorong ( N )

fs = Gaya gesek statis ( N )

fk = Gaya gesek kinetic ( N )

μs = koefisien gesek statis ( N )

μk = koefisien gesek kinetik ( N )

w = berat benda ( N )

N = gaya normal ( N )

2. benda bergerak

Rumus :

ΣF = ma

F – fk = ma

 keterangan :

a = percepatan benda ( m/s2 )

 contoh soal :

1. sebuah benda diletakkan dibidang kasar, jika massa benda 20 kg, koefisien gesek statis 0,4 dan koefisien gesek kinetic 0,2. jika benda ditarik dengan gaya sebesar 60 N,  tentukan :

a. gaya gesek statis dan gaya gesek kinetic

b. apakah benda diam atau bergerak

c. gaya gesek benda

2. sebuah benda diletakkan dibidang kasar, jika massa benda 15 kg, koefisien gesek statis 0,5 dan koefisien gesek kinetic 0,3. jika benda ditarik dengan gaya sebesar 100 N  tentukan :

a. gaya gesek statis dan gaya gesek kinetic

b. apakah benda diam atau bergerak

c. gaya gesek benda

d. percepatan benda

3. Diketahui massa A = 5 kg dan massa B = 10 kg . koefisien gesek antara A dan B = 0,1. Jika koefisien gesekan antara B dengan bidang atau lantai = ½, tentukan besarnya gaya F tepat benda B akan bergerak ( g = 10 m/s2 )

4. Tiga buah balok bermassa m1 = 2 kg, m2 = 3 kg dan m3 = 5kg saling dihubungkan tali dan diletakkan pada suatu permukaan kasar yang kofisien geseknya 0,2. kemudian balok tersebut ditarik dengan gaya sebesar 50 N. jika g = 10 m/s2. Tentukan :

a. gaya gesek pada m1, m2 dan  m3

b. percepatan system

c. tegangan tali T1

d. tegangan tali T2

5. sebuah benda diletakkan dibidang kasar, jika massa benda 10 kg dengan  koefisien gesek kinetic 0,25 kemudian balok tersebut ditarik dengan gaya sebesar 80 N membentuk sudut 37o terhadap arah mendatar. jika g = 10 m/s2. Tentukan :

tentukan :

a. gaya Normal benda dan gaya gesek kinetik 

b. percepatan benda

6. Tiga buah balok bermassa m1 = 2 kg, m2 = 3 kg dan m3 = 5 kg saling dihubungkan tali dan diletakkan pada suatu permukaan kasar yang kofisien geseknya 0,3. kemudian balok tersebut ditarik dengan gaya sebesar 50 N membentuk sudut 37o terhadap arah mendatar. jika g = 10 m/s2. Tentukan :

a. gaya gesek pada m1, m2 dan  m3

b. percepatan system

c. tegangan tali T1

d. tegangan tali T2

7. Dua buah balok bermassa m1 = 4 kg, m2 = 6 kg saling dihubungkan tali dan diletakkan pada suatu permukaan kasar yang kofisien geseknya 0,1. kemudian balok tersebut ditarik dengan gaya sebesar 60 N membentuk sudut 53o terhadap arah mendatar. jika g = 10 m/s2. Tentukan :

a. gaya gesek pada m1 dan  m2

b. percepatan system

c. tegangan tali T

8. perhatikan gambar di bawah ini. jika massa benda A = 4 kg dan massa benda B = 6 kg dan  koefisien gesek kinetic antara balok A dengan meja 0,2, tentukan :

a. percepatan system

b. c. tegangan tali T

9. perhatikan gambar di bawah ini. jika massa benda A = 40 kg dan massa benda B = 20 kg dan  koefisien gesek kinetic antara balok A dengan meja 0,1 ,  tentukan besar gaya yang harus diberikan agar system bergerak ke kiri dengan percepatan 4 m/s2.

10.massa balok A dab B pada gambar adalah 20 kg dan 10 kg. koefisien antara balok A dengan bidang adalah 0,1. Untuk mencegah balok B bergerak, massa balok C minimum yang diperlukan adalah..

Gaya - gaya yang bekerja pada benda di bidang miring  ( Licin )

a. benda tidak diberi gaya luar F ( turun sendiri )

Rumus :

ΣF = m a

w sin α = m a

b. benda  ditarik gaya luar sebesar F ke atas

Rumus :

ΣF = m a

F - w sin α = m a

F - mg sin α = m a

c. benda  ditarik gaya luar sebesar F ke bawah

Rumus :

ΣF = m a

w sin α - F = m a

mg sin α – F = m a

contoh soal :

1. sebuah benda bermassa 15 kg terletak di atas bidang miring yang licin. Jika g = 10 m/s2 dan sudut kemiringan bidang α = 370, tentukan percepatan benda jika:

a. benda tidak diberi gaya

b. benda di tarik ke atas sebesar 200 N

c. benda di tarik ke bawah sebesar 100 N

Gaya gesek yang bekerja pada bidang miring

a. benda tidak diberi gaya luar F ( turun sendiri )

Rumus :

Gaya normal N

ΣF = 0

N – w cos α = 0

N = w cos α

Gaya gesek fk

fk = μk N

fk = μk w cos α

arah gerak benda :

ΣF = m a

w sin α - fk = m a

catatan :

jika benda diam :

arah gerak benda :

ΣF = 0

w sin α - fs = 0

 b. benda  ditarik gaya luar sebesar F ke atas

Rumus :

Gaya normal N

ΣF = 0

N – w cos α = 0

N = w cos α

Gaya gesek fk

fk = μk N

fk = μk w cos α

 fk = μk w cos α

arah gerak benda :

ΣF = m a

F - w sin α - fk = m a

c. benda  ditarik gaya luar sebesar F ke bawah

Rumus :

Gaya normal N

ΣF = 0

N – w cos α = 0

N = w cos α

Gaya gesek fk

fk = μk N

fk = μk w cos α

arah gerak benda :

ΣF = m a

F + w sin α - fk = m a

d. gaya tahan  ( Ftahan )

Ftahan mempunyai sifat sama dengan gaya gesek yaitu melawan arah gerak benda. Tujuannya agar benda berhenti bergerak. Jadi gaya tahan (Ftahan) dan gaya gesek ( fk ) mempunyai arah yang sama.

Rumus :

Gaya normal N

ΣF = 0

N – w cos α = 0

N = w cos α

Gaya gesek ( fk )

fk = μk N

fk = μk w cos α

arah gerak benda :

ΣF = m a

w sin α – Ftahan - fk = m a

keterangan :

F = gaya luar yaitu gaya tarik atau gaya dorong ( N )

Ftahan = gaya tahan yang arahnya melawan gerak benda ( N )

fs = Gaya gesek statis ( N )

fk = Gaya gesek kinetic ( N )

μs = koefisien gesek statis ( N )

μk = koefisien gesek kinetik ( N )

w = berat benda ( N )

N = gaya normal ( N )

 catatan : 

untuk mencari jarak, kecepatan, waktu gunakan rumus GLBB 1,2 dan 3 

Rumus GLBB :

1.  vt = vo + at

2.  s  = vo . t + ½ . a.t2

3.  vt2 = vo2 + 2.a.s

Keterangan :

ΣF = total gaya yang bekerja pada benda ( N )

m = massa benda ( kg )

vo = kecepatan awal benda ( m/s )

a  = percepatan benda ( m/s2 )

vt = kecepatan akhir benda ( m/s )

t   = selang waktu yang di perlukan ( sekon )

s = jarak tempuh benda ( m )

Soal-soal dan penyelesaiannya :

1. sebuah benda bermassa 8 kg berada di atas bidang miring. Jika benda tepat akan bergerak ke bawah dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 . tentukan nilai :

a. koefisien gesek statis

b. gaya gesek statis antara benda dan permukaan bidang

2. sebuah balok bermassa 15 kg menuruni  bidang miring yang kasar. Jika koefisien gesek kinetic antara benda dan bidang 0,2 dan sin α = 0,8. Tentukan percepatan benda.

3. sebuah balok bermassa 40 kg di letakkan di atas bidang miring yang kasar, ditarik gaya sebesar F = 416 N ke atas.  Jika koefisien gesek kinetic antara benda dan bidang 0,3. Tentukan percepatan benda.

4. sebuah balok bermassa 50 kg di letakkan di atas bidang miring yang kasar, ditarik ke bawah dengan gaya sebesar F = 60 N.  Jika koefisien gesek kinetic antara benda dan bidang 0,3. Tentukan percepatan benda.

5. Balok menuruni bidang miring yang kasar, sampai di kaki bidang miring dengan kecepatan 10 m/s. jika gaya gesek kinetic yang bekerja adalah 2N, tentukan tinggi bidang miring ( h ).

6. balok meluncur dibidang miring kasar dengan koefisien gesek kinetic 0,5. Maka kecepatan balok saat menyentuh dasar bidang miring adalah…

7. perhatikan gambar di bawah. Jika m1 = 6 kg, m1 = 30 kg, g = 10 m/s2. Cos α = 3/5 dan μk = 0,4. Tentukan :

a. percepatan system ( a )

b. tegangan tali ( T )

8. dua buah balok yang beratnya sama yaitu 40 N dihubungkan denga seutas tali ringan melalui katrol tanpa gesekan sepeti gambar di bawah. Kedua bidang mempunyai koefisien gesek kinetic yang sama 0,2. Jika g = 10 m/s2. Tentukan :

a. percepatan system

b. tegangan tali

9. sebuah balok bermassa 2 kg meluncur pada bidang miringkasar dari keadaan diam seperti gambar di bawah ini. Setelah menempuh jarak 4 meter, kecepatan balok 8 m/s. diketahui g = 10 m/s2, koefisien gesek kinetic 0,2dan tan α = ¾. Tentukan besar gaya  tahan ( Ftahan ) agar benda berhenti tepat di kaki bidang miring